CN114360300A - 一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，包含：依据机场地图数据库，基于图论抽象机场跑道、滑行道、停机位和快脱道，建立机场场面路网模型；读入机场场面监视数据，根据本机当前的经度、纬度、高度、航向和本机轮载信号判断本机当前运行阶段，包括进近着陆阶段、跑道穿越阶段、场面滑行阶段、起飞滑跑阶段；调用本机当前运行阶段对应的冲突告警模式，并实时生成本机的冲突检测和告警信息进行告警；实时判断是否达到告警终止条件，未达到时重新读入机场场面监视数据，判断本机当前运行阶段以进行告警，直到达到告警终止条件。本发明实施例提供的技术方案解决了目前机场冲突检测与告警的使用范围和服务对象均较为单一的问题。

Description

一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法

技术领域

本发明涉及但不限于民用航空器航空电子技术领域，以及机载监视、场面导航与导引技术领域，尤指一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法。

背景技术

伴随着国内经济的高速发展，中国民航的总起降架次、总吞吐量等数据指标稳步提升，2019年，总吞吐量同比增加12.6％，总起降同比增加10.9％。截止2020年，国内千万级吞吐量机场已经达到39个。日益增长的交通运输量在推动机场迅速发展的同时，对场面运行安全提出了严峻的挑战。

近年来，场面运行中的严重事故和一般事故越来越多，如虹桥跑道入侵事件、浦东飞机剐蹭等。究其原因包括交通量增加、机场布局复杂，以及在低能见度条件下或在夜间运行的交通物数量不断增加等。其中，以低能见度为代表的机组对场面整体运行态势感知不充分是造成事故越来越多的主要原因。

场面增强态势感知(Enhanced Traffic Situational Awareness on theAirport Surface with Indications and Alerts，简称为：SURF IA)是在这一背景下产生的机载新应用，旨在通过提供指示与告警，为机组人员提供除窗外视景、无线电通讯外的场面态势感知能力，促进机组人员对潜在风险及异常情况的响应。然而，当前机场冲突检测与告警的相关研究对象较为单一，目前通常为在滑行道冲突上的检测与告警，并且服务对象多为塔台管制与机坪管制。

发明内容

本发明的目的：本发明实施例提供一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，以解决目前机场冲突检测与告警的使用范围和服务对象均较为单一的问题。

本发明的技术方案：本发明实施例提供一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，包括：

步骤1，依据机场地图数据库，基于图论抽象机场跑道、滑行道、停机位和快脱道，建立机场场面路网模型；

步骤2，读入机场场面监视数据，根据本机当前的经度、纬度、高度、航向和本机轮载信号判断本机当前运行阶段，所述运行阶段包括进近着陆阶段、跑道穿越阶段、场面滑行阶段、起飞滑跑阶段；

步骤3，调用本机当前运行阶段对应的冲突告警模式，并实时生成本机的冲突检测和告警信息进行告警；

步骤4，实时判断是否达到告警终止条件，若达到，告警结束，若未达到，则重新读入机场场面监视数据，判断本机当前运行阶段以进行告警，直到达到告警终止条件。

可选地，如上所述的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法中，所述步骤1中所建立机场场面路网模型为G(V,E)；

其中，V＝{v₁,v₂,…,v_n}为节点集合，节点只有位置信息不包含具体大小、长短等物理信息，E＝{e₁,e₂,…,e_n}为相邻节点之间边集合，该边包括路段的宽度、且不具有方向信息，节点包括机场滑行道与滑行道之间的交叉口、滑行道与跑道之间的交叉口、等待线/等待点。

可选地，如上所述的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法中，所述步骤2中，判断本机当前运行阶段的方式包括如下步骤：

步骤21，根据本机轮载信号，判断本机是否处于空中，若是，则处于进近着陆阶段，若否，则继续进行后续判断；

步骤22，根据经度、纬度和航向判断本机当前所处路段，如果本机在跑道上，跳转至步骤23，如果本机未处于跑道上，跳转至步骤24；

步骤23，判断本机航向是否与所处跑道长度方向一致，若是，则本机处于起飞滑跑阶段，若否，本机正处于跑道穿越阶段；

步骤24，判断本机所处滑行道是否与跑道相连，若是，进行步骤25，若否，本机正处于场面滑行阶段；

步骤25，判断本机是否距跑道中心线<1000英尺、且向跑道运行，若是，本机正处于跑道穿越阶段，若否，本机正处于场面滑行阶段。

可选地，如上所述的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法中，所述步骤3中，根据本机所处的阶段，确定本机当前的冲突内容；

