智能空中交通管制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種智能空中交通管制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)接收接口模塊、數(shù)據(jù)處理中心、應(yīng)急超控模塊、電子飛行計(jì)劃顯示模塊、航班監(jiān)控顯示模塊和航班控制指令發(fā)送模塊。通過(guò)接收飛機(jī)準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)飛行信息，數(shù)據(jù)處理中心即可展開(kāi)飛行計(jì)劃的精確計(jì)算，并優(yōu)化整個(gè)飛行隊(duì)列，如縮短飛機(jī)間距，合理調(diào)配對(duì)應(yīng)跑道的起降順序，實(shí)時(shí)更改著陸角，曲線進(jìn)近等，有效提高整個(gè)飛行隊(duì)列的效率，加強(qiáng)安全性。最終，整個(gè)飛行計(jì)劃將顯示在空管員的監(jiān)控顯示器上。航空管制員可以隨時(shí)通過(guò)顯示器觀察飛行隊(duì)列起飛著陸的優(yōu)先順序，并通過(guò)更改飛機(jī)起飛/著陸航跡，航速等參數(shù)，調(diào)整隊(duì)列順序。從而提高機(jī)場(chǎng)通勤率，提高空管員的工作效率。
【專利說(shuō)明】智能空中交通管制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)場(chǎng)的空中交通管制領(lǐng)域，具體是一種智能空中交通管制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]空中交通管制是由地面交通管制員通過(guò)地面雷達(dá)獲取空中航班信息并進(jìn)行空域或機(jī)場(chǎng)內(nèi)不同航空器的飛行路線及模式的協(xié)調(diào)和指導(dǎo)，防止航空器在地面或空中發(fā)生意外并確保航行順暢。
[0003]通過(guò)空中交通管制系統(tǒng)協(xié)調(diào)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(jī)場(chǎng)特別安排等。
[0004]空中交通管制主要通過(guò)地面雷達(dá)確定飛機(jī)橫向(水平)和縱向(垂直)位置并最終顯示在空管員操作顯示器上，由空管員根據(jù)飛機(jī)間的間隔和相對(duì)位置通知飛行員進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
[0005]空中管制系統(tǒng)通常分為終端區(qū)管制系統(tǒng)和區(qū)域管制系統(tǒng)，分別對(duì)應(yīng)機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)及機(jī)場(chǎng)進(jìn)近區(qū)域和高空區(qū)域的交通管制。
[0006]其中，終端區(qū)管制系統(tǒng)主要包括由一次二次雷達(dá)所組成的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、顯示器及其他分系統(tǒng)，如圖像數(shù)據(jù)傳輸，內(nèi)部通信和對(duì)空通信系統(tǒng)等。
[0007]整個(gè)運(yùn)行過(guò)程:由一次、二次雷達(dá)接收飛機(jī)位置、航向、高度等信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，同時(shí)航管中心手動(dòng)輸入航班信息，即飛行計(jì)劃，最終顯示在顯示屏上。管制員通過(guò)顯示器顯示的飛行隊(duì)列信息，結(jié)合飛行計(jì)劃通過(guò)無(wú)線電通知飛行員進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以保證安全運(yùn)行。
[0008]此類空管系統(tǒng)對(duì)于空管員來(lái)說(shuō)，工作強(qiáng)度較大。需要對(duì)每架航班進(jìn)行全程監(jiān)控。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是將傳統(tǒng)的空管系統(tǒng)自動(dòng)化，由計(jì)算機(jī)完成整個(gè)飛行計(jì)劃的自動(dòng)計(jì)算及優(yōu)化，由空管員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并人工處理應(yīng)急狀況，提高整個(gè)空域利用率和空管員工作效率。
