機(jī)場(chǎng)跑道智能燈光系統(tǒng)的組成及架構(gòu)分析

吳大林

（四川省場(chǎng)道工程有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

在我國(guó)民航著力構(gòu)建“平安機(jī)場(chǎng)、綠色機(jī)場(chǎng)、智慧機(jī)場(chǎng)、人文機(jī)場(chǎng)”的標(biāo)桿體系中，安全仍是民用航空的核心。跑道入侵是機(jī)場(chǎng)運(yùn)行安全的危險(xiǎn)源之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，從跑道侵入的責(zé)任來(lái)看，超過(guò)50%是由人為因素造成的。為了有效預(yù)防跑道侵入，降低人為因素影響，美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）從2005年開(kāi)始主導(dǎo)并開(kāi)發(fā)了智能燈光系統(tǒng)技術(shù)（RWSL），該系統(tǒng)通過(guò)燈光直接向飛行員和車(chē)輛駕駛員傳遞信息以增強(qiáng)其情景意識(shí)，從而有效降低跑道侵入的頻率和嚴(yán)重程度。目前，智能燈光系統(tǒng)在美國(guó)機(jī)場(chǎng)應(yīng)用較多，技術(shù)相對(duì)成熟，取得了較好的效果，但是國(guó)內(nèi)民用機(jī)場(chǎng)幾乎空白。本文在闡述智能燈光系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，分析了該系統(tǒng)的基本原理和系統(tǒng)組成。從四個(gè)模塊總結(jié)歸納了智能燈光系統(tǒng)的架構(gòu)，成果可為目前國(guó)內(nèi)民航機(jī)場(chǎng)引進(jìn)智能燈光系統(tǒng)及跑道入侵的防治提供一定的參考。

1 智能燈光系統(tǒng)的應(yīng)用

智能燈光系統(tǒng)RWSL是一個(gè)完全自動(dòng)化的系統(tǒng)，它直接向飛行員和場(chǎng)面車(chē)輛駕駛員提供跑道狀態(tài)信息，從而明確進(jìn)入、穿越、起飛或降落在跑道上是否安全。智能燈光系統(tǒng)不需要ATC管理者輸入任何信息而增加其工作負(fù)荷，因此該系統(tǒng)在有效減少跑道侵入數(shù)量和降低跑道侵入嚴(yán)重性的同時(shí)，不干擾跑道的正常運(yùn)行。

RWSL系統(tǒng)的概念最早于2002年提出，美國(guó)聯(lián)邦航空局FAA在2005年主導(dǎo)開(kāi)發(fā)測(cè)試工作，并獲得麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室和ARCON公司的支持，共分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段，F(xiàn)AA首先在全美選擇4個(gè)試點(diǎn)機(jī)場(chǎng)（波士頓BOS、達(dá)拉斯沃斯堡DFW、洛杉磯LAX和圣何塞SAN）進(jìn)行RWSL原型的測(cè)試和評(píng)估工作；第二階段，F(xiàn)AA在原型測(cè)試和評(píng)估工作的基礎(chǔ)上擴(kuò)大RWSL的應(yīng)用范圍，計(jì)劃至2017年在全美17個(gè)機(jī)場(chǎng)安裝完成此系統(tǒng)。2013年已在華盛頓杜勒斯IAD、休斯頓IAH、奧蘭多MCO、明尼阿波利斯MSP和菲尼克斯PHX安裝RWSL。目前美國(guó)已有15個(gè)機(jī)場(chǎng)安裝有RWSL系統(tǒng)，但國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)幾乎沒(méi)有。

2 智能燈光系統(tǒng)的組成

2．1 系統(tǒng)的原理

智能燈光系統(tǒng)RWSL基于X型機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視設(shè)備（ASDE－X）開(kāi)發(fā)。通過(guò)處理來(lái)自ASDE－X系統(tǒng)的信息（例如監(jiān)測(cè)到的飛機(jī)和車(chē)輛的移動(dòng)及速度）來(lái)激發(fā)REL、THL或者RIL等機(jī)場(chǎng)燈光設(shè)備。REL、THL與RIL是內(nèi)嵌在道面的固定燈光裝置，是可以被飛行員和車(chē)輛駕駛員直接看見(jiàn)的；FAROS則通過(guò)激發(fā)精密進(jìn)近航道指示器（Precision Approach Path Indicator，PAPI）閃爍以警示著陸飛行員用于進(jìn)近的跑道現(xiàn)在正被占用。FAROS可以被視為RWSL系統(tǒng)的一項(xiàng)附加功能裝置安裝在跑道上，也可以被視為一種獨(dú)立于RWSL系統(tǒng)而單獨(dú)安裝的設(shè)備。RWSL不能代替ATC許可，進(jìn)入、穿越、起飛、降落在跑道上運(yùn)行的許可必須從ATC獲得。

2．2 系統(tǒng)的組成

智能燈光系統(tǒng)RWSL包括四種燈光系統(tǒng)：進(jìn)入跑道指示燈（Runway Entrance Light，REL）、起飛等待燈（Takeoff Hold Light，THL）、跑道交叉口燈（Runway Intersection Light，RIL）和最后進(jìn)近跑道占用指示燈（Final Approach Runway Occupancy Signal，F(xiàn)AROS）。

2．2．1 進(jìn)入跑道指示燈REL

REL由嵌入式單向發(fā)紅色光的單燈組成，它平行于滑行道中線并沿其等距設(shè)置，朝向趨向跑道的飛行員或者車(chē)輛駕駛員。REL自跑道等待位置起，向跑道方向延伸至跑道邊線，直線段縱向間隔可為3．81～15．24m。REL一般設(shè)置在經(jīng)常使用的滑行道與跑道的交叉口處，如圖1所示。

