CN108320586A - 一种低空空域障碍物信息获取系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低空空域障碍物信息获取系统及方法,包括发射装置、数据采集处理装置、监管装置、维护设备和后台；发射装置固定于障碍物附近，存储着障碍物的地理数据，通过无线方式周期性发给飞越附近航空器；航空器上的数据采集处理装置收到这些地理信息后，根据自身位置、航向、航速，进行安全判断，提醒飞行员规避风险；监管装置对发射装置的工作状态进行监测，当发现某个发射装置故障，就通过其上的专用通讯通道汇报给后台；维护设备用于将障碍物地理数据写入到发射装置，检验数据的正确性。本发明不受气候条件的影响，能快速提供并获取障碍物位置信息，维护性好，成本低廉，节能环保，在保障低空空域飞行安全方面能发挥重要作用。

Description

一种低空空域障碍物信息获取系统及方法

技术领域

本发明属于航空飞行安全领域，涉及一种主动提供低空空域障碍物信息的技术，特别是涉及一种低空空域障碍物信息获取系统及方法。

背景技术

低空空域(一般为3000米以下空域)是空域的重要组成部分，是通用航空活动的主要空间。通用航空飞行主要依靠飞行员判断，飞行员能否及时、清晰地识别安全空域对保障飞行安全至关重要。不同于体系成熟的运输航空，通用航空其飞行具有“低、小、慢”特点，航路航线不固定，飞行轨迹难预测。加之低空空域环境复杂，天气多变、存在大量障碍物，低空飞行碰撞到高架电线、各种塔台、高层建筑物的概率极大。仅2017年一年，就有四起通航事故是因为飞行中触碰电线或撞上障碍物而造成。

目前我国低空空域管理改革仍处于发展阶段，尚无保障飞行员快速获取障碍物位置信息的可靠手段，相关的法规标准、设备设施均不健全。在法规标准方面，《民用机场飞行区技术标准》(MH5001-2013)规定了机场障碍物的确定、处置要求、标示等，但仅适用于民航运输机场附近区域，对广阔的通航活动区域没有规定。在设备设施方面，通航飞行器机载设备较简单，一般不具备雷达能力，主要依靠飞行员目视飞行；地面设备主要采用设置航空警告色的告警标示和告警灯的方法显示低空障碍物位置，这种方法能解决一定的问题，但也存在以下缺点：(1)采用告警标示和告警灯的告警手段容易受到天气影响，阴天雨天显示效果降低；(2)无法提供障碍物的距离信息，无法采取智能规避策略，完全依靠飞行员人脑判断，人为影响因素大；(3)飞行员必须不断观察告警标示和告警灯，容易分心，不利于飞行安全；(4)目前仅民航机场及附近区域安装了障碍物的告警标示和告警灯，相对于通用航空飞行需求远远不足，若在广阔的低空空域全部安装，是一笔巨大开支；(5)需定期巡检告警标示和告警灯完好情况，人工维护成本高。

目前，有航空领域的企业和大学针对障碍物的告警标示和告警灯的不足提出解决措施，例如：

北京科航军威科技有限公司，提出“一种通用航空飞行器的导航方法、装置和系统(201410670313.8)”，通过“三维地景低空导航数据包包括基础数据、低空障碍物数据、威胁区域数据以及安全保障区域数据”获取障碍物数据，但通用航空主要依靠目视飞行，地面仅提供必要的通信和监视服务，民航局不要求提供导航服务，障碍物数据库仅覆盖了现在的民航机场及附近区域，且更新并不及时，实际上并没有任何所谓的低空导航数据包可以直接使用。

中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，提出“一种合成视景系统障碍物告警实现方法(201611106311.1)”，通过“搜索飞机设定范围内的障碍物信息”来获取障碍物数据，该方法必须基于先进的机载设备，如光电吊舱、雷达等，但是绝大部分通航飞行器不具备这些设备。

江西天祥通用航空股份有限公司，提出“一种针对障碍物的预警方法及系统(201610838427.8)”，该方法利用飞行路线上的障碍物信息，但获取方式是依靠地图和飞行中的检测，而且并未明确检测方法。目前能获得的地图仅记录了地理信息，建筑物、高压线、水塔等主要障碍物并没有记录。

总之，以上专利都存在实际使用的问题，不适用于低空空域障碍物信息获取。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种低空空域障碍物信息获取系统及方法，适用于低空空域障碍物信息获取，具有安全、可靠、维护方便的优点。

本发明技术解决方案：一种低空空域障碍物信息获取系统，包括障碍物发射装置、数据采集处理装置、监管装置、维护设备、后台。发射装置固定于障碍物附近，存储着障碍物的地理数据，如位置、形状、高度等信息，通过无线方式周期性给飞越附近的航空器。在航空器上的数据采集处理装置收到这些地理信息后，根据自身的位置和航向、航速，结合自身的位置、运动情况，作出规避策略，用语音方式提醒飞行员规避障碍物。监管装置用于对发射装置的工作状态进行监测，一旦发现某个发射装置故障，就通过监管装置上的专用通讯通道汇报给后台。本发明所用方法不受气候条件的影响，能快速获取障碍物位置信息，维护性好，成本低廉，节能环保，在保障低空空域飞行安全方面能发挥重要作用。

可选地，所述发射装置包括存储器、微处理器、收发模块和RF天线。所述RF天线与所述收发模块相连，所述存储器、收发模块均分别与所述微处理器相连。所述储存器中存储障碍物的地理数据，所述微处理器从所述存储器这个提取地理数据给所述收发模块，所述收发模块将地理数据打成报文，所述报文包括前导信息，障碍物地形信息，校验信息或/和后导信息，通过RF天线发送出去。

