TWI486558B - 航空器停靠過程的導引方法 - Google Patents

Description

航空器停靠過程的導引方法

本發明乃是關於一種航空器停靠過程的導引方法，特別是指一種偵測一航空器沿著機坪的一停靠導引線，以準備停靠至一停止線的導引方法。

關於飛機導引與機型判別的做法，先前的作法曾有利用發射與收集雷射光脈波的方式，在不同距離範圍(約10至100米，每隔1米一個量測點)，不同角度方位(約-5到5度，每0.1度一個量測點)的方式，建立一個約100 X 100點距離分佈表，再與預存的飛機形狀做比較，以達成辨識飛機並導引飛機到達停止線的功能。

然而上述使用原始雷射光發射及接收脈衝的方式，目前部份的雷射測距設備已不支援，而且處理細節過於繁雜，無法把系統的工作專注於導引及辨識作業。此外，上述的處理方式需要建立數據龐大的距離分佈表，同時也要記錄龐大的飛機形狀表做為對照，會造成資料處理的數量龐大，並且運算變得非常複雜。

緣是，本發明人有感上述問題之可改善，乃潛心研究並配合學理之運用，而提出一種設計合理且有效改善上述問題之本發明。

本發明的目的在於提供一種航空器停靠過程的導引方法，充 分運用新一代的雷射測距設備功能，將雷射處理工作完全交給雷射掃瞄器處理，系統只要利用雷射掃瞄器的輸出距離，配合各型飛機的機鼻高度、機身高度及引擎位置就可以簡單的達成飛機停靠導引及機型辨識的核心功能，大幅簡化既有演算法的繁複作業。

為了解決上述技術問題，根據本發明之其中一種方案，提供一種航空器停靠過程的導引方法，以偵測一航空器沿著機坪的一停靠導引線，以準備停靠至一停止線，包括：提供一雷射掃瞄器，以掃瞄上述航空器；提供一配合X軸與Y軸的步進馬達的轉動；提供一資訊顯示看板，以提供駕駛員必要的顯示資訊；控制上述步進馬達之掃瞄的方位角度，以改變該雷射掃瞄器的偵測位置；根據上述雷射掃瞄器不同偵測位置回報的距離，偵測上述航空器在停靠的過程中距離上述停止線的距離及左右偏移的角度；顯示上述距離及偏移資訊於上述資訊顯示看板，供上述航空器的駕駛人員操作上述航空器參考；進行一等待階段，等待上述航空器進入上述停靠導引線(J-Line)的階段，其中上述掃瞄的數個偵測點中，落於預定的高度與距離時，即被視為偵測到上述航空器；進行一定位階段，以判斷是否找到上述航空器最靠近上述停止線的部位，當找到上述航空器最靠近上述停止線的部位，則進入下一階段；進行一識別階段，針對上述航空器的外型特徵，針對數個特徵部位進行驗證，以驗證該航空器的實際機型與所輸入的機型是否符合；以及進行一導引階段，藉由提供該航空器最靠近上述停止線的部位與上述停止線的距離與該航空器偏離上述停靠導引線的偏移資訊，將該航空器導引到一預定的停靠位置上。

本發明具有以下有益效果：本發明利用雷射掃瞄器的輸出距離，配合各型飛機的機鼻高度、機身高度及引擎位置，簡單的達成飛機停靠導引及機型辨識的功能，大幅簡化既有演算法的繁複作業。

為了能更進一步瞭解本發明為達成既定目的所採取之技術、方法及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明、圖式，相信對本發明之目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式與附件僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

100‧‧‧雷射掃瞄器

J‧‧‧停靠導引線

S‧‧‧停止線

本發明的步驟流程圖，無元件符號。

圖1係本發明之各階段的示意圖。

圖2為本發明使用雷射掃瞄器偵測的示意圖。

圖3為本發明之等待階段流程圖。

圖4為本發明之航空器停靠過程的定位階段示意圖。

圖5為本發明判斷機鼻位置流程圖。

圖6為本發明處理飛機機型辨識的流程圖。

圖7為本發明偵測引擎位置的示意圖。

圖8為本發明的導引階段示意圖。

本發明是利用本案發明人提出的新型雷射掃瞄器，並使用其發明的定位校正與偏移線處理方法所得到的距離資訊來發展此航空器停靠過程的導引方法。利用此導引方法，可以隨時掌握航空器靠近停止線時的即時距離和方位角度等資訊，據以作為航空器停靠導引及機型判別的用途。上述航空器並不限制於飛機，以下僅以飛機舉例說明，因此以飛機稱呼之。

