CN111429758A - 机场场面运行要素的多源感知探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机场场面运行要素的多源感知探测系统，包括：航空器感知探测系统、车辆感知探测系统、作业人员感知探测系统、作业风险感知探测系统，以及，数据存储系统；所述航空器感知探测系统、所述车辆感知探测系统、所述机场场面作业人员感知探测系统和所述作业风险感知探测系统分别与所述数据存储系统通过电信号连接。本发明机场场面运行要素的多源感知探测系统，能够实现场面运行要素的多源感知和精准探测，为机场场面的安全运行、智慧化运行提供基础的监测信息元素，保障机场场面运行安全和效率。

Description

机场场面运行要素的多源感知探测系统

技术领域

本发明涉及民航航空技术领域，尤其涉及一种机场场面运行要素的多源感知探测系统。

背景技术

在整个航空运输的链条中，机场是最为重要的环节之一，航空器的机场场面运行需要地面的保障车辆、保障人员为航空器提供滑行引导及各类服务保障工作，涉及航空器自身保障，如航空器加油、清洁、检修等，以及旅客登机、货物装卸转运等工作类型。

对机场场面运行要素的感知与探测，是确保场面运行安全的基础设施手段。在场面运行要素的感知与探测领域，目前国内机场主要采用了场面监视雷达、多点定位系统、ADS-B地面接收站来实现对航空器的定位与探测，采用车辆定位装置实现对场面运行车辆的定位与探测。美国采用X模式机场表面探测系统ASDE-X(Airport Surface DetectionEquipment—Model X)，已经在35个枢纽机场进行了安装应用。ASDE-X系统综合采用场面监视雷达、多点定位、多维度传感器、广播式自动相关监视、卫星导航定位技术来实现对场面运动目标的监视，能够在机场活动区域跟踪未配备应答机和配备应答机的车辆和飞机，帮助减少跑道入侵事件。上述解决方案，对跑道/滑行道的运动目标，主要是航空器和车辆，实现了基本的定位与活动轨迹跟踪，能够一定程度帮助减少跑道入侵事件。

然而航空器在地面滑行、停靠、旅客登机、货物运输过程中，还需要引导车、牵引车、摆渡车、行李传送车、食品车、加油车等各类地面服务车辆进行保障。大型枢纽机场的跑道、滑行道、停机坪布局复杂，交通密度大。地服保障业务流程复杂，涉及到的地勤人员、特种车辆和设备较多，尤其是枢纽机场航班密集使得地服保障作业时间紧张，地服人员工作强度大，加大了安全风险。近年来，各类地面服务保障车辆在运行过程中，与航空器抢道、刮碰航空器等不安全事件频发，极大影响了机场场面运行安全和效率。

发明内容

本发明旨在提供一种机场场面运行要素的多源感知探测系统，以实现包括航空器、车辆、人员等场面运行要素的多源感知和精准探测，为机场场面的安全运行、智慧化运行提供基础的监测信息元素，保障机场场面运行安全和效率。

本发明提供了一种机场场面运行要素的多源感知探测系统，其包括：

航空器感知探测系统、车辆感知探测系统、作业人员感知探测系统、作业风险感知探测系统，以及，数据存储系统；

所述航空器感知探测系统、所述车辆感知探测系统、所述作业人员感知探测系统和所述作业风险感知探测系统分别与所述数据存储系统通过电信号连接。

进一步地，上述机场场面运行要素的多源感知探测系统中，所述航空器感知探测系统包括：

场面监视雷达、多点定位系统、接收机设备、飞行计划数据系统，以及轨迹数据融合处理器；所述轨迹数据融合处理器分别与所述场面监视雷达、所述多点定位系统、所述接收机设备、所述飞行计划数据系统连接；其中,