所述障碍物可以简化为点、线、矩形和圆形四种类型，它们都是一个抽象概念。如一段电力线、一个铁塔都可以用简化为一个点类型表述，表示这个点位置上有障碍物，其数据量小，仅位置坐标和高度表述就可以；线类型障碍物，一般用线段的两个端点坐标和高度简化表示，如果是连续线段，则可以用相邻的端点坐标和高度连续表示，如电力的端点就是电线杆所在位置；面类型障碍物是描述高层建筑或地貌的分布，可分矩形和圆形两种形态，不规则的建筑群可以用园覆盖进行概括。矩形可以取四个点坐标，也可取任意平行两边的中心点坐标和两侧线之间的宽度以及高度表示，圆形以圆心坐标和半径及高度表示，以上障碍物形态是从空中俯瞰简化表示。这些地理数据存储在发射装置中，用无线方式周期性发送到空中，这样当装有数据采集处理装置的航空器飞临该区域时，就能接收到该区域的障碍物地形信息。航空器应该能在1.2Km外开始可靠接收到地理数据。

可选地，所述数据采集处理器包括RF天线、收发模块、微处理器、数据存储器、位置信息模块组成。所述RF天线与所述收发模块相连，所述数据存储器、收发模块和位置信息模块均分别与所述微处理器相连。所述微处理器处理收发模块收到的所述发射装置的障碍物地理数据报文和/或其它航空器位置报文信息，从位置信息模块获得自身航空器的位置和运动信息，进行运算和分析前方障碍物类型和威胁分布，用语音提醒飞行员规避障碍物，必要时提供规避策略选项。所述数据采集处理器能接收和处理多个发射装置发出的数据。所述数据采集处理器采用便携式设计，可以获得民航适航认证的偏离或豁免。

可选地，所述微处理器还从所述位置信息模块获得当前的位置信息，然后通过所述收发模块和所述RF天线发射给其它航空器，通报自身的位置信息。

可选地，所述监管装置包括RF天线、收发模块、微处理器、数据存储器、专用通讯通道收发模块、专用通讯通道RF天线组成。所述RF天线与所述收发模块相连，所述数据存储器、收发模块和专用通讯通道收发模块均分别与所述微处理器相连，所述专用通讯通道RF天线与所述专用通讯通道收发模块相连。所述微处理器用于处理注册报文信息、监视所述发射装置的报文信息、通过所述专用通讯通道报告发射器的工作状态。

可选地，所述监管装置具备自检功能，能通过将发射出的数据与接收到的数据进行比较判断其自身的工作状态，如果两者不一样，表明所述自身工作异常。

可选地，所述监管装置具备发射障碍物地理数据的功能，同时具备监管其它发射装置工作状态的能力。因此在孤立的单个障碍物的地区，可以用监管装置代替发射装置。

可选地，为了监测区域内每一个所述发射装置的工作状态，所述监管装置须对该区域内需要监管的发射装置进行注册，一旦被注册过的所述发射装置在一定时间内没有发送地理数据报文，监管装置就可以判断该所述发射装置出现故障，这时可以通过专用通讯通道向后台报告故障发射器的信息。

为了不影响正常的报文通讯，所述发射装置的注册需要用到专门的注册报文，注册一旦完成以后，这些注册报文就不会再使用，以降低对正常工作的影响。

可选地，一种注册方法说明如下，初始上电后，没有存储过地理数据信息的所述发射装置是不会主动发起注册申请的；已经存储了地理数据信息后的所述发射装置上电后会周期性发出发射装置申请注册报文给所述监管装置，所述监管装置收到该报文后，会发出监管装置同意注册报文，所述监管装置同意注册报文中包括所述发射装置的位置信息和所述监管装置的专用地址码以及所述监管装置的位置信息。所述发射装置收到监管装置同意注册报文后，考虑到附近可能有多个所述监管装置，所述发射装置会根据监管装置同意注册报文中带有的所述监管器的位置信息，计算离最近的所述监管装置作为自己的报告对象，或直接将信号最强的所述监管装置作为自己的报告对象后，将所述监管器的专用地址码记录下来，然后所述发射装置会发出发射装置注册完成申请报告报文，所述监管装置收到发射装置注册完成申请报告报文后，确认所述发射装置为其监管的对象，并进行登记，然后所述监管装置将发出监管装置注册完成确认报文，所述发射装置收到监管装置注册完成确认报文后，注册过程结束。这种方法中所述发射装置的地理数据报文中不需要增加注册完成状态的标记位。

可选地，另外种注册方法说明如下，所述发射装置的地理数据报文中增加注册完成状态的标记位，如果该状态位没有被设置，表明所述发射装置没有被监管装置注册过。当所述监管装置收到一个没有设置注册完成标记位的地理数据报文时，表明所述发射装置需要申请注册，所述监管装置就会向该发射装置发出监管装置同意注册报文，监管装置同意注册报文中包括所述发射装置的位置信息和所述监管装置的专用地址码以及所述监管装置的位置信息。所述发射装置收到监管装置同意注册报文后，考虑到附近可能有多个所述监管装置，所述发射装置会根据监管装置同意注册报文中带有的所述监管器的位置信息，计算离最近的所述监管装置作为自己的报告对象，或直接将信号最强的所述监管装置作为自己的报告对象后，将确定为自己报告对象的所述监管器的专用地址码记录下来，然后所述发射装置会发出发射装置注册完成申请报告报文，所述监管装置收到发射装置注册完成申请报告报文后，确认所述发射装置为其监管的对象，并进行登记，然后所述监管装置将发出监管装置注册完成确认报文，所述发射装置收到监管装置注册完成确认报文后，设置地理数据报文中的注册完成标记位，注册过程结束。