本發明之航空器停靠過程的導引方法的基本假設，在於認為 飛機於停泊時，會從滑行跑道上(Taxi way)，轉彎沿著地面上的停靠導引線J(J-Line，參圖2)方向前進。目前幾乎所有機場的停靠作業，都是依據這樣的方式來運作。依照此作業方式的結果，可以得到以下幾項結果：

一、可以使用一般測量距離的雷射設備，就可以完成飛機進場導引作業及機型辨識作業。

二、不需要記錄飛機形狀，只需記錄幾項機型參數，例如機鼻高度、引擎位置及機身高度等參數就可以達成上述作業。

三、不需要建立龐大資料位置分佈表(Distance distributed table)就可以達到導引及機型識別的目的。

四、本導引方法的應用，實際上不只限於飛機靠近空橋的導引作業，所有類似的物件停靠導引作業都可以套用。

本導引方法執行方式，可是分成幾個階段來進行的，包括等待、定位、識別及導引四個階段。每一階段的資料取樣方式都類似，是讀取系統預先定義好一組多個(本實施例中約九至十一個)偵測位置陣列後，讀取各位置偵測得到的距離，並計算出對應的高度。根據這些資料，來做導引與飛機識別的作業。各階段的次序如圖1所示，係為本發明之航空器停靠導引識別方法的示意圖，分別為等待階段(SW)、定位階段(SP)、辨識階段(SD)及導引階段(SG)。以下分別依各階段描述本發明的導引方法。

由於在各個階段中，需要取樣的位置並不一樣，所以本發明將依據不同的階段，分別說明取樣的位置與演算的方法。在說明各階段做法之前，本發明首先說明距離量測與高度之間的關係如下：雷射掃瞄器是放在一個已知固定點上，雷射光束可以藉由步進馬達改變其水平軸(X軸)或垂直軸(Y軸)的角度方位。雷射設備例如可以使用英國MDL公司(Measurement Devices Ltd)的ILM-500D產品，但不限於此。該設備可以回報最長距離達500公尺，約可以達到每秒鐘取樣400次，並達到±10公分的距離準確 度。馬達部份例如可以使用日本東方馬達公司(Oriental motor)的ARM系列步進馬達，但不限於此。該馬達每360°可分成10000步(steps)，解析度可以達到0.036°/step，配合1：2的齒輪皮帶及垂直軸(Y軸)反射鏡片，水平軸方向可以做到0.018°/step的解析度，Y軸方向可以做到0.036°/step的解析度。關於上述雷射掃瞄器的結構細節，可參考申請人已提出中華民國專利申請號102211977『航空器進場導引系統』。

請參閱圖2，為本發明使用雷射掃瞄器100偵測的示意圖。

h=H-r ＊ sin(θ).....(1)其中H為雷射掃瞄器100相對於地面的高度，此高度H當雷射掃瞄器100安裝固定後即為一可得知之固定的常數；其中h表示被測物的高度，以圖2實施例即為航空器F的高度；r為雷射射備量測出來的距離；θ為雷射線相對於水平線傾斜的角度。

假設雷射光束在Y軸保持水平位置時的馬達位置，當Y軸馬達每移動一個刻度，相對於雷射光束的移動角度是：δ =(360°)/10000=0.036°......(2)

本實施例在記錄偵測該量測點時，若Y軸馬達所移動的刻度數為N，當時Y軸雷射光束的傾斜角度即是：θ=δ * N.........(3)

依據雷射掃瞄器100回報的距離r，代入公式(1)後，就可以得到被測物的高度h。也就是說，本發明可以得知一已知角度的距離r及被測點高度h，這項結論，是本發明後續導引方法的基礎。

