智能空中交通管制系统

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智能空中交通管制系统
申请号	CN201410580717.8	申请日	2014-10-27	公开(公告)号	CN104332073A	公开(公告)日	2015-02-04
申请人	重庆布伦坦茨航空技术进出口有限公司;			发明人	钱历;
摘要	本发明公开了一种智能空中交通管制系统，包括数据接收接口模块、数据处理中心、应急超控模块、电子飞行计划显示模块、航班监控显示模块和航班控制指令发送模块。通过接收飞机准确的实时飞行信息，数据处理中心即可展开飞行计划的精确计算，并优化整个飞行队列，如缩短飞机间距，合理调配对应跑道的起降顺序，实时更改着陆角，曲线进近等，有效提高整个飞行队列的效率，加强安全性。最终，整个飞行计划将显示在空管员的监控显示器上。航空管制员可以随时通过显示器观察飞行队列起飞着陆的优先顺序，并通过更改飞机起飞/着陆航迹，航速等参数，调整队列顺序。从而提高机场通勤率，提高空管员的工作效率。
权利要求	1. 智能空中交通管制系统，其特征在于：包括数据接收接口模块（1）、数据处理中心（2）、应急超控模块（3）、电子飞行计划显示模块（4）、航班监控显示模块（5）和航班控制指令发送模块（6）；其中数据接收接口模块（1），用于接收各种信息，包括机场气象数据，机场流量，以及每架飞机的坐标、航向和速度，并将所述各种信息进行存储，供数据处理中心（2）调用；数据处理中心（2），根据数据接收接口模块（1）接收的各种信息计算每架飞机的队列顺序安排，并根据队列计算对应每架飞机的着陆路线、航班计划和预计到达时间，然后将每架飞机当前的坐标和飞行状态发送到航班监控显示模块（5），将航班计划和预计到达时间发送到电子飞行计划显示模块（4）；应急超控模块（3），用于对飞机突发状况的处理；电子飞行计划显示模块（4），用于对数据处理中心（2）发送来的信息进行显示；航班监控显示模块（5），用于对数据处理中心（2）发送来的信息进行显示；航班控制指令发送模块（6），用于将数据处理中心（2）所计算的着陆线路发送到对应飞机。 2.根据权利要求1所述智能空中交通管制系统，其特征在于：所述飞机突发状况包括飞机低油量或飞机故障或机上人员急性病。 3.根据权利要求1所述智能空中交通管制系统，其特征在于：所述飞机包括即将在系统所管制机场降落或/和起飞的所有飞机。 4.根据权利要求1所述智能空中交通管制系统，其特征在于：所述飞行状态为飞机发送给数据处理中心（2）的数据，包括航向、航速。
说明书全文	智能空中交通管制系统技术领域 [0001] 本发明涉及机场的空中交通管制领域，具体是一种智能空中交通管制系统。背景技术 [0002] 空中交通管制是由地面交通管制员通过地面雷达获取空中航班信息并进行空域或机场内不同航空器的飞行路线及模式的协调和指导，防止航空器在地面或空中发生意外并确保航行顺畅。 [0003] 通过空中交通管制系统协调航班则必须要搜集飞行所需的各类信息，如天气、航空交通流量、飞行员通告和机场特别安排等。 [0004] 空中交通管制主要通过地面雷达确定飞机横向（水平）和纵向（垂直）位置并最终显示在空管员操作显示器上，由空管员根据飞机间的间隔和相对位置通知飞行员进行相应调整。 [0005] 空中管制系统通常分为终端区管制系统和区域管制系统，分别对应机场塔台及机场进近区域和高空区域的交通管制。 [0006] 其中，终端区管制系统主要包括由一次二次雷达所组成的数据获取系统、数据处理系统、显示器及其他分系统，如图像数据传输，内部通信和对空通信系统等。 [0007] 整个运行过程：由一次、二次雷达接收飞机位置、航向、高度等信息传输到数据处理系统，同时航管中心手动输入航班信息，即飞行计划，最终显示在显示屏上。管制员通过显示器显示的飞行队列信息，结合飞行计划通过无线电通知飞行员进行适当调整，以保证安全运行。 [0008] 此类空管系统对于空管员来说，工作强度较大。