可选地，可以通过后台命令所述监管装置下发监管装置命令重新注册报文时，可使监管装置注销所有注册信息，所有发射装置收到监管装置命令重新注册报文后，确认是此前记录的监管装置发出的报文后，所述发射装置解除当前的注册绑定，重新发起注册程序。

可选地，注册完成后，所述监管装置和所述发射装置都不再发送注册报文，所述发射装置仅发送地理数据报文，所述监管装置将对报文实施监管。如果所述监管装置在一定时间内没有收到已经注册的所述发射装置的地理数据报文，则所述监管装置认为该所述发射装置有故障，通过专用数据通道发出所述发射装置的故障状态报告信息，并周期性发出监管装置命令设置故障码报文，区域内所有已经注册的所述发射装置收到该报文后，将设置地形报文有效数据的中的区域故障码。航空器收到任何一个地理数据报文后，会检查该位，如果设置，就知道附近有发射装置有故障而没有发送数据，航空器收到的数据并不全面，需要引起注意。如果所述发射装置故障消除后，监管装置将周期发出监管装置命令撤销故障码报文，直到区域内所有已经注册的所述发射装置的地形报文有效数据的区域故障码清零。

可选地，为了防止将正常撤除的所述发射装置当作故障处理，在所述发射装置上设置一个按键和指示灯，按键后，所述发射装置会周期性发出发射装置申请注销注册报文，指示灯一直处于闪烁状态。所述监管装置收到发射装置申请注销注册报文后，会注销该发射装置，并发出监管装置同意注销注册报文给所述发射装置，所述发射装置收到监管装置同意注销注册报文后，确认注销注册完成，指示灯停止闪烁。双方通过这种方式确认是正常人工撤除操作。

可选地，维护设备也可以发出报文命令所述发射装置发出发射装置申请注销注册报文给所述监管装置，监管装置收到该报文后，将注销所述发射装置的注册信息，并发出监管装置同意注销注册报文给所述发射装置，所述发射装置收到监管装置同意注销注册报文后，确认注销注册完成，并把结果返回给发射装置，发射装置再把结果返回给维护设备。

可选地，注销某个发射装置也可以通过专用通讯通道给监管装置下达注销指令，监管装置收到该指令后，将注销该发射装置的注册信息，并发出监管装置同意注销注册报文给该发射装置，该发射装置收到监管装置同意注销注册报文后，确认注销注册完成。

可选地，维护设备可以对所述发射装置和所述监管装置用维护报文进行数据写入、读取、检验，注销注册等操作。所述发射装置或所述监管装置可以拥有一个唯一的地址码和信号指示灯。维护设备可以根据这个唯一地址码与所述发射装置或监管装置进行通讯。维护指令报文包括多种指令类型，如点指示灯、灭指示灯、查询装置类型、维护撤除、下载数据、读取数据、读取状态数据等。通讯前，维护设备发出指令报文点亮这个指示灯，以便确认操作对象，然后维护设备对所述发射装置或所述监管装置进行操作。数据写入时，维护设备将地理数据发给所述发射装置和所述监管装置，所述发射装置和所述监管装置收到后将数据写入到其数据存储器，闪烁一段时间的指示灯后熄灭指示灯，表明地理数据写入过程完成；如果写入失败，指示灯长期点亮，这时需要维护设备重写数据；读取装置类型，维护设备发出查询装置类型指令，所述发射装置或所述监管装置收到指令后，会返回其装置类型的数据报文；读取所述发射装置或所述监管装置中的地理数据，维护设备发出读取数据指令，所述发射装置或所述监管装置收到指令后，会返回存储在所述发射装置或所述监管装置中的地理数据；读取所述发射装置或所述监管装置中的状态数据，包括注册情况、工作状态、位置信息等，维护设备发出读取状态数据指令，所述发射装置或所述监管装置收到指令后，返回所述发射装置或所述监管装置中的状态数据。可以用这种方式查询监管装置中的状态信息，如注册数量、发射装置工作状态、故障的发射装置的位置信息等，这样可以现场更换故障的发射装置。

可选地，主动发起报文的一方应周期性继续发送报文，直到响应方做出响应为止；响应方如果继续收到重复报文，则表明发起方没有收到响应报文，响应方须继续发出报文，直到发起方停止发出重复报文为止。

本发明采用无线通讯方式，可以全天候工作，维护性好，可以发现定位故障发射装置的位置，无需人工巡视，获得障碍物信息全面，能进行防撞告警运算，可以实现智能告警，响应速度快，而且节约能源、成本低廉，是一种较好的障碍物信息获取方法。

鉴于此，本发明提供了一种低空空域障碍物信息获取方法及数据发射采集处理装置，能可靠、快速获取低空空域内障碍物地理信息，包括障碍物的位置、形状、高度等。

本发明与现有技术相比的创新点在于：

(1)目前并没有覆盖广阔低空空域的障碍物数据库，能获得的地图数据也不包括建筑物、高压线、水塔等主要障碍物信息，检索到的发明借助“低空障碍物数据”和“地图”不能解决障碍物数据缺失问题。本发明以主动播报的方式提供了障碍物地理位置信息，是一种有效的低空空域障碍物信息获取手段。

(2)本发明设计“地”-“空”结合的低空空域障碍物信息获取系统，包括，地面设备：发射装置、监管装置、维护设备、后台；机载设备：数据采集处理装置。以主动发射信号的方式给飞行员提供低空障碍物地理位置信息，不受天气因素干扰，有效预警，减轻飞行员压力。设备的组件采用货架产品，缩短研发和生产周期，较ADS-B等设备成本大幅降低。

