CN103514761B - 用于滑行道交通警报的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于滑行道交通警报的方法和系统。用于为飞机或车辆的全体工作人员提供潜在交通威胁警报的系统和方法。何时触发警报基于假定的空勤人员动作和反应时间、本飞行器速度、和在与交通工具相交之前安全地停止本飞行器所需要的距离。位于本飞行器18上的示例性系统20包括：通信装置28，其从地面交通工具接收信息；存储器装置30，其存储本飞行器信息以及预定义的恒量；以及处理装置24，其基于接收到的本飞行器信息以及预定义的恒量，来确定在本飞行器停在估计的完全停止位置之后、当交通工具经过本飞行器时到交通工具的距离，基于所确定的时间点，来确定到地面交通工具车辆的距离，并且如果所确定的距离小于预定义的安全距离值，那么生成潜在碰撞警报。输出装置32输出生成的潜在碰撞警报。

Description

用于滑行道交通警报的方法和系统

技术领域

本发明涉及滑行道交通警报。

背景技术

在机场表面上的操作期间，飞行器（或者地面车辆）与其它飞行器（或者地面车辆）之间存在关于潜在碰撞的重要问题，特别是在晚上或者能见度低条件下。

诸如交通防撞系统（TCAS）之类的当前防撞系统只有当飞行器飞行时是有效的。同样地，相对少数的大机场装备有能够监控表面交通的雷达，并且即使在其可用的地方，这个雷达通常仍然具有在那里不可能检测飞机或者车辆的许多机场上的“盲点”。

发明内容

本发明包括用于为飞机或者车辆的全体工作人员提供即将到来的碰撞的警报的系统和方法。

触发警报的时间取决于假定的空勤人员动作和反应时间、本飞行器速度（ownshipspeed）、以及在与交通工具（traffic）相交之前安全地停止本飞行器所需要的距离。此外，本发明没有使用机场地图数据。

位于本飞行器上的示范性系统包括：通信装置，其从地面交通工具车辆接收信息；存储器装置，其存储本飞行器信息以及预定义的恒量；以及处理装置，其基于接收到的本飞行器信息以及预定义的恒量，来确定本飞行器的估计的完全停止位置，基于所确定的估计的完全停止位置，来确定地面交通工具车辆将经过本飞行器的距离，并且如果所确定的距离小于预定义的安全距离值，那么生成潜在碰撞警报。输出装置输出生成的潜在碰撞警报。

附图说明

下面参考下列图详细描述本发明的优选和可替换的实施例：

图1是根据本发明的实施例形成的示例性系统的框图；

图2是由本发明执行的示例性过程的流程图；

图3是在交叉轨道上滑行的两个飞行器的自顶向下视图；

图4是图3中所示的情形的图形；并且

图5示出了警报情形。

具体实施方式

本发明在足够的时间中识别与交通工具的潜在碰撞，从而允许全体工作人员进行修正动作。本发明也确保妨碍警报（nuisance alert）或者丢失警报被最小化。本发明没有依靠针对机场的地图数据的可用性。

图1示出了位于本飞行器（例如，飞行器、机场地面车辆）18上的示例性系统20，用于为本飞行器的全体工作人员提供潜在的地面操作碰撞的充足预警（early warning）。系统20包括与数据通信装置28信号通信的处理器24、存储器30（即，数据库）、输出装置32、导航/定位装置34（例如，GPS、INS等等）和接口（IF）装置36。

处理器24从本飞行器18上现有的航空电子系统接收下列数据：

·地理位置（来自定位装置34的维度和经度）；

·航向（来自航向参考系统38（例如，陀螺仪、指南针、惯性导航系统（INS））；

·速度（来自定位装置34）；和

·翼展信息（来自存储器30）。

处理器24从其它飞行器或车辆（“交通工具”）接收下列数据：

·地理位置（维度和经度）；

·航向；

·速度；和

·尺寸类别。

数据通信装置28的例子包括广播式自动相关监视（ADS–B，automatic dependentsurveillance-broadcast）数据链系统（data link system）。

