CN107690125A - 在机场处地面交通的监视与控制 - Google Patents

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Abstract

在机场处地面交通的监视与控制。提供了地面移动、引导和控制系统。该系统包括设置在地点处的多个基站，每个基站提供覆盖区域并且具有已知的地理位置并且使用具有低等待时间的基于IP的高数据率无线电链路。每个基站适于通过基于IP的高数据率无线电链路来在地点上从交通工具接收定期的位置更新。该系统还包括服务器。服务器通信地耦合到多个基站。服务器被配置成跟踪并定期性地将交通工具的位置传输到基站。每个基站广播交通工具位置信息。

Description

在机场处地面交通的监视与控制
背景技术
本申请是非临时美国专利申请，其要求2016年8月5日提交的并且题为“MONITORAND CONTROL OF SURFACE TRAFFIC AT AIRPORT”的印度临时专利申请号201641026764的优先权和权益，其整体地通过引用被并入本文。
背景技术
许多不同类型的交通工具在机场处在地面（surface）上行进。这些交通工具包括飞行器以及卡车、汽车、公共汽车和其它交通工具。因为空中旅行的可达性（accessibility）继续扩展，所以在这些交通工具到处移动时，由于交通工具的大小差异，天气条件和此类交通的量的不断增加而存在事故发生的许多机会。
用于管理机场处的地面交通的现有系统具有各种不足。例如，现有系统通常集中在向飞行器的飞行员提供态势感知和数据。其它地面交通工具（例如行李卡车、公共汽车和其它后勤车（support vehicle））不被监视，并且其位置不被报告给较大的飞行器。此外，这些其它地面交通工具并不具有对关于更大飞行器的位置和轨迹的数据的访问。
因此，本领域中需要的事物是用于监视和控制包括非飞行器的地面交通工具的位置和活动的系统和方法，以帮助此类交通工具的操作员避免事故。
发明内容
提供了地面移动、引导和控制系统。该系统包括设置在地点处的多个基站，每个基站提供覆盖区域并且具有已知的地理位置并且使用具有低等待时间（latency）的基于IP的高数据率无线电链路。每个基站适于通过基于IP的高数据率无线电链路在地点上从交通工具接收定期的位置更新。该系统还包括服务器。服务器通信地耦合到多个基站。服务器被配置成跟踪并定期地将交通工具的位置传输到基站。每个基站广播交通工具位置信息。
附图说明
图1是根据实施例的用于监视和控制机场处的地面交通工具和飞行器的系统的图。
图2是根据另一实施例的用于监视和控制机场处的地面交通工具和飞行器的系统的框图。
图3是根据实施例的用于监视和控制地面交通工具和飞行器的过程的流程图。
图4是根据实施例的用于监视和控制地面交通工具和飞行器的控制中心的框图。
图5是根据实施例的用于在地面交通工具和飞行器中使用的用户终端设备（customer premises equipment）的图。
图6是根据实施例的用于地面交通工具和飞行器的用户终端设备的软件架构的框图。
图7是图4的中心服务器的交通显示软件的图。
图8是根据另一实施例的用于监视和控制地面交通工具和飞行器的系统的框图。
具体实施方式
随着空中交通的增加以及由此的停机坪堵塞（tarmac congestion）的增加，在一些机场处，已经变得合意的是，这些机场包括交通监视系统，其实时地监视和显示所有移动站（例如，飞行器、行李车、紧急交通工具）的相应位置，并且帮助机场操作员防止由移动站的不正确定位或移动而导致的碰撞或其它问题。工程师当前正在针对其来开发标准的一个此类系统是航空移动机场通信系统（AeroMACS）。机场工程师设想，使用AeroMACS，移动站将定期地确定其位置，并经由策略性地放置在机场中和周围的一个或多个基站将其报告给一个或多个服务器，以便移动站在机场内或周围位于无论哪里，它将在至少一个基站的通信范围内。工程师还设想，除了交通监视之外，AeroMACS还将具有其它能力。例如，工程师设想，AeroMACS将允许移动站将其状态（例如，燃料液位、门指派（gate assignment）、任何部件是否发生故障）报告给一个或多个服务器，并从一个或多个服务器接收指令（例如，离开门、保持其当前位置直到进一步的通知）和其它信息。
