CN111445727A - 监测机场跑道侵入的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种监测机场跑道侵入的系统及方法，该方法包括步骤：在地面保护区的主跑道和滑行道上同时布置传感器和跑道状态灯；通过主跑道中线上的传感器判断航空器穿越滑行道时是否有跑道侵入事件发生，以确定是否触发自动告警；通过中线延长线上的传感器来判断航空器是否已完全起飞或落地，以控制跑道状态灯是否熄灭；通过滑行道上的传感器来判断航空器在主跑道起飞或降落时是否有跑道侵入事件发生，以确定是否触发自动侵入告警。本发明自动告警可以使管制员不必将过多精力放在某一区域，而更多关注整个机场的航空器运行情况；告警同时面向驾驶员和管制员，避免了由一方失误导致的跑道侵入事件。

Description

监测机场跑道侵入的系统及方法

技术领域

本发明涉及航空技术领域，特别涉及一种基于传感器网络和跑道状态灯协同监测机场跑道侵入的系统及方法。

背景技术

跑道安全是整个航空运输系统安全的基础，而跑道侵入是典型的跑道安全问题，它极有可能引起严重的机场安全事故。

在美国，由FAA制定的跑道侵入防止计划致力于通过美国国家空域系统(NAS)来减少跑道侵入的发生。RIRP(Runway Incursion Reduction Program，跑道侵入减少计划)系统由飞行导航系统、入侵显示终端等部分组成，可以为飞行员、空中交通管制人员以及地面交通设施等提供实时状态报告。

NASA的RIPS(Runway Incursion Prevention System，跑道侵入防止系统)是一种先进的驾驶舱显示系统，能够在平视显示器上显示跑道、滑行道及跑道冲突警告等，主要是通过技术手段来提高地面状态实时报告、飞行定位和飞行员预警等方面的能力。它与RIRP的不同之处在于它可以通过HUD(平显技术)和EMM(电子移动地图)实时向飞行员报告当前地面状态。这一功能的实现是通过ADS-B(广播式自动相关监视)、STIS-B(地面交通信息服务广播)、LAAS等预警技术来完成的。

然而，RIRP和RIPS这两种设备的使用都要以花费大量资金对航空器机舱进行改造为代价，这对大多数机场来说都有一定的局限性，不利于推广。

发明内容

本发明的目的在于改善现有技术中所存在的上述不足，提供一种基于传感器网络和跑道状态灯协同监测机场跑道侵入的系统，以降低成本并高效准确地实现机场跑到侵入监测。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一方面，本发明实施例中提供了一种监测机场跑道侵入的方法，包括步骤：

在地面保护区的主跑道和滑行道上同时布置传感器和跑道状态灯；

通过主跑道中线上的传感器判断航空器穿越滑行道时是否有跑道侵入事件发生，以确定是否触发自动告警；

通过中线延长线上的传感器来判断航空器是否已完全起飞或落地，以控制跑道状态灯是否熄灭；

通过滑行道上的传感器来判断航空器在主跑道起飞或降落时是否有跑道侵入事件发生，以确定是否触发自动侵入告警。

上述方法中，当跑道状态灯点亮时，航空器停止继续前进，当跑道状态灯熄灭时表示跑道安全，不仅可以保障航空器正常飞行，还可以监测侵入事件，以及在侵入事件发生时自动告警。

上述方法中，在获取航空器着陆状态信息后，点亮跑道入口灯，激活滑行道上的传感器，并根据滑行道上的传感器判断是否有物体由外向内阻隔传感器，如果有，则判断有跑道侵入事件发生，向管制员端发出告警信号；如果没有，则控制被航空器阻隔的主跑道中线上的传感器与主跑道中线延长线之间的跑道入口灯熄灭，并抑制被航空器阻隔的主跑道中线上的传感器与主跑道中线延长线之间的传感器；然后当主跑道中线延长线上的传感器检测到航空器脱离主跑道时，控制所有跑道入口灯熄灭，且抑制所有的滑行道上的传感器。

上述方法中，在获取航空器着起飞态信息后，点亮跑道入口灯，激活滑行道上的传感器，并根据滑行道上的传感器判断是否有物体由外向内阻隔传感器，如果有，则判断有跑道侵入事件发生，向管制员端发出告警信号；如果没有，则控制被航空器阻隔的主跑道中线上的传感器之前的跑道入口灯熄灭，并抑制被航空器阻隔的主跑道中线上的传感器之前的传感器；然后当主跑道中线延长线上的传感器检测到航空器脱离主跑道时，控制所有跑道入口灯熄灭，且抑制所有的滑行道上的传感器。

