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Die
Erfindung betrifft ein System zur Steuerung und Überwachung
des Bodenverkehrs auf einer Rollbahn eines Flughafens, mit wenigstens
einem an einer kritischen Stelle der Rollbahn angeordneten Sensor
zur Erfassung von Fahrzeugen, insbesondere von Flugzeugen, und mit
im Bereich der kritischen Stelle angeordneten Befeuerungseinheiten
zur Abgabe von Lichtsignalen an einen Fahrzeugführer.
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Dem
weltweit zunehmenden Flugverkehr stehen Flughäfen mit ihren
begrenzten Rollbahnen zur Abwicklung von Starts und Landungen der
Flugzeuge gegenüber. Dabei können Ausdehnungen
der Betriebszeiten sowie Neu- oder Ausbauten von Flughäfen
mit der Zunahme des Flugverkehrs nicht Schritt halten. Die Folgen
sind steigende Start- und Landetakte sowie ein dichterer Verkehr
auf Start- und Landepisten, auf Taxiwegen, auf den Vorfeldern und im
Bereich zwischen den Flugsteigen der Flughäfen. Dabei teilen
sich Luftfahrzeuge, insbesondere Flugzeuge unterschiedlichster Typen,
aber auch Bodenfahrzeuge, wie Tankwagen, Zubringerbusse, Gepäckzüge,
Versorgungsfahrzeuge für Bodenstrom und Catering, mobile
Zustiegsrampen, und dergleichen, die Rollbahnen eines Flughafens.
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Durch
die hohe Verkehrsdichte kommt es zunehmend vor, dass sich Fahrzeuge
gegenseitig behindern, was zu ungewollten Zwischenfällen,
wie der unnötigen Blockierung einer Start- oder Landebahn, oder
sogar zu Zusammenstößen mit erheblichen Fahrzeug-
oder gar Personenschäden führen kann. Besonders
kritische Verkehrssituationen treten an Anhaltelinien (engl. Stop
Bars) oder an Positionshaltelinien (engl. Position Holding Lines)
vor einer Einmündung oder Kreuzung eines Taxiweges in eine bzw.
mit einer Start- oder Landebahn auf, bei der Fahrzeugverfolgung
im mehrspurigen Vorfeldbereich und generell im Verkehrsbereich zwischen
den Flugsteigen (engl. Terminals).
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Zwischenfälle
schränken die Verfügbarkeit der Rollbahnen und
damit die Kapazität eines Flughafens ein, was insgesamt
den Flugverkehr eher behindert als dessen Dichte abbaut.
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Es
ist eine Vielzahl an Systemen zur Steuerung und Überwachung
des Flughafenbodenverkehrs bekannt. Für die Luftfahrzeugbewegungen
im Nahbereich des Flughafens ist das Kontrollpersonal in einem Kontrollturm
oder in einer Kontrollzentrale zuständig, zu dem auch die
Rollbahnen des Flughafens gehören. Neben der verbalen Funkkommunikation
zu den am Verkehr beteiligten Fahrzeugen steht dem Kontrollpersonal
eine zentraler Bedien- und Beobachtungsplatz mit Bildschirmen und
Eingabegeräten zur Verfügung. Über die
Bildschirme erhält das Kontrollpersonal Informationen von
Erfassungsvorrichtungen zur Detektion von Flugzeugen, während über
die Eingabegeräte Befeuerungseinrichtungen zur Abgabe von
Lichtsignalen oder leuchtende Hinweisschilder für die Fahrzeugführer
bedient werden.
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Zur
Erfassung von Flugzeugen sind Multilaterationssysteme bekannt, bei
welchen die Position eines Flugzeuges aus der Laufzeitdifferenz
eines vom Flugzeug gesendeten Signals zu drei oder mehreren auf
dem Flughafengelände verteilt angeordneten Sensoren berechnet
wird. Daneben ist die Ortung von Flugzeugen durch den Bodenradar
mit rotierender Antenne bekannt. Diese Erfassungsvorrichtungen weisen
große Erfassungsbereiche auf, die sich über das
gesamt Flughafengelände und darüber hinaus erstrecken.
