智能空中交通管制系統的製作方法
2023-06-11 05:47:01 2
智能空中交通管制系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種智能空中交通管制系統，包括數據接收接口模塊、數據處理中心、應急超控模塊、電子飛行計劃顯示模塊、航班監控顯示模塊和航班控制指令發送模塊。通過接收飛機準確的實時飛行信息，數據處理中心即可展開飛行計劃的精確計算，並優化整個飛行隊列，如縮短飛機間距，合理調配對應跑道的起降順序，實時更改著陸角，曲線進近等，有效提高整個飛行隊列的效率，加強安全性。最終，整個飛行計劃將顯示在空管員的監控顯示器上。航空管制員可以隨時通過顯示器觀察飛行隊列起飛著陸的優先順序，並通過更改飛機起飛/著陸航跡，航速等參數，調整隊列順序。從而提高機場通勤率，提高空管員的工作效率。
【專利說明】智能空中交通管制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及機場的空中交通管制領域，具體是一種智能空中交通管制系統。
【背景技術】
[0002]空中交通管制是由地面交通管制員通過地面雷達獲取空中航班信息並進行空域或機場內不同航空器的飛行路線及模式的協調和指導，防止航空器在地面或空中發生意外並確保航行順暢。
[0003]通過空中交通管制系統協調航班則必須要搜集飛行所需的各類信息，如天氣、航空交通流量、飛行員通告和機場特別安排等。
[0004]空中交通管制主要通過地面雷達確定飛機橫向(水平)和縱向(垂直)位置並最終顯示在空管員操作顯示器上，由空管員根據飛機間的間隔和相對位置通知飛行員進行相應調整。
[0005]空中管制系統通常分為終端區管制系統和區域管制系統，分別對應機場塔臺及機場進近區域和高空區域的交通管制。
[0006]其中，終端區管制系統主要包括由一次二次雷達所組成的數據獲取系統、數據處理系統、顯示器及其他分系統，如圖像數據傳輸，內部通信和對空通信系統等。
[0007]整個運行過程:由一次、二次雷達接收飛機位置、航向、高度等信息傳輸到數據處理系統，同時航管中心手動輸入航班信息，即飛行計劃，最終顯示在顯示屏上。管制員通過顯示器顯示的飛行隊列信息，結合飛行計劃通過無線電通知飛行員進行適當調整，以保證安全運行。
[0008]此類空管系統對於空管員來說，工作強度較大。需要對每架航班進行全程監控。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是將傳統的空管系統自動化，由計算機完成整個飛行計劃的自動計算及優化，由空管員進行實時監控，並人工處理應急狀況，提高整個空域利用率和空管員工作效率。
[0010]本發明需要藉助兩種技術，即ADS-B廣播式自動監控系統和GBAS地基增強系統。廣播式自動監控系統將用來代替現有的地面雷達，通過衛星定位，將飛機的實時位置、航向等信息發送至本發明的空管系統，實現全程數位化；同時，地基增強系統將補償衛星定位的誤差，將飛機的準確位置信息發送本發明的空管系統。
[0011]通過接收飛機準確的實時飛行信息，本發明的數據處理中心即可展開飛行計劃的精確計算，並優化整個飛行隊列，如縮短飛機間距，合理調配對應跑道的起降順序，實時更改著陸角，曲線進近等，有效提高整個飛行隊列的效率，加強安全性。最終，整個飛行計劃將顯示在空管員的監控顯示器上。航空管制員可以隨時通過顯示器觀察飛行隊列起飛著陸的優先順序，並通過更改飛機起飛/著陸航跡，航速等參數，調整隊列順序。
[0012]本發明具體採用如下的技術方案來實現的，智能空中交通管制系統包括數據接收接口模塊、數據處理中心、應急超控模塊、電子飛行計劃顯示模塊、航班監控顯示模塊和航班控制指令發送模塊。本發明中所述的飛機包括即將在本發明系統所管制機場降落或/和起飛的所有飛機。
[0013]其中數據接收接口模塊，用於接收各種信息，包括機場氣象數據，機場流量，以及每架飛機的坐標、航向和速度，並將所述各種信息進行存儲，供數據處理中心調用。其中機場流量是指機場當前停機位、起降流量控制信息，如機場停機位不夠，則需要飛機在空中等待，反之，可按照最快速度安排飛機著陸，節省油料。
