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專題 反恐應急與消防安全 技術應用 智慧機場 解決方案

基于AeroMACS技術組建機場場面活動監視和自主式導航控制系統的探索

摘要:基于國際民航開放使用的AeroMACS通信技術可探索建立機場場面活動監視和自主式導航控制系統。充分利用機場場面活動區域機坪、航空器機型等基礎數據數以及機場場面活動監視動態信息、飛行計劃、飛行動態數據,在GIS基礎平臺上升級航空器移動地圖顯示器的地圖數據開發機場站坪自主式導航地圖系統,通過AeroMACS網絡實現機場場面管制人員與場面活動參與者之間的控制信息共享,可實現航空器與車輛在機場站坪活動的監視和自主式導航引導,組建融合的機坪場面活動自動導航地圖系統和控制引導系統,從而提高機場場面運行效率和機場放行率,提升機場安全保障能力。

關鍵詞:航空移動機場通信系統、AeroMACS、場面監視、機場場面自主式導航、場面沖突告警

近年來,中國民用機場運行規模不斷擴大,2017年全行業完成旅客運輸量5.52億人次,年旅客吞吐量1000萬人次以上的機場達到32個,隨著機場場面運行規模的不斷擴大,目前民航局推行大型機場航空器地面管制移交工作推進,在布局結構復雜、低能見度條件、機場道面標志不明顯以及機組不熟悉的大型機場,機場場面活動日趨復雜,不僅降低地面運行效率和機場放行正常率,還增加了導致不安全事件發生的概率。在能見度不高、場面活動復雜的機場,如何有效杜絕航空器與航空器危險接近、航空器與活動車輛危險接近、航空器與固定障礙物、航空器和車輛跑道非法入侵等場面活動安全事件的問題已經成為機場場面面臨的巨大挑戰,面對日趨復雜的機場場面活動運行管理難題,機場場面自動化運行管理已成為各大型機場急需解決難題突破口。國際民航組織ICAO于上世紀90年代推出機場場面活動目標引導及控制A-SMGCS系統,通過對地面燈光的控制完成對航空器的無沖突自動滑行引導服務,可實現機場能見度運行標準內的目標引導和監視,隨著國際民航組織ICAO近年的航空移動機場通信系統AeroMACS(AeronauticalMobile Airport CommunicationsSystem)通信技術標準的快速應用[1],探索基于AeroMACS通信技術建立機場場面活動監視和自主式導航控制系統解決機場場面活動困難成為可能。

2016年2月國際民航組織ICAO第207屆理事會第5次會議審議通過了《國際民用航空公約》附件10《航空電信》修訂案[2],修訂內容一是航空移動機場通信系統AeroMACS可使用世界無線電通信大會為航空移動服務分配的5091 MHz至 5150MHz頻譜,實現國際民航組織全球空中航行計劃確定的在機場地面安裝寬帶通信系統以支持未來空中交通管理服務這一需求;二是AeroMACS需要支持未來為確保航班正點和安全而需采取的眾多地面空對地數據鏈應用,即升級航空器移動地圖顯示器的地圖數據。2017年7月AEEC正式發布ARINCDOC 766“AeroMACSTransceiver and Aircraft InstallationStandards”航電設備標準,國際電聯(ITU)核準AeroMACS使用專用分配頻率進行民航機場場面寬帶無線電通信。

AeroMACS作為民航專用網絡和機場無線通信網絡服務網,可直接與航空器前艙機載設備進行ACD(AircraftControl Domain)和AISD(AircraftInformation ServiceDomain)類通信,5MHz帶寬下傳輸速率能夠達到5-8Mb/s,意味著可把AeroMACS通信網絡應用于機場地面與飛行器駕駛艙進行的高速率數據傳輸的交互式通信中,結合ICAO修訂的升級航空器移動地圖顯示器的地圖數據,可應用GIS(GeograhpicInformationSystem)基礎平臺在實現機場站坪高精度實時三維重建基礎上,探索開發航空器前艙機載和地面車載自主式定位導航地圖系統,通過AeroMACS通信網絡建立高精度并區別于依賴機場智能燈光控制系統的全新機場場面活動監視和實時自主式定位導航控制系統成為可能。

1、 機場場面運行需求實現

在大型機場場面活動中,機場場面活動各方參與者針對場面活動自動管理需求不同,機場場面運行管制人員需求是能實時掌握機場場面活動的航空器和車輛運行動態,航空器和車輛活動申請,機場跑道、停機位、滑行道占用情況等信息;航空器操控者需要掌握從當前位置滑行至落地目的停機位、推出后至目的跑道等待位置的最優滑行路徑,能通過通過航空器地圖顯示器實施觀察周圍活動車輛和航空器動態以及實時接收地面管制指令;機場場面活動車輛駕駛員僅需獲取當前位置到目的位置最優行駛路徑、周圍影響行駛的場面活動動態、場面運行相關指令即可。