上述方法中，在获取航空器滑行路线信息后，点亮所有的起飞等待灯，激活主跑道中线上的传感器和滑行道上的传感器，并根据主跑道中线上的传感器判断是否有物体由外向内阻隔传感器，如果有，则判断有跑道侵入事件发生，向管制员端发出告警信号；如果没有，则根据滑行道上的传感器检测到由内向外的物体运动判断出航空器脱离滑行道时，控制所有起飞等待灯熄灭，且抑制所有的滑行道上的传感器以及主跑道中线上的传感器。

另一方面，本发明实施例中提供了一种监测机场跑道侵入的系统，包括若干组传感器、若干个跑道状态灯及控制系统，每组传感器用于检测是否有物体进入，控制系统根据航空器状态控制跑道状态灯的状态，以及根据传感器的检测结果发出侵入告警信号。

上述系统中，激活传感器用于检测是否有物体进入，有物体进入时判断为发生跑道侵入事件，跑道状态灯根据航空器状态控制，当跑道状态灯点亮时，航空器停止继续前进，当跑道状态灯熄灭时表示跑道安全。因此上述系统不仅可以保障航空器正常飞行，还可以监测侵入事件，以及在侵入事件发生时自动告警。

在进一步细化的方案中，所述跑道包括主跑道和滑行道，所述跑道状态灯包括跑道入口灯和起飞等待灯，所述滑行道上布置有所述跑道入口灯，所述主跑道上布置有所述起飞等待灯。

在进一步细化的方案中，主跑道每隔一定距离设置有至少一组传感器，每条滑行道分别设置有至少两组传感器，且主跑道的中线延长线布置有至少一组传感器。

主跑道中线以及中线延长线上分别布置有传感器，通过中线上的传感器判断航空器穿越滑行道时是否有跑道侵入事件发生，以确定是否触发自动告警；通过中线延长线上的传感器来判断航空器是否已完全起飞或落地，以控制跑道状态灯是否熄灭；通过滑行道上的传感器来判断航空器在主跑道起飞或降落时是否有跑道侵入事件发生，以确定是否触发自动侵入告警。即是说，通过上述布置，保障航空器正常运行的同时也保障在各种情况下都能有效地监测跑道侵入事件并自动告警。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供的系统或方法，不仅可以保障航空器正常飞行，还可以监测侵入事件，以及在侵入事件发生时自动告警。系统设备成本低，技术难度不高，易于维护，且适于推广；自动告警可以使管制员不必将过多精力放在某一区域，而更多关注整个机场的航空器运行情况；告警同时面向驾驶员和管制员，避免了由一方失误导致的跑道侵入事件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为一个举例场景中灯具及传感器的布置示意图。

图2-3为航空器降落时的两种状态图。

图4-5为航空器从主跑道起飞时的两种状态图。

图6-7为航空器穿越滑行道起飞时的两种状态图。

图8为航空器降落时的控制流程图。

图9为航空器从主跑道起飞时的控制流程图。

图10为航空器穿越滑行道起飞时的控制流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例提供的监测机场跑道侵入的系统，包括若干组传感器、若干个跑道状态灯及控制系统。每组传感器包括一个红外线发射装置和一个红外线接收装置，红外线发射装置用于发出红外线，当没有物体阻隔时，红外线接收装置能够接收到红外线信号，若有物体通过时红外线发射装置发出的红外线被物体所阻隔，红外线接收装置则不能接收到红外线信号，基于此原理来检测是否有侵入事件发生。红外线发射装置和红外线接收装置分别安装于主跑道和滑行道的两侧。一般地，红外线接收装置能稳定接收红外线的稳定工作距离为250米，完全满足跑道宽度要求，且红外线传感器的可靠性高，因此本实施例中优选采用红外传感器。当然地，也可以有其他实施方式，只要能监测是否有侵入事件发生即可，例如超声波入侵探测器。

跑道状态灯包括跑道入口灯和起飞等待灯，跑道入口灯和起飞等待灯实际都是灯具，只是根据不同作用在名称上进行了区分。跑道入口灯或起飞等待灯以阵列的形式嵌装在道面上，同一个阵列的灯具之间通过恒流调节器和布线连接。灯具平行于滑行道中心线并集中沿着滑行道中心线布置，并朝向等待线上的飞行员，以便于飞行员能够清楚看到灯的状态。在图1所示布置中，跑道入口灯阵列中的第一个灯具在滑行道的等待线上，随后是一系列间隔均匀的灯具一直排到主跑道边，还有一个灯具在主跑道中线上并与主跑道边前滑行道上的最后两个起飞等待灯对齐。起飞等待灯系统由沿主跑道中心线两排嵌入地面的单向固定灯具组成，开始于距离主跑道入口375英尺左右25英尺处，被主跑道中线灯的两边占用6英尺，起飞等待灯间隔100英尺，位于其他跑道中线灯之间在等待的飞机前面延伸1500英尺，起飞灯带灯朝向“对正等待”点的跑道到达端。本实施例中的灯具排列方式以及在跑道中的距离都是按照FAA(美国联邦航空管理局)标准安装，在理论上可以没有限制。

