基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的方法与流程

1.本发明涉及机场地面航空器运行管理的技术领域，尤其涉及一种基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的方法及系统。


背景技术：

2.目前，航空器在机场地面的运行主要是飞行员依据塔台管制员发布的语音指令，并参考航空情报部门发布的纸质或pdf格式的机场图，结合目视观测地面滑行标志实现驾驶航空器在机场地面运行，如管制员指令“南方3598，沿滑行道a、b、c滑行至01号跑道入口等待位置”，飞行员接收指令后沿指定路径滑行。这种运行方式存在以下缺点：
3.1)由于在同一管制频率中，管制员依次对管制范围内多架航空器发布指令，多架航空器须在同一频率监听管制员发布给本机的管制指令，容易造成指令发布或接收错误，增加管制员和飞行员的工作强度；
4.2)飞行员使用纸质或pdf格式的机场图，无法准确确定本机在机场范围的实际位置，情景意识差，容易造成飞行员错误判断自身位置；
5.3)飞行员使用纸质或pdf格式的机场图，无法结合数字化航行通告准确图形化显示机场关闭区域，容易造成航空器误入关闭区域；
6.4)飞行员接收到管制员的语音指令后，须查阅纸质机场图，目视地面标志牌，判定滑行路线和方向，效率低，出错率高，严重降低机场地面运行效率，尤其在低能见度运行，容易造成航空器滑错滑行路线，造成跑道侵入等风险。
7.5)大量的机场地面特殊运行规则在机场细则中公布，如“xx滑行道限制翼展超过65米的航空器进入”，需要管制员和飞行员熟悉掌握，实际运行中，往往由于管制员和飞行员错忘漏导致航空器进入不满足运行要求的区域。这些运行规则以自由文本的方式公布在纸质或pdf格式的机场细则资料中，无法被自动化系统识别。
8.为提升机场地面运行效率，防止航空器地面运行冲突，在机场运用了基于四级高级场面引导系统(一种实现机场地面航空器监视、告警、滑行路径生成和引导的系统)的地面滑行灯光引导技术，该技术通过高级场面引导系统向航空器分配滑行路线，并通过点亮沿路线的滑行道中线灯，实现对航空器地面滑行引导。该技术存在以下缺点：
9.1)通过地面灯光实现滑行引导，改造安装及运维成本高，不适用于已运行机场；
10.2)飞行员单向通过目视灯光引导驾驶航空器滑行，无法结合图形和语音等多种提示告警形式，无法建立与高级场面引导系统的双向通讯，一旦偏离预定滑行路线，需要管制员人工干预，通过语音指令引导航空器滑行；
11.3)飞行员无法通过图形界面直观掌握机场地面设施可用状态，无法通过航空器实时坐标数据准确确认自身位置，无法提高情景意识。