[0010]本發(fā)明需要借助兩種技術(shù)，即ADS-B廣播式自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)和GBAS地基增強(qiáng)系統(tǒng)。廣播式自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)將用來(lái)代替現(xiàn)有的地面雷達(dá)，通過(guò)衛(wèi)星定位，將飛機(jī)的實(shí)時(shí)位置、航向等信息發(fā)送至本發(fā)明的空管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全程數(shù)字化；同時(shí)，地基增強(qiáng)系統(tǒng)將補(bǔ)償衛(wèi)星定位的誤差，將飛機(jī)的準(zhǔn)確位置信息發(fā)送本發(fā)明的空管系統(tǒng)。
[0011]通過(guò)接收飛機(jī)準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)飛行信息，本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理中心即可展開(kāi)飛行計(jì)劃的精確計(jì)算，并優(yōu)化整個(gè)飛行隊(duì)列，如縮短飛機(jī)間距，合理調(diào)配對(duì)應(yīng)跑道的起降順序，實(shí)時(shí)更改著陸角，曲線進(jìn)近等，有效提高整個(gè)飛行隊(duì)列的效率，加強(qiáng)安全性。最終，整個(gè)飛行計(jì)劃將顯示在空管員的監(jiān)控顯示器上。航空管制員可以隨時(shí)通過(guò)顯示器觀察飛行隊(duì)列起飛著陸的優(yōu)先順序，并通過(guò)更改飛機(jī)起飛/著陸航跡，航速等參數(shù)，調(diào)整隊(duì)列順序。
[0012]本發(fā)明具體采用如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，智能空中交通管制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)接收接口模塊、數(shù)據(jù)處理中心、應(yīng)急超控模塊、電子飛行計(jì)劃顯示模塊、航班監(jiān)控顯示模塊和航班控制指令發(fā)送模塊。本發(fā)明中所述的飛機(jī)包括即將在本發(fā)明系統(tǒng)所管制機(jī)場(chǎng)降落或/和起飛的所有飛機(jī)。
[0013]其中數(shù)據(jù)接收接口模塊，用于接收各種信息，包括機(jī)場(chǎng)氣象數(shù)據(jù)，機(jī)場(chǎng)流量，以及每架飛機(jī)的坐標(biāo)、航向和速度，并將所述各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)，供數(shù)據(jù)處理中心調(diào)用。其中機(jī)場(chǎng)流量是指機(jī)場(chǎng)當(dāng)前停機(jī)位、起降流量控制信息，如機(jī)場(chǎng)停機(jī)位不夠，則需要飛機(jī)在空中等待，反之，可按照最快速度安排飛機(jī)著陸，節(jié)省油料。
[0014]數(shù)據(jù)處理中心，根據(jù)數(shù)據(jù)接收接口模塊接收的各種信息計(jì)算每架飛機(jī)的隊(duì)列順序安排，并根據(jù)隊(duì)列計(jì)算對(duì)應(yīng)每架飛機(jī)的進(jìn)近和著陸路線、航班計(jì)劃和預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間，然后將每架飛機(jī)當(dāng)前的坐標(biāo)和飛行狀態(tài)發(fā)送到航班監(jiān)控顯示模塊，將航班計(jì)劃和預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間發(fā)送到電子飛行計(jì)劃顯示模塊。