[0014]數據處理中心，根據數據接收接口模塊接收的各種信息計算每架飛機的隊列順序安排，並根據隊列計算對應每架飛機的進近和著陸路線、航班計劃和預計到達時間，然後將每架飛機當前的坐標和飛行狀態發送到航班監控顯示模塊，將航班計劃和預計到達時間發送到電子飛行計劃顯示模塊。其中，數據處理中心的主要計算項目為每架對應飛機的剩餘飛行時間，即最終到達機場的時間點，這樣就需要確定飛機當前海拔高度和跑道海拔高度差、飛行航道、下降角、飛機轉彎半徑和航速等信息，這些數據都已經由數據接口從飛機那裡接收到了，由此即可計算出飛機著陸前的飛行軌跡長度，即直線段、轉彎段和下降段的航跡長度，均可按照空間幾何方法計算兩點間距獲得，並除以飛機空速得到剩餘飛行時間，即獲得到達機場的精確時間，此外，還可以在航空法規規定和飛機飛行性能允許的範圍內，隨時調整飛機的飛行速度，以保證飛行隊列更加高效，在這樣的條件下，數據處理中心則將著陸階段劃分為數個不同航速的著陸階段，並將每個階段的開始結點，航速，高度信息發送至飛機，並顯示在飛行員主顯示器、導航顯示器和多功能顯示器上，並提醒飛行員按照規定操作。在計算完單架飛機的著陸時間後，數據處理中心將統籌規劃整個飛行隊列的先後順序，具體邏輯參照實施例。通過系統計算，可以儘可能地充分利用空域資源，在單位時間內起降更多的飛機，提高機場通場效率。
[0015]飛行狀態為飛機發送給數據處理中心的數據，包括航向、航速等。數據處理中心接收並圖形化計算後再轉送給航班監控顯示模塊。
[0016]應急超控模塊，用於對飛機突發狀況的處理。例如隊列中某架飛機因突發狀況，需要提前著陸或其他操作，該飛機突發狀況包括飛機低油量或飛機故障或機上人員急性病等。這種情況下，由飛行員聯絡空官員，由空官員手動操縱隊列優先順序，最終由數據處理中心根據新的隊列安排重新規劃每架飛機新的著陸路徑，並最終由指令發送接口發送指令。
[0017]電子飛行計劃顯示模塊，用於對數據處理中心發送來的信息進行顯示。
[0018]航班監控顯示模塊，用於對數據處理中心發送來的信息進行顯示。
[0019]航班控制指令發送模塊，用於將數據處理中心所計算的進近和著陸線路發送到對應飛機。
[0020]本發明與現有的空管系統相比具有從以下幾個方面的有益技術效果:
對於空管員:提聞工作效率，減輕壓力，減少因疲勞等人為因素造成的事故，提聞空域使用效率。
[0021]對於航空公司:減少飛行時間(減少延誤)，降低油料消耗，減少發動機損耗即降低維護成本。
[0022]對於機場:提高機場通勤率，降低機場擴建需求。
[0023]對於機場周邊居民:降低噪音。
[0024]對於旅客:減少延誤等待時間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明的系統框圖；
圖2為本發明中飛行隊列一示意圖；
圖3為本發明中飛行隊列二示意圖；
圖4為本發明中飛行隊列三示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為了更精確地計算整個飛行隊列，減小因人為因素而導致的空域浪費，或因不確定因素，如飛機尾流，風速，能見度等，被迫增大的飛機間距，則必須儘可能地集中搜集機場附近的所有信息並數位化。
實施例
[0027]由系統搜集所有相關信息，包括飛行計劃、氣象資料等進行著陸排序。由此，排序的主要影響依據包括航班預計到達時間、航班目前位置和風向。
[0028]下面將主要根據一些特殊情況對飛行隊列排序邏輯做介紹:
如圖2的飛行隊列一，假設一個飛行隊列中的三架不同大小等級的飛機，根據ICAO規定，按飛機大小等級分別保持前後間距，假設隊列首飛機為A號，後續飛機分別為B號和C號機。在通常情況下，飛機按照當前飛行隊列逐個右轉(D線路)進入對準跑道的延長線，進入著陸流程。
[0029]在這樣的情況下，如B號機經計算可以被直線引導至跑道口進行著陸，並且不構成A號機延誤，則控制中心將B號機的著陸隊列提前，並顯示在空管員電子飛行計劃顯示器上。在這個過程中，B號機除了直線被引導至外側信標站外，還需要考慮飛機的轉彎半徑，由此，可以得出一條與兩個圓相切的直線和兩段圓弧組成的曲線路徑(E線路)，如圖3。在這個過程中，飛機將按照固定的下降率下降。