图1是系统10的图，其包括位于诸如机场的地点周围的不同位置处的多个基站（BS）12，以监视和控制交通工具在该地点处的移动。基站12每个具有覆盖区域20，并且例如经由局域网（LAN）或其它适当的回程（back-haul）技术在地点处通信地耦合到控制中心（CC）14。基站12和控制中心14一起形成实现监视、跟踪和控制多个移动站（MS）16（例如，飞行器、行李车、紧急交通工具等）的系统，并且根据实施例，其可以解决在地点（例如机场）处的用于跟踪地面移动的现有系统的上述问题中的一些或全部。
在一个实施例中，这些基站12根据诸如AeroMACS之类的标准提供基于IP的高数据率无线电链路。有利的是，AeroMACS标准提供大约5到10Mbps的高宽带通信链路连同大约10ms的低等待时间（latency）。另外，AeroMACS标准提供优先级和抢占能力，其给予对某些消息、用户或使用的偏爱，例如与在地点的地面上行进的交通工具的安全相关的消息。通过并入此优先级，可以将AeorMACS带宽用于其它较不关键的应用（例如通过IP的语音），而不通过确保关键位置信息和冲突警报可以在不影响系统性能的情况下被交换来危害（jeopardize）由系统10所管理的交通工具的安全。
基站12被配置成允许控制中心14与移动站16之间的通信，很像小区塔被配置成允许移动电话和小区基站之间的通信。例如，控制中心14可以被配置成经由无线连接到移动站的基站12向移动站16发送指令（例如，停止、前进、返回到出发点位置（home position）等），并且移动站16可以被配置成经由无线地耦合到移动站16的基站12发送其当前位置，其状态（例如，在服务中、不在服务中、等待前进的指令、指示的任务完成等）或者确认（例如，接收到指令）到控制中心14。定期地，控制中心14通过基站12中的一些或全部来广播交通工具中的一些或全部的当前位置，使得接收该消息的每个交通工具将知道例如其附近的交通工具的位置和轨迹。
基站12可以被配置成确定哪个基站应该被连接到特定的移动站，即使在移动站正在移动时，其方式与即使在移动电话在移动时小区塔确定哪个小区塔应该连接到移动电话几乎相同。控制中心14和基站12处于固定位置中，使得它们可以在有线局域网、无线局域网或无线和有线局域网的组合中通过有线信道或无线信道彼此通信。
应设想，系统提供者将提供基站12和控制中心14以及用于服务器和基站的相关软件和固件。在其它实施例中，系统提供者还可以提供移动站16以及用于移动站的软件和固件中的一些或全部。此外，尽管针对机场中的示例来描述，但是系统10可以在不同于机场的地点（例如，仓库、军事基地、海上石油钻机等）之中或之上被例示，以监视和控制在地点处的交通工具的操作。
图2是根据另一实施例的用于在诸如机场的地点处监视和控制例如地面交通工具和飞行器（统称为“移动站”206）之类的交通工具的总体上在200处指示的系统的另一实施例的框图。系统200包括位于诸如机场的地点周围的不同位置处的多个基站（BS）202。在一个实施例中，这些基站202为根据诸如AeroMACS之类的标准的基于IP的高数据率无线电链路提供上面关于图1的基站12所讨论的相同优点。基站202通过系统200的局域网（LAN）205耦合到控制中心204。控制中心204包括跟踪经由基站202与系统200通信的移动站中的每个的当前位置的数据库208。在一些实施例中，位置数据库208存储关于移动站206的其它各条信息，例如当前轨迹、目的地、燃料液位等。
在一个实施例中，基站202可以被用来帮助移动站206精确地确定移动站206的位置。为此，每个基站202的精确位置在系统200被建立时被调查和确定。然后，在操作中，基站202使用全球定位系统（GPS）接收机212来确定其位置。基站202将GPS接收机212的输出与已知位置进行比较，并且确定校正因子。此校正因子被与移动站206共享，以改善它们对它们自己位置的确定。因此，移动站206能够使用GPS将其物理位置确定成在米之内。
结合图3来描述图2的系统的操作。图3是根据实施例的用于监视和控制交通工具（例如机场处地面上的地面交通工具和飞行器）的过程的流程图。该过程在块302处开始。移动站206在移动站206与移动站206所连接到的基站202之间的无线通信链路上传输它们的当前位置和其它信息。移动站206在定期的基础上传输此信息，例如每秒一次。在一个实施例中，信息的分组大小大约为50字节。利用此刷新率和分组大小，10Mbps AeroMACS通道可以跟踪数千交通工具，甚至承担20％的数据链路上的开销（overhead）。