(1)本机处于进近着陆阶段的冲突包括：

交通物在目标跑道上；

交通物在与跑道相连的滑行道上运行、且穿越等待线；

(2)本机处于场面滑行阶段的冲突包括：

本机与交通物在交叉道口发生冲突；

本机与交通物在同一路段上发生追尾冲突；

本机与交通物在同一路段上发生对头冲突；

(3)本机处于跑道穿越阶段的冲突包括：

跑道端有交通物、且交通物静止、且本机距跑道中心线1000英尺；

跑道端有交通物、且交通物开始滑跑、且本机距跑道中线1000英尺以内、且本机没有越过等待线；

跑道端有交通物、且交通物开始滑跑、且本机越过等待线；

交通物向本机穿越跑道进近；

(4)本机处于起飞滑跑阶段的冲突包括：

本机在跑道端等待，交通物越过等待线；

本机开始起飞滑跑，交通物越过等待线；

本机就位并等待，交通物向本机起飞跑道进近。

可选地，如上所述的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法中，所述步骤3中本机处于进近着陆阶段的冲突告警算法包括如下步骤：

步骤31a，计算各交通物距本机着陆跑道中线的距离，生成距跑道中线一定范围内的待判断交通物列表；

步骤31b，遍历待判断交通物列表，对于处于目标跑道上或处于滑行道上越过等待线向跑道滑行的交通物，则判定为冲突交通物；

步骤31c，计算冲突交通物与本机预计冲突地点与预计冲突时间，预计冲突时间为本机在当前速度下到达预计冲突地点的时间；

步骤31d，输出冲突交通物的识别号、预计冲突时间、预计冲突地点、告警级别。

可选地，如上所述的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法中，所述步骤3中本机处于场面滑行阶段的冲突告警算法的具体包括如下步骤：

步骤32a，根据各交通物高度信息进行初步筛选，并结合经度、纬度定位交通物当前滑行道；

步骤32b，校检交通物运行意图，根据交通物实际位置与运行意图是否有路径上的偏离状态，确定出预设时间内的预计滑行路径，并结合当前滑行速度计算各路径点的预计到点时间ETA；

步骤32c，外推本机4D航迹，以确定本机后续路径点的到点时间；

步骤32d，遍历各交通物，寻找交通物与本机第一个冲突路段或冲突点，冲突路段或冲突点的识别方式为根据交叉冲突、对头冲突和追尾冲突来识别的；

步骤32e，计算预计冲突时间、预计冲突地点和告警级别，生成告警信息。

可选地，如上所述的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法中，所述步骤32c中，分为有/无本机4D运行计划的两种情况进行本机后续路径点的到点时间的确定；

情况1，有本机4D运行计划时，结合本机当前所处位置与当前时间判断本机实际运行与运行计划是否相符合，判断结果包括：①路径偏离，②路径一致、且ETA出入较大，③路径和ETA均相符；

当路径偏离时，以当前航向外推预设时间内的滑行路径，并结合当前滑行速度计算ETA；当路径一致、且ETA出入较大时，以运行计划中滑行路径结合当前运行速度更新各路径点的ETA；当路径和ETA均相符时，以4D运行计划中预计到点时间作为ETA；

情况2，无本机4D运行计划时，以当前航向外推预设时间内的滑行路径，并结合当前滑行速度计算ETA。

可选地，如上所述的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法中，所述步骤3中本机处于跑道穿越阶段的冲突告警算法具体包括如下步骤：

步骤33a，搜索处于目标跑道上的交通物，生成待判断交通物列表；

步骤33b，遍历待判断交通物列表，判断交通物航向是否与跑道一致，若是，转入步骤33c，若否，该交通物不触发指示/告警；

步骤33c，判断交通物地速是否为0，为0时触发交通指示，不为0时判断本机是否越过等待线，越过等待线时触发警告级告警，未越过等待线触发RSI；

步骤33d，计算预计冲突时间、预计冲突地点和告警级别，生成告警信息。

可选地，如上所述的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法中，所述步骤3中，本机处于起飞滑跑阶段的冲突告警算法具体包括如下步骤：

步骤34a，计算各交通物距本机着陆跑道中线的距离，生成距跑道中线预设范围内的待判断交通物列表；

步骤34b，遍历待判断交通物列表，对于处于目标跑道上、或处于滑行道上越过等待线向跑道滑行、或向本机所在跑道进近的交通物，则判定为冲突交通物；

步骤34c，判断本机地速是否为0，若不为0，判定为警告级告警，若为0，判定为RSI；

步骤34d，输出冲突交通物的识别号、预计冲突时间、预计冲突地点、告警级别。

本发明的有益效果：本发明实施例提出一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，该方法基于图论抽象机场场面网络，建立机场场面路网模型，并结合本机进近着陆、跑道穿越、场面滑行、起飞滑跑各阶段不同运行需求，构建对应各运行阶段的告警子模块，能够为机组提供距跑道入口3海里范围内由进近着陆至起飞离地全场面运行过程的多级告警，充分发挥机组在场面运行安全保障上的主观能动性，促进了更及时的冲突避让，进一步提升场面运行安全性。具体而言，本发明实施例提供的技术方案具有如下有益效果：