基于AeroMACS技術建立的機場場面活動監視和自主式導航控制系統可滿足機場場面運行管制和場面活動參與者的需求,實現機場場面管制人員與場面活動的航空器駕駛艙和車輛進行高速率通信互聯連接,實現場面活動航空器駕駛艙和車輛駕駛室通過AeroMACS與場面管制人員進行活動態勢共享,為場面航空器和車輛操控者提供目的位置的實時可視化自主式語音引導導航功能,具備動態監控目標航空器和車輛的實時位置捕獲能力,具備優化發布和管控目標的滑行路由,具備路由沖突告警、跑道入侵告警、機位告警等各類告警服務功能,能有效提高航空器和車輛駕駛者在機場場面的實時態勢感知能力,提升航空器和車輛自主式引導的可靠性和效率,從而降低運行風險。

2、 機場場面活動監視和自主式導航控制系統功能探索

2.1動態監視功能

動態監視功能主要面向機場場面活動管制人員,系統基于場監雷達、ADSB等場面監視系統,航班計劃、跑道、滑行道、停機位、滑行道中心線、滑行道標識牌、候機樓等基礎數據,在基于北斗精準定位基礎上利用現在計算機處理技術融合處理顯示航空器和車輛監視信息動態地圖顯示,場面管制人員可監控場面活動航空器的航班號、機型、滑行速度、目的停機位、目的跑道等待位置、滑行路徑偏離、目標危險接近信息,監控場面活動車輛行駛速度、方向、接近停止航空器距離、行駛路徑偏離等動態位置監控。

2.2自主式導航功能

自主式導航功能面向場面活動的航空器和車輛操控者,為其提供精確定位導航功能。場面活動的航空器和車輛操控者在進行場面活動前向系統申請目的停機位、途經滑行道標號、跑道等待點位置、行駛目的位置的活動路徑,得到地面管制人員同意的活動最佳路徑通過AeroMACS將該規劃路由信息推送至指定申請端,航空器和車輛操控者通過系統確認后場面滑行路徑指令后,自主式與目標位置相關路徑建立地圖引導和語音引導,并實現機場場面管制人員與場內引導航空器和車輛共同情景意識,提高場面運行效率和減輕地面管制人員工作負荷。

2.3告警服務

告警服務面向機場場面活動的各方參與者,為機場場面管制人員、航空器和車輛操控者提供危險區域、活動路徑、危險接近、機位限制等告警沖突。跑道、滑行道、停機位需要進行臨時作業時,機場場面管制人員可通過系統將該區域設置為危險區域,接近危險區域的航空器和車輛將出現危險區域告警;系統通過場面活動的航空器和車輛的自身位置、規劃路由、滑行速度以及航空器限制保護區等信息在行駛過程中可能存在的路徑沖突提供語音沖突提示告警和行駛路徑偏離告警;航空器和車輛接近固定障礙物超過保護距離或行駛速度大于規定行駛速度時,系統提供危險接近告警;航空器向其他停機位或受限制機位滑行時,提供停機位與當前機型不符告警等告警信息。危險區域、活動路徑、危險接近、停機位告警信息通過AeroMACS同步推送至所有地面管制人員、航空器、車輛顯示終端觸發圖像、語音等多方式告警信息,需進行告警確認并重新進行場面活動指令申請,從而防止機場跑道入侵、滑行沖突、停機位引導錯誤等情況,提升安全運行保障能力。

3、 機場場面活動監視和自主式導航控制系統構建

3.1數據信息層結構

機場場面活動監視和自主式導航控制系統為實現場面活動的航空器和車輛的共享式實時狀態監視、活動路由導航控制、告警功能的自動化管理,系統構建如圖1機場場面活動監視和導航控制系統結構,需要完成必要的AeroMACS構建和相應的數據信息支持。

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 圖1 機場場面活動監視和導航控制系統結構

3.1.1通信網絡構建

ICAO組織規定的AeroMACS通信頻率為5091-5150MHz,由于通信頻率高,一個AeroMACS基站信號有效覆蓋不足3公里,機場可根據跑道、滑行道、停機位、候機樓布局實際情況建立多個采用國際電機電子學會(IEEE)802.16e標準的通信基站,構造覆蓋機場所有站坪和跑道區域的高速航空移動機場通信系統網絡。