需要对每架航班进行全程监控。发明内容 [0009] 本发明的目的是将传统的空管系统自动化，由计算机完成整个飞行计划的自动计算及优化，由空管员进行实时监控，并人工处理应急状况，提高整个空域利用率和空管员工作效率。 [0010] 本发明需要借助两种技术，即ADS-B广播式自动监控系统和GBAS地基增强系统。广播式自动监控系统将用来代替现有的地面雷达，通过卫星定位，将飞机的实时位置、航向等信息发送至本发明的空管系统，实现全程数字化；同时，地基增强系统将补偿卫星定位的误差，将飞机的准确位置信息发送本发明的空管系统。 [0011] 通过接收飞机准确的实时飞行信息，本发明的数据处理中心即可展开飞行计划的精确计算，并优化整个飞行队列，如缩短飞机间距，合理调配对应跑道的起降顺序，实时更改着陆角，曲线进近等，有效提高整个飞行队列的效率，加强安全性。最终，整个飞行计划将显示在空管员的监控显示器上。航空管制员可以随时通过显示器观察飞行队列起飞着陆的优先顺序，并通过更改飞机起飞/着陆航迹，航速等参数，调整队列顺序。 [0012] 本发明具体采用如下的技术方案来实现的，智能空中交通管制系统包括数据接收接口模块、数据处理中心、应急超控模块、电子飞行计划显示模块、航班监控显示模块和航班控制指令发送模块。本发明中所述的飞机包括即将在本发明系统所管制机场降落或/和起飞的所有飞机。 [0013] 其中数据接收接口模块，用于接收各种信息，包括机场气象数据，机场流量，以及每架飞机的坐标、航向和速度，并将所述各种信息进行存储，供数据处理中心调用。其中机场流量是指机场当前停机位、起降流量控制信息，如机场停机位不够，则需要飞机在空中等待，反之，可按照最快速度安排飞机着陆，节省油料。 [0014] 数据处理中心，根据数据接收接口模块接收的各种信息计算每架飞机的队列顺序安排，并根据队列计算对应每架飞机的进近和着陆路线、航班计划和预计到达时间，然后将每架飞机当前的坐标和飞行状态发送到航班监控显示模块，将航班计划和预计到达时间发送到电子飞行计划显示模块。其中，数据处理中心的主要计算项目为每架对应飞机的剩余飞行时间，即最终到达机场的时间点，这样就需要确定飞机当前海拔高度和跑道海拔高度差、飞行航道、下降角、飞机转弯半径和航速等信息，这些数据都已经由数据接口从飞机那里接收到了，由此即可计算出飞机着陆前的飞行轨迹长度，即直线段、转弯段和下降段的航迹长度，均可按照空间几何方法计算两点间距获得，并除以飞机空速得到剩余飞行时间，即获得到达机场的精确时间，此外，还可以在航空法规规定和飞机飞行性能允许的范围内，随时调整飞机的飞行速度，以保证飞行队列更加高效，在这样的条件下，数据处理中心则将着陆阶段划分为数个不同航速的着陆阶段，并将每个阶段的开始结点，航速，高度信息发送至飞机，并显示在飞行员主显示器、导航显示器和多功能显示器上，并提醒飞行员按照规定操作。在计算完单架飞机的着陆时间后，数据处理中心将统筹规划整个飞行队列的先后顺序，具体逻辑参照实施例。通过系统计算，可以尽可能地充分利用空域资源，在单位时间内起降更多的飞机，提高机场通场效率。 [0015] 飞行状态为飞机发送给数据处理中心的数据，包括航向、航速等。数据处理中心接收并图形化计算后再转送给航班监控显示模块。 [0016] 应急超控模块，用于对飞机突发状况的处理。例如队列中某架飞机因突发状况，需要提前着陆或其他操作，该飞机突发状况包括飞机低油量或飞机故障或机上人员急性病等。这种情况下，由飞行员联络空官员，由空官员手动操纵队列优先顺序，最终由数据处理中心根据新的队列安排重新规划每架飞机新的着陆路径，并最终由指令发送接口发送指令。 [0017] 电子飞行计划显示模块，用于对数据处理中心发送来的信息进行显示。 [0018] 航班监控显示模块，用于对数据处理中心发送来的信息进行显示。 [0019] 航班控制指令发送模块，用于将数据处理中心所计算的进近和着陆线路发送到对应飞机。 [0020] 本发明与现有的空管系统相比具有从以下几个方面的有益技术效果：对于空管员：提高工作效率，减轻压力，减少因疲劳等人为因素造成的事故，提高空域使用效率。 [0021] 对于航空公司：减少飞行时间（减少延误），降低油料消耗，减少发动机损耗即降低维护成本。 [0022] 对于机场：提高机场通勤率，降低机场扩建需求。 [0023] 对于机场周边居民：降低噪音。 [0024] 对于旅客：减少延误等待时间。附图说明 [0025] 图1为本发明的系统框图；图2为本发明中飞行队列一示意图；图3为本发明中飞行队列二示意图；图4为本发明中飞行队列三示意图。具体实施方式 [0026] 为了更精确地计算整个飞行队列，减小因人为因素而导致的空域浪费，或因不确定因素，如飞机尾流，风速，能见度等，被迫增大的飞机间距，则必须尽可能地集中搜集机场附近的所有信息并数字化。实施例 [0027] 由系统搜集所有相关信息，包括飞行计划、气象资料等进行着陆排序。由此，排序的主要影响依据包括航班预计到达时间、航班目前位置和风向。 [0028] 下面将主要根据一些特殊情况对飞行队列排序逻辑做介绍:如图2的飞行队列一，假设一个飞行队列中的三架不同大小等级的飞机，根据ICAO规定，按飞机大小等级分别保持前后间距，假设队列首飞机为A号，后续飞机分别为B号和C号机。在通常情况下，飞机按照当前飞行队列逐个右转(D线路)进入对准跑道的延长线，进入着陆流程。 [0029] 在这样的情况下，如B号机经计算可以被直线引导至跑道口进行着陆，并且不构成A号机延误，则控制中心将B号机的着陆队列提前，并显示在空管员电子飞行计划显示器上。在这个过程中，B号机除了直线被引导至外侧信标站外，还需要考虑飞机的转弯半径，由此，可以得出一条与两个圆相切的直线和两段圆弧组成的曲线路径(E线路)，如图3。在这个过程中，飞机将按照固定的下降率下降。 [0030] 假设C号机处于应急情况下，需要尽快着陆，势必造成A号机和B号机为其让路，则无法按照预定计划着陆。此时如将C号机以直线方式引导着陆(F线路)，则可以适当减少A号机和B号机的滞空时间，如图4。 [0031] 更进一步地，可以将单条跑道的起飞排序加入到着陆队列中，在这种情况下需要考虑飞机从滑行道等待区滑行至跑道口以及加速起飞直至脱离跑道两个阶段的时长，即理论占用跑道时间，并预留一定时间余度，以防飞机因为故障无法起飞而占用跑道，导致后续飞机无法着陆而重新调整队列。由此，跑道的被占用周期则成为同时协调航班起飞和着陆的参考依据。起飞时根据飞机从滑行道滑行至跑道口，从跑到口加速直至飞机拉起脱离跑道整个过程所占用跑道的时间和着陆的飞机从进入最终着陆阶段到接触跑道，最后减速并脱离跑道进入滑行道为止所占用跑道的时间周期为基准，并配合每架次航班之间的安全间隔在时间条上逐个排列，即构成了机场跑道资源的充分利用。通过这样的精密计算，可以大大增加跑道利用率，降低机场扩建需求。 [0032] 更进一步地，可以将更多的跑道选择加入到整个队列中，通过多条跑道的合理配合，可以将不同航路进近而来的飞机统一进行安排，提高每条跑道利用率和整个机场的综合利用率，减少同一时段某条跑道过度繁忙而另外一条闲置的情况发生。同时，在应急情况下，如某航班故障无法短时间内脱离跑道，则可以由系统计算，迅速做出反应，将后续航班调配到其他跑道进行着陆，而无需转场或复飞。 [0033] 更进一步地，可以将风速和飞机尾流考虑到整个队列中。当前，影响机场使用效率的最大考量因素是飞机尾流对后续飞机的影响，根据前后飞机大小等级差别，国际民航公约组织定义了其最小间距，以保证在任何情况下，后续航班都能安全飞行。然而，这样的间距都包含了巨大的安全间距余度，在着陆阶段对机场资源的浪费显得尤其严重。根据计算，飞机尾流的影响范围和强度也跟飞机重量，航速和风速差异有所区别，并可以被准确计算与监控。由此，可以大大缩短飞机间的实际间距，提高机场跑道和附近空域的利用率。 [0034] 更进一步地，可以将更远范围内的飞机进行统筹安排，即在飞机进近机场以前就开始对整个飞行队列作统筹规划，使航班后续进近，着陆，进场离场的时间安排更加合理与高效。