其中，數(shù)據(jù)處理中心的主要計(jì)算項(xiàng)目為每架對(duì)應(yīng)飛機(jī)的剩余飛行時(shí)間，即最終到達(dá)機(jī)場(chǎng)的時(shí)間點(diǎn)，這樣就需要確定飛機(jī)當(dāng)前海拔高度和跑道海拔高度差、飛行航道、下降角、飛機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑和航速等信息，這些數(shù)據(jù)都已經(jīng)由數(shù)據(jù)接口從飛機(jī)那里接收到了，由此即可計(jì)算出飛機(jī)著陸前的飛行軌跡長(zhǎng)度，即直線段、轉(zhuǎn)彎段和下降段的航跡長(zhǎng)度，均可按照空間幾何方法計(jì)算兩點(diǎn)間距獲得，并除以飛機(jī)空速得到剩余飛行時(shí)間，即獲得到達(dá)機(jī)場(chǎng)的精確時(shí)間，此外，還可以在航空法規(guī)規(guī)定和飛機(jī)飛行性能允許的范圍內(nèi)，隨時(shí)調(diào)整飛機(jī)的飛行速度，以保證飛行隊(duì)列更加高效，在這樣的條件下，數(shù)據(jù)處理中心則將著陸階段劃分為數(shù)個(gè)不同航速的著陸階段，并將每個(gè)階段的開(kāi)始結(jié)點(diǎn)，航速，高度信息發(fā)送至飛機(jī)，并顯示在飛行員主顯示器、導(dǎo)航顯示器和多功能顯示器上，并提醒飛行員按照規(guī)定操作。在計(jì)算完單架飛機(jī)的著陸時(shí)間后，數(shù)據(jù)處理中心將統(tǒng)籌規(guī)劃整個(gè)飛行隊(duì)列的先后順序，具體邏輯參照實(shí)施例。通過(guò)系統(tǒng)計(jì)算，可以盡可能地充分利用空域資源，在單位時(shí)間內(nèi)起降更多的飛機(jī)，提高機(jī)場(chǎng)通場(chǎng)效率。
[0015]飛行狀態(tài)為飛機(jī)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心的數(shù)據(jù)，包括航向、航速等。數(shù)據(jù)處理中心接收并圖形化計(jì)算后再轉(zhuǎn)送給航班監(jiān)控顯示模塊。
[0016]應(yīng)急超控模塊，用于對(duì)飛機(jī)突發(fā)狀況的處理。例如隊(duì)列中某架飛機(jī)因突發(fā)狀況，需要提前著陸或其他操作，該飛機(jī)突發(fā)狀況包括飛機(jī)低油量或飛機(jī)故障或機(jī)上人員急性病等。這種情況下，由飛行員聯(lián)絡(luò)空官員，由空官員手動(dòng)操縱隊(duì)列優(yōu)先順序，最終由數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)新的隊(duì)列安排重新規(guī)劃每架飛機(jī)新的著陸路徑，并最終由指令發(fā)送接口發(fā)送指令。
[0017]電子飛行計(jì)劃顯示模塊，用于對(duì)數(shù)據(jù)處理中心發(fā)送來(lái)的信息進(jìn)行顯示。
[0018]航班監(jiān)控顯示模塊，用于對(duì)數(shù)據(jù)處理中心發(fā)送來(lái)的信息進(jìn)行顯示。
[0019]航班控制指令發(fā)送模塊，用于將數(shù)據(jù)處理中心所計(jì)算的進(jìn)近和著陸線路發(fā)送到對(duì)應(yīng)飛機(jī)。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有的空管系統(tǒng)相比具有從以下幾個(gè)方面的有益技術(shù)效果:
對(duì)于空管員: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(duì)于航空公司:減少飛行時(shí)間(減少延誤)，降低油料消耗，減少發(fā)動(dòng)機(jī)損耗即降低維護(hù)成本。
[0022]對(duì)于機(jī)場(chǎng):提高機(jī)場(chǎng)通勤率，降低機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建需求。
[0023]對(duì)于機(jī)場(chǎng)周邊居民:降低噪音。
[0024]對(duì)于旅客:減少延誤等待時(shí)間。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；
圖2為本發(fā)明中飛行隊(duì)列一示意圖；
圖3為本發(fā)明中飛行隊(duì)列二示意圖；
圖4為本發(fā)明中飛行隊(duì)列三示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]為了更精確地計(jì)算整個(gè)飛行隊(duì)列，減小因人為因素而導(dǎo)致的空域浪費(fèi)，或因不確定因素，如飛機(jī)尾流，風(fēng)速，能見(jiàn)度等，被迫增大的飛機(jī)間距，則必須盡可能地集中搜集機(jī)場(chǎng)附近的所有信息并數(shù)字化。