所述场面监视雷达安装于塔台，用于监视近地范围内目标；

所述多点定位系统用于对机载应答机信号进行监测，并通过机载应答机的信号达到不同地面接收站的时间差计算被检测飞机的准确位置；

所述接收机设备用于解码航空器机载设备向外发射的报文信息，获取包括飞机的位置、速度、识别号的信息，对航空器的感知探测；

所述轨迹数据融合处理器用于依据所述飞行计划数据系统中的数据，将同一架航空器基于所述场面监视雷达、所述多点定位系统和所述接收机设备获得数据进行融合处理。

进一步地，上述机场场面运行要素的多源感知探测系统中，所述接收机设备为ADS-B接收机。

进一步地，上述机场场面运行要素的多源感知探测系统中，所述车辆感知探测系统用于实现对车辆的实时探测和定位，包括：

车载卫星定位装置、车载惯性导航装置，定位融合处理器及通信装置；

所述车载卫星定位装置和所述车载惯性导航装置分别与所述定位融合处理器的信号输入端连接；所述定位融合处理器的信号输出端与所述通信装置连接；所述通信装置与所述数据存储系统通过电信号连接。

进一步地，上述机场场面运行要素的多源感知探测系统中，所述作业人员感知探测系统包括：

基站阵列、人员端设备以及数据服务器；

所述基站阵列包含多个固定安装的基站，用于对全场机坪作业区域的信号进行覆盖；

所述人员端设备为可穿戴设备或便携式设备；

所述数据服务器用于与所述基站阵列实现数据交换，并存储作业人员通过所述人员端设备探测获得的数据，并将该数据发送至所述数据存储系统。

进一步地，上述机场场面运行要素的多源感知探测系统中，所述人员端设备设置有定位信标。

进一步地，上述机场场面运行要素的多源感知探测系统中，所述作业风险感知探测系统包括行驶防冲突风险探测系统和作业防碰撞风险探测系统；

所述行驶防冲突风险探测系统包括航空器机载端设备和车辆端设备；

所述航空器机载端设备包括航空器端的机载ADS-B OUT和机载ADS-B IN；其中，所述航空器端的机载ADS-B OUT设备用于自动向外广播包含本机的位置、高度、速度、航向、识别号的信息；所述机载ADS-B IN用于接收其他航空器和车辆发送的ADS-B OUT信息，以对具备ADS-B OUT能力的其他航空器和车辆进行探测；

所述作业防碰撞风险探测系统包括超声波探测装置、视频采集装置、驾驶员行为监测装置和通信装置；

其中，所述超声波探测装置用于探测车辆周边的障碍物信息，并且在车辆对接航空器时，用于探测车辆与航空器的对接距离；

所述视频采集装置用于采集车辆周边的图像信息；

所述驾驶员行为监测装置用于监测驾驶员行为习惯与驾驶疲劳状态；

并且，所述超声波探测装置、所述视频采集装置和所述驾驶员行为监测装置均与所述通信装置通过电信号连接，用于将所述将超声波探测装置、所述视频采集装置、所述驾驶员行为监测装置所探测数据传输给所述数据存储系统。

进一步地，上述机场场面运行要素的多源感知探测系统中，所述数据存储系统包括通信系统单元、监视数据服务器和作业参数服务器；其中，

所述通信系统单元用于与所述航空器感知探测系统、所述车辆感知探测系统、所述作业人员感知探测系统、所述作业风险感知探测系统通过电信号连接，以进行数据交互；

所述监视数据服务器与所述通信系统单元电连接，用于存放所述航空器感知探测系统提供的航空器实时轨迹数据、所述车辆感知探测系统提供的车辆实时定位数据、以及，所述作业人员感知探测系统提供的作业人员实时定位数据。

所述作业参数服务器与所述通信系统单元电连接，用于存储来自所述作业风险感知探测系统提供的作业风险实时采集数据；并且，还用于依据机场运行规则，在存储作业风险实时采集数据时，从所述监视数据服务器调取与当前作业风险相关联的航空器、车辆和作业人员监视数据。