Sie weisen zeitliche, durch Latenzzeiten der Sensorik bedingte Erfassungslücken
aber auch räumliche Erfassungslücken in Form von Schattenflächen
auf; daneben treten Erfassungsfehler, wie Geister oder Phantome,
auf. Außerdem sind derartige Erfassungsvorrichtungen kostspielig
in Anschaffung und im Betrieb.
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Daneben
sind lokale Erfassungsvorrichtungen bekannt, deren Erfassungsbereiche
kleiner und in unmittelbarer Sensornähe sind. Hier sind
neben in den Rollbahnbelag eingebettete Spulenschleifen, wo auf
die Übersetzung
DE
37 52 132 T2 der eu ropäischen Patentschrift
EP 0 317 630 B1 verwiesen
wird, Radarsensoren bekannt, welche beispielsweise in der Offenlegungsschrift
DE 199 49 737 A1 offenbart sind.
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Sowohl
lokale als auch flächendeckende Erfassungsvorrichtungen
kommen in einem Flughafen-Leitsystem, insbesondere Flughafen-Bodenverkehrsleitsystem,
zum Einsatz, welches aus der europäischen Patentschrift
EP 0 883 873 B1 bekannt
ist. Dieses weist eine Radarerfassung mit integrierter Verarbeitung
und bildlicher Darstellung der relevanten, insbesondere sicherheitsrelevanten
Positionen und Bewegungen von Flugzeugen und gegebenenfalls Fahrzeugen
auf dem gesamten relevanten Flughafengelände und im relevanten
Flughafenluftraum in Form eines Radarvideos auf einem Monitor zur operationellen
Leitung des Flughafenverkehrs auf. Die operationelle Leitung erfolgt
von der Erfassung der Flugzeuge durch zumindest ein Radar zwischen deren
Flugbewegung und deren Stillstand in ihrer Parkposition, wobei die
relevanten Daten und Datenkonzentration auf dem Monitor einschließlich
der Signalzustände der Bodenverkehrssignale in Bildform und
Schriftzeichen- bzw. Zahlenform dargestellt sind. Der Lotse im Flughafentower
kann dabei die Flug- bzw. Fahrzeuge leitenden Bodenverkehrssignale
eingeben. Zur Übertragung von Daten und Signalen umfasst
das System ein Flughafen-Datenübertagungssystem, das mit
Glasfaser-, Koaxial- und/oder Zweidrahtkabeln arbeitet.
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Die
Signale für die Befeuerungseinrichtungen werden in der
großen Mehrheit über die zur Energieversorgung
vorgesehenen Serienstromkreise übertragen, während
für die Steuerung und Überwachung der Lichtsignale
aussendenden Befeuerungseinheiten sogenannte ILCM-Geräte
(ILCM steht für engl. Individual Lighting Control & Monitoring) verwendet
werden. Steuersignale sind insbesondere über Serienstromkreise
schwierig mit hoher Intensität und mit unmittelbarer Antwort,
das heißt in weniger als einer Sekunde, – wie
dies für die Funktionalität eines Sicherheitsnetzes
verlangt wird – an die ILCM-Geräte zu senden.
Daneben bilden Signale von lokalen, an kritischen Stellen der Rollbahnen
angeordneten Sensoren und aus der Überwachung von kritischen
zur Signalisierung vorgesehen Befeuerungseinrichtungen eine große
Signallast mit einem hohen Signaldurchsatz, was wiederum die Antwort für
kritische Übertragungen an die Piloten verlangsamt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungs- und Überwachungssystem
der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches eine zeitkritische
Konzentration von lokalen und kontextabhängigen Signalen
vermeidet.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein gattungsgemäßes Steuerungs- und Überwachungssystem
mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches
1. Wenn im Bereich der kritischen Stelle eine lokale Steuer- und Kommunikationseinheit
angeordnet ist, die zur Signal- und Datenübertragung mit
dem Sensor und den Befeuerungseinheiten verbunden ist, können
insbesondere zeitkritische Signale schnell übertragen werden.
