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。通過接收飛機準(zhǔn)確的實時飛行信息，數(shù)據(jù)處理中心即可展開飛行計劃的精確計算，并優(yōu)化整個飛行隊列，如縮短飛機間距，合理調(diào)配對應(yīng)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(jiān)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(yōu)先順序，并通過更改飛機起飛/著陸航跡，航速等參數(shù)，調(diào)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(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機場的空中交通管制領(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地面雷達獲取空中航班信息并進行空域或機場內(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)位置并最終顯示在空管員操作顯示器上，由空管員根據(jù)飛機間的間隔和相對位置通知飛行員進行相應(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)，分別對應(yīng)機場塔臺及機場進近區(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)部通信和對空通信系統(tǒng)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?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，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(jié)合飛行計劃通過無線電通知飛行員進行適當(dāng)調(diào)整，以保證安全運行。
[0008]此類空管系統(tǒng)對于空管員來說，工作強度較大。需要對每架航班進行全程監(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)自動化，由計算機完成整個飛行計劃的自動計算及優(yōu)化，由空管員進行實時監(jiān)控，并人工處理應(yīng)急狀況，提高整個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廣播式自動監(jiān)控系統(tǒng)和GBAS地基增強系統(tǒng)。廣播式自動監(jiān)控系統(tǒng)將用來代替現(xiàn)有的地面雷達，通過衛(wèi)星定位，將飛機的實時位置、航向等信息發(fā)送至本發(fā)明的空管系統(tǒng)，實現(xiàn)全程數(shù)字化；同時，地基增強系統(tǒng)將補償衛(wèi)星定位的誤差，將飛機的準(zhǔn)確位置信息發(fā)送本發(fā)明的空管系統(tǒng)。
[0011]通過接收飛機準(zhǔn)確的實時飛行信息，本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理中心即可展開飛行計劃的精確計算，并優(yōu)化整個飛行隊列，如縮短飛機間距，合理調(diào)配對應(yīng)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(jiān)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(yōu)先順序，并通過更改飛機起飛/著陸航跡，航速等參數(shù)，調(diào)整隊列順序。
[0012]本發(fā)明具體采用如下的技術(shù)方案來實現(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)明中所述的飛機包括即將在本發(fā)明系統(tǒng)所管制機場降落或/和起飛的所有飛機。
[0013]其中數(shù)據(jù)接收接口模塊，用于接收各種信息，包括機場氣象數(shù)據(jù)，機場流量，以及每架飛機的坐標(biāo)、航向和速度，并將所述各種信息進行存儲，供數(shù)據(jù)處理中心調(diào)用。其中機場流量是指機場當(dāng)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(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算每架飛機的隊列順序安排，并根據(jù)隊列計算對應(yīng)每架飛機的進近和著陸路線、航班計劃和預(yù)計到達時間，然后將每架飛機當(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，將航班計劃和預(yù)計到達時間發(fā)送到電子飛行計劃顯示模塊。其中，數(shù)據(jù)處理中心的主要計算項目為每架對應(yīng)飛機的剩余飛行時間，即最終到達機場的時間點，這樣就需要確定飛機當(dāng)前海拔高度和跑道海拔高度差、飛行航道、下降角、飛機轉(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)接口從飛機那里接收到了，由此即可計算出飛機著陸前的飛行軌跡長度，即直線段、轉(zhuǎn)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，并除以飛機空速得到剩余飛行時間，即獲得到達機場的精確時間，此外，還可以在航空法規(guī)規(guī)定和飛機飛行性能允許的范圍內(nèi)，隨時調(diào)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(shù)據(jù)處理中心則將著陸階段劃分為數(shù)個不同航速的著陸階段，并將每個階段的開始結(jié)點，航速，高度信息發(fā)送至飛機，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。在計算完單架飛機的著陸時間后，數(shù)據(jù)處理中心將統(tǒng)籌規(guī)劃整個飛行隊列的先后順序，具體邏輯參照實施例。通過系統(tǒng)計算，可以盡可能地充分利用空域資源，在單位時間內(nèi)起降更多的飛機，提高機場通場效率。
[0015]飛行狀態(tài)為飛機發(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，用于對飛機突發(fā)狀況的處理。例如隊列中某架飛機因突發(fā)狀況，需要提前著陸或其他操作，該飛機突發(fā)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(lián)絡(luò)空官員，由空官員手動操縱隊列優(yōu)先順序，最終由數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)新的隊列安排重新規(guī)劃每架飛機新的著陸路徑，并最終由指令發(fā)送接口發(fā)送指令。
[0017]電子飛行計劃顯示模塊，用于對數(shù)據(jù)處理中心發(fā)送來的信息進行顯示。
[0018]航班監(jiān)控顯示模塊，用于對數(shù)據(jù)處理中心發(fā)送來的信息進行顯示。