以目前市場上的所有機種的飛機，它們都具備有左右對稱的特性。利用這項特性，偵測飛機左右移位時，可以相同的左右角度來掃瞄，再比較其兩邊所測得的數據，就可藉以判斷飛機機身的偏移情況。另外，當需要偵測飛機的某設備(例如引擎)位置時，也可以只針對左右其中一邊的設備來偵測即可達到測量的效 果。

根據以上的基礎，本發明繼續發展以下的航空器停靠過程的導引方法，如以下各階段說明。

[階段一：等待階段(SW)]

當飛機降落後，開始由滑行跑道(Taxi way)轉入機坪的停靠導引線J(J-Line)以準備停靠到停止線S上，如圖2所示。所謂的等待階段指的就是等待飛機進入上述停靠導引線(J-Line)的階段。在此等待階段SW，判斷方法如圖3所示，係表示本發明之等待階段流程圖。

如圖3所示，首先是步驟W10，設定垂直掃瞄位置陣列N點。本發明首先使用垂直掃瞄的方式偵測飛機，因為飛機一旦出現，必然會在停靠導引線J(J-Line)上偵測到。所以本實施例在停靠導引線J(J-Line)上設定不同的偵測位置來讀取，讀取的點數設定為多個點，本實施例較佳建議可以為11點，並且可以設定預設距離為一偵測中心點，往後偵測6點，往前4點的安排方式，每一掃瞄點的角度距離設為馬達轉動的24 step。接著，步驟W20，讀取此陣列中各點的距離及高度。預設距離依照機場之停靠導引線(J-Line)的長度加以設定，一般停靠導引線(J-Line)長度約為100公尺，進場道大致設定在65公尺的位置上(進場道之預設長度)。飛機讀取的位置點則設定在高度為機鼻高度位置。因為當開始導引時，使用者必需輸入預設機型，根據這個機型，機鼻高度就可以確定。

一般導引的環境，雷射掃瞄器100的高度大致上安裝於7米高度上，在此高度。依照此分佈方式，掃瞄區間可以涵蓋的範圍大致上從30米的位置到150米的位置都包含在內。所以，一旦飛機進入此區域內，都可以被偵測到。由於飛機體積龐大，故即使機型誤植也可以被偵測到。

然後，如步驟W30，判斷是否有偵測到飛機的偵測點。在判斷飛機是否被偵測到的做法上，本實施例使用偵測物的高度h比對方式，或稱為「高度比對步驟」。由於雷射設備僅回報距離，即使雷射光偵測到機坪地面也一樣可以收到一個距離，那麼如何判定該偵測物是屬於飛機，就是靠所計算出來的高度(如圖2的h所示)來判定。設定地面的高度則為0，而飛機有一定的高度，一定大於0。本實施例可以藉由使用者針對飛機輸入一個最低有效高度的參數，例如飛機的機腹或引擎底端，然後，比對所測得的高度低於上述最低有效高度時，即視為非屬飛機偵測回應。另外，本實施例還可以包括「有效距離比對步驟」，藉由另外設定一個最長有效距離，最長有效距離可以是進場道之預設長度，當掃瞄到的距離，超過上述最長有效距離，即視為無效。因為跑道與進場道間畢竟是一定範圍的距離，過長的距離也可以視為無效距離。

當掃瞄的11個偵測點中，出現合理的高度與距離時，即被視為偵測到飛機，並進入下一個定位階段。

[階段二：定位階段(SP)]

本階段的主要目標是找到機鼻位置。一般飛機的機鼻部位是飛機的最前端位置，也就是一架飛機最靠近停止線的部位。在導引過程中，資訊顯示看板所顯示出來的距離即是指機鼻離停止線間的距離。同時，用以判定飛機是否偏離該停靠導引線(J-Line)位置的依據，也是根據機鼻位置是否偏移於該停靠導引線(J-Line)上，所以找出機鼻位置是導引作業中很重要的工作。

飛機由滑行跑道(Taxi way)滑行進入該停靠導引線(J-Line)時，飛機將逐漸轉正。當飛機被雷射偵測到時，可能是飛機的任何部位，不一定是飛機的機鼻部位。此時，由偵測到飛機的部位，可以知道飛機出現的距離。以這個距離為中心，開始細部掃瞄飛機，詳細流程圖如圖4所示，係為本發明之航空器停靠過程的導 引方法之定位階段(SP)示意圖。