处理器24也从存储器30或者一些外部源接收一些恒定值，诸如以前在各种公开（例如，RTCA DO - 322）中定义的那些恒定值。恒定值的例子包括：

·空勤人员反应时间t_R（秒）——警报通知和评估的时间；

·空勤人员动作时间t_A（秒）——作出决定并且开始制动动作的时间；

·飞行器“标准”减速度a（米/秒²）——随着警报制动时的减速的速率。

使用全部或者一部分接收到的数据，处理器24确定是否存在碰撞警报条件。如果确定存在碰撞警报条件，那么处理器24将警报信号输出至输出装置32。

图2示出系统20执行的示例性过程60的流程图。首先，在决定框64，处理器24确定本飞行器是否在地面上。如果本飞行器是地面车辆，那么这个条件始终是真的。如果本飞行器是飞行器，那么处理器24基于经由IF装置36从数据总线接收的地面上指示符（例如，轮上重量信号（weight-on-wheels signal））、本飞行器位置和高度信息、机场/地理信息（即，高度）、或一些其它判断标准，来确定这个条件是真的。

在确定本飞行器在地面上之后，处理器24从其它邻近地面车辆接收信息。然后，过程60确定本飞行器是否正在移动，参见决定框70。如果确定本飞行器正在移动，那么过程60基于接收到的目标信息和本飞行器信息，来确定是否存在潜在碰撞条件，参见决定框72。如果不存在潜在碰撞条件，那么过程60在延迟（框74）之后返回至决定框64。如果存在潜在碰撞条件，那么在框76确定当本飞行器位于估计的停止位置时交通工具将经过本飞行器的距离（至交通工具的轨道的垂直距离）。

接着，在决定框80，确定所确定的至交通工具的距离是否小于或等于预先确定的安全距离值。如果至交通工具的距离不小于或等于预先确定的安全距离值，那么过程60返回至决定框64。如果至交通工具的距离小于或等于预先确定的安全距离值，那么在框82，潜在碰撞警报被输出给本飞行器的全体工作人员。

在一个实施例中，输出的警报包括驾驶室地图显示器上的区域或者交通工具的图形高亮，输出的警报是在显示器上所呈现的文本消息，或者输出警报是经由驾驶室扬声器或者头戴式耳机提供给全体工作人员的听觉消息。也可以使用触觉警报系统。

潜在交通碰撞检测的解决方案被建立在下列条件上：

本飞行器意识到交通工具位置（例如，从交通ADS-B数据或者另一个源）；

本飞行器意识到交通工具航向（例如，从交通ADS-B数据或者另一个源）；

本飞行器意识到交通工具速度（例如，从交通ADS-B数据或者另一个源）；和

本飞行器意识到交通工具尺寸类别（例如，从交通ADS-B数据或者另一个源）。

例如从交通ADS-B数据和存储器30中存储的数据库，根据关于交通工具飞行器的尺寸类别的信息确定交通工具的翼展。针对每个尺寸类别，处理器24都使用存储器30中所存储的翼展范围的较高值。

当确定完全停止位置时，处理器24使用下列恒量：空勤人员反应时间（t_R（sec））；空勤人员动作时间（t_A（sec））；和飞行器减速度（a（s²））。

基于本飞行器（OS）的速度，根据下列公式计算制动距离（d_Brake）和完全停止的时间（T_STOP）：

(1)

(2)

(3)

其中（t_S）是不考虑全体工作人员的反应或动作时间的本飞行器从（v_OS）（本飞行器的实际速度）减速至完全停止的时间。

等式（3）表示下列假设，在警报触发之后，本飞行器的速度在时间周期（t_R + t_A）期间保持恒定，并且在这个时间之后，本飞行器开始以减速速率（a）减速（本飞行器减速直到v_OS = 0）。