Erkennt die Steuer- und Kommunikationseinheit, dass der Sensor beispielsweise
ein unerlaubtes Überrollen einer Haltelinie erfasst hat,
so kann ein Ansteuern der Befeuerungseinheiten ohne Zeitverzögerung
erfolgen. Hierdurch wird wertvolle Zeit eingespart, die ein Eindringen
des Flugzeuges in eine besetzte Landebahn und eine damit verbundene
Sperrung der Landebahn oder gar eine Kollision mit einem landenden
Flugzeug verhindern könnte.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Steuerungs- und Überwachungssystems ist die Steuer- und
Kommunikationseinheit zur Auswertung von Sensorsignalen hinsichtlich
einer Beurteilung der Verkehrssituation an der kritischen Stelle
ausgebildet. Aus den Sensorsignalen können eine Reihe für
die Beurteilung der augenblicklichen Verkehrssituation an der kritischen
Stelle wertvoller Informationen gewonnen werden. Zur Verarbeitung
weist die Steuer- und Kommunikationseinheit Rechen- und Speichermittel
zur elektronischen Datenverarbeitung auf, mit deren Hilfe das Eindringen
eines Flugzeuges oder anderen Fahrzeuges in den Erfassungsbereich
des Sensors detektiert werden kann. Desweiteren sind aus den Sensorsignalen, gegebenenfalls
mehrerer kombinierter Sensoren, die Position des Flugzeuges, dessen
Geschwindigkeit, Beschleunigung und Länge sowie die Rumpfausrichtung
und der Fahrzeugtyp – also Flugzeug oder Bodenfahrzeug – ableitbar.
Eine Wertung dieser Informationen lässt einen ersten Schluss
auf die Verkehrslage zu, beispielsweise „Flugzeug hat Stopsignal überrollt"
oder „Flugzeug zu schnell" oder „Flugzeug gerät
aus der Rollbahnmitte".
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Steuerungs- und Überwachungssystems ist die Steuer-, und
Kommunikationseinheit zur verkehrssituationsabhängigen
Ansteuerung der Befeuerungseinheiten ausgebildet ist. Wird nun von der
Steuer- und Kommunikationseinheit eine verkehrskritische Situation
erkannt, die ein Aktivieren der Befeuerungseinheiten notwendig macht,
so kann die Steuer- und Kommunikationseinheit ein entsprechendes
Ansteuersignal aussenden. Dieses kann entweder derart ausgebildet
sein, dass es direkt von den Befeuerungseinheiten umgesetzt wird,
oder dass es an das ILCM-Gerät der Befeuerungseinheiten
gesendet wird.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Steuerungs- und Überwachungssystems ist die Steuer- und
Kommunikationseinheit mit einer Kontrollzentrale des Flughafens
verbunden und zum Empfangen und Auswerten von Layout- und Betriebsdaten
des Flughafens ausgebildet. Die Verbindung mit der Kontrollzentrale
ermöglicht es, die Steuer- und Kommunikationseinheit fortwährend
mit einer Datenbasis zu versorgen, die sie bei der Beurteilung der
Verkehrssituation einbeziehen kann. So können Layoutdaten
des Flughafens übertragen werden, welche die Positionen
weiterer Steuer- und Kommunikationseinheiten, die an anderen kritischen
Stellen angeordnet sind, sowie topologische Daten von zu dem überwachten
Rollbahnsegment benachbarten Segmente, Flächen oder Knoten von
Rollbahnen. Außerdem können aktuelle Betriebsdaten
des Flughafens, wie Sichtverhältnisse, benutzte Start-
und Landebahnen, blockierte oder eingeschränkt nutzbare
Rollbahnsegmente, versperrte oder durch Stau behinderte Segmente, übertragen
wer den. Hierdurch wird die Qualität der Verkehrssituationserkennung
an der kritischen Stelle verbessert.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Steuerungs- und Überwachungssystems ist die Steuer- und
Kommunikationseinheit mit anderen Steuer- und Kommunikationseinheiten verbunden,
welche an anderen kritischen Stellen der Rollbahn angeordnet sind.