(1)本发明为机组提供场面交通冲突告警，弥补了当前冲突告警多是从管制或机场角度出发，忽略机组主观能动性的缺陷；

(2)本发明考虑了进近着陆、、场面滑行、跑道穿越、起飞滑跑4个运行阶段总计12种冲突情景，覆盖场面运行全过程。

(3)本发明最小输入数据集为机场地图数据，本机轮载信号、交通物识别号，交通物与本机的位置信息(经度、纬度、高度)、速度信息(地速、垂直方向运行速度、航向)、尺寸信息(长度、宽度)，需要外部数据少，易于实施。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例提供的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法的流程图；

图2为本发明实施例中本机处于进近着陆阶段、起飞滑跑阶段、场面滑行阶段和跑道穿越阶段中考虑的冲突场景的示意图；

图3为本发明实施例中本机处于进近着陆阶段的冲突告警算法的流程图；

图4为本发明实施例中本机处于场面滑行阶段的冲突告警算法的流程图；

图5为本发明实施例中本机处于跑道穿越阶段的冲突告警算法的流程图；

图6为本发明实施例中本机处于起飞滑跑阶段的冲突告警算法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

上述背景技术中已经说明，目前机场冲突检测与告警的相关研究对象较为单一，目前通常为在滑行道冲突上的检测与告警，并且服务对象多为塔台管制与机坪管制；且较少体现跑道冲突、跑道穿越下的告警，且多是从管制或机场角度进行冲突检测与告警，忽略了机组作为飞机直接操控者的主观能动性。

针对上述目前机场冲突检测与告警的相关研究所存在的各种问题，本发明实施例提供一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，该交通冲突告警方法基于机场地图数据建立场面路网模型，根据本机不同运行阶段告警需求建立进近着陆、场面滑行、跑道穿越、起飞滑跑各阶段的冲突告警算法，为机组提供由进近着陆至起飞滑跑场面运行全过程的冲突告警，从而达到增强机组情景意识，提升场面运行安全性的目的。

本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明实施例提供的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法的流程图。本发明实施例提供的面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，可以包括如下步骤：

步骤1，依据机场地图数据库，基于图论抽象机场跑道、滑行道、停机位和快脱道，建立机场场面路网模型；

步骤2，读入机场场面监视数据，根据本机当前的经度、纬度、高度、航向和本机轮载信号判断本机当前运行阶段，所述运行阶段包括进近着陆阶段、跑道穿越阶段、场面滑行阶段、起飞滑跑阶段；

步骤3，调用本机当前运行阶段对应的冲突告警模式，并实时生成本机的冲突检测和告警信息进行告警；

步骤4，实时判断是否达到告警终止条件，若达到，告警结束，若未达到，则返回步骤2，重新读入机场场面监视数据，判断本机当前运行阶段以进行告警，直到达到告警终止条件。

本发明实施例中，上述步骤1可以包括如下具体实施步骤：

步骤11，建立机场场面路网模型为G(V,E)；其中，V＝{v₁,v₂,…,v_n}为节点集合，节点只有位置信息不包含具体大小、长短等物理信息，E＝{e₁,e₂,…,e_n}为相邻节点之间边集合，该边包括路段的宽度，且不具有方向信息。本发明中所有边均为无向边，不限制航空器运行方向；上述节点指机场滑行道与滑行道、滑行道与跑道之间的交叉口。

该步骤11中，构建机场场面路网模型G(V,E)的具体实施方式为：将交叉道口、等待线/等待点抽象为节点V＝(no,lon,lat)，每一节点仅包括节点编号、经度和纬度信息。交叉道口之间的路段抽象为无向边，E＝(no,v_A,v_waitA,v_B,v_waitB,width,R)，由路段编号、端点A编号、端点B编号、A→B等待点编号、B→A等待点编号、路段宽度、是否跑道标识位组成；

步骤12，构建出机场场面路网模型的三维直角坐标系。

实际应用中，由于标准机场地图数据库采用的是WSC-84坐标系，为简化计算，以机场参考点为站心，将上述步骤1所建立的机场场面路网模型中节点集合经纬度坐标转换为站心坐标系下的三维直角坐标，从构建出机场场面路网模型的三维直角坐标系。