本发明机场场面运行要素的多源感知探测系统，能够实现场面运行要素(航空器、车辆、人员)的多源感知和精准探测，为机场场面的安全运行、智慧化运行提供基础的监测信息元素，保障机场场面运行安全和效率。需要指出的是，多源感知与探测，不仅仅包括对各个运行要素基础的位置感知及探测，还包括基于场面运行规则、保障流程作业下的相互感知与探测。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明机场场面运行要素的多源感知探测系统实施例的结构框图；

图2为本发明机场场面运行要素的多源感知探测系统实施例中，航空器感知探测系统的结构框图；

图3为本发明机场场面运行要素的多源感知探测系统实施例中，车辆感知探测系统的结构框图；

图4为本发明机场场面运行要素的多源感知探测系统实施例中，机场场面作业人员感知探测系统的结构框图；

图5为本发明机场场面运行要素的多源感知探测系统实施例的作业风险感知探测系统中，行驶防冲突风险探测系统的结构框图

图6为本发明机场场面运行要素的多源感知探测系统实施例的作业风险感知探测系统中，作业防碰撞风险探测系统的结构框图；

图7为本发明机场场面运行要素的多源感知探测系统实施例中，数据存储系统的结构框图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1至图7，对本发明机场场面运行要素的多源感知探测系统实施例作进一步地说明。

参照图1，本实施例一种机场场面运行要素的多源感知探测系统，包括：航空器感知探测系统100、车辆感知探测系统200、作业人员感知探测系统300、作业风险感知探测系统400，以及，数据存储系统500。航空器感知探测系统100、车辆感知探测系统200、作业人员感知探测系统300和作业风险感知探测系统400分别与数据存储系统500通过电信号连接。

从机场场面运行规则和航空器地面保障作业流程来看，多源感知及探测系统包含了两个方面，一个是对航空器要素、车辆要素、人员要素(主要指机场场面作业人员)的基础的精准定位及运行态势跟踪；一个是航空器与车辆之间的相互感知与探测。

下面做具体的说明。

参照图2。图2为本发明机场场面运行要素的多源感知探测系统实施例中，航空器感知探测系统的结构框图。

本实施例中，航空器感知探测系统集成了场面监视雷达101、多点定位系统102、ADS-B接收机103、飞行计划数据系统104，以及轨迹数据融合处理器105。场面监视雷达101是比较传统的航空器感知探测设备，一般安装于机场塔台，监视近地范围内的目标，场面监视雷达对天气比较敏感，由于多径效应和地面物体反射产生的假目标比较多，同时也存在盲区。多点定位系统102是航空器感知探测设备，多点定位基于对机载应答机信号监测，通过机载应答机信号达到不同地面接收站的时间差计算被检测飞机的准确位置，其定位精度优于场面监视雷达。ADS-B接收机103直接解码航空器机载设备向外发射的ADS-B报文信息，获取飞机的位置、速度、识别号等信息，实现对航空器的感知探测，其定位精度依赖于航空器自身卫星导航定位系统的定位精度。对于同一场面，同一架航空器而言，场面监视雷达101、多点定位系统102、ADS-B接收机103可能产生重复目标，轨迹数据融合处理器105将依据飞行计划数据系统104、航空器轨迹信息进行融合处理，过滤假目标、重复目标，同时减少单一探测系统的覆盖盲区，有效确保场面航空器的感知探测效果，并将探测结果传输给数据存储系统，航空器定位精度可达7.5米。

参照图3。图3为本发明机场场面运行要素的多源感知探测系统实施例中，车辆感知探测系统的结构框图。

车辆感知探测系统由车载卫星定位装置201、车载惯性导航装置202、定位融合处理器203及通信装置204组成，实现对车辆的高精度实时探测，定位精度可达亚米级。车载卫星定位装置201一般选用北斗/GPS双模定位装置。当卫星信号较好时，定位融合处理器203优先采用卫星定位装置输出结果作为车辆定位信息；当卫星信号丢失时，定位融合处理器203优先采用车载惯性导航装置202输出的车辆定位信息。同时，由于车载惯性导航定位原理导致其定位误差随时间而增大，长期精度差，定位融合处理器203还将依据卫星定位装置的信息，适时对车载惯性导航装置202进行校准。通信设备将车辆定位结果发送给数据存储系统。