Dadurch können Informationen über zu dem aktuell überwachten
Rollbahnsegment benachbarte oder angrenzende Rollbahnsegmente bereitgestellt
werden, etwa die Anwesenheit eines Fahr- oder Flugzeuges sowie dessen
Identifikation, Richtung und Geschwindigkeit. All diese Informationen
können einen entscheidenden Einfluss auf die Bewertung
der Verkehrslage im aktuell überwachten Segment haben.
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Vorzugsweise
ist die Steuer- und Kommunikationseinheit des erfindungsgemäßen
Steuerungs- und Überwachungssystems bei Vorliegen einer
kritischen Verkehrssituation zum Aussenden einer Warnmeldung und/oder
eines Alarmsignals an die Kontrollzentrale oder an ein Fahrzeug
ausgebildet. Auf die von einer Steuer- und Kommunikationseinheit
erkannte sicherheitskritische Situation müssen das Kontrollpersonal
und/oder Führer von Fahr- und Flugzeugen sowie das Wartungspersonal
schnell in Kenntnis gesetzt werden. Hierzu senden die Steuer- und
Kommunikationseinheit sprachliche Warnmeldungen etwa per Funk oder
Warnsignale aus, welche am Bedien- und Beobachtungsplatz des Personals optische
oder akustische Alarmsignale auslösen.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der erfindungsgemäßen
Erfassungsvorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
der Zeichnungen, in deren einziger Figur eine Draufsicht auf ein Rollwegsegment,
welches mit dem erfindungsgemäßen Steuerungs-
und Überwachungssystem versorgt ist, schematisch dargestellt
ist.
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1 zeigt
ein auf einer Rollbahn T eines Flughafens rollendes Flugzeug A.
Bei dem Rollweg T handelt es sich beispiels weise um einen Taxiweg
von etwa 30 m Breite, der in Fahrtrichtung V des Flugzeuges A voraus
auf eine Start-/Landebahn R stößt. Auf Taxiwegen
besitzen Flugzeuge typischerweise eine Geschwindigkeit von 30 km/h
bis 80 km/h, mit der sie sich in etwa auf dessen Mittellinie C bewegen.
Am Taxiweg ist eine durch eine Reihe von Unterflurfeuern 21 gebildete
Haltelinie S (engl. Stop Bar) vorgesehen, an der ein in Richtung
Startbahn R rollendes Flugzeug A durch Abgabe roter Lichtsignale
zum vorübergehenden Anhalten gezwungen werden können.
Dies kann beispielsweise daran liegen, dass die Startbahn R noch
in Benutzung und daher zur Einfahrt noch nicht freigegeben ist.
Zur Überwachung des auf die Start- bzw. Landebahn zurollenden
Verkehrs ist ein Sensor 40 zur Erfassung von sich auf dem
Taxiweg T bewegenden Fahrzeugen A vorgesehen.
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Der
Sensor 40 kann beispielsweise als ein- oder zweistrahliger
Radarsensor ausgebildet sein, der in einem Abstand von etwa 10 m
seitlich zum Rand des Taxiweges T angeordnet ist. Der Radarsensor 40 tastet
einen Erfassungsbereich E ab, der sich horizontal und quer zur Fahrtrichtung
V des Flugzeuges A über den Taxiweg erstreckt. Der oder die
Radarstrahlen tasten den Erfassungsbereich E mit Mikrowellenstrahlung,
was besonders genaue Messwerte liefert und den Einsatz von Radarsensoren
mit ausgezeichneter Robustheit erlaubt.
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Unmittelbar
vor der Einmündung des Taxiweges T in die Start/Landebahn
R und in Fahrtrichtung V des Flugzeuges A nach dem Sensor 40 sind
Befeuerungseinheiten zur Abgabe von Lichtsignalen angeordnet, die
zwei seitlich des Taxiweges T installierte Signal-Überflurfeuer 32 und
eine Querreihe mittig in den Taxiweg T eingebetteter Signal-Unterflurfeuer 31 zur
Abgabe von Sperrsignalen an einen Piloten des Flugzeuges A umfassen.
Hat beispielsweise das Flugzeug A eine aktive Haltelinie S überrollt,
so können die Befeuerungseinheiten 31, 32 angesteuert werden,
um ein Sperrsignal zu generieren. Dies dient der visuellen Signalisierung
des Piloten, damit dieser ein Eindringen des Flugzeugs A in die
Start-/Landebahn R zu verhindern versucht.