實(shí)施例
[0027]由系統(tǒng)搜集所有相關(guān)信息，包括飛行計(jì)劃、氣象資料等進(jìn)行著陸排序。由此，排序的主要影響依據(jù)包括航班預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間、航班目前位置和風(fēng)向。
[0028]下面將主要根據(jù)一些特殊情況對(duì)飛行隊(duì)列排序邏輯做介紹:
如圖2的飛行隊(duì)列一，假設(shè)一個(gè)飛行隊(duì)列中的三架不同大小等級(jí)的飛機(jī)，根據(jù)ICAO規(guī)定，按飛機(jī)大小等級(jí)分別保持前后間距，假設(shè)隊(duì)列首飛機(jī)為A號(hào)，后續(xù)飛機(jī)分別為B號(hào)和C號(hào)機(jī)。在通常情況下，飛機(jī)按照當(dāng)前飛行隊(duì)列逐個(gè)右轉(zhuǎn)(D線路)進(jìn)入對(duì)準(zhǔn)跑道的延長(zhǎng)線，進(jìn)入著陸流程。
[0029]在這樣的情況下，如B號(hào)機(jī)經(jīng)計(jì)算可以被直線引導(dǎo)至跑道口進(jìn)行著陸，并且不構(gòu)成A號(hào)機(jī)延誤，則控制中心將B號(hào)機(jī)的著陸隊(duì)列提前，并顯示在空管員電子飛行計(jì)劃顯示器上。在這個(gè)過(guò)程中，B號(hào)機(jī)除了直線被引導(dǎo)至外側(cè)信標(biāo)站外，還需要考慮飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑，由此，可以得出一條與兩個(gè)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(gè)過(guò)程中，飛機(jī)將按照固定的下降率下降。
[0030]假設(shè)C號(hào)機(jī)處于應(yīng)急情況下，需要盡快著陸，勢(shì)必造成A號(hào)機(jī)和B號(hào)機(jī)為其讓路，則無(wú)法按照預(yù)定計(jì)劃著陸。此時(shí)如將C號(hào)機(jī)以直線方式引導(dǎo)著陸(F線路)，則可以適當(dāng)減少A號(hào)機(jī)和B號(hào)機(jī)的滯空時(shí)間,如圖4。
[0031]更進(jìn)一步地，可以將單條跑道的起飛排序加入到著陸隊(duì)列中，在這種情況下需要考慮飛機(jī)從滑行道等待區(qū)滑行至跑道口以及加速起飛直至脫離跑道兩個(gè)階段的時(shí)長(zhǎng)，即理論占用跑道時(shí)間，并預(yù)留一定時(shí)間余度，以防飛機(jī)因?yàn)楣收蠠o(wú)法起飛而占用跑道，導(dǎo)致后續(xù)飛機(jī)無(wú)法著陸而重新調(diào)整隊(duì)列。由此，跑道的被占用周期則成為同時(shí)協(xié)調(diào)航班起飛和著陸的參考依據(jù)。起飛時(shí)根據(jù)飛機(jī)從滑行道滑行至跑道口，從跑到口加速直至飛機(jī)拉起脫離跑道整個(gè)過(guò)程所占用跑道的時(shí)間和著陸的飛機(jī)從進(jìn)入最終著陸階段到接觸跑道，最后減速并脫離跑道進(jìn)入滑行道為止所占用跑道的時(shí)間周期為基準(zhǔn)，并配合每架次航班之間的安全間隔在時(shí)間條上逐個(gè)排列，即構(gòu)成了機(jī)場(chǎng)跑道資源的充分利用。通過(guò)這樣的精密計(jì)算，可以大大增加跑道利用率，降低機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建需求。
[0032]更進(jìn)一步地，可以將更多的跑道選擇加入到整個(gè)隊(duì)列中，通過(guò)多條跑道的合理配合，可以將不同航路進(jìn)近而來(lái)的飛機(jī)統(tǒng)一進(jìn)行安排，提高每條跑道利用率和整個(gè)機(jī)場(chǎng)的綜合利用率，減少同一時(shí)段某條跑道過(guò)度繁忙而另外一條閑置的情況發(fā)生。同時(shí)，在應(yīng)急情況下，如某航班故障無(wú)法短時(shí)間內(nèi)脫離跑道，則可以由系統(tǒng)計(jì)算，迅速做出反應(yīng)，將后續(xù)航班調(diào)配到其他跑道進(jìn)行著陸，而無(wú)需轉(zhuǎn)場(chǎng)或復(fù)飛。