在圖4中，首先，如步驟P10及P20所示，將偵測成功及失敗次數歸零。接著，步驟P30，設定垂直掃瞄位置陣列N點；開始在停靠導引線(J-Line)的方向上垂直掃瞄。此時飛機已大致上知道其所在位置，所以掃瞄的範圍可以縮小，在本發明的一較佳實施例，使用11個垂直掃瞄點，每一個掃瞄點的Y軸馬達點距依照飛機所在的距離做設定，當飛機距離在30公尺以外時設定為12格(steps)，30公尺以內時設定為14格(steps)。在11點掃瞄點中，往後掃瞄的點數設定為6點，往前掃瞄點數為4點。如步驟P40所示，讀取此陣列中各點的距離及高度；將此11點掃瞄完成後，即可以得到11個掃瞄點對應的距離及高度。那麼如何由這些掃瞄資料來判斷是否讀到機鼻位置，大致的判斷方法如圖5所示，圖5為本發明判斷機鼻位置流程圖。

如圖5所示，開始之前，如步驟P501所示，設定機鼻距離，例如為500公尺，並且設定機鼻位置點=-1。本實施例先逐點檢查各點的高度位置。接著，如步驟P502及P503所示，資料點驗證點從1到N，逐點檢查；並且判斷該點距離是否小於目前機鼻距離。如步驟P504所示，判斷該資料點高度與設定的機鼻高度誤差是否小於一預設容忍距離。如果該點的高度與所導引機鼻的高度相差在30公分以上時，該點即不被認為是可能的機鼻位置，再回到步驟P502。取30公分的作為一預設容忍距離，一方面是因為掃瞄的解析度關係，不一定能剛好掃到機鼻位置，另一方面則是飛機也不一定完全在中線上或機坪跑道不一定是一完全平面，可能稍有高低起伏，所以掃瞄陣列中各點不一定可以完全掃到機鼻正中間位置。

當該掃瞄點的高度h在與預期機型的機鼻高度誤差在30公分內時，此點就被視為是候選位置，接著進到步驟P505，設定新機鼻距等於此掃瞄到的距推，以及設定機鼻位置等於此位置。在 所有候選位置中，找出一點距離最近的候選位置，該點就是我們要的機鼻位置。

回到圖4的步驟P51及P53，讀取機鼻距離及高度，並且偵測成功紀錄次數加1，重複以上的垂直掃瞄作業，如步驟P60所示，若連續三次都可以找到機鼻位置，就表示此飛機的定位已經成功，準備進入下一個識別階段(如步驟P70所示)。但如果再掃瞄過程中，無法找到機鼻位置，進到步驟P52，將偵測失敗紀錄次數加1，那表示飛機可能尚未轉正，需要再重複掃瞄作業。在下一次垂直掃瞄時，將取掃瞄到的合法高度點中，距離最近的點做為下一次掃瞄的基礎參考點。

如步驟P54，假設經過一失敗預定次數(例如五次)的掃瞄，仍然無法找到機鼻位置，那表示可能是機型輸入錯誤，必需顯示停止訊息，如步驟P80所示，定位失敗，停止電腦導引，改以人工方式導引。

[階段三：識別階段(SD)]

當飛機已經被定位到後，即開始一面追蹤飛機的行徑，一方面做識別的作業。飛機識別作業係根據飛機的外觀特性來檢查，檢查待導引的飛機是否與操作人員輸入的飛機同型，以確認輸入的機型是否有誤植的情形。

由於不同飛機有不同的特徵，需要停靠的位置也不同。如果因為操作人員誤植的機型，而使導引系統誤導引至錯誤的停止線位置，那將有可能導致碰撞的危險，所以執行飛機的識別作業，等於對人為操作上多一道安全防護，以增加作業的安全性。