在块304处，此信息由基站202中的每个被中继到控制中心204，使得可以在块306处合并（consolidate）来自移动站的信息。控制中心204包括数据库208，其被用来跟踪来自各个移动站206的数据。定期地，控制中心204与一个或多个移动站206共享来自数据库208的信息。例如，在块308处，控制中心204生成广播、多播、或点到点消息。此消息包括来自由系统200跟踪的各种交通工具上的数据库208的信息。在一个实施例中，过程将所有移动站206的位置广播到所有移动站206。在此实施例中，广播消息在块310处被传输到基站202，并在块312处被广播到移动站。在其它实施例中，位置信息（经由连接的基站）以点到点消息被发送到一个或多个移动站或者以多播消息被发送到选择的移动站。
在一些实施例中，对向移动站206中的全部、一些、或少至一个传输的数据使用过滤。例如，传输到特定移动站的数据可以被限制到被连接到与采用点到点消息的移动站相同的基站202的其它移动站的位置。此外，在其它示例中，传输到移动站206的数据可以被限制到移动站206的当前路径上的潜在危险和交通工具。对于飞行器，移动站206可以仅接收关于其预计的（projected）滑行道上的交通工具的信息。
图4是根据实施例的用于监视和控制交通工具（例如机场处的地面交通工具和飞行器）的控制中心400的框图。控制中心包括耦合到显示器404的中心服务器402。中心服务器402包括通过总线409互连的处理器406和存储器408。程序指令被存储在存储器408上以使用过程（例如图3的过程）来实现用于监视和控制交通工具（例如图2的移动站206）的协议。在处理器406上执行存储器408中的程序指令。另外，在处理器406从移动设备206接收信息时，处理器406将信息存储在存储器408中，例如在诸如图2的位置数据库208的位置数据库中。处理器406还访问存储器408中的位置数据库中的数据以生成一个或多个多播或广播消息以发送到移动设备206。
中心服务器402还包括网络接口412。在一个实施例中，网络接口412包括用于连接到机场的局域网（LAN）的以太网端口。在其它实施例中，网络接口412包括无线接口，例如AeroMACS或其它适当的高数据率链路。来自处理器406的多播消息被从网络接口412中传输到基站202，以用于传输到移动站206。
中心服务器402还在显示器404上显示交通工具位置。处理器406在实时的基础上例如以约1秒的刷新率来生成地点（例如机场、仓库、军事基地、石油钻机或其它地点）的图形地图414。处理器406叠加当前位置和关于位于地图的所选部分上的移动站206的信息。用户可以放大或缩小以改变在显示器404上显示的机场区域的该部分地图414。此外，用户可以在地图414上从侧到侧且向上和向下摇摄（pan）。
中心服务器402还包括I/O端口410，以允许诸如键盘、鼠标和操纵杆之类的人机接口的附着，以允许用户操纵呈现在显示器404上的图像。在一些实施例中，输入/输出接口包括允许用户直接与交通工具通信的其它部件。例如，中心服务器402可以在输入/输出端口410处耦合到装备，其使得用户能够提供与移动站206的驾驶员或乘客的语音或文本通信。替代地，输入/输出端口410可以被耦合到用来远程地控制移动站的装备（例如，操纵杆或其它设备）以控制移动站206的移动的速度或方向。
图5是根据实施例的用于在诸如地面交通工具和飞行器的交通工具中使用的用户终端设备（CPE）500的图。CPE 500操作以确定相关联的地面交通工具（例如飞行器、行李车、紧急交通工具等）的位置。处理器502运行存储在存储器504中的软件，以实现CPE 500的各种功能。例如，处理器502运行软件以用于基于来自GPS模块506的信息来确定CPE 500的位置。此外，处理器500经由基于IP的调制解调器（例如，AeroMACS调制解调器）510来传输关于CPE 500及其相关联交通工具的位置和其它信息。
在一些实施例中，CPE 500还包括另外的通信功能。例如，CPE 500可以包括WiFi调制解调器508中的WiFi功能以与可选的平板电脑514进行通信。平板电脑514包括类似于中心服务器402的显示器404的显示地图的显示器516。处理器502使用从中心服务器402广播的数据而使用关于机场上的交通工具的位置和其它信息来更新存储器504中的数据库，并且在地图上显示该信息，类似于上面关于图4示出和描述的。另外，CPE 500还可以包括以太网端口512，以允许CPE被插入到用于软件更新的有线网络中，以共享位置信息等。