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Das
erfindungsgemäße Steuerungs- und Überwachungssystem 10 umfasst
nun neben dem wenigstens einen Sensor 40 und den Befeuerungseinheiten 31, 32 eine
mit diesen verbundene lokale Steuer- und Kommunikationseinheit 50.
Diese ist im Bereich der kritischen Stelle des Taxiweges T angeordnet
und zur Auswertung von Sensorsignalen hinsichtlich einer Beurteilung
der Verkehrssituation an der kritischen Stelle ausgebildet. Wird
nun von der Steuer- und Kommunikationseinheit 50 eine verkehrskritische
Situation erkannt, die ein Aktivieren der Befeuerungseinheiten 31, 32 notwendig
macht, so kann die Steuer- und Kommunikationseinheit 50 ein
entsprechendes Ansteuersignal aussenden. Dieses kann entweder derart
ausgebildet sein, dass es direkt von den Befeuerungseinheiten 31, 32 umgesetzt
wird, oder dass es an ein nicht dargestelltes ILCM-Gerät
der Befeuerungseinheiten 31, 32 gesendet wird.
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Die
Steuer- und Kommunikationseinheit 50 ist mit einer Kontrollzentrale 60 des
Flughafens verbunden und zum Empfangen und Auswerten von Layout-
und Betriebsdaten des Flughafens ausgebildet. Die Verbindung mit
der Kontrollzentrale 60 ermöglicht es, die Steuer-
und Kommunikationseinheit 50 fortwährend mit einer
Datenbasis zu versorgen, die sie bei der Beurteilung der Verkehrssituation
einbeziehen kann. So können Layoutdaten des Flughafens übertragen
werden, welche die Positionen weiterer, nicht dargestellter Steuer-
und Kommunikationseinheiten, die an anderen kritischen Stellen angeordnet
sind, sowie topologische Daten von zu dem überwachten Rollbahnsegment
benachbarten Segmente, Flächen oder Knoten von Rollbahnen.
Außerdem können aktuelle Betriebsdaten des Flughafens, wie
Sichtverhältnisse, benutzte Start- und Landebahnen, blockierte
oder eingeschränkt nutzbare Rollbahnsegmente, versperrte
oder durch Stau behinderte Segmente, übertragen werden.
Hierdurch wird die Qualität der Verkehrssituationserkennung
an der kritischen Stelle verbessert.
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Die
Steuer- und Kommunikationseinheit 50 ist mit anderen Steuer-
und Kommunikationseinheiten verbunden, welche an anderen kritischen
Stellen der Rollbahn angeordnet sind. Da durch können Informationen über
zu dem aktuell überwachten Rollbahnsegment benachbarte
oder angrenzende Rollbahnsegmente bereitgestellt werden, etwa die
Anwesenheit eines Fahr- oder Flugzeuges sowie dessen Identifikation,
Richtung und Geschwindigkeit. All diese Informationen können
einen entscheidenden Einfluss auf die Bewertung der Verkehrslage
im aktuell überwachten Segment haben.
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Die
Steuer- und Kommunikationseinheit 50 ist bei Vorliegen
einer kritischen Verkehrssituation zum Aussenden einer Warnmeldung
und/oder eines Alarmsignals an die Kontrollzentrale 60 oder
an ein Fahrzeug A ausgebildet. Auf die von einer Steuer- und Kommunikationseinheit 50 erkannte
sicherheitskritische Situation müssen das Kontrollpersonal und/oder
Führer von Fahr- und Flugzeugen sowie das Wartungspersonal
schnell in Kenntnis gesetzt werden. Hierzu senden die Steuer- und
Kommunikationseinheit 50 sprachliche Warnmeldungen etwa
per Funkschnittstelle 71 oder Warnsignale aus, welche über
eine Datenleitung 71 am Bedien- und Beobachtungsplatz des
Personals optische oder akustische Alarmsignale auslösen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3752132
T2 [0007]
- - EP 0317630 B1 [0007]
- - DE 19949737 A1 [0007]
- - EP 0883873 B1 [0008]