本發明對於飛機識別的做法，是針對飛機的外型特徵，對特定的特徵部位進行驗證。對特定型號的飛機來說，其外型特徵是一個固定的常數。例如，飛機機鼻的高度、機身的高度、機身的長度，機翼的寬度、單邊引擎的個數、第一顆引擎與機鼻部位的 垂直距離、水平距離、引擎離地面的高度及引擎的直徑等特性，都可以做為判定飛機型號正確與否的參考。在這些特徵中，本實施例選取機鼻高度與第一顆引擎的的特性做為主要判定的依據。機身高度做為輔助特性。

本發明關於特性選擇的方向，有以下的考量：

一、方便性：該特性讀取的方便性及必要性。例如機鼻高度的偵測，在導引過程中，一旦飛機被定位後，機鼻的位置便需要一直被追蹤著，以掌握飛機離停止線的距離及左右偏移的距離。在此同時，實際上機鼻的高度是一直被掌握著。所以機鼻高度的資料是一直存在著。

二、獨立性：雖然有機鼻高度，但這項資訊尚無法據以確認飛機機型。例如，A330,A340,B777(A開頭表示Airbus公司的飛機，B開頭表示Boeing公司的飛機)三款飛機的機鼻高度是接近的，如果以30公分的誤差容許度來說，這三款機型(包括其子機型)是無法分辨出來的。更何況，對A330來說，它的子機型A330-200與A330-300的機頭部份幾乎完全一樣，也就是說機鼻高度也完全一樣，所以從學理上來說，靠機鼻高度並無法完全分辨出各種機型的。

當然，對某些機場來說，可能飛航的機型有限，單靠機鼻高來分辨機型就已經足夠。此時，也可以考慮只做機鼻高度辨識，以節省辨識的時間，加強導引的效率。

本發明對於需要再辨識類似機型，或者同機型，但屬於不同子機型的飛機，就需要進一步選擇其他參數來做辨識。首先，本實施例選擇引擎的所在位置來做進一步比對。類似機型或不同子機型的飛機間，其第一顆引擎所在位置，基本上是不會相同的。引擎位置所在的垂直距離通常與機身長度有直接關係。配合機鼻高度及引擎位置的確認，就目前市面上有的飛機機型而言，就幾乎可以完全確認一架飛機。

即使未來有可能會有類似機型，但具備接近的機鼻高度及引擎位置，以致無法分辨出來時，很可能這類飛機是具有類似的機身頭部特徵及機身長度，有使用相同的停止線位置。對於導引作業來說，既然使用相同的停止線位置，在導引過程中的處理方式是幾乎完全一樣的，也就是說，將此視為同一機型來處理，應該是合理的處置且可以被接受的。

請參閱圖6，為本發明處理飛機辨識的流程。本實施例首先做垂直讀取作業，做法與定位階段相同，如步驟D10所示，設定垂直掃瞄位置陣列N點並顯示相關距離資訊。根據垂直陣列讀回來得資料，可以得到機鼻距離、機鼻高度及機身高度等資訊，可以用機鼻距離來顯示目前飛機距離，同時也可以把機鼻高度、機身高度做一次檢查，看是否在合理範圍內。檢查結果並加以記錄，如步驟D20所示，亦即檢查機鼻高度及機身高度，並記錄正確/確誤的次數。機身高度的資訊可以由讀回來的資料中，選取最大高度為機身高度，但在飛機高度大於雷達掃瞄器高度時，通常只能讀到雷射掃瞄器所在的高度。

做完垂直掃瞄後，再執行水平掃瞄，如步驟D30所示，設定水平掃瞄位置陣列M點並顯示相關偏移資訊。雖然水平掃瞄與飛機辨識較無直接關係，但它可以提供飛機偏移及距離資訊，提供導引顯示。水平掃瞄的作動原理將於下一階段詳細說明。在本發明的觀念上，導引作業必需優先於辨識作業，所以本實施例在辨識階段，仍需執行許多導引的工作，使之不影響導引作業。

當水平掃瞄完成並顯示完成後，可利用空檔執行一次引擎偵測作業，來確認引擎所在位置是否正確。如步驟D40所示，檢查引擎所在位置是否正確，並記錄正確/錯誤的次數。引擎偵測作業可以下列公式來計算其預期的所在角度與位置，再將雷射光偵測該方位，看是否可以讀到引擎做為判斷依據。圖示說明如圖7，為本發明偵測引擎的示意圖。