处理器24计算“安全距离”。D_Safe表示本飞行器与交通工具（TR）之间的最小距离，在其中本飞行器和交通工具将经过彼此。其中：

C_Safe——安全系数；

W_{Span_TR}——交通工具的翼展；

W_{Span_OS}——本飞行器的翼展；

（从本飞行器参数数据库（存储器30）检索）。

(4)

处理器24将交通工具的位置（X_TR；Y_TR）重新计算至相对于本飞行器位置的“本地”坐标系（图3）。

本飞行器的GPS位置：（X_{OS GPS}； Y_{OS GPS}）

X_{OS GPS}= OS经度

Y_{OS GPS}= OS纬度

交通工具的GPS位置：（X_{TR GPS}；Y_{TR GPS}）

X_{TR GPS} = TR经度

Y_{TR GPS}= TR纬度

本飞行器和交通工具在本地坐标系中的当前位置（以英尺为单位表示）如下：

OS位置（X_OS；Y_OS）：（0；0）

TR位置[X_TR；Y_TR]：（X_{TR GPS} - X_{OS GPS}；Y_{TR GPS} - Y_{OS GPS})

处理器24评估交通工具是否表示对本飞行器的潜在威胁。评估基于下列值：

交通工具航向的实际值；

交通工具速度的实际值；

本飞行器航向的实际值；和

本飞行器速度的实际值。

本飞行器与交通工具之间的当前距离如下表示：

(5)

计算在本地坐标系中运行，X_OS = Y_OS = 0；因此，等式（5）被重写为：

(6)

本飞行器与交通工具之间的距离被写为时间的函数。在本地坐标系中，本飞行器和交通在时间（t）的位置被如下写为：

(7)

(8)

其中：

_OS = 90–本飞行器航向

_TR= 90–交通工具航向

（OS和TR表示在本地坐标系中所测量的本飞行器和交通工具航向的角度）。

本飞行器与交通工具之间的距离的函数如下表示：

(9)

等式（9）展开导致如下：

(10)

其中：

等式（10）指示函数D_(t)的抛物线运行。例如，图4示出在区间t [-5, 30]中函数D_(t)的运行。在这个例子中，在下列条件下描绘D_(t)：

本飞行器航向：50°

本飞行器速度：30节

交通工具坐标（英尺）：[755.6; -101.99]

交通工具航向：340°

交通工具速度：30节

从图4中可以看出的是，在某时间，本飞行器和交通工具将在距离彼此最小距离处（D_(t)达到其最小值）。D_(t)的最小值在距离和时间方面示出了如果两个飞机保持恒定的实际速度和航向的话本飞行器和交通工具将何时经过彼此。如果交通工具即将与本飞行器碰撞，那么D_(t)的最小值将小于“安全距离”（D_Safe）。

如果函数D_(t)的一阶导数等于零，那么能够计算本飞行器与交通工具之间的距离将是最小值的时间。

为了简化求解，等式（10）被表示如下：

(11)

等式（11）的一阶导数：

(12)

找到D_(t)的最小值的时间，如果：

由此

(13)

将t_Min代入等式（10），获得D_(t)的最小值。D_(t)的最小值是本飞行器和交通工具经过彼此（或者“碰撞”）的距离。

(14)

如果D_Min小于D_Safe，那么交通工具可以表示潜在的未来威胁。那么，如果在当前时间触发警报，那么处理器24计算本飞行器停止（D_stop）之后交通工具将经过本飞行器的距离。在本地坐标系（X_OS = Y_OS = 0）中完成计算。通过使用等式（3），本飞行器随时间的位置被如下写为：

(15)

在相同时间中，在交通工具的恒定速度和航向的假设下，确定该交通工具在下列位置处：

(16)

针对上面的条件，能够从等式（9）获得预测交通工具经过本飞行器的距离。针对这个情形，等式（10）如下表示，并且计算交通工具将经过静止的本飞行器的距离：

(17)

其中：

因此：

(18)

(19)