图6是根据实施例的用于在交通工具（例如地面交通工具和飞行器）中使用的图5的用户终端设备500的软件架构的框图。在基于IP的调制解调器软件（SW）600（例如AeroMACS软件）上建立软件架构。在一个实施例中，软件600在CPE 500的处理器502上运行。在一个实施例中，软件600是用于实现依照AeroMACS标准的调制解调器的软件。软件600包括与D-GPS软件604和位置输出软件（position out software）606对接的套接字（socket）API 602。D-GPS软件604加入多播组以接收由例如图2的控制中心204跟踪的交通工具的位置更新。
此外，D-GPS软件604还用来确定CPE 500的位置。为此，D-GPS软件604从基站（例如，图2的基站202）接收GPS偏移。如上面讨论的，通过将基站202处的本地GPS接收机212的输出与基站的已知位置进行比较来生成这些偏移。此外，D-GPS软件604向位置输出软件606提供更新的偏移。
位置输出软件606读取GPS位置信息并应用来自D-GPS软件604的偏移。类似于自动相关监视广播（ADS-B）消息中使用的格式，位置输出软件606还对关于CPE 500的信息进行格式化。位置输出软件606将信息发送到与控制中心204相关联的多播地址，以报告CPE 500的当前状态。
图7是用于图5的CPE 500或图4的中心服务器402的交通显示软件700的图。 套接字层702提供操作系统和处理器406或处理器502上运行的位置输入软件（position insoftware）704之间的接口。套接字层702将关于交通工具的信息（例如位置和轨迹等）传达到位置输入软件704。
位置输入软件704经由CPE 500中的基于IP的调制解调器510接收信息。位置输入软件704将该信息传递到例如平板电脑（驾驶舱交通信息显示（CDTI））514，以用于在屏幕516上显示。以类似的方式，软件700可以被用来在显示器404上的地图414上显示位置信息。
图8是根据另一实施例的用于监视和控制诸如地面交通工具和飞行器之类的交通工具的系统800的框图。此实施例类似于图2的实施例。然而，在此实施例中，中心服务器204包括桥850。桥850使得系统800能够经由两个基站202从移动站206并且经由ADS-B接收机854从S模式应答器（transponder）852接收位置数据。在其它实施例中，桥850被配置成与诸如通用访问收发器（UAT）发射机、雷达和或其它基于机场的传感器（例如多点定位传感器）之类的其它传感器进行通信。桥850从S模式或UAT应答器852接收关于相关联的飞行器的位置、轨迹等的数据。此信息与来自移动站206的数据合并，并且被并入在从基站202到移动站206的广播消息中。来自S模式或UAT应答器的信息也被包括在显示器上呈现的数据中，例如图4的控制中心404中的显示器404的地图414。对于被装备AeroMACS和UAT两者或S模式应答器的移动站，中心服务器可以对照通过AeroMACS接收的位置数据来比较经由UAT或S模式接收的位置报告，并在检测到任何异常时在显示器上生成警报。
示例实施例
示例1包括地面移动、引导和控制系统，包括：在地点处设置的多个基站，每个基站提供覆盖区域并且具有已知的地理位置并且使用基于IP的高数据率无线电链路；其中每个基站适于通过基于IP的高数据率无线电链路在地点上从交通工具接收定期的位置更新；以及通信地耦合到所述多个基站的服务器，所述服务器被配置成跟踪并定期地将所述交通工具的位置传输到所述基站；并且其中每个基站广播交通工具位置信息。
示例2包括示例1的系统，其中服务器通过局域网通信地耦合到所述多个基站，并且其中基站包括AeroMACS基站。
示例3包括示例2的系统，其中局域网包括有线网络、无线网络、或有线和无线网络连接的组合。
示例4包括示例1-3中任一项所述的系统，其中所述地点是机场，并且其中所述服务器被配置成跟踪并定期地传输飞行器和地面交通工具的位置。
示例5包括示例4的系统，其中服务器位于控制中心中，并且控制中心还包括耦合到服务器的显示器，以在实时的基础上显示飞行器和地面交通工具的位置。
示例6包括示例5的系统，其中服务器还包括用于存储飞行器和地面交通工具的当前位置的位置数据库。