圖7中，相關參數資料說明如下：D=d+Ed.........(4)

X=Ex........(5)

δ=atan((H-h)/D)....(6)

θ=atan(X/D)....(7)在以上式子中，(4)式中的D表示引擎與雷射掃瞄器間的垂直的距離；d表示機鼻與雷射掃瞄器間的垂直距離；Ed表示機鼻與引擎間的垂直距離。

(5)式中的X表示引擎與雷射掃瞄器間的水平距離；Ex表示機鼻與引擎間的水平距離。

(6)式中的δ表示雷射光掃瞄時的垂直方向傾斜角度；H表示雷射掃瞄器的高度；atan表示反正切函數；h表示引擎的高度。

(7)式中的θ表示雷射光掃瞄時的水平方向偏移角度。

依照以上位置角度，本實施例取9個掃瞄點，其中Y軸的位置為公式所算出來的數值，X軸則以公式所算出來的數值往外增加，每一格的增加量為：σ=(atan(k*R/D))/N......(8)上述公式(8)中的σ表示每一隔的增量角度，K為一調整係數，數值為1；R為引擎的直徑；D的意義同(4)中表示；N為掃瞄取樣數目。

由於掃瞄過程中，飛機仍然繼續前進中。本公式由引擎的中 心往外延伸一個引擎直徑R的橫向距離，基本上可以允許飛機在一定速度下仍可偵測到引擎，如因飛機前進速度較快，可以依照速度去放大k係數。

本實施例在以上讀取數字陣列中，可以讀到相對應的距離及高度資訊。若讀到的距離在[D-40,D+10](dm)之間都可以算是合理值。因讀取過程中，飛機仍繼續前進，所以讀取距離會較D值短，但因為引擎並不是實心標的，有可能會讀到引擎壁位置，所以比D大。

關於讀到的引擎高度值，應介於[h-1,h+1](dm)間為合理誤差範圍。本實施例中，上述D,h及其計算數值均以10公分(dm)為單位。在一組9個讀數中，若其中有一個點讀到引擎，即被認為引擎在該位置是存在的。

步驟D60，判斷機型是否已可識別出來。關於機型判別的方式，可以根據機鼻高度幾次正確判讀算是以成功，幾次錯誤判讀算是失敗。類似的觀念，也可用在引擎判讀上。考量實際運作情況，可以選擇3次判讀成功就算該項目成功，5次判讀失敗就判定該項目失敗。次數的選擇可以根據機場之停靠導引線(J-Line)的長度及允許飛機辨識的時間來決定。辨識項目中，只要其中一個項目辨識失敗，就判定該次辨識為失敗。若是機型辨識失敗就回到步驟D10。

有部份機場，受限於機坪有高低起伏或停靠導引線(J-Line)跑道特性，必須要在一定距離內才適合做機鼻或引擎測試，那麼以上偵測可以加上一個距離條件，必需在飛機到達一定距離內才開始做辨識偵測。

另外，本實施例為了可能因為飛機機型的誤判而造成停靠的危險，需要在一定距離內，完成辨識，否則即視為辨識失敗。如圖6的步驟D50所示，本實施例在步驟D60之前，還加上判斷機型辨識位置是否已過近，若是，則進到步驟D90，判定辨識失敗， 停止導引，即停止電腦導引作業，改由人工導引方式。通常該最低辨識距離的選擇，一種較佳實施例設定在12米左右，方便供後續人工導引作業，有足夠的空間可以執行。若機型辨識位置還尚未過近，仍在安全可繼續辨識的距離內，則進到步驟D60，判斷機型是否已經識別出來。

[階段四：導引階段(SG)]

當飛機被成功辨識之後，接下來的任務就是將飛機導引到預期的停靠位置上，這就是導引階段(SG)。在這個階段中，系統主要是要能提供飛機駕駛員距離與偏移的資訊。距離資訊指的是飛機之機鼻位置與停止線之間的距離，好讓駕駛員可以控制飛機的行駛速度與方位。偏移指的是飛機偏離該停靠導引線(J-Line)的程度，當偏離距離到達設定的警示程度後，必需在資訊顯示看板告知駕駛員修正偏移，以達到停泊在正確位置的目的。