技术实现要素：

12.本发明提供一种基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的方法及系
统，旨在解决机场地面航空器运行管理中存在的上述问题。
13.为实现上述目的，本发明提供的基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的方法包括：
14.服务器向空侧应用和地侧应用发布在线或离线的机场数字地图；所述空侧应用包括航空器移动接收端；所述地侧应用包括管制系统；
15.所述管制系统接收航空器实时位置坐标，并在所述机场数字地图中加载显示航空器实时位置坐标；
16.所述管制系统根据航空器的运行特性和机场场面运行航空器实时位置坐标生成航空器位置态势；
17.所述管制系统解析所述机场数字地图中的机场要素，并结合所述航空器位置态势，生成符合所述航空器运行要求的航空器路径规划；
18.所述航空器移动接收端接收所述航空器路径规划并在所述航空器移动接收端图形化显示，结合语音提示实现滑行引导。
19.进一步地，所述基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的方法还包括：
20.所述管制系统监控航空器实时位置坐标与该航空器的分配滑行路径偏离值是否达到预定阈值；当航空器实时位置坐标与分配滑行路径偏离值达到预定阈值时，所述管制系统发送告警信号给所述航空器移动接收端。
21.进一步地，所述基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的方法还包括：
22.所述管制系统接收多个航空器的实时位置坐标，并根据航空器预定分配路径和实时位置坐标进行汇聚监控；
23.所述管制系统在所述汇聚监控时，当两架或两架以上航空器预定分配路径在机场数字地图上存在汇聚，且预计到达汇聚点时间差达到预设的时间阈值时，产生告警并立即调整航空器运行速度和/或航空器路径规划；
24.将调整的航空器运行速度和/或航空器路径规划发送给航空器移动接收端。
25.进一步地，所述汇聚包括地面滑行路径汇聚、地面滑行路径与起飞或降落路径汇聚；所述汇聚包括实际路线相交、路线不相交但航空器翼展存在刮碰风险。
26.进一步地，所述管制系统包括高级场面引导系统a-smgcs。
27.进一步地，所述航空器移动接收端包括电子飞行包efb。
28.进一步地，所述机场数字地图存储机场要素的地理信息和业务属性数据，并且在地理信息平台gis图形化显示。
29.进一步地，所述机场要素包括但不限于跑道、滑行道、停机位、地面标志、障碍物、助航灯光、滑行路线中的任意一种或多种；所述业务属性数据包括跑道长度、宽度、道面特征、道面等级序号(pavement classification number，pcn)和运行限制中的任意一种或多种。
30.同时，本发明还提供一种基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的系统，具体包括服务器、管制系统和航空器移动接收端；所述服务器与管制系统通信连接，所述航空器移动接收端与管制系统和服务器通信连接；所述服务器用于制作和发布机场数字
地图；所述管制系统以所述机场数字地图作为底图，通过在所述机场数字地图上加载航空器实时位置坐标实现对航空器位置及运行态势的监控；所述航空器移动接收端用于接收所述机场数字地图及所述管制系统发送的路径规划信息和告警信息。
31.优选地，所述管制系统包括高级场面引导系统a-smgcs；所述航空器移动接收端包括电子飞行包efb。
32.本发明提供的基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的方法及系统，基于服务器统一制作和发布机场数字地图，向空侧应用(航空器移动接收端，包括但不仅限于电子飞行包efb)和地侧应用(管制系统，包括但不仅限于高级场面引导系统a-smgcs)提供统一的地图数据，高级场面引导系统a-smgcs以机场数字地图作为系统的底图，通过在机场数字地图加载航空器实时位置坐标，实现对航空器位置及运行态势的监控；通过查询机场数字地图相关要素的地理信息和业务属性数据，生成符合航空器运行的滑行路径；将数字化指令通过地空通讯方式传递至航空器移动接收端，移动接收端预先加载了统一的机场数字地图，数字化管制指令可在移动接收端中图形化显示，并通过图像和语音提示航空器滑行、等待，实现航空器的地面引导，实现空侧应用和地侧应用共同情景意识，能有效提升地面运行安全和运行效率，防止跑道侵入和滑行偏离，降低管制员和飞行员工作强度，防止管制员和飞行员错忘漏。
附图说明
33.图1为本发明一实施例提供一种基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的系统的结构示意图；
34.图2为本发明一实施例提供一种基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的方法的流程示意图；
35.图3为本发明一实施例提供一种基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的方法的偏离监控流程的流程示意图；
36.图4为本发明一实施例提供一种基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的方法的汇聚监控流程的流程示意图。
37.图中，10、服务器；20、管制系统；30、航空器移动接收端。
具体实施方式
38.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.请参阅图1，本发明一实施例提供一种基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的系统，具体包括服务器10、管制系统20和航空器移动接收端30；所述服务器10与管制系统20通信连接，具体地通过有线或无线网络进行数据通信；所述航空器移动接收端30安装于每一航空器上，并通过地空通信方式与管制系统20和服务器10通信连接；所述服务器10用于制作和发布机场数字地图(airport map database，amdb)，具体地，服务器10为机场数字地图服务器；所述管制系统20以所述机场数字地图作为底图，通过在所述机场数
字地图上加载航空器实时位置坐标实现对航空器位置及运行态势的监控；所述航空器移动接收端30用于接收所述机场数字地图及所述管制系统20发送的路径规划信息和告警信息。具体在本发明一实施例中，所述管制系统20包括高级场面引导系统(advanced surface movement guidance and control systems，a-smgcs)，当然，管制系统20属于地侧应用，管制系统20在其他实施例中，也可以是其他地侧应用，并不限于高级场面引导系统a-smgcs；所述航空器移动接收端30包括电子飞行包(electronic flight bag，efb)，航空器移动接收端30属于空侧应用，航空器移动接收端30在其他实施例中，也可以是其他空侧应用，并不限于电子飞行包efb。