圖1 REL示意圖

2．2．2 起飛等待燈THL

THL由嵌入式單向發(fā)紅色光的排燈組成，每排2個(gè)，在跑道中線燈兩側(cè)縱排等距設(shè)置，朝向跑道入口處等待起飛的飛機(jī)。THL自距離跑道入口114．3m±7．62m處開(kāi)始設(shè)置，直線段縱向間隔為30．48m，向起飛方向延伸457．2m，共16組排燈32個(gè)單燈。每組排燈內(nèi)的兩個(gè)燈分別距跑道中線燈1．828 8m。當(dāng)THL激活亮起時(shí)（紅色），表示向等待起飛或起飛準(zhǔn)備就緒的飛機(jī)發(fā)出信息：由于跑道正在或即將被另一架飛機(jī)或場(chǎng)面車(chē)輛占用，此時(shí)起飛不安全，如圖2所示。

圖2 THL示意圖

RIL用于交叉跑道上，由嵌入式單向發(fā)紅色光的排燈組成，每排2個(gè)，在跑道中線燈兩側(cè)縱排等距設(shè)置，朝向跑道入口處的飛機(jī)。對(duì)于飛行員而言，RIL在外觀上與THL相似。RIL自跑道上的著陸和避讓程序（LAHSO）燈處或者交叉跑道的等待標(biāo)志處開(kāi)始設(shè)置，直線段縱向間隔為30．48m，向跑道端方向延伸914．4m，共31組排燈62個(gè)單燈。每組排燈內(nèi)的兩

2．2．3 跑道交叉口燈RIL個(gè)燈分別距跑道中線燈1．828 8m，如圖3所示。

圖3 RIL示意圖

2．2．4 最后進(jìn)近跑道占用指示燈

FAROS是一個(gè)獨(dú)立的、自動(dòng)化的警示系統(tǒng)，可用于防止跑道降落事故和降錯(cuò)跑道，不需要ATC的控制和輸入。FAROS系統(tǒng)結(jié)合跑道上傳感器的信息和ASDE－X提供的信息，若判斷降落不安全，則激發(fā)PAPI燈閃爍以提示飛行員。在此過(guò)程中，飛機(jī)的下降航跡并不受影響，正在進(jìn)近的飛行員觀察到的紅色和白色PAPI燈數(shù)目也不會(huì)改變，如圖4所示。

圖4 FAROS示意圖

3 智能燈光系統(tǒng)的架構(gòu)

智能燈光系統(tǒng)主要有四個(gè)部分組成：RWSL監(jiān)測(cè)模塊、RWSL邏輯處理模塊、RWSL燈光模塊以及塔臺(tái)控制模塊，如圖5所示。

圖5 智能燈光系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

（1）監(jiān)測(cè)模塊。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取方法主要有ASR機(jī)場(chǎng)監(jiān)視雷達(dá)或SSR二次監(jiān)視雷達(dá)、MLAT多點(diǎn)定位系統(tǒng)以及ASDE機(jī)場(chǎng)地面探測(cè)設(shè)備。其中，MLAT多點(diǎn)定位系統(tǒng)根據(jù)飛機(jī)和車(chē)輛的轉(zhuǎn)發(fā)器信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差以及不同位置的多邊接收器的位置，從而確定機(jī)場(chǎng)中飛機(jī)所在的位置；ASDE通過(guò)發(fā)射表面雷達(dá)波獲得探測(cè)目標(biāo)的位置。

（2）邏輯處理模塊。采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)可消除MLAT與ASDE監(jiān)測(cè)信息的差別問(wèn)題，進(jìn)而獲取高度可靠性與準(zhǔn)確性的移動(dòng)目標(biāo)運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序，邏輯系統(tǒng)可以決定跑道狀態(tài)燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并輸出相應(yīng)的邏輯數(shù)據(jù)。

（3）燈光模塊。根據(jù)邏輯處理模塊中輸出的數(shù)據(jù)，燈光控制器LCC與場(chǎng)地?zé)艄庀到y(tǒng)FLS相聯(lián)絡(luò)，控制跑道上相應(yīng)燈光的開(kāi)啟或關(guān)閉。這些燈將指示飛行員或車(chē)輛駕駛者面前跑道交叉口的狀態(tài)，包括進(jìn)入跑道指示燈REL、起飛等待燈THL、跑道交叉口燈RIL和最后進(jìn)近跑道占用指示燈FAROS。

（4）塔臺(tái)控制模塊。當(dāng)邏輯數(shù)據(jù)使系統(tǒng)中的觸發(fā)器被激活時(shí)，塔臺(tái)控制模塊中的儀表飛行規(guī)則IFR與塔臺(tái)顯示系統(tǒng)TDS會(huì)同步進(jìn)行更新。塔臺(tái)的燈光顯示器中也會(huì)顯示相應(yīng)的燈光狀態(tài)，塔臺(tái)上的工作人員也可以對(duì)RWSL的設(shè)置（如光強(qiáng)、跑道布置等）進(jìn)行修改。

4 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了智能燈光系統(tǒng)的應(yīng)用、原理、組成和架構(gòu)，該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)感應(yīng)，及時(shí)預(yù)警，在有效減少跑道侵入風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，不干擾跑道的正常運(yùn)行，目前在美國(guó)機(jī)場(chǎng)應(yīng)用較為成熟，我國(guó)正著手在一些大型機(jī)場(chǎng)開(kāi)展應(yīng)用示范。智能燈光系統(tǒng)的應(yīng)用可進(jìn)一步提高機(jī)場(chǎng)跑道的信息化、自動(dòng)化管理水平，是機(jī)場(chǎng)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。