[0019]航班控制指令發(fā)送模塊，用于將數(shù)據(jù)處理中心所計算的進近和著陸線路發(fā)送到對應(yīng)飛機。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有的空管系統(tǒng)相比具有從以下幾個方面的有益技術(shù)效果:
對于空管員: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]對于航空公司:減少飛行時間(減少延誤)，降低油料消耗，減少發(fā)動機損耗即降低維護成本。
[0022]對于機場:提高機場通勤率，降低機場擴建需求。
[0023]對于機場周邊居民:降低噪音。
[0024]對于旅客:減少延誤等待時間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；
圖2為本發(fā)明中飛行隊列一示意圖；
圖3為本發(fā)明中飛行隊列二示意圖；
圖4為本發(fā)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(dǎo)致的空域浪費，或因不確定因素，如飛機尾流，風(fēng)速，能見度等，被迫增大的飛機間距，則必須盡可能地集中搜集機場附近的所有信息并數(shù)字化。
實施例
[0027]由系統(tǒng)搜集所有相關(guān)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(jù)包括航班預(yù)計到達時間、航班目前位置和風(fēng)向。
[0028]下面將主要根據(jù)一些特殊情況對飛行隊列排序邏輯做介紹:
如圖2的飛行隊列一，假設(shè)一個飛行隊列中的三架不同大小等級的飛機，根據(jù)ICAO規(guī)定，按飛機大小等級分別保持前后間距，假設(shè)隊列首飛機為A號，后續(xù)飛機分別為B號和C號機。在通常情況下，飛機按照當(dāng)前飛行隊列逐個右轉(zhuǎn)(D線路)進入對準(zhǔn)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(jīng)計算可以被直線引導(dǎo)至跑道口進行著陸，并且不構(gòu)成A號機延誤，則控制中心將B號機的著陸隊列提前，并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(dǎo)至外側(cè)信標(biāo)站外，還需要考慮飛機的轉(zhuǎn)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(shè)C號機處于應(yīng)急情況下，需要盡快著陸，勢必造成A號機和B號機為其讓路，則無法按照預(yù)定計劃著陸。此時如將C號機以直線方式引導(dǎo)著陸(F線路)，則可以適當(dāng)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(qū)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，即理論占用跑道時間，并預(yù)留一定時間余度，以防飛機因為故障無法起飛而占用跑道，導(dǎo)致后續(xù)飛機無法著陸而重新調(diào)整隊列。由此，跑道的被占用周期則成為同時協(xié)調(diào)航班起飛和著陸的參考依據(jù)。起飛時根據(jù)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占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，最后減速并脫離跑道進入滑行道為止所占用跑道的時間周期為基準(zhǔn)，并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(gòu)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(tǒng)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閑置的情況發(fā)生。同時，在應(yīng)急情況下，如某航班故障無法短時間內(nèi)脫離跑道，則可以由系統(tǒng)計算，迅速做出反應(yīng)，將后續(xù)航班調(diào)配到其他跑道進行著陸，而無需轉(zhuǎn)場或復(fù)飛。
[0033]更進一步地，可以將風(fēng)速和飛機尾流考慮到整個隊列中。當(dāng)前，影響機場使用效率的最大考量因素是飛機尾流對后續(xù)飛機的影響，根據(jù)前后飛機大小等級差別，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，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，在著陸階段對機場資源的浪費顯得尤其嚴(yán)重。根據(jù)計算，飛機尾流的影響范圍和強度也跟飛機重量，航速和風(fēng)速差異有所區(qū)別，并可以被準(zhǔn)確計算與監(jiān)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(yuǎn)范圍內(nèi)的飛機進行統(tǒng)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(tǒng)籌規(guī)劃，使航班后續(xù)進近，著陸，進場離場的時間安排更加合理與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，包括機場氣象數(shù)據(jù)，機場流量，以及每架飛機的坐標(biāo)、航向和速度，并將所述各種信息進行存儲，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)接收的各種信息計算每架飛機的隊列順序安排，并根據(jù)隊列計算對應(yīng)每架飛機的著陸路線、航班計劃和預(yù)計到達時間，然后將每架飛機當(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)，將航班計劃和預(yù)計到達時間發(fā)送到電子飛行計劃顯示模塊(4)； 應(yīng)急超控模塊(3)，用于對飛機突發(fā)狀況的處理； 電子飛行計劃顯示模塊(4)，用于對數(shù)據(jù)處理中心(2)發(fā)送來的信息進行顯示； 航班監(jiān)控顯示模塊(5)，用于對數(shù)據(jù)處理中心(2)發(fā)送來的信息進行顯示； 航班控制指令發(fā)送模塊(6)，用于將數(shù)據(jù)處理中心(2)所計算的著陸線路發(fā)送到對應(yīng)飛機。
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:所述飛機突發(fā)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(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:所述飛機包括即將在系統(tǒng)所管制機場降落或/和起飛的所有飛機。
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】G08G5/00GK104332073SQ201410580717
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】錢歷 申請人:重慶布倫坦茨航空技術(shù)進出口有限公司