D_Stop表示如果在当前时间触发警报并且在等式（3）的假设下停止本飞行器，交通工具将经过本飞行器的预期距离。如果D_Stop的值大于“安全距离”值（等式（4）），那么交通工具被评估为“安全”。如果D_Stop的值小于“安全距离”值（等式（4）），那么交通工具被评估为威胁，并且触发警报。

在一个实施例中，如果本飞行器停止，那么处理器24连续评估本飞行器与交通工具之间的距离以及本飞行器与交通工具之间的预测的分离距离D_Stop。如果这个距离D_Stop等于或小于安全距离，那么触发警报。

图3示出在交叉滑行道上的两个飞行器的例子。

图5示出警报情形。在这个例子中，估计的本飞行器停止位置D_Stop小于安全距离D_Safe，因此使警报被生成。

Claims (10)

1.一种由位于本飞行器上的系统执行的方法，该方法包括：

在处理装置(24)，

a. 从地面交通工具车辆接收信息；

b. 接收本飞行器信息；

c. 确定至地面交通工具车辆的距离；和

d. 如果所确定的距离小于预定义的安全距离值，那么生成潜在碰撞警报；以及

在输出装置(32)，输出生成的潜在碰撞警报，并且

其特征还在于基于接收到的本飞行器信息以及一个或多个预定义的恒量，来确定地面交通工具车辆将经过估计的本飞行器完全停止位置的距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

从地面交通工具车辆接收的信息包括：针对地面交通工具车辆的速度、航向、位置、和尺寸信息。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：

在处理装置，基于针对本飞行器的尺寸信息和翼展信息，来从本地存储器装置(30)检索针对地面交通工具车辆的翼展信息，其中预定义的安全距离值基于本飞行器和地面交通工具车辆的翼展信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，

一个或多个预定义的恒量包括：全体工作人员反应时间恒量、全体工作人员动作时间恒量、或者本飞行器的减速速率值。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在处理装置，

在a-d之前，基于针对两个车辆的当前速度和航向信息，来确定本飞行器与地面交通工具车辆之间的最小距离；

基于所确定的最小距离，来确定是否存在潜在碰撞条件；和

如果确定不存在潜在碰撞条件，那么暂停a-d的操作。

6.一种位于本飞行器(18)上的系统(20)，该系统包括：

通信装置(28)，其被配置为从地面交通工具车辆接收信息；

存储器装置(30)，其被配置为存储本飞行器信息以及一个或多个预定义的恒量；

处理装置(24)，其与通信装置和存储器装置信号通信，处理装置被配置为

确定地面交通工具车辆将经过本飞行器的距离；和

如果所确定的距离小于预定义的安全距离值，那么生成潜在碰撞警报；以及

输出装置(32)，其被配置为输出生成的潜在碰撞警报；以及

其特征还在于所述处理装置基于接收到的本飞行器信息以及一个或多个预定义的恒量，来确定在本飞行器的估计的完全停止位置之后地面交通工具车辆将经过本飞行器的距离。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，

从地面交通工具车辆接收的信息包括：针对地面交通工具车辆的速度、航向、位置、和尺寸信息。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，

存储器装置包括针对本飞行器和各种尺寸的车辆的翼展信息，其中处理器基于尺寸信息来从存储器装置检索针对地面交通工具车辆的翼展信息，其中预定义的安全距离值基于本飞行器和地面交通工具车辆的翼展信息。

9.根据权利要求6所述的系统，其中，

一个或多个预定义的恒量包括：全体工作人员反应时间恒量、全体工作人员动作时间恒量、或者本飞行器的减速速率值。

10.根据权利要求6所述的系统，其中，

处理装置被进一步配置为：

基于针对两个车辆的当前速度和航向信息，来确定本飞行器与地面交通工具车辆之间的最小距离；

基于所确定的最小距离，来确定是否存在潜在碰撞条件；以及

如果确定不存在潜在碰撞条件，那么暂停潜在碰撞警报操作的生成。