图1为一个举例场景中灯具及传感器的布置示意图。在图中(包括图1-7)，一组传感器用一个虚线连接的双向箭头表示，一个灯具用一个圆圈表示，空心圆圈表示灯具熄灭，实心圆圈表示灯具被点亮。六条滑行道上分别安装两组传感器(分别编号为1#～6#)和一组跑道入口灯，两组传感器同时工作，可根据触发传感器的先后顺序检测物体运动的方向；主跑道上安装若干组传感器，用于检测飞机/飞行器在跑道上的位置情况(如图中所示7#～9#)。当然地，根据具体需要，主跑道上设置的传感器组数及传感器之间的间隔可以根据需求设置。图中所示滑行道上的传感器为两组，也可以是两组以上，以防止因传感器故障而不能检测出物体入侵方向的情况发生。主跑道两端各自装有一组起飞等待灯。主跑道两端外侧，跑道中线延长线两端各自安装有垂直地面向上的红外线发射装置，如图中所示的10#、11#。

控制系统同时与传感器和控制灯具开/关状态的灯具控制器连接，根据航空器状态信号控制灯具的开/关状态。

下面结合具体的场景对上述系统的工作原理进行说明。

(1)航空器落地场景

通过接入塔台运行管理系统(TOMS)接口，该系统可获取航空器当前状态数据。请参阅图8，管制员发布着陆许可后需清空跑道，航空器状态为着陆状态，控制系统通过读取航空器状态点亮滑行道上的所有跑道入口灯，并激活滑行道上的传感器(1#～6#)，如图2所示。传感器激活状态(即是指传感器处于检测状态，且检测到物体后会告警)下，若有物体阻隔传感器，两组传感器则根据红外线接收装置未接收到红外线(即红外线被阻断)的先后顺序判断物体运动方向是由内向外还是由外向内，如果物体由外向内运动，则判断为有物体进入跑道，即有跑道侵入事件发生，控制系统则向管制员端发出告警信号。主跑道两端外侧垂直向上的传感器(10#、11#)被阻隔，则可知航空器降落滑行方向，例如基于图2中所示航空器的滑行方向，11#传感器会优先检测出被阻隔(这里的传感器可以通过发射装置检测到阻挡，接收装置是为了将探测的范围限定在滑行道和跑道上)。主跑道上的传感器(7#、8#、9#)被阻隔，则该传感器到主跑道端外侧传感器之间的跑道入口灯熄灭，传感器抑制(抑制即是指传感器处于检测状态，但是检测到物体后不告警)，如图3所示，8#传感器被阻隔，8#与2#、8#与4#、8#与6#传感器之间的跑道入口灯熄灭。航空器快速脱离滑行道后，检测到由内向外滑行时，熄灭所有跑道入口灯，抑制滑行道上布置的所有传感器。

(2)航空器从主跑道起飞场景

通过接入塔台运行管理系统(TOMS)接口，该系统可获取航空器当前状态数据。请参阅图9，管制员发布起飞许可后需清空跑道，航空器状态为允许起飞状态，控制系统通过读取航空器状态点亮滑行道上的所有跑道入口灯，并激活滑行道上的传感器(1#～6#)，如图4所示。传感器激活状态下，若有物体阻隔传感器，两组传感器则根据红外线被阻断的先后顺序判断物体运动方向是由内向外还是由外向内。如果物体由外向内运动，则判断为有物体进入跑道，向管制员端发出跑道侵入告警。主跑道传感器(7#、8#、9#)被阻隔，则被阻隔传感器之前的跑道入口灯熄灭，传感器抑制。当主跑道两端外侧垂直向上的传感器(10#、11#)被阻隔，可知航空器已经离开主跑道，熄灭所有跑道入口灯，抑制滑行道所有传感器，如图5所示。

(3)航空器穿越滑行道起飞场景

通过接入塔台运行管理系统(TOMS)接口，该系统可获取航空器当前状态数据。请参阅图10，管制员发布航空器穿越跑道许可后禁止起飞和着陆，点亮主跑道上的所有起飞等待灯，并激活主跑道上的传感器(7#、8#、9#)，如图6所示。传感器激活状态下，若有物体阻隔传感器，则判断为有航空器使用主跑道，向管制员端发出跑道侵入告警。穿越跑道的航空器阻隔滑行道上的传感器(1#～6#)，进入主跑道时方向由外向内，离开时方向由内向外。当传感器检测到有由内向外运动的物体时，可知航空器已经离开跑道，熄灭所有起飞等待灯，抑制跑道上所有传感器，如图7所示。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种监测机场跑道侵入的方法，其特征在于，包括步骤：