参照图4，图4为本发明机场场面运行要素的多源感知探测系统实施例中，作业人员感知探测系统的结构框图。

作业人员感知探测系统实现对作业人员的精准感知探测，由基站阵列301、人员端设备302和数据服务器303三层架构组成。基站阵列301包含一系列固定安装的基站，实现对全场机坪作业区域的信号覆盖。人员端设备302可采用可穿戴式终端，如腕表、安全头盔、工作服、工作牌等形态方式，可穿戴式终端配置了低功耗定位信标设备；人员端设备302还可采用便携式设备，如专用手机、手持对讲机，便携式设备内置了定位信标模块。当作业人员携带可穿戴式设备或便携式设备，在机坪区域时，可穿戴式设备或便携式设备发射的无线通信定位信标信号被基站接收，实现人员感知探测，定位精度可达米级。可穿戴设备上的低功耗定位信标模块具备良好的防水性能，方便人员在各种天气条件下的机坪区域保障作业。数据服务器与基站阵列实现数据交换，存储作业人员探测数据，并将数据发送给数据存储系统的监视数据服务器。

特别的，可穿戴式设备的低功耗定位信标装置安装在无动力设施上，比如气瓶拖车、散货拖车等，还可以实现对无动力设施的高精度定位，以实现无动力设施的感知探测，为无动力设施的有序监管提供基础的感知数据。

参照图5和图6，示出了本发明机场场面运行要素的多源感知探测系统实施例中，作业风险感知探测系统的结构示意图。

本实施例中，作业风险感知探测系统用于实现场面活动目标在作业过程中的作业风险感知探测，具体来讲，就是解决航空器与车辆在场面运行过程中的风险感知探测。依据机场运行规则来看，航空器与车辆之间的作业风险包含两个方面，第一，是车辆行驶和航空器滑行过程中的危险接近或冲突风险；第二，是航空器静止时，车辆靠近航空器作业、对接航空器作业时的直接剐蹭或碰撞风险。作业风险感知探测系统包含两个子系统，行驶防冲突风险探测系统401和作业防碰撞风险探测系统402。

参照图5，图5为行驶防冲突风险探测系统401的结构框图，其包含航空器机载端设备和车辆端设备。主要采用了ADS-B技术，实现航空器与车辆的相互感知。ADS-B是自动相关监视广播的简称，系统无需人工操作或者询问，可以自动地从相关机载设备获取参数向其他飞机或地面站广播飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等信息，以供管制员对飞机状态进行监控。航空器端的机载ADS-B OUT设备4011A能够自动向外广播本机的位置、高度、速度、航向、识别号等信息，机载ADS-B IN设备4011B能够接收其他航空器和车辆发送的ADS-BOUT信息，以实现对具备ADS-B OUT能力的航空器和车辆的探测。车辆端的ADS-B OUT设备4012A能够自动向外广播本车的位置、速度、识别号等信息，车载ADS-B IN设备4012B能够接收其他航空器和车辆发送的ADS-B OUT信息，以实现对具备ADS-B OUT能力的航空器和车辆的探测。

在本发明的具体实施应用中，从设备应用成本和机场运行规则角度，航空器可以全部加装机载ADS-B OUT设备和机载ADS-B IN设备，但并不需要所有车辆全部加装车载ADS-B OUT设备和车载ADS-B IN设备。从机场运行规则来看，某些车辆具备权限上跑道/滑行道进行作业，会进入航空器滑行区域，比如引导车，车辆可以同时加装ADS-B OUT设备和ADS-B IN设备，以便于航空器与车辆之间的相互探测；某些车辆的常规作业区域远离跑道/滑行道，一般不进入航空器滑行区域，但会有穿越滑行道的可能，比如摆渡车，可以只加装车载ADS-B IN设备，能够在行驶过程中，实时接收航空器发出的ADS-B OUT信息，实现对航空器的位置、运行态势感知与探测，降低冲突风险。