(3)地面设备(安装在障碍物附近)采用发射装置、监管装置、维护设备和后台相结合的设计，利用维护报文、注册报文和地理数据报文，通过无线通信机制，全流程实现自动化的设备注册、地理数据报文发射、故障判断及处置、设备注销，整个机制能智能判断设备健康情况，并自动采取故障解决措施，减少人工维护，降低人工成本。

(4)机载设备(放置在航空器上)数据采集处理装置采用便携式设计，可以获得民航适航认证的偏离或豁免，也不需与飞行器绑定，提高利用率。对于滑翔伞、翼装、热气球等通航运动，可随身携带数据采集处理装置，不受现行机载设备限制。且数据为实时接收，不需要定期购买数据库，节省了大笔数据更新费用。

(5)本发明设计了三种报文：维护报文、注册报文和地理数据报文。通过这三种报文，实现无线通信机制。无线通信机制方面，采用公共频率，接入不受限，不受电磁干扰，节省频段资源。

附图说明

图1显示为本发明实施例所述低空空域障碍物信息获取的一种系统实现示意图；

图2显示为本发明实施例所述发射装置的一种实现示意图；

图3显示为本发明实施例所述简化的点障碍物的一种实现示意图；

图4显示为本发明实施例所述简化的线障碍物的一种实现示意图；

图5显示为本发明实施例所述简化的矩形障碍物的一种实现示意图；

图6显示为本发明实施例所述简化的圆形障碍物的一种实现示意图；

图7a显示为本发明实施例所述地理数据报文一种实现示意图；

图7b显示为本发明实施例所述地理数据报文中有效数据部分的一种实现示意图；

图7c显示为本发明实施例所述地理数据报文中点障碍物数据一种实现示意图；

图7d显示为本发明实施例所述地理数据报文中线段障碍物数据的一种实现示意图；

图7e显示为本发明实施例所述地理数据报文中圆形障碍物数据的一种实现示意图；

图7f显示为本发明实施例所述地理数据报文中矩形障碍物数据的一种实现示意图；

图7g显示为本发明实施例所述地理数据报文中带注册完成标志位的点障碍物数据一种实现示意图；

图7h显示为本发明实施例所述地理数据报文中带注册完成标志位的线段障碍物数据的一种实现示意图；

图7i显示为本发明实施例所述地理数据报文中带注册成标志位的圆形障碍物数据的一种实现示意图；

图7j显示为本发明实施例所述地理数据报文中带注册完成标志位的矩形障碍物数据的一种实现示意图；

图7k显示为本发明实施例所述地理数据报文中航空器位置数据的一种实现示意图；

图8显示为本发明实施例所述的数据采集处理装置的一种实现示意图；

图9显示为本发明实施例所述的监管装置的一种实现示意图；

图10a显示为本发明实施例所述的注册报文格式的一种实现示意图；

图10b显示为本发明实施例所述的发射装置申请注册报文的一种实现示意图；

图10c显示为本发明实施例所述的发射装置申请注销注册报文的一种实现示意图；

图10d显示为本发明实施例所述的监管装置同意注册报文的一种实现示意图；

图10e显示为本发明实施例所述的监管装置同意注销注册报文的一种实现示意图；

图10f显示为本发明实施例所述监管装置命令重新注册报文的一种实现示意图；

图10g显示为本发明实施例所述的发射装置注册完成申请报告报文的一种实现示意图；

图10h显示为本发明实施例所述监管装置命令设置故障码报文的一种实现示意图；

图10i显示为本发明实施例所述监管装置命令撤销故障码报文的一种实现示意图；

图10j显示为本发明实施例所述的监管装置注册完成确认报文的一种实现示意图；

图11a显示为本发明实施例所述的维护报文格式的一种实现示意图；

图11b显示为本发明实施例所述的维护指令报文的一种实现示意图；

图11c显示为本发明实施例所述的维护读取报文的一种实现示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

目前，我国通航产业进入发展快车道加快发展刻不容缓，但低空飞行安全问题不容忽视，特别是障碍物对低空通航的安全影响非常巨大，目前已有的方法存在明显的不足之处，本发明采用基于航空器无线接收和处理布局于障碍物附近、存储障碍物地理数据的发射装置上发出的地理数据，来实现对障碍物的提醒和规避，具体说明如下。

如图1所示，为本发明实施例所述的低空空域障碍物信息获取方法的一种系统100实现结构示意图。所述系统100中包括发射装置200、数据采集处理装置300和监管装置400，其中，发射装置200布置于地面障碍物附近，监管装置400也布置在发射装置200附近，而数据采集处理装置300则放置在航空器500上，维护设备600一般用于现场数据数据写入、数据校验、状态读取、故障装置更换等，后台700用于远程数据收集和系统维护。所述发射装置200存储障碍物地形信息，通过无线方式将地理数据发射给所述数据采集处理装置300，因此所述数据采集处理装置300就可以提前知道附近的障碍物信息，从而可以实现提前告警功能。

可选地，所述发射装置200请参阅图2，所述发射装置200包括RF天线201、收发模块202、微处理器203、数据存储器204组成。所述RF天线201与所述收发模块202相连，所述数据存储器204，收发模块202均分别与所述微处理器203相连。所述微处理器203周期从所述数据存储器204中提取地理数据报文，给所述收发模块202，所述收发模块202再通过所述RF天线201发送所述的地理数据信息给航空器上的数据采集处理装置300。航空器应该能在1.2Km外开始可靠接收到地理数据。