本发明实施例中，上述步骤2中，判断本机当前运行阶段的方式可以包括如下实施过程：

步骤21，根据本机轮载信号，判断本机是否处于空中，若是，则处于进近着陆阶段，若否，则继续进行后续判断；

步骤22，根据经度、纬度和航向判断本机当前所处路段，如果本机在跑道上，跳转至步骤23，如果本机未处于跑道上，跳转至步骤24；

步骤23，判断本机航向是否与所处跑道长度方向一致，若是，则本机处于起飞滑跑阶段，若否，本机正处于跑道穿越阶段；

步骤24，判断本机所处滑行道是否与跑道相连，若是，进行步骤25，若否，本机正处于场面滑行阶段；

步骤25，判断本机是否距跑道中心线<1000英尺、且向跑道运行，若是，本机正处于跑道穿越阶段，若否，本机正处于场面滑行阶段。

上述步骤3中，具体考虑了本机处于进近着陆阶段、场面滑行阶段、跑道穿越阶段、起飞滑跑阶段上述四阶段的冲突告警，共计12种冲突，以下分别以各个阶段的冲突告警方式进行详细说明：

本发明实施例的步骤3中，本机处于进近着陆阶段的冲突告警算法具体步骤如下：

步骤31a，计算各交通物距本机着陆跑道中线的距离，生成距跑道中线一定范围内的待判断交通物列表，交通物包括飞机、直升机和车辆；

步骤31b，遍历待判断交通物列表，如果交通物处于目标跑道上或处于滑行道上越过等待线向跑道滑行，则判定交通物为冲突交通物；

步骤31c，计算冲突交通物与本机预计冲突地点与预计冲突时间，预计冲突时间为本机在当前速度下到达预计冲突地点的时间；

如果预计冲突时间≤15s，判定冲突等级为警告级告警，如果预计冲突时间≤35s且>15s，判定冲突等级为戒备级告警，如果预计冲突时间>35s，判定冲突等级为跑道状态指示(Runway Status Indication，RSI)。

步骤31d，输出冲突交通物识别号、预计冲突时间、预计冲突地点、告警级别。

本发明实施例的步骤3中，本机处于场面滑行阶段的冲突告警算法具体步骤如下：

步骤32a，根据各交通物高度信息进行初步筛选，并结合经、纬度定位交通物当前滑行道；

步骤32b，校检交通物运行意图，判断交通物实际位置与运行意图是否有路径上的偏离，如果偏离，以当前航向外推一定时间内的滑行路径，如果没有偏离，以运行意图为未来一定时间内的预计滑行路径。而后，结合当前滑行速度计算各路径点预计到点时间ETA。

步骤32c，外推本机4D航迹，确定本机后续路径点到点时间。本步骤分为有本机4D运行计划如下两种情况进行；

有4D运行计划时，结合本机当前所处位置与当前时间判断本机实际运行与运行计划是否有出入，分为以下三种情况：①路径偏离，②路径一致，ETA出入较大，③基本一致。当①路径偏离时，以当前航向外推一定时间内的滑行路径，而后，结合当前滑行速度计算ETA；当②路径一致，ETA出入较大时，以运行计划中滑行路径结合当前运行速度更新各路径点ETA；当③基本一致时，以4D运行计划中预计到点时间作为ETA。

无4D运行计划时，以当前航向外推一定时间内的滑行路径，而后，结合当前滑行速度计算ETA。

步骤32d，遍历各交通物，寻找交通物与本机第一个冲突路段或冲突点，冲突路段和路径点识别考虑交叉冲突、对头冲突和追尾冲突。

步骤32e，计算预计冲突时间、预计冲突地点和告警级别，生成告警信息。

本发明实施例的步骤3中，本机处于跑道穿越阶段的冲突告警算法具体步骤如下：

步骤33a，搜索处于目标跑道上的交通物，生成待判断交通物列表；

步骤33b，遍历待判断交通物列表，判断交通物航向是否与跑道一致，若是，转入步骤33c，若否，该交通物不触发指示/告警；

步骤33c，判断交通物地速是否为0，为0时触发交通指示(Traffic Indication,TI)，不为0时判断本机是否越过等待线，越过等待线时触发警告级告警，未越过等待线触发RSI；