[0033]更進(jìn)一步地，可以將風(fēng)速和飛機(jī)尾流考慮到整個(gè)隊(duì)列中。當(dāng)前，影響機(jī)場(chǎng)使用效率的最大考量因素是飛機(jī)尾流對(duì)后續(xù)飛機(jī)的影響，根據(jù)前后飛機(jī)大小等級(jí)差別，國(guó)際民航公約組織定義了其最小間距，以保證在任何情況下，后續(xù)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余度，在著陸階段對(duì)機(jī)場(chǎng)資源的浪費(fèi)顯得尤其嚴(yán)重。根據(jù)計(jì)算，飛機(jī)尾流的影響范圍和強(qiáng)度也跟飛機(jī)重量，航速和風(fēng)速差異有所區(qū)別，并可以被準(zhǔn)確計(jì)算與監(jiān)控。由此，可以大大縮短飛機(jī)間的實(shí)際間距，提高機(jī)場(chǎng)跑道和附近空域的利用率。
[0034]更進(jìn)一步地，可以將更遠(yuǎn)范圍內(nèi)的飛機(jī)進(jìn)行統(tǒng)籌安排，即在飛機(jī)進(jìn)近機(jī)場(chǎng)以前就開(kāi)始對(duì)整個(gè)飛行隊(duì)列作統(tǒng)籌規(guī)劃，使航班后續(xù)進(jìn)近，著陸，進(jìn)場(chǎng)離場(chǎng)的時(shí)間安排更加合理與1?效。
【權(quán)利要求】
1.智能空中交通管制系統(tǒng)，其特征在于:包括數(shù)據(jù)接收接口模塊(I)、數(shù)據(jù)處理中心(2)、應(yīng)急超控模塊(3)、電子飛行計(jì)劃顯示模塊(4)、航班監(jiān)控顯示模塊(5)和航班控制指令發(fā)送模塊(6)； 其中數(shù)據(jù)接收接口模塊(I )，用于接收各種信息，包括機(jī)場(chǎng)氣象數(shù)據(jù)，機(jī)場(chǎng)流量，以及每架飛機(jī)的坐標(biāo)、航向和速度，并將所述各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)，供數(shù)據(jù)處理中心(2)調(diào)用； 數(shù)據(jù)處理中心(2)，根據(jù)數(shù)據(jù)接收接口模塊(I)接收的各種信息計(jì)算每架飛機(jī)的隊(duì)列順序安排，并根據(jù)隊(duì)列計(jì)算對(duì)應(yīng)每架飛機(jī)的著陸路線、航班計(jì)劃和預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間，然后將每架飛機(jī)當(dāng)前的坐標(biāo)和飛行狀態(tài)發(fā)送到航班監(jiān)控顯示模塊(5)，將航班計(jì)劃和預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間發(fā)送到電子飛行計(jì)劃顯示模塊(4)； 應(yīng)急超控模塊(3)，用于對(duì)飛機(jī)突發(fā)狀況的處理； 電子飛行計(jì)劃顯示模塊(4)，用于對(duì)數(shù)據(jù)處理中心(2)發(fā)送來(lái)的信息進(jìn)行顯示； 航班監(jiān)控顯示模塊(5)，用于對(duì)數(shù)據(jù)處理中心(2)發(fā)送來(lái)的信息進(jìn)行顯示； 航班控制指令發(fā)送模塊(6)，用于將數(shù)據(jù)處理中心(2)所計(jì)算的著陸線路發(fā)送到對(duì)應(yīng)飛機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能空中交通管制系統(tǒng)，其特征在于:所述飛機(jī)突發(fā)狀況包括飛機(jī)低油量或飛機(jī)故障或機(jī)上人員急性病。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能空中交通管制系統(tǒng)，其特征在于:所述飛機(jī)包括即將在系統(tǒng)所管制機(jī)場(chǎng)降落或/和起飛的所有飛機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能空中交通管制系統(tǒng)，其特征在于:所述飛行狀態(tài)為飛機(jī)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心(2)的數(shù)據(jù)，包括航向、航速。
【文檔編號(hào)】G08G5/00GK104332073SQ201410580717
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】錢歷 申請(qǐng)人:重慶布倫坦茨航空技術(shù)進(jìn)出口有限公司