所述数据存储器204存储有所述障碍物的地理数据，包括障碍物的位置、形状和高度等信息。

在实际应用中，障碍物可以简化为点、线、矩形和圆形四种类型，它们都是一个抽象概念。一段电力线、一个铁塔都可以用简化为一个点表述，见图3，铁塔的地理位置表示为[O(X,Y)高],表示这个点位置上有障碍物，大部分人工障碍物都可以用点类型表述，其数据量小，仅用位置坐标和高度表述就可以。线类型障碍物，见图4，一段高压线表示为[(X1,Y1),(X2,Y2),(X3,Y3),(X4,Y4),(X5,Y5),(X6,Y6)],一般用线段的两个端点坐标和高度简化表示，如果是连续线段，则可以用相邻的端点坐标和高度连续表示，见图7d，电力的端点就是电线杆所在位置；面类型障碍物是描述高层建筑或地貌的分布，可分矩形和圆形两种形态，分别见图5，矩形建筑物的一边的中点作为圆心，对边的中点表示为[A(X,Y)]，见图6，圆形建筑物的中心为圆形，距离圆心最远处的距离为半径，不规则的建筑群可以用圆概括。矩形可以取四个点坐标，也可取任意平行两边的中心点坐标和两侧线之间的宽度以及高度表示，见图7e，圆形则以圆心坐标和半径及高度表示，见图7f。以上障碍物形态是从空中俯瞰障碍物的外形简化表示。

可选地，所述数据采集处理装置300请参阅图8。所述数据采集处理器300包括RF天线301、收发模块302、微处理器303、数据存储器304、位置信息模块305组成。所述RF天线301与所述收发模块302相连，所述数据存储器304，收发模块302和位置信息模块305均分别与所述微处理器303相连。所述微处理器303处理收发模块302收到的所述发射装置200发出的障碍物地理数据报文和其它航空器500位置报文信息，从位置信息模块305获得自身航空器的位置和运动信息，判断是否需要提醒飞行员注意规避障碍物，必要时提供规避策略选项。

可选地，所述微处理器303还从所述位置信息模块306获得当前的位置信息，然后通过所述收发模块302和所述RF天线301发射给其它航空器500，通报自身的位置信息和运动信息。

可选地，所述监管装置400也是一个发射装置，具备发射装置的所有功能；同时具备自检功能和配有专用通讯通道。所述监管装置400能监管区域内多个所述发射装置200的工作状态，请参阅图9，所述监管装置400包括RF天线401、收发模块402、微处理器403、数据存储器404、专用通讯通道收发模块405、专用通讯通道RF天线406组成。所述RF天线401与所述收发模块402相连，所述数据存储器404，收发模块402和专用通讯通道收发模块405均分别与所述微处理器403相连，所述专用通讯通道RF天线406与所述专用通讯通道收发模块405相连。微处理器403用于处理注册报文信息、监视发射装置200的报文信息、通过所述专用通讯通道报告发射器的工作状态。

可选地，所述监管装置400具备自检功能，通过所述收发模块402和所述RF天线401发送数据时，所述收发模块402会实时接收发射出去的数据，发射和接收的数据应该是一致的，如果出现异常，则所述收发模块402不会收到数据或收到错误数据，说明所述监管装置400的有故障。

可选地，所述监管装置400具备发射障碍物地理数据的功能，数据存储器404保存障碍物的地理数据信息，同时具备监管其它发射装置200工作状态的能力。因此在孤立的单个障碍物的地区，可以用监管装置400代替发射装置200。

可选地，为了监测区域多个所述发射装置200的工作状态，所述监管装置400会对该区域内所述发射装置200进行注册，一旦被注册过的某个所述发射装置200在一定时间内没有发送地理数据报文，就可以知道该所述发射装置200出现故障。

可选地，监管装置400可以代替在孤立的障碍物附近的所述发射装置200安装，既实现发射装置的功能，又能实现自检，并报告其状态给后台。

为了不影响正常的报文通讯，所述发射装置200的注册需要用到专门的注册报文，注册一旦完成以后，这些注册报文就不会再使用，以降低对正常工作的影响。所有注册用的报文格式见图10a，前导字和校验码与地理数据报文一样。

可选地，第一种注册实现方法说明示例如下，没有存储过地理数据信息的所述发射装置200初始上电后不会主动发起注册程序的；已经存储了地理数据信息后的所述发射装置200上电后会周期性发出发射装置申请注册报文(见图10b)给所述监管装置400，所述监管装置400收到该报文后，会发出监管装置同意注册报文(见图10d)，监管装置同意注册报文中包括所述发射装置200的位置信息和所述监管装置400的专用地址码以及所述监管装置400的位置信息。所述发射装置200收到监管装置同意注册报文后，考虑到附近可能有多个所述监管装置400，所述发射装置200会根据监管装置同意注册报文中带有的所述监管器400的位置信息，计算离最近的监管装置400作为自己的报告对象，或直接将信号最强的监管装置400作为自己的报告对象后，确定为自己报告对象的所述监管器400的专用地址码也被所述发射装置200记录下来，然后所述发射装置200会发出发射装置注册完成申请报告报文(见图10g)，所述监管装置400收到发射装置注册完成申请报告报文后，确认所述发射装置200为其监管的对象，并进行登记，然后所述监管装置400将发出监管装置注册完成确认报文(见图10j)，所述发射装置200收到监管装置注册完成确认报文后，注册过程结束。这种方法中所述发射装置的地理数据报文中不需要增加注册完成状态的标记位。