步骤33d，计算预计冲突时间、预计冲突地点和告警级别，生成告警信息。

本发明实施例的步骤3中，本机处于起飞滑跑阶段的冲突告警算法具体步骤如下：

步骤34a，计算各交通物距本机着陆跑道中线的距离，生成距跑道中线一定范围内的待判断交通物列表，交通物包括飞机、直升机和车辆；

步骤34b，遍历待判断交通物列表，如果交通物处于目标跑道上或处于滑行道上越过等待线向跑道滑行或交通物向本机所在跑道进近，则判定交通物为冲突交通物；

步骤34c，判断本机地速是否为0，若不为0，判定为警告级告警，若为0，判定为RSI。

步骤34d，输出冲突交通物识别号、预计冲突时间、预计冲突地点、告警级别。

本发明实施例提供的面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，该方法基于图论抽象机场场面网络，建立机场场面路网模型，并结合本机进近着陆、跑道穿越、场面滑行、起飞滑跑各阶段不同运行需求，构建对应各运行阶段的告警子模块，能够为机组提供距跑道入口3海里范围内由进近着陆至起飞离地全场面运行过程的多级告警，充分发挥机组在场面运行安全保障上的主观能动性，促进了更及时的冲突避让，进一步提升场面运行安全性。具体而言，本发明实施例提供的技术方案具有如下有益效果：

(4)本发明为机组提供场面交通冲突告警，弥补了当前冲突告警多是从管制或机场角度出发，忽略机组主观能动性的缺陷；

(5)本发明考虑了进近着陆、、场面滑行、跑道穿越、起飞滑跑4个运行阶段总计12种冲突情景，覆盖场面运行全过程。

(6)本发明最小输入数据集为机场地图数据，本机轮载信号、交通物识别号，交通物与本机的位置信息(经度、纬度、高度)、速度信息(地速、垂直方向运行速度、航向)、尺寸信息(长度、宽度)，需要外部数据少，易于实施。

以下通过一些具体实施例对本发明实施例提供的面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法的实施方式进行详细说明。

参考图1所示实施例提供的面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，包括以下步骤：

步骤1，建立机场场面路网模型，包括如下具体步骤：

步骤11，建立机场场面路网模型G(V,E)；

该步骤11，将交叉道口、滑行道、等待线/等待点抽象为节点V＝(no,lon,lat)，每一节点仅包括节点编号、经度和纬度信息，其中交叉道口经纬度为所连接滑行道中心线交点经纬度，等待线/等待点经纬度为其与所在路段交点的经纬度。交叉道口之间的路段抽象为无向边E＝(no,v_A,v_waitA,v_B,v_waitB,width,R)，由路段编号、端点A编号、端点B编号、A→B等待点编号、B→A等待点编号、路段宽度、是否跑道标识位组成；