40.请参阅图2，本发明提供一种基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的方法，应用于基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的系统中。具体地，所述基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的方法的流程一包括：
41.步骤s10：服务器10向空侧应用和地侧应用发布机场数字地图；服务器10中存储有制作好的机场数字地图，所述空侧应用包括但不限于航空器移动接收端30；所述地侧应用包括但不限于管制系统20；具体地，所述管制系统20包括高级场面引导系统a-smgcs；所述航空器移动接收端30包括电子飞行包efb。服务器10发布的机场数字地图存储机场要素的地理信息和业务属性数据，并且在地理信息平台(geographic information system或geo－information system，gis)图形化显示，具体地，所述机场要素包括但不限于跑道、滑行道、停机位、地面标志、障碍物、助航灯光、滑行路线中的任意一种或多种；所述业务属性数据包括跑道长度、宽度、道面特征、道面等级序号(pavement classification number，pcn)和运行限制中的任意一种或多种。由于管制系统20和航空器移动接收端30与服务器10的通信方式不相同，管制系统20通过有线或无线方式不间断与服务器10通信连接，但航空器移动接收端30与服务器10在航空器不在机场时可能会断开连接；因此，服务器10在发布机场数字地图时采用在线发布和离线发布两种方式，对在线发布方式，管制系统20和航空器移动接收端30获取的是实时动态地图；对离线发布方式，管制系统20或航空器移动接收端30需要加载离线数据包获取地图数据，同时需通过网络接收数字地图动态修订信息，实现地图动态更新。机场塔台管制或机坪管制使用的管制系统20(包括但不仅限于高级场面引导系统a-smgcs)通过在线访问服务器10的机场数字地图发布服务或通过加载离线数据包方式调用机场数字地图作为自动化系统底图。所有与航空器地面运行相关的指令和监视告警功能均依据机场数字地图的地理信息和业务属性数据生成。
42.步骤s20：所述管制系统20接收航空器实时位置坐标，并在所述机场数字地图中加载显示航空器实时位置坐标；通过管制系统20对机场内的航空器的实时位置坐标的加载显示，实现对航空器位置及运行态势的监视功能。
43.步骤s30：所述管制系统20根据航空器的运行特性和机场场面运行航空器实时位置坐标生成航空器位置态势；具体地，每一航空器均具有自己的运行特性，管制系统20加载每一航空器的运行特性数据，并结合机场场面运行航空器实时位置坐标，生成航空器位置态势，所述航空器位置态势显示航空器实时的运行状态，例如滑行(起飞前)、滑行(降落后)、等待状态等。
44.步骤s40：所述管制系统20解析所述机场数字地图中的机场要素，并结合所述航空器位置态势，生成符合所述航空器运行要求的航空器路径规划；根据航空器位置态势，结合
航空器目标位置、到达时间等生成符合所述航空器运行要求的航空器路径规划，从而实现航空器的最优滑行路径，实现航空器的路径规划功能。
45.步骤s50：所述航空器移动接收端30接收所述航空器路径规划并在所述航空器移动接收端30图形化显示，结合语音提示实现滑行引导。
46.较佳地，本发明一实施例中提供的基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的方法还包括航空器的偏离监控流程，具体包括：
47.步骤s61：所述管制系统20监控航空器实时位置坐标与该航空器的分配滑行路径偏离值是否达到预定阈值；
48.步骤s62：当航空器实时位置坐标与分配滑行路径偏离值达到预定阈值时，所述管制系统20发送告警信号给所述航空器移动接收端30。
49.具体在本发明一实施例中，预定阈值为25米，即当航空器实时位置坐标与该航空器的分配滑行路径偏离值达到25米时，管制系统20发送告警信号给所述航空器移动接收端30，航空器移动接收端30收到告警信息后调整滑行路径为正确的规划路径，避免航空器跑偏发生事故。
50.较佳地，本发明一实施例中提供的基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的方法还包括汇聚监控流程，具体包括：
51.步骤s71：所述管制系统20接收多个航空器的实时位置坐标，并根据航空器预定分配路径和实时位置坐标进行汇聚监控；所述汇聚包括地面滑行路径汇聚、地面滑行路径与起飞或降落路径汇聚；所述汇聚包括实际路线相交、路线不相交但航空器翼展存在刮碰风险。
52.步骤s72：所述管制系统20在所述汇聚监控时，当两架或两架以上航空器预定分配路径在机场数字地图上存在汇聚，且预计到达汇聚点时间差达到预设的时间阈值时，产生告警并立即调整航空器运行速度和/或航空器路径规划；例如，设定时间差为30秒，如两架或两架以上航空器在预定分配路径在机场数字地图上存在汇聚时，且预计到达汇聚点时间差少于等于30秒，即产生告警并立即调整航空器运行速度和/或航空器路径规划。
53.步骤s73：将调整的航空器运行速度和/或航空器路径规划发送给航空器移动接收端30；通过调配运行速度、重新规划路径等方式实现冲突解除功能。同时，将接收到的机场场面移动航空器位置坐标发送至航空器移动接收端30，并图形化显示，实现航空器对周边运行态势的感知。
54.与现有技术相比，本发明提供的基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的方法及系统，基于服务器统一制作和发布机场数字地图，向空侧应用(航空器移动接收端，包括但不仅限于电子飞行包efb)和地侧应用(管制系统，包括但不仅限于高级场面引导系统a-smgcs)提供统一的地图数据，高级场面引导系统a-smgcs以机场数字地图作为系统的底图，通过在机场数字地图加载航空器实时位置坐标，实现对航空器位置及运行态势的监控；通过查询机场数字地图相关要素的地理信息和业务属性数据，生成符合航空器运行的滑行路径；将数字化指令通过地空通讯方式传递至航空器移动接收端，移动接收端预先加载了统一的机场数字地图，数字化管制指令可在移动接收端中图形化显示，并通过图像和语音提示航空器滑行、等待，实现航空器的地面引导。
55.本发明提供的基于机场数字地图实现对机场地面航空器运行管理的方法及系统，
运用地理信息技术，结合高级场面引导、机场数字地图、航空器移动接收端、航空器定位技术、地空数字通信技术，实现航空器机场地面运行监视、告警、滑行引导、态势告知等智能管理功能，实现空侧和地侧共同情景意识，实现空侧应用和地侧应用共同情景意识，能有效提升地面运行安全和运行效率，防止跑道侵入和滑行偏离，降低管制员和飞行员工作强度，防止管制员和飞行员错忘漏。
56.以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。