参照图6，图6为作业防碰撞风险探测系统的结构框图。主要用于在需要靠近或对接航空器进行作业的车辆，比如食品车、行李传送车、平台车等，此类车辆作业过程中需要减少与航空器的碰撞风险或者其他碰撞风险。作业防碰撞风险探测系统402包括超声波探测装置4021、视频采集装置4022、驾驶员行为监测装置4023和通信装置4024。超声波探测装置4021可以探测车辆周边的障碍物信息，并且在车辆对接航空器时，也可以精准探测出车辆与航空器的对接距离，减少碰撞风险。视频采集装置4022用于采集车辆周边的图像信息，减少驾驶员视线盲区，减少碰撞风险。驾驶员行为监测装置4023用于监测驾驶员行为习惯，比如抽烟、接打电话的不安全驾驶操作，瞌睡、哈欠等驾驶疲劳状态。通信装置4024将超声波探测装置、视频采集装置、驾驶员行为监测装置的探测数据传输给数据存储系统。

作业防碰撞风险探测系统402能够精准探测车辆作业区域周边的障碍物及环境信息、车辆与航空器的对接距离、驾驶员行为习惯，以防止与航空器的碰撞或者其他碰撞风险。

参照图7，图7示出了本发明机场场面运行要素的多源感知探测系统实施例中，数据存储系统的结构框图。

从图7可以看出，数据存储系统包括通信系统单元503、监视数据服务器501、作业参数服务器502。通信系统单元503实现与航空器感知探测系统、车辆感知探测系统、作业人员感知探测系统、作业风险感知探测系统的数据交互。通信系统单元503还可以向机场、空管、航司等相关单位的生产业务系统提供数据通信接口，实现场面运行要素探测信息共享。

航空器感知探测系统提供的航空器实时轨迹数据、车辆感知探测系统提供的车辆实时定位数据、作业人员感知探测系统提供的作业人员实时定位数据将统一存放在监视数据服务器501，以实现对场面运行要素(航空器、车辆、作业人员)的精准定位数据及运行态势数据存储。

作业参数服务器502存储来自作业风险感知探测系统提供的作业风险实时采集数据，包括障碍物探测信息、视频采集信息、驾驶员行为监测信息等。同时，依据机场运行规则，作业参数服务器在存储作业风险实时采集数据时，还将从监视数据服务器调取与当前作业风险相关联的航空器、车辆、作业人员监视数据。

本实施例机场场面运行要素的多源感知探测系统，能够实现场面运行要素(航空器、车辆、人员)的多源感知和精准探测，为机场场面的安全运行、智慧化运行提供基础的监测信息元素，保障机场场面运行安全和效率。需要指出的是，多源感知与探测，不仅仅包括对各个运行要素基础的位置感知及探测，还包括基于场面运行规则、保障流程作业下的相互感知与探测。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种机场场面运行要素的多源感知探测系统，其特征在于，包括：

航空器感知探测系统、车辆感知探测系统、作业人员感知探测系统、作业风险感知探测系统，以及，数据存储系统；

所述航空器感知探测系统、所述车辆感知探测系统、所述作业人员感知探测系统和所述作业风险感知探测系统分别与所述数据存储系统通过电信号连接。

2.根据权利要求1所述的机场场面运行要素的多源感知探测系统，其特征在于，所述航空器感知探测系统包括：

场面监视雷达、多点定位系统、接收机设备、飞行计划数据系统，以及轨迹数据融合处理器；所述轨迹数据融合处理器分别与所述场面监视雷达、所述多点定位系统、所述接收机设备、所述飞行计划数据系统连接；其中,