步骤12，以机场参考点为站心将路网模型中节点集合经纬度坐标转换为站心坐标系下的三维直角坐标，转换步骤如下：

首先，建立参考点所在经纬度坐标为原点的惯性坐标系，其中沿经线度数增加的方向(东向)为X轴正向，沿纬线度数增加的方向(北向)为Y轴正向；

再者，根据大地坐标空间直角坐标的转换关系，可将任意目标点位置坐标转化为空间直角坐标，其转换公式如下：

式中，e为第一偏心率，N为卯酉圈曲率半径；

步骤2，基于本机当前的经度、纬度、高度、航向和本机轮载信号判断本机当前运行阶段，该运行阶段可以包括：进近着陆阶段、跑道穿越阶段、场面滑行阶段、起飞滑跑阶段。

该步骤2中判断本机当前运行阶段的具体实施过程包括如下步骤：

步骤21，根据本机轮载信号，判断本机是否处于空中，若是，则处于进近着陆阶段，若否，则继续进行后续判断；

步骤22，根据经度、纬度和航向判断本机当前所处路段，如果本机在跑道上，跳转至步骤23，如果本机未处于跑道上，跳转至步骤24；

步骤23，判断本机航向是否与所处跑道长度方向一致，若是，则本机处于起飞滑跑阶段，若否，本机正处于跑道穿越阶段；

步骤24，判断本机所处滑行道是否与跑道相连，若是，进行步骤25，若否，本机正处于场面滑行阶段；

步骤25，判断本机是否距跑道中心线<1000英尺、且向跑道运行，若是，本机正处于跑道穿越阶段，若否，本机正处于场面滑行阶段。

步骤3，调用本机当前运行阶段对应的冲突告警模式，并实时生成本机的冲突检测和告警信息进行告警。以下实施例中对本发明实施例中四个阶段的四个冲突告警算法分别进行说明。

该步骤3中，由于本机运行阶段包括上述四个阶段，相对应地，冲突告警算法共包含进近着陆阶段、起飞滑跑阶段、场面滑行阶段和跑道穿越阶段这四个阶段各自的四个子算法。

步骤4，判断是否达到告警终止条件，若达到，告警结束，若未达到，返回步骤12，进行新一轮告警，告警终止条件为机组手动关闭或本机起飞离地。

图2为本发明实施例中本机处于进近着陆阶段、起飞滑跑阶段、场面滑行阶段和跑道穿越阶段中考虑的冲突场景的示意图。具体包括如下12个场景：

一，本机处于进近着陆阶段的冲突包括：

(1)交通物在目标跑道上；

(2)交通物在与跑道相连的滑行道上运行且穿越等待线；另外，按照预计冲突时间≤15s、≤35s和＞35s三种情况分别提供RSI、戒备级告警、警告级告警；

二，本机处于场面滑行阶段的冲突包括：

(3)本机与交通物在交叉道口发生冲突；

(4)本机与交通物在同一路段上发生追尾冲突；

(5)本机与交通物在同一路段上发生对头冲突；

按照预计冲突时间≤15s、≤35s和＞35s三种情况分况提供TI、戒备级告警、警告级告警；

三，本机处于跑道穿越阶段的冲突包括：

(6)跑道端有交通物且交通物静止且本机距跑道中心线1000英尺(提供TI)；

(7)跑道端有交通物且交通物开始滑跑且本机距跑道中线1000英尺以内&本机没有越过等待线(提供RSI)；

(8)跑道端有交通物且交通物开始滑跑且本机越过等待线(提供警告级告警)；

(9)交通物向本机穿越跑道进近(按照预计冲突时间≤15s、≤35s和＞35s三种情况分别提供RSI、戒备级告警、警告级告警)；

四，本机处于起飞滑跑阶段的冲突包括：

(10)本机跑道端等待，交通物越过等待线(提供RSI)；

(11)本机开始起飞滑跑，交通物越过等待线(提供警告级告警)；

(12)本机就位并等待，交通物向本机起飞跑道进近(按照预计冲突时间≤15s、≤35s和＞35s三种情况分别提供RSI、戒备级告警、警告级告警)。

以下分别对本发明实施例中四个阶段对应的四个冲突告警算法的实施步骤进行详细说明。

图3为本发明实施例中本机处于进近着陆阶段的冲突告警算法的流程图，具体包括如下步骤：

步骤31，识别飞机目标着陆跑道；

步骤32，搜寻距跑道中线一定范围内的交通物，生成待判断交通物列表；

步骤33，从待判断交通物列表中选取交通物，判断其是否处于目标跑道上；

步骤34，如果交通物处于目标跑道上则认为有冲突，进行步骤37，否则，进行步骤35；

步骤35，识别交通物当前所处滑行道，如果与跑道相连进行步骤36，否则，跳转至步骤38；

步骤36，判断交通物向跑道滑行且处于等待线与跑道之间，如果是，则认为有冲突，进行步骤37，如果不是，进行步骤38；

步骤37，计算预计冲突地点和预计冲突时间，进行告警级别判断(如果预计冲突时间≤15s，判定冲突等级为警告级告警，如果预计冲突时间≤35s，判定冲突等级为戒备级告警，如果预计冲突时间>35s，，判定冲突等级为RSI)；

步骤38，从待判断交通物列表中删除该交通物，判断待判断列表是否为空，如果为空，算法结束，否则，范围步骤33。

图4为本发明实施例中本机处于场面滑行阶段的冲突告警算法的流程图，具体包括如下步骤：

步骤41，确定交通物所处路段；

步骤42，遍历交通物；

步骤43，确定交通物预计滑行路径，具体包括如下步骤：

步骤43a，有运行意图时，首先核定滑行计划，判断实际位置与运行意图是否有路径上的出入，如果有出入，进行步骤43b，否则，跳转至步骤43c；

步骤43b，按照当前运行趋势外推短时间内的运行路径；

步骤43c，计算到点时间ETA；

步骤44，确定交通物预计滑行路径，具体包括如下步骤：

步骤44a，有本机4D运行计划时，首先核定滑行计划，判断实际位置与运行意图是否有出入，分为如下3种情况：①路径不一致；②路径一致，时间出入较大；③基本一致。当①路径不一致时，按照当前趋势外推短时间的预计滑行路径和ETA；当②路径一致，时间出入较大时，外推ETA；当③基本一致时，默认后续继续遵循4D滑行计划，不做外推；

步骤44b，没有本机4D运行计划时，按照当前趋势外推短时间的预计滑行路径和ETA；

步骤45，判断是否存在路径交叉点/重合路段；

步骤46，对第一个路径交叉点/重合路段比较本机与该交通物占用该节点/路段的时间窗，判断有无冲突，如果有冲突进行步骤47，没有冲突跳转至步骤48；

步骤47，如果预计冲突时间≤15s，判定冲突等级为警告级告警，如果预计冲突时间≤35s，判定冲突等级为戒备级告警，如果预计冲突时间>35s，，判定冲突等级为TI；