請參閱圖8，係本發明的導引流程示意圖。在圖8中，系統先執行垂直掃瞄的作業。如步驟G10所示，設定垂直掃瞄位置陣列N點並顯示相關距離資訊。掃瞄方式大致上與定位階段(SP)相同，係為以垂直方向掃瞄的方式，點數約11點。掃瞄的中心點訂在當時飛機所在的位置，往前掃瞄4點，往後掃瞄6點。根據這11點回報的資訊，可以即時掌握飛機機鼻的位置，並據以顯示距離資訊。

如步驟G20所示，每掃瞄一次垂直資料後，判斷是否飛機已達接近停止線一允許距離內。在飛機停靠的一定距離前(通常設定為停止線3米前)，即執行一次水平掃瞄，如步驟G30所示，設定水平掃瞄位置陣列M點並顯示相關偏移資訊。水平掃瞄大致上也可以取11點掃瞄位置，垂直方向以機鼻位置為中心點，水平方向則以左右對稱的方式各取5點。掃瞄寬度設定為機鼻寬度的兩倍，所謂機鼻寬度指的是以機鼻中心距離起算，往兩側延伸 各取一延伸點，延伸點與雷射掃瞄器的掃瞄點之間的距離比機鼻距離相差在30公分以內的範圍。取點公式如下：β=atan(W *2/D)/N......(9)在公式(9)中，β指的是水平取點中，相臨兩點間的角度。

W指的是機鼻的寬度。

D指的是當時機鼻與雷射掃瞄器間的距離。

N指的是取樣的點數，基本上為11。

根據以上公式，並以停靠導引線(J-Line)所在位置為中心點向左右各取5個偵測點，可以得到N點的距離及高度資訊。對於這些點數，取得最近的距離(D)，即是掃瞄當時機鼻與雷射掃瞄器間的新距離，可以做為距離更新顯示之用。

本實施例關於偏移角度或距離的計算，可以依照以下方式：

求取最開始的點，即從點位0開始選取，該點距離比最近距離D大的數值在30公分以內。假設該點位置為Hfst。同樣的觀念，求取最後的點，即從點位N-1開始往下選取，該點距離比最近距離D大的數值在30公分以內。假設該點位置為Hend。依照以上方式，求得Hfst與Hend後，即可以據以計算偏移角度及位置偏移量，公式如下：n=((N-1)-Hend-Hfst)/2......(10)

γ=| n | * β......(11)

d=D * tan(γ)......(12)在以上式子中，公式(10)中N指的是取樣的點數。

n為偏移的取樣間隔數，n的正負代表左右的偏移。

(11)式中γ指的偏移角度，n取絕對值。

(12)式中d指的偏移的距離的絕對值，D為機鼻與 雷射掃瞄器間的距離。

當偏移量γ大於設定的警戒值時，系統即依照左右方向，顯示出偏移警告訊息。

經由以上垂直掃瞄與水平掃瞄的持續更替，就可以達到即時更新離停止線距離及偏移顯示的效果，達到正確導引的目的。

當飛機離停止線到一定短的距離時(通常為3米)，亦即步驟20為「是」的條件，此時通常飛機行進速度已經很慢，且左右移動已經不容易，故系統可以只針對垂直方向掃瞄，只提供距離資訊即可。

如步驟G40所示，在步驟20為「是」的條件下，進一步判斷飛機是如已達停止線一近距離內。其觀念在於，當飛機很接近停止線時，例如在距離20公分左右，如步驟G50所示，系統即可以顯示停止訊息，以通知飛機停止。其間飛機可能未能馬上停上，因此加上步驟G60，判斷飛機是否已經停止。當飛機停止下來後，經過幾次掃瞄偵測，當發現飛機已經停止不動時，即可如步驟G70所示，顯示導引完成的訊息，結束這樣一次的導引作業。

本發明之特點及功能在於充分運用新一代的雷射測距設備功能，將雷射處理工作完全交給雷射掃瞄器處理，系統只要利用雷射掃瞄器的輸出距離，配合各型飛機的機鼻高度、機身高度及引擎位置就可以簡單的達成飛機停靠導引及機型辨識的核心功能，大幅簡化既有演算法的繁複作業。