可选地，第二种注册实现方法说明示例如下，所述发射装置200的地理数据报文中包括注册完成状态位，见图7g-图7j，如果该状态位没有被置位，表明所述发射装置200没有被所述监管装置400注册过，反之，则表明所述发射装置200已经被所述监管装置400注册过。当所述监管装置400收到一个没有置位的注册完成标记位的地理数据报文时，表明所述发射装置200在向所述监管装置400申请注册，所述监管装置400就会向该发射装置200发出监管装置同意注册报文，监管装置同意注册报文中包括所述发射装置200的位置信息和所述监管装置400的专用地址码以及所述监管装置400的位置信息。所述发射装置200收到监管装置同意注册报文后，考虑到附近可能有多个所述监管装置400，所述发射装置200会根据监管装置同意注册报文中带有的所述监管器400的位置信息，计算离最近的所述监管装置400作为自己的报告对象，或直接将信号最强的所述监管装置400作为自己的报告对象后，将确定为自己报告对象的所述监管器400的专用地址码记录下来，然后所述发射装置200会发出发射装置注册完成申请报告报文，所述监管装置400收到发射装置注册完成申请报告报文后，确认所述发射装置200为其监管的对象，并进行登记，确认注册成功，然后所述监管装置400将发出监管装置注册完成确认报文，所述发射装置200收到监管装置注册完成确认报文后，设置地理数据报文中的注册完成标记位，注册过程结束。

另外，可以通过后台命令所述监管装置400下发监管装置命令重新注册报文，见图10f，所有发射装置200收到该报文后，确认是此前注册时记录的所述监管装置400发出的报文后援，所述发射装置200解除当前的注册绑定，重新发起注册程序。

注册完成后，所述监管装置400和所述发射装置200都不再发送注册报文，所述发射装置200仅仅发送地理数据报文，所述监管装置400将对报文实施监管。如果所述监管装置400一段时间内没有收到已经注册的所述发射装置200发出的地理数据报文，则所述监管装置400认为所述该发射装置200有故障，通过所述监管装置400的专用数据通道发出所述发射装置200的故障状态报告信息，并周期性发出监管装置命令设置故障码报文，见图10h，区域内所有已经注册的所述发射装置200收到该报文后，将设置地形报文有效数据的中的区域故障码。航空器收到任何一个地理数据报文后，会检查该位，如果设置，就知道附近有发射装置有故障而没有发送数据，航空器收到的数据并不全面，需要引起注意。如果所述发射装置200故障消除后，人工启动监管装置周期发出监管装置命令撤销故障码报文，见图10i，直到区域内所有已经注册的所述发射装置的地形报文有效数据的区域故障码清零。

为了防止将正常撤除的所述发射装置200当作故障处理，在所述发射装置200上设置一个特别按键和指示灯，按该键后，所述发射装置200会周期性发出发射装置申请注销注册报文，见图10c，指示灯一直处于闪烁状态。所述监管装置400收到所述发射装置申请注销注册报文后，会注销所述该发射装置200，并发出监管装置同意注销注册报文，见图10e，给所述发射装置200，所述发射装置200收到所述监管装置同意注销注册报文后，确认注销注册完成，指示灯停止闪烁。双方通过这种方式确认是正常人工操作。

可选地，维护设备可以对所述发射装置200和监管装置400用维护报文进行数据写入、读取、检验，注销注册等操作，维护报文的格式见图11a。

可选地，所述发射装置200或监管装置400可以拥有一个唯一的地址码和信号指示灯。维护设备可以根据这个唯一地址码与所述发射装置200或监管装置400进行通讯，维护设备发给所述发射装置200或监管装置400的指令报文见图11b，指令报文包括多种指令类型，如点指示灯、灭指示灯、查询装置类型、维护撤除、下载数据、读取数据、读取状态数据等。通讯前，维护设备发出指令报文点亮这个指示灯，以便确认操作对象，然后维护设备对所述发射装置200或所述监管装置400进行操作。数据写入时，维护设备将地理数据发给所述发射装置200或监管装置400，发射装置200或监管装置400收到后将数据写入到其数据存储器，闪烁一段时间的指示灯后熄灭指示灯，表明地理数据写入过程完成；如果写入失败，指示灯长期点亮，这时需要维护设备重写数据；读取装置类型，维护设备发出查询装置类型指令，所述发射装置200或所述监管装置400收到指令后，会返回装置类型的数据报文，数据报文的格式见图11c所述维护读取格式；读取所述发射装置200或所述监管装置400中的地理数据，维护设备发出读取数据指令，所述发射装置200或所述监管装置400收到指令后，会返回存储在所述发射装置200或所述监管装置400中的地理数据；读取所述发射装置200或所述监管装置400中的状态数据，包括注册情况、工作状态、位置信息等，维护设备发出读取状态数据指令，所述发射装置200或所述监管装置400收到指令后，返回所述发射装置200或所述监管装置400中的状态数据，可以用这种方式查询监管装置400中的状态信息，如果有发射装置200故障，则可以现场判断是哪个发射装置200出现故障。

可选地，注销某个发射装置200也可以通过专用通讯通道给监管装置400下达注销指令，监管装置400收到该指令后，将注销该发射装置200的注册信息，并发出监管装置同意注销注册报文给该发射装置200，该发射装置200收到监管装置同意注销注册报文后，确认注销注册完成。

可选地，主动发起报文的一方应周期性继续发送报文，直到响应方做出响应为止；响应方如果继续收到重复报文，则表明发起方没有收到响应报文，响应方须继续发出报文，直到发起方停止发出重复报文为止。