3.1.2場面基礎數據收集

基于GIS基礎平臺升級航空器移動地圖顯示器的地圖數據實現機場站坪高精度實時三維重建靜態布局顯示[3],按照機場使用手冊向機場場面活動監視和自主式導航控制系統數據服務器提供停機位、滑行道、跑道、聯絡道、機坪滑行線、固定障礙物、停機坪活動路由等機場場面基礎數據,依據航空器機型參數、停機位使用細則向數據服務器提供停機位翼展限制、機長限制、停機位性質、加油方式、使用限制等信息。

3.1.3機位分配及飛行計劃數據

數據服務器引接報文自動轉報處理系統、機位分配系統、航站情報通播系統(DATIS)、數字放行系統(DCL)、電子進程單、機場協調決策系統(ACDM)等系統,收集處理顯示航空器脫離跑道滑行道口至目標機位、機位推出滑行至等待點、實時滑行變更指令的最優路徑以及航空器預定使用滑行道信息。

3.1.4 目標活動狀態數據收集

數據服務器引接空管一/二次雷達(SSR/PSR)、場面監視雷達(SMR)、ADS-B、多點定位監視(MLAT)、空管自動化處理系統等系統的地面目標活動預計活動信息和狀態監視信息,收集處理機場場面活動航空器落地后滑出道口、機位滑出機坪、航班號、機尾號、機型、位置坐標、機頭方向、速度;收集場面活動車輛標號、位置坐標、車頭方向、行駛速度等狀態數據。

3.2應用終端

3.2.1航空器和車輛操控者終端

利用GIS引擎功能,融合機場場面候機樓、機坪、停機位、滑行線路、登機橋等固定目標基礎參數升級航空器移動地圖顯示器的地圖數據,基于北斗精確定位系統,面向飛行員開發高精度的滑行自主導航顯示終端;面向車輛駕駛員開發場面車輛活動導航顯示終端部署于場面引導車中,利用覆蓋機場跑道、滑行道、停機位的AeroMACS通信網絡,實時獲取場面活動車輛、航空器運行態勢信息,接收由場面管制或位于運控部門監視控制終端發布的航空器滑行路由指令、目標航空器關聯信息指令,指令變更時與場面管制人員進行活動路徑指令確認,并結合自身位置進行實時自主式導航、告警服務。讓航空器和車輛操控者能在自主式導航系統界面上實時掌握所處位置、限制使用區域顯示、目的路徑規劃、預期沖突、語音路徑引導、與其他活動目標和障礙物之間距離等信息,實現航空器和車輛駕駛者的自主式導航,降低場面運行安全風險以及航空器和車輛操控者的工作負荷。

3.2.2場面管制工作人員監視控制終端

引接機場空管相關場面狀態監視、飛行動態、飛行計劃、機場站坪限制等數據信息,面向場面活動管制工作人員開發機場場面自動監視和導航控制信息融合的監視控制系統。場面管制人員可使用系統監視場面航空器、車輛運行態勢信息,實時同時發布優化的滑行引導指令,收集場面限制活動區、關鍵道路監控、限制區入侵趨勢信息,通過AeroMACS通信網絡向場內航空器和車輛駕駛員使用終端實時推送滑行引導、告警、控制指令信息,實現滑行路徑自動引導圖形化,并提供路徑沖突告警、跑道入侵告警、最小間隔告警等各類告警功能,對機場場面活動進行安全高效地管理。

4、 結束語

本文結合大型機場場面管制運行中的場面活動沖突、運行效率不高等難題,基于目前先進的GIS技術、北斗定位技術、數據融合處理技術、計算機技術應用,結合國際民航最新的AeroMACS通信網絡技術應用以及機場運行實際,思考分析實現機場場面活動監視和自主式導航控制系統,但機場場面監視和自主式導航系統將是一個結構和算法復雜的綜合信息處理控制系統,目前國內民航機場無成熟的融合監視和自主式導航控制系統應用先例,本文提出機場場面監視和自主式導航控制系統僅基于AeroMACS技術應用解決我國機場場面活動中遇到困難的研究思路和滿足機場場面運行發展需求思考。

參考文獻

1、劉楓,康瀟,葉永.AeroMACS—種新型航空空港移動通信系統[J].河南科技,2015(1):37-39

2、ICAO附件10[S]

3、李躍導航與定位:信息化戰爭的北斗星(第2版)[M] 北京:國防工業出版社出版,2008:126-148

論文作者:王代波-云南機場集團有限責任公司麗江機場

來源:四型機場

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