以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

圖1為流程圖，無元件符號。

Claims (5)

1. 一種航空器停靠過程的導引方法，以偵測一航空器沿著機坪的一停靠導引線，以準備停靠至一停止線，包括：提供一雷射掃瞄器，以掃瞄上述航空器；提供一配合X軸與Y軸的步進馬達的轉動；提供一資訊顯示看板，以提供駕駛員必要的顯示資訊；控制上述步進馬達之掃瞄的方位角度，以改變該雷射掃瞄器的偵測位置；根據上述雷射掃瞄器不同偵測位置回報的距離，偵測上述航空器在靠近過程中距離上述停止線的距離及左右偏移的角度；顯示上述距離及偏移的資訊於上述資訊顯示看板，供上述航空器的駕駛人員操作該航空器參考；進行一等待階段，等待上述航空器進入上述停靠導引線的階段，其中上述掃瞄的數個偵測點中，落於預定的高度與距離時，即被視為偵測到上述航空器；進行一定位階段，以判斷是否找到上述航空器最靠近上述停止線的部位，當找到上述航空器最靠近上述停止線的部位，則進入下一階段；進行一識別階段，針對上述航空器的外型特徵，針對數個特徵部位進行驗證，以驗證航空器的實際機型與所輸入的機型是否符合；以及進行一導引階段，藉由提供該航空器最靠近上述停止線的部位與上述停止線的距離、以及該航空器偏離該停靠導引線的偏移資訊，將該航空器導引到一預定的停靠位置上；其中在該導引階段中，包括：執行垂直掃瞄的作業，以垂直方向掃瞄的方式，掃瞄數個點數，其中掃瞄的中心點訂在該航空器之機鼻所在的位 置；以及每掃瞄一次垂直資料後，在該航空器距離該停止線的一預定距離之前，即執行一次水平掃瞄。
2. 如請求項1所述之航空器停靠過程的導引方法，其中在該水平掃瞄的步驟，包括：沿著水平方向以左右對稱的方式各取數個掃瞄點；設定掃瞄寬度為該航空器之機鼻寬度的兩倍，其中上述該機鼻寬度以該機鼻中心距離起算，往兩側各取一延伸點；以及該延伸點與該雷射掃瞄器的掃瞄點之間的距離比機鼻距離相差在30公分以內的範圍。
3. 如請求項1所述之航空器停靠過程的導引方法，其中上述取掃瞄點的公式如下：β=atan(W*2/D)/N；上述公式中，β指的是水平取點中，相臨兩點間的角度；W為機鼻的寬度；atan為反正切函數；D為當時機鼻與雷射掃瞄器間的距離；N為取樣的點數，基本上為11。
4. 如請求項1所述之航空器停靠過程的導引方法，其中上述偏移角度或距離的計算，包括下列步驟：求取最開始的點，即從點位0開始選取，該點距離比最近距離D大的數值在30公分以內，假設該點位置為Hfst；求取最後的點，即從點位N-1開始往下選取，該點距離比最近距離D大的數值在30公分以內，假設該點位置為Hend；求得Hfst與Hend後，據以計算偏移角度及位置偏移量，公式如下：n=((N-1)-Hend-Hfst)/2......(式10) γ=|n|*β......(式11) d=D*tan(γ)......(式12)上述式子中，公式(10)中N指的是取樣的點數；n為偏移的取樣間隔數，n的正負代表左右的偏移；(11)式中γ指的偏移角度，n取絕對值；(12)式中d指的偏移的距離，D為機鼻與雷射掃瞄器取絕對值；其中當偏移量γ大於設定的警戒值時，即依照左右方向，顯示出偏移警告訊息。
5. 如請求項4所述之航空器停靠過程的導引方法，其中當該航空器接近該停止線一預定的最靠近距離，顯示停止訊息，通知該航空器停止；以及當該航空器停止下來後，經過數次掃瞄偵測，當發現該航空器停止不動時，顯示導引完成的訊息，結束導引方法。