本发明所用方法不受气候条件的影响，能快速获得障碍物特征信息，维护性好，能自组网监管每一个发射装置的工作状态，成本低廉，节能环保，在保障低空空域飞行安全方面能发挥重要作用。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的缺点且具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (18)

1.一种低空空域障碍物信息获取系统，其特征在于：包括发射装置、数据采集处理装置、监管装置、维护设备和后台；

所述发射装置，安装在障碍物附近，存储障碍物的地理数据报文，并用无线的方式周期性发射所述障碍物的地理数据报文，所述发射装置与所述监管装置通过无线方式进行报文传输；

所述数据采集处理装置，放置在航空器上，实时接收并处理多个所述发射装置发送的障碍物的地理数据报文，判断所述航空器附近区域障碍物的分布情况，根据所述航空器自身的位置和运动情况，作出规避策略，用语音方式提醒飞行员；同时，所述数据采集处理装置，还能够发送所在航空器的位置高度信息和运动信息；

所述监管装置，安装于障碍物附近，用于监管信号覆盖区域内所述发射装置的工作状态，发现所述发射装置有故障时，向后台报告故障信息；同时，所述监管装置具备所述发射装置功能，能发射障碍物的地理数据报文；

所述维护设备，用于现场数据写入、数据校验、状态读取、和故障装置更换；

所述后台，用于远程数据收集和系统维护。

2.根据权利要求1所述的低空空域障碍物信息获取系统，其特征在于：所述发射装置包括：RF天线、收发模块、数据存储器和微处理器；所述RF天线，用于增加发射距离；所述收发模块，与所述RF天线相连，用于收发数据；所述数据存储器，存储障碍物的地理数据报文；所述微处理器，与所述数据存储器和所述收发模块相连，从所述数据存储器中提取障碍物的地理数据报文，发送给所述收发模块，经由所述RF天线发送出去，从所述收发模块接收处理所述监管装置指令。

3.根据权利要求1或2所述的低空空域障碍物信息获取系统，其特征在于：所述发射装置具备一个唯一的地址，维护设备通过辨识所述地址与所述发射装置进行通讯。

4.根据权利要求1所述的低空空域障碍物信息获取系统，其特征在于：所述数据采集处理装置包括：RF天线、收发模块、微处理器、位置信息模块和数据存储器；所述RF天线，用于增加发射距离；所述收发模块，与所述RF天线相连，用于收发数据；所述微处理器，与所述收发模块相连，用于处理收发模块收到的障碍物地理数据报文和其它航空器位置报文信息，根据自身的位置、运动方向、运动速度，做出安全规避策略；所述位置信息模块，与所述微处理器相连，提供航空器自身的位置坐标和高度；所述数据存储器，与所述微处理器相连，用于存储障碍物的地理数据报文。

5.根据权利要求1或4所述的低空空域障碍物信息获取系统，其特征在于：所述数据采集处理装置采取便携式设计，获得民航适航认证偏离或豁免。

6.根据权利要求1所述的低空空域障碍物信息获取系统，其特征在于：所述监管装置包括：RF天线、收发模块、微处理器、数据存储器、专用通讯通道收发模块和专用通讯通道RF天线；所述RF天线，用于增加发射距离；所述收发模块，与所述RF天线相连，用于收发数据；所述微处理器，与所述收发模块相连，用于处理注册报文信息、监视所述发射装置的报文信息；所述数据存储器，与所述微处理器相连，用于存储障碍物的地理数据报文数据；所述专用通讯通道收发模块，与所述微处理器相连，用于处理所述发射装置的工作状态；所述专用通讯通道RF天线，与所述专用通讯通道收发模块相连，用于报告所述发射装置的工作状态。

7.根据权利要求6所述的低空空域障碍物信息获取系统，其特征在于：所述监管装置具备自检功能，通过所述收发模块和所述RF天线发送数据时，所述收发模块会实时接收发射出去的数据，发射和接收的数据应该是一致的，如果出现异常，则所述收发模块不会收到数据或收到错误数据，表明所述监管装置有故障。

8.根据权利要求1所述的低空空域障碍物信息获取系统，其特征在于：所述维护设备还能够对所述发射装置和所述监管装置用维护报文进行数据写入、读取、检验，注销注册操作；所述发射装置或所述监管装置拥有一个唯一的地址码；维护设备根据所述唯一地址码与所述发射装置或监管装置进行通讯。

9.根据权利要求8所述的低空空域障碍物信息获取系统，其特征在于：所述维护报文包括：前导码、ID号、有效数据和校验码；所述有效数据代表不同报文的内容，所述不同报文包括维护指令报文、维护读取报文。

10.一种低空空域障碍物信息获取方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)初始化设置：根据安装位置不同，通过维护设备给发射装置和监管装置分别输入安装位置处的障碍物的地理数据报文；

(2)建立监管关系：所述监管装置要对所述发射装置进行注册；

(3)地理数据报文的传输和利用：注册完成后，所述发射装置广播地理数据报文，所述数据采集处理装置接收地理数据报文，判断所在航空器附近区域障碍物的分布情况，根据所述航空器自身的位置、运动情况，作出规避策略，用语音方式提醒飞行员；