步骤48，判断是否完成交通物遍历，如果完成，算法结束，如果没有完成，跳转回步骤42；

图5为本发明实施例中本机处于跑道穿越阶段的冲突告警算法的流程图，具体包括如下步骤：

步骤51，遍历交通物，判断交通物是否向目标跑道进近，若是，计算冲突时间，依照步骤37判断冲突等级，否则，进行步骤52；

步骤52，记录距跑道中线一定范围内的交通物，判断是否完成遍历，如果完成，进行步骤53，否则，返回步骤51；

步骤53，根据记录的交通物信息，生成待判断交通物列表；

步骤54，判断交通物航向与跑道长度方向是否一致(夹角＜α)，如果一致，进行步骤55，如果不一致，跳转至步骤57；

步骤55，判断交通物地速是否为0，如果为0，判定告警等级为TI，跳转至步骤57，如果不为0，进行步骤56；

步骤56，判断本机是否越过等待线，如果越过，判定告警等级为警告级告警，否则，判定告警等级为RSI；

步骤57，将此交通物从待判断交通物列表中删除；

步骤58，判断列表是否为空，如果为空，算法结束，如果不为空，选择列表中的下一交通物，跳转回步骤54。

图6为本发明实施例中本机处于起飞滑跑阶段的冲突告警算法的流程图，具体包括如下步骤：

步骤61，遍历交通物，判断交通物是否向目标跑道进近，若是，计算冲突时间，依照步骤37判断冲突等级，否则，进行步骤62；

步骤62，记录距跑道中线一定范围内的交通物，判断是否完成遍历，如果完成，进行步骤63，否则，返回步骤61；

步骤63，根据记录的交通物信息，生成待判断交通物列表；

步骤64，交通物经纬度是否在跑道范围内，如果是，跳转至步骤67，否则，进行步骤65；

步骤65，确定交通物所处滑行道，判断其是否与目标跑道相连，如果相连，进行步骤66，否则，跳转至步骤68；

步骤66，判断本机是否越过等待线，如果越过，进行步骤67，否则，跳转至步骤68；

步骤67，判断交通物地速是否为0，如果为0，判定告警等级为RSI，否则，判定告警等级为警告级告警；

步骤68，将此交通物从待判断交通物列表中删除；

步骤69，判断列表是否为空，如果为空，算法结束，如果不为空，选择列表中的下一交通物，跳转回步骤64。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，依据机场地图数据库，基于图论抽象机场跑道、滑行道、停机位和快脱道，建立机场场面路网模型；

步骤2，读入机场场面监视数据，根据本机当前的经度、纬度、高度、航向和本机轮载信号判断本机当前运行阶段，所述运行阶段包括进近着陆阶段、跑道穿越阶段、场面滑行阶段、起飞滑跑阶段；

步骤3，调用本机当前运行阶段对应的冲突告警模式，并实时生成本机的冲突检测和告警信息进行告警；

步骤4，实时判断是否达到告警终止条件，若达到，告警结束，若未达到，则重新读入机场场面监视数据，判断本机当前运行阶段以进行告警，直到达到告警终止条件。

2.根据权利要求1所述的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，其特征在于，所述步骤1中所建立机场场面路网模型为G(V,E)；

其中，V＝{v₁,v₂,…,v_n}为节点集合，节点只有位置信息不包含具体大小、长短等物理信息，E＝{e₁,e₂,…,e_n}为相邻节点之间边集合，该边包括路段的宽度、且不具有方向信息，节点包括机场滑行道与滑行道之间的交叉口、滑行道与跑道之间的交叉口、等待线/等待点。

3.根据权利要求1所述的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，其特征在于，所述步骤2中，判断本机当前运行阶段的方式包括如下步骤：

步骤21，根据本机轮载信号，判断本机是否处于空中，若是，则处于进近着陆阶段，若否，则继续进行后续判断；

步骤22，根据经度、纬度和航向判断本机当前所处路段，如果本机在跑道上，跳转至步骤23，如果本机未处于跑道上，跳转至步骤24；

步骤23，判断本机航向是否与所处跑道长度方向一致，若是，则本机处于起飞滑跑阶段，若否，本机正处于跑道穿越阶段；

步骤24，判断本机所处滑行道是否与跑道相连，若是，进行步骤25，若否，本机正处于场面滑行阶段；

步骤25，判断本机是否距跑道中心线<1000英尺、且向跑道运行，若是，本机正处于跑道穿越阶段，若否，本机正处于场面滑行阶段。

4.根据权利要求1所述的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，其特征在于，所述步骤3中，根据本机所处的阶段，确定本机当前的冲突内容；