在地面保护区的主跑道和滑行道上同时布置传感器和跑道状态灯；

通过主跑道中线上的传感器判断航空器穿越滑行道时是否有跑道侵入事件发生，以确定是否触发自动告警；

通过中线延长线上的传感器来判断航空器是否已完全起飞或落地，以控制跑道状态灯是否熄灭；

通过滑行道上的传感器来判断航空器在主跑道起飞或降落时是否有跑道侵入事件发生，以确定是否触发自动侵入告警。

2.根据权利要求1所述的监测机场跑道侵入的方法，其特征在于，在获取航空器着陆状态信息后，点亮跑道入口灯，激活滑行道上的传感器，并根据滑行道上的传感器判断是否有物体由外向内阻隔传感器，

如果有，则判断有跑道侵入事件发生，向管制员端发出告警信号；

如果没有，则控制被航空器阻隔的主跑道中线上的传感器与主跑道中线延长线之间的跑道入口灯熄灭，并抑制被航空器阻隔的主跑道中线上的传感器与主跑道中线延长线之间的传感器；然后当主跑道中线延长线上的传感器检测到航空器脱离主跑道时，控制所有跑道入口灯熄灭，且抑制所有的滑行道上的传感器。

3.根据权利要求1所述的监测机场跑道侵入的方法，其特征在于，在获取航空器着起飞态信息后，点亮跑道入口灯，激活滑行道上的传感器，并根据滑行道上的传感器判断是否有物体由外向内阻隔传感器，

如果有，则判断有跑道侵入事件发生，向管制员端发出告警信号；

如果没有，则控制被航空器阻隔的主跑道中线上的传感器之前的跑道入口灯熄灭，并抑制被航空器阻隔的主跑道中线上的传感器之前的传感器；然后当主跑道中线延长线上的传感器检测到航空器脱离主跑道时，控制所有跑道入口灯熄灭，且抑制所有的滑行道上的传感器。

4.根据权利要求1所述的监测机场跑道侵入的方法，其特征在于，在获取航空器滑行路线信息后，点亮所有的起飞等待灯，激活主跑道中线上的传感器和滑行道上的传感器，并根据主跑道中线上的传感器判断是否有物体由外向内阻隔传感器，

如果有，则判断有跑道侵入事件发生，向管制员端发出告警信号；

如果没有，则根据滑行道上的传感器检测到由内向外的物体运动判断出航空器脱离滑行道时，控制所有起飞等待灯熄灭，且抑制所有的滑行道上的传感器以及主跑道中线上的传感器。

5.一种监测机场跑道侵入的系统，其特征在于，包括若干组传感器、若干个跑道状态灯及控制系统，每组传感器用于检测是否有物体进入，控制系统根据航空器状态控制跑道状态灯的状态，以及根据传感器的检测结果发出侵入告警信号。

6.根据权利要求5所述的监测机场跑道侵入的系统，其特征在于，地面保护区包括主跑道和滑行道，所述跑道状态灯包括跑道入口灯和起飞等待灯，所述滑行道上布置有所述跑道入口灯，所述主跑道上布置有所述起飞等待灯。

7.根据权利要求6所述的监测机场跑道侵入的系统，其特征在于，主跑道中线每隔一定距离设置有至少一组传感器，通过中线上的传感器判断航空器穿越滑行道时是否有跑道侵入事件发生，以确定是否触发自动告警；每条滑行道分别设置有至少两组传感器，通过滑行道上的传感器来判断航空器在主跑道起飞或降落时是否有跑道侵入事件发生，以确定是否触发自动侵入告警；主跑道的中线延长线布置有至少一组传感器，通过中线延长线上的传感器来判断航空器是否已完全起飞或落地，以控制跑道状态灯是否熄灭。

8.根据权利要求7所述的监测机场跑道侵入的系统，其特征在于，当航空器着陆时，点亮跑道入口灯，并激活滑行道上的传感器，若滑行道上的两组传感器均检测到有物体，且根据两组传感器检测到有物体的时间先后顺序，判断出物体运行方向是由外向内时，则判断有侵入事件发生，发出侵入告警信号。

9.根据权利要求7所述的监测机场跑道侵入的系统，其特征在于，当航空器从主跑道起飞时，点亮跑道入口灯，并激活滑行道上的传感器，若滑行道上的两组传感器均检测到有物体，且根据两组传感器检测到有物体的时间先后顺序，判断出物体运行方向是由外向内时，则判断有侵入事件发生，发出侵入告警信号。

10.根据权利要求7所述的监测机场跑道侵入的系统，其特征在于，当航空器穿越滑行道时，点亮起飞等待灯，并激活主跑道上的传感器，若主跑道上的任一组传感器检测到有物体，则判断有侵入事件发生，发出侵入告警信号。

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