(4)故障处理：监管过程中，所述监管装置监测已经注册过的发射装置状态，判断发射装置故障情况，并作出故障处理措施；

(5)设备注销：根据使用需要，对已注册的发射装置进行注销并撤除。

11.根据权利要求10所述的低空空域障碍物信息获取方法，其特征在于：所述步骤(1)中，输入安装位置处的障碍物的地理数据报文方法为：数据写入时，维护设备将地理数据发给所述发射装置和所述监管装置，所述发射装置和所述监管装置收到后将数据写入到其数据存储器；如果写入失败，需要维护设备重写数据；读取装置类型，维护设备发出查询装置类型指令，所述发射装置或所述监管装置收到指令后，会返回其装置类型的数据报文；读取所述发射装置或所述监管装置中的地理数据，维护设备发出读取数据指令，所述发射装置或所述监管装置收到指令后，会返回存储在所述发射装置或所述监管装置中的地理数据；读取所述发射装置或所述监管装置中的状态数据，维护设备发出读取状态数据指令，所述发射装置或所述监管装置收到指令后，返回所述发射装置或所述监管装置中的状态数据。

12.根据权利要求10所述的低空空域障碍物信息获取方法，其特征在于：所述步骤(1)中，障碍物的地理数据报文，包括前导码、ID号、有效数据长度、类型码、位置数据、区域故障码、校验码；所述类型码表示障碍物的类型，将障碍物简化分成四类，即点障碍物、线障碍物、圆形障碍物和矩形障碍物，不同类型障碍物的数据采用不同的地理数据类型码；所述位置数据表示障碍物的具体经纬度和高度信息；所述区域故障码，被设置时，表示区域内至少有一个发射装置出现了故障而无法发出障碍物的地理数据报文，以此提醒航空器注意规避风险。

13.根据权利要求10所述的低空空域障碍物信息获取方法，其特征在于：所述步骤(2)中，对所述发射装置进行注册所需的注册报文包括：前导码、ID号、有效数据、校验码；所述有效数据代表不同的注册报文类型，包括发射装置申请注册报文、发射装置申请注销注册报文、监管装置同意注册报文、监管装置同意注销注册报文、监管装置命令重新注册报文、发射装置注册完成申请报告报文、监管装置命令设置故障码报文、监管装置命令撤销故障码报文、监管装置注册完成确认报文。

14.根据权利要求10所述的低空空域障碍物信息获取方法，其特征在于：所述步骤(2)中，对所述发射装置进行注册采有以下两种方案之一：

(1)所述发射装置上电后，会周期性发出发射装置申请注册报文给所述监管装置，所述监管装置收到发射装置申请注册报文报文后，会发出监管装置同意注册报文，所述发射装置会根据所述监管装置同意注册报文中的位置信息，确定距离最近或接收到无线信号最强的所述监管装置作为自己的报告对象后，所述发射装置会发出发射装置注册完成申请报告报文，所述监管装置收到发射装置注册完成申请报告报文后，确认所述发射装置为其监管的对象，并进行登记，然后所述监管装置将发出监管装置注册完成确认报文，所述发射装置收到监管装置注册完成确认报文后，结束注册过程，此方式注册的发射装置所发出的地理数据报文不包含注册完成状态位；

(2)所述监管装置会监视所有发射装置发出的地理数据报文，如果地理数据报文中的注册完成状态位没有设置，所述监管装置会发出监管装置同意注册报文，所述发射装置会根据所述监管装置同意注册报文的信息，确定距离最近或接收到无线信号最强的监管装置作为自己的报告对象后，所述发射装置会发出发射装置注册完成申请报告报文，所述监管装置收到发射装置注册完成申请报告报文后，确认所述发射装置为其监管的对象，并进行登记，然后所述监管装置将发出监管装置注册完成确认报文，所述发射装置收到监管装置注册完成确认报文后，设置地理数据报文中的注册完成状态位，结束注册过程。

15.根据权利要求14所述的低空空域障碍物信息获取方法，其特征在于：通过后台命令所述监管装置下发监管装置命令重新注册报文，使监管装置注销所有注册信息，所有发射装置收到监管装置命令重新注册报文，确认是此前记录的监管装置发出的报文后，所述发射装置解除当前的注册绑定，重新发起注册程序。

16.根据权利要求10所述的低空空域障碍物信息获取方法，其特征在于：所述步骤(4)中，在监管过程中，如果所述监管装置认为任何一个所述发射装置有故障，会发出监管装置命令设置故障码报文，所有在所述监管装置上已经注册过的发射装置收到监管装置命令设置故障码报文后，在随后发射出去的地理数据报文中会设置区域故障码，提醒航空器附近有所述发射装置有故障。

17.根据权利要求10所述的低空空域障碍物信息获取方法，其特征在于：所述步骤(5)中，对已注册的发射装置进行注销采用三种方法之一：

(1)通过维护设备发起：所述发射装置收到维护设备发出的维护撤除报文命令后，发出发射装置申请注销注册报文给所述监管装置，监管装置收到发射装置申请注销注册报文后，注销所述发射装置的注册信息，并把结果返回给发射装置，发射装置再把结果返回给维护设备；

(2)通过专用通讯通道发起：专用通讯通道给所述监管装置下达注销指令，所述监管装置收到该注销指令后，将注销发射装置的注册信息，并发出监管装置同意注销注册报文给该发射装置，该发射装置收到监管装置同意注销注册报文后，确认注销注册完成；

(3)通过发射装置发起：所述发射装置上有按键，按键后，所述发射装置发出发射装置申请注销注册报文给所述监管装置，监管装置收到发射装置申请注销注册报文报文后，注销所述发射装置的注册信息，避免对所述发射装置正常撤除时当作故障处理。

18.根据权利要求10所述的低空空域障碍物信息获取方法，其特征在于：所述发射装置注册和注销过程中，发起报文的申请方应周期性重复发送申请报文，直到响应方做出响应为止；响应方如果继续收到重复报文，则表明申请方没有收到响应报文，响应方须继续重复发出响应报文，直到申请方停止发出重复报文为止。