示例7。示例1-6中任一项所述的系统，其中每个基站包括全球定位系统（GPS）接收机，所述基站使用所述全球定位系统（GPS）接收机来产生并向飞行器和地面交通工具提供校正因子以改善交通工具的位置确定的准确性。
示例8包括示例1-7中任一项的系统，其中服务器还包括与多个基站并与多个应答器通信的桥，每个应答器与交通工具相关联以至少将位置信息提供到服务器。
示例9包括用于提供地面引导移动和控制的方法，所述方法包括：在多个AeroMACS基站的基于IP的无线电链路处从多个地面交通工具和飞行器接收更新；将所述更新从所述多个AeroMACS基站中的每一个转发到中心服务器；在中心服务器处利用来自多个地面交通工具和飞行器的更新来更新数据库；生成包含来自数据库的信息的消息；将所述消息传输到所述多个AeroMACS基站中的至少一个；广播来自所述多个AeroMACS基站中的至少一个的消息。
示例10包括示例9的方法，其中广播消息包括广播来自多个AeroMACS基站中的每个的消息。
示例11包括示例9-10中任一项的方法，其中广播消息包括作为来自AeroMACS基站中的至少一个的多播消息来广播消息。
示例12包括示例9-11中任一项的方法，其中广播消息包括作为来自多个基站之一的点到点消息来广播消息。
示例13包括示例9-12中任一项的方法，其中生成消息包括对来自数据库的信息进行过滤以选择置于到移动站的消息中的信息。
示例14包括示例9-13中任一项的方法，其中接收更新包括接收关于飞行器和多个地面交通工具中的一个或多个的位置、轨迹，目的地和燃料液位中的至少一个的更新。
示例15包括示例9-13中任一项的方法，其中生成消息包括生成包含多个地面交通工具和飞行器的当前位置的消息。
示例16包括与交通工具相关联的用户终端设备（CPE），所述CPE包括：GPS模块，其被配置成提供关于所述CPE的位置的数据；基于IP的调制解调器，其被配置用于与基于IP的基站进行通信；存储器，其被配置成存储包括多个交通工具的当前位置的数据库；处理器，用于执行存储在非临时存储介质上的程序指令，以引起处理器：基于来自GPS模块的数据来确定CPE的位置；并且使用基于IP的调制解调器来将确定的位置传输到中心服务器。
示例17包括示例16的CPE，其中基于IP的调制解调器经由基于IP的基站从中心服务器接收多个交通工具的当前位置。
示例18包括示例16-17中任一项的CPE，其中存储器被配置成在数据库中存储另外的信息，包括多个交通工具中的一个或多个的轨迹、目的地和燃料液位。
示例19包括示例16-18中任一项的CPE，其中程序指令还引起处理器从GPS模块读取位置信息，并且通过基于IP的调制解调器将从基于IP的基站接收的偏移应用到读取位置信息。
示例20包括示例16-19中任一项的CPE，并且还包括用于与平板电脑通信以用于显示来自数据库的信息的接口。
已经描述了由下面的权利要求限定的本发明的多个实施例。然而，将理解的是，在不脱离要求保护的本发明的精神和范围的情况下，可以作出对所描述的实施例的各种修改。因此，其它实施例在下面的权利要求的范围内。

Claims (3)

1.一种地面移动、引导和控制系统，包括：
在地点处设置的多个基站，每个基站提供覆盖区域并具有已知的地理位置并使用基于IP的高数据率无线电链路；
其中每个基站适于通过基于IP的高数据率无线电链路来在地点上从交通工具接收定期的位置更新；和
服务器，通信地耦合到所述多个基站，所述服务器被配置成跟踪并定期地将所述交通工具的位置传输到所述基站；并且
其中每个基站广播交通工具位置信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其中每个基站包括全球定位系统（GPS）接收机，基站使用所述全球定位系统（GPS）接收机来产生并向飞行器和地面交通工具提供校正因子，以改善交通工具的位置确定的准确性。
3.一种用于提供地面引导移动和控制的方法，所述方法包括：
在多个AeroMACS基站的基于IP的无线电链路处从多个地面交通工具和飞行器接收更新；
将所述更新从多个AeroMACS基站中的每一个转发到中心服务器；
在中心服务器处用来自多个地面交通工具和飞行器的更新来更新数据库；
生成包含来自数据库的信息的消息；
将所述消息传输到多个AeroMACS基站中的至少一个；
广播来自多个AeroMACS基站中的至少一个的消息。
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