(1)本机处于进近着陆阶段的冲突包括：

交通物在目标跑道上；

交通物在与跑道相连的滑行道上运行、且穿越等待线；

(2)本机处于场面滑行阶段的冲突包括：

本机与交通物在交叉道口发生冲突；

本机与交通物在同一路段上发生追尾冲突；

本机与交通物在同一路段上发生对头冲突；

(3)本机处于跑道穿越阶段的冲突包括：

跑道端有交通物、且交通物静止、且本机距跑道中心线1000英尺；

跑道端有交通物、且交通物开始滑跑、且本机距跑道中线1000英尺以内、且本机没有越过等待线；

跑道端有交通物、且交通物开始滑跑、且本机越过等待线；

交通物向本机穿越跑道进近；

(4)本机处于起飞滑跑阶段的冲突包括：

本机在跑道端等待，交通物越过等待线；

本机开始起飞滑跑，交通物越过等待线；

本机就位并等待，交通物向本机起飞跑道进近。

5.如权利要求4所述的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，其特征在于，所述步骤3中本机处于进近着陆阶段的冲突告警算法包括如下步骤：

步骤31a，计算各交通物距本机着陆跑道中线的距离，生成距跑道中线一定范围内的待判断交通物列表；

步骤31b，遍历待判断交通物列表，对于处于目标跑道上或处于滑行道上越过等待线向跑道滑行的交通物，则判定为冲突交通物；

步骤31c，计算冲突交通物与本机预计冲突地点与预计冲突时间，预计冲突时间为本机在当前速度下到达预计冲突地点的时间；

步骤31d，输出冲突交通物的识别号、预计冲突时间、预计冲突地点、告警级别。

6.根据权利要求4所述的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，其特征在于，所述步骤3中本机处于场面滑行阶段的冲突告警算法的具体包括如下步骤：

步骤32a，根据各交通物高度信息进行初步筛选，并结合经度、纬度定位交通物当前滑行道；

步骤32b，校检交通物运行意图，根据交通物实际位置与运行意图是否有路径上的偏离状态，确定出预设时间内的预计滑行路径，并结合当前滑行速度计算各路径点的预计到点时间ETA；

步骤32c，外推本机4D航迹，以确定本机后续路径点的到点时间；

步骤32d，遍历各交通物，寻找交通物与本机第一个冲突路段或冲突点，冲突路段或冲突点的识别方式为根据交叉冲突、对头冲突和追尾冲突来识别的；

步骤32e，计算预计冲突时间、预计冲突地点和告警级别，生成告警信息。

7.根据权利要求6所述的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，其特征在于，所述步骤32c中，分为有/无本机4D运行计划的两种情况进行本机后续路径点的到点时间的确定；

情况1，有本机4D运行计划时，结合本机当前所处位置与当前时间判断本机实际运行与运行计划是否相符合，判断结果包括：①路径偏离，②路径一致、且ETA出入较大，③路径和ETA均相符；

当路径偏离时，以当前航向外推预设时间内的滑行路径，并结合当前滑行速度计算ETA；当路径一致、且ETA出入较大时，以运行计划中滑行路径结合当前运行速度更新各路径点的ETA；当路径和ETA均相符时，以4D运行计划中预计到点时间作为ETA；

情况2，无本机4D运行计划时，以当前航向外推预设时间内的滑行路径，并结合当前滑行速度计算ETA。

8.根据权利要求4所述的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，其特征在于，所述步骤3中本机处于跑道穿越阶段的冲突告警算法具体包括如下步骤：

步骤33a，搜索处于目标跑道上的交通物，生成待判断交通物列表；

步骤33b，遍历待判断交通物列表，判断交通物航向是否与跑道一致，若是，转入步骤33c，若否，该交通物不触发指示/告警；

步骤33c，判断交通物地速是否为0，为0时触发交通指示，不为0时判断本机是否越过等待线，越过等待线时触发警告级告警，未越过等待线触发RSI；

步骤33d，计算预计冲突时间、预计冲突地点和告警级别，生成告警信息。

9.根据权利要求4所述的一种面向场面增强态势感知的交通冲突告警方法，其特征在于，所述步骤3中，本机处于起飞滑跑阶段的冲突告警算法具体包括如下步骤：

步骤34a，计算各交通物距本机着陆跑道中线的距离，生成距跑道中线预设范围内的待判断交通物列表；

步骤34b，遍历待判断交通物列表，对于处于目标跑道上、或处于滑行道上越过等待线向跑道滑行、或向本机所在跑道进近的交通物，则判定为冲突交通物；

步骤34c，判断本机地速是否为0，若不为0，判定为警告级告警，若为0，判定为RSI；

步骤34d，输出冲突交通物的识别号、预计冲突时间、预计冲突地点、告警级别。

Images