所述场面监视雷达安装于塔台，用于监视近地范围内目标；

所述多点定位系统用于对机载应答机信号进行监测，并通过机载应答机的信号达到不同地面接收站的时间差计算被检测飞机的准确位置；

所述接收机设备用于解码航空器机载设备向外发射的报文信息，获取包括飞机的位置、速度、识别号的信息，对航空器的感知探测；

所述轨迹数据融合处理器用于依据所述飞行计划数据系统中的数据，将同一架航空器基于所述场面监视雷达、所述多点定位系统和所述接收机设备获得数据进行融合处理。

3.根据权利要求2所述的机场场面运行要素的多源感知探测系统，其特征在于，

所述接收机设备为ADS-B接收机。

4.根据权利要求3所述的机场场面运行要素的多源感知探测系统，其特征在于，所述车辆感知探测系统用于实现对车辆的实时探测和定位，包括：

车载卫星定位装置、车载惯性导航装，定位融合处理器及通信装置；

所述车载卫星定位装置和所述车载惯性导航装置分别与所述定位融合处理器的信号输入端连接；所述定位融合处理器的信号输出端与所述通信装置连接；所述通信装置与所述数据存储系统通过电信号连接。

5.根据权利要求4所述的机场场面运行要素的多源感知探测系统，其特征在于，所述作业人员感知探测系统包括：

基站阵列、人员端设备以及数据服务器；

所述基站阵列包含多个固定安装的基站，用于对全场机坪作业区域的信号进行覆盖；

所述人员端设备为可穿戴设备或便携式设备；

所述数据服务器用于与所述基站阵列实现数据交换，并存储作业人员通过所述人员端设备探测获得的数据，并将该数据发送至所述数据存储系统。

6.根据权利要求5所述的机场场面运行要素的多源感知探测系统，其特征在于，

所述人员端设备设置有定位信标。

7.根据权利要求6所述的机场场面运行要素的多源感知探测系统，其特征在于，

所述作业风险感知探测系统包括行驶防冲突风险探测系统和作业防碰撞风险探测系统；

所述行驶防冲突风险探测系统包括航空器机载端设备和车辆端设备；

所述航空器机载端设备包括航空器端的机载ADS-B OUT和机载ADS-B IN；其中，所述航空器端的机载ADS-B OUT设备用于自动向外广播包含本机的位置、高度、速度、航向、识别号的信息；所述机载ADS-B IN用于接收其他航空器和车辆发送的ADS-B OUT信息，以对具备ADS-B OUT能力的其他航空器和车辆进行探测；

所述作业防碰撞风险探测系统包括超声波探测装置、视频采集装置、驾驶员行为监测装置和通信装置；

其中，所述超声波探测装置用于探测车辆周边的障碍物信息，并且在车辆对接航空器时，用于探测车辆与航空器的对接距离；

所述视频采集装置用于采集车辆周边的图像信息；

所述驾驶员行为监测装置用于监测驾驶员行为习惯与驾驶疲劳状态；

并且，所述超声波探测装置、所述视频采集装置和所述驾驶员行为监测装置均与所述通信装置通过电信号连接，用于将所述将超声波探测装置、所述视频采集装置、所述驾驶员行为监测装置所探测数据传输给所述数据存储系统。

8.根据权利要求7所述的机场场面运行要素的多源感知探测系统，其特征在于，

所述数据存储系统包括通信系统单元、监视数据服务器和作业参数服务器；其中，

所述通信系统单元用于与所述航空器感知探测系统、所述车辆感知探测系统、所述作业人员感知探测系统、所述作业风险感知探测系统通过电信号连接，以进行数据交互；

所述监视数据服务器与所述通信系统单元电连接，用于存放所述航空器感知探测系统提供的航空器实时轨迹数据、所述车辆感知探测系统提供的车辆实时定位数据、以及，所述作业人员感知探测系统提供的作业人员实时定位数据；

所述作业参数服务器与所述通信系统单元电连接，用于存储来自所述作业风险感知探测系统提供的作业风险实时采集数据；并且，还用于依据机场运行规则；在存储作业风险实时采集数据时，从所述监视数据服务器调取与当前作业风险相关联的航空器、车辆和作业人员监视数据。

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