[0030]假設C號機處於應急情況下，需要儘快著陸，勢必造成A號機和B號機為其讓路，則無法按照預定計劃著陸。此時如將C號機以直線方式引導著陸(F線路)，則可以適當減少A號機和B號機的滯空時間,如圖4。
[0031]更進一步地，可以將單條跑道的起飛排序加入到著陸隊列中，在這種情況下需要考慮飛機從滑行道等待區滑行至跑道口以及加速起飛直至脫離跑道兩個階段的時長，即理論佔用跑道時間，並預留一定時間餘度，以防飛機因為故障無法起飛而佔用跑道，導致後續飛機無法著陸而重新調整隊列。由此，跑道的被佔用周期則成為同時協調航班起飛和著陸的參考依據。起飛時根據飛機從滑行道滑行至跑道口，從跑到口加速直至飛機拉起脫離跑道整個過程所佔用跑道的時間和著陸的飛機從進入最終著陸階段到接觸跑道，最後減速並脫離跑道進入滑行道為止所佔用跑道的時間周期為基準，並配合每架次航班之間的安全間隔在時間條上逐個排列，即構成了機場跑道資源的充分利用。通過這樣的精密計算，可以大大增加跑道利用率，降低機場擴建需求。
[0032]更進一步地，可以將更多的跑道選擇加入到整個隊列中，通過多條跑道的合理配合，可以將不同航路進近而來的飛機統一進行安排，提高每條跑道利用率和整個機場的綜合利用率，減少同一時段某條跑道過度繁忙而另外一條閒置的情況發生。同時，在應急情況下，如某航班故障無法短時間內脫離跑道，則可以由系統計算，迅速做出反應，將後續航班調配到其他跑道進行著陸，而無需轉場或復飛。
[0033]更進一步地，可以將風速和飛機尾流考慮到整個隊列中。當前，影響機場使用效率的最大考量因素是飛機尾流對後續飛機的影響，根據前後飛機大小等級差別，國際民航公約組織定義了其最小間距，以保證在任何情況下，後續航班都能安全飛行。然而，這樣的間距都包含了巨大的安全間距餘度，在著陸階段對機場資源的浪費顯得尤其嚴重。根據計算，飛機尾流的影響範圍和強度也跟飛機重量，航速和風速差異有所區別，並可以被準確計算與監控。由此，可以大大縮短飛機間的實際間距，提高機場跑道和附近空域的利用率。
[0034]更進一步地，可以將更遠範圍內的飛機進行統籌安排，即在飛機進近機場以前就開始對整個飛行隊列作統籌規劃，使航班後續進近，著陸，進場離場的時間安排更加合理與1?效。
【權利要求】
1.智能空中交通管制系統，其特徵在於:包括數據接收接口模塊(I)、數據處理中心(2)、應急超控模塊(3)、電子飛行計劃顯示模塊(4)、航班監控顯示模塊(5)和航班控制指令發送模塊(6)； 其中數據接收接口模塊(I )，用於接收各種信息，包括機場氣象數據，機場流量，以及每架飛機的坐標、航向和速度，並將所述各種信息進行存儲，供數據處理中心(2)調用； 數據處理中心(2)，根據數據接收接口模塊(I)接收的各種信息計算每架飛機的隊列順序安排，並根據隊列計算對應每架飛機的著陸路線、航班計劃和預計到達時間，然後將每架飛機當前的坐標和飛行狀態發送到航班監控顯示模塊(5)，將航班計劃和預計到達時間發送到電子飛行計劃顯示模塊(4)； 應急超控模塊(3)，用於對飛機突發狀況的處理； 電子飛行計劃顯示模塊(4)，用於對數據處理中心(2)發送來的信息進行顯示； 航班監控顯示模塊(5)，用於對數據處理中心(2)發送來的信息進行顯示； 航班控制指令發送模塊(6)，用於將數據處理中心(2)所計算的著陸線路發送到對應飛機。
2.根據權利要求1所述智能空中交通管制系統，其特徵在於:所述飛機突發狀況包括飛機低油量或飛機故障或機上人員急性病。
3.根據權利要求1所述智能空中交通管制系統，其特徵在於:所述飛機包括即將在系統所管制機場降落或/和起飛的所有飛機。
4.根據權利要求1所述智能空中交通管制系統，其特徵在於:所述飛行狀態為飛機發送給數據處理中心(2)的數據，包括航向、航速。
【文檔編號】G08G5/00GK104332073SQ201410580717
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月27日 優先權日:2014年10月27日
【發明者】錢歷 申請人:重慶布倫坦茨航空技術進出口有限公司