机场跑道智能灯光系统的组成及架构分析

2018-02-28吴大林

西部交通科技 2018年11期

吴大林

（四川省场道工程有限公司，四川成都 610000）

0 引言

在我国民航着力构建“平安机场、绿色机场、智慧机场、人文机场”的标杆体系中，安全仍是民用航空的核心。跑道入侵是机场运行安全的危险源之一，据统计，从跑道侵入的责任来看，超过50%是由人为因素造成的。为了有效预防跑道侵入，降低人为因素影响，美国联邦航空管理局（FAA）从2005年开始主导并开发了智能灯光系统技术（RWSL），该系统通过灯光直接向飞行员和车辆驾驶员传递信息以增强其情景意识，从而有效降低跑道侵入的频率和严重程度。目前，智能灯光系统在美国机场应用较多，技术相对成熟，取得了较好的效果，但是国内民用机场几乎空白。本文在阐述智能灯光系统应用的基础上，分析了该系统的基本原理和系统组成。从四个模块总结归纳了智能灯光系统的架构，成果可为目前国内民航机场引进智能灯光系统及跑道入侵的防治提供一定的参考。

1 智能灯光系统的应用

智能灯光系统RWSL是一个完全自动化的系统，它直接向飞行员和场面车辆驾驶员提供跑道状态信息，从而明确进入、穿越、起飞或降落在跑道上是否安全。智能灯光系统不需要ATC管理者输入任何信息而增加其工作负荷，因此该系统在有效减少跑道侵入数量和降低跑道侵入严重性的同时，不干扰跑道的正常运行。

RWSL系统的概念最早于2002年提出，美国联邦航空局FAA在2005年主导开发测试工作，并获得麻省理工学院林肯实验室和ARCON公司的支持，共分两个阶段进行。第一阶段，FAA首先在全美选择4个试点机场（波士顿BOS、达拉斯沃斯堡DFW、洛杉矶LAX和圣何塞SAN）进行RWSL原型的测试和评估工作；第二阶段，FAA在原型测试和评估工作的基础上扩大RWSL的应用范围，计划至2017年在全美17个机场安装完成此系统。2013年已在华盛顿杜勒斯IAD、休斯顿IAH、奥兰多MCO、明尼阿波利斯MSP和菲尼克斯PHX安装RWSL。目前美国已有15个机场安装有RWSL系统，但国内机场几乎没有。

2 智能灯光系统的组成

2．1 系统的原理

智能灯光系统RWSL基于X型机场场面监视设备（ASDE－X）开发。通过处理来自ASDE－X系统的信息（例如监测到的飞机和车辆的移动及速度）来激发REL、THL或者RIL等机场灯光设备。REL、THL与RIL是内嵌在道面的固定灯光装置，是可以被飞行员和车辆驾驶员直接看见的；FAROS则通过激发精密进近航道指示器（Precision Approach Path Indicator，PAPI）闪烁以警示着陆飞行员用于进近的跑道现在正被占用。FAROS可以被视为RWSL系统的一项附加功能装置安装在跑道上，也可以被视为一种独立于RWSL系统而单独安装的设备。RWSL不能代替ATC许可，进入、穿越、起飞、降落在跑道上运行的许可必须从ATC获得。

2．2 系统的组成

智能灯光系统RWSL包括四种灯光系统：进入跑道指示灯（Runway Entrance Light，REL）、起飞等待灯（Takeoff Hold Light，THL）、跑道交叉口灯（Runway Intersection Light，RIL）和最后进近跑道占用指示灯（Final Approach Runway Occupancy Signal，FAROS）。

2．2．1 进入跑道指示灯REL

REL由嵌入式单向发红色光的单灯组成，它平行于滑行道中线并沿其等距设置，朝向趋向跑道的飞行员或者车辆驾驶员。REL自跑道等待位置起，向跑道方向延伸至跑道边线，直线段纵向间隔可为3．81～15．24m。REL一般设置在经常使用的滑行道与跑道的交叉口处，如图1所示。

图1 REL示意图

2．2．2 起飞等待灯THL

THL由嵌入式单向发红色光的排灯组成，每排2个，在跑道中线灯两侧纵排等距设置，朝向跑道入口处等待起飞的飞机。THL自距离跑道入口114．3m±7．62m处开始设置，直线段纵向间隔为30．48m，向起飞方向延伸457．2m，共16组排灯32个单灯。每组排灯内的两个灯分别距跑道中线灯1．828 8m。当THL激活亮起时（红色），表示向等待起飞或起飞准备就绪的飞机发出信息：由于跑道正在或即将被另一架飞机或场面车辆占用，此时起飞不安全，如图2所示。

图2 THL示意图

RIL用于交叉跑道上，由嵌入式单向发红色光的排灯组成，每排2个，在跑道中线灯两侧纵排等距设置，朝向跑道入口处的飞机。对于飞行员而言，RIL在外观上与THL相似。RIL自跑道上的着陆和避让程序（LAHSO）灯处或者交叉跑道的等待标志处开始设置，直线段纵向间隔为30．48m，向跑道端方向延伸914．4m，共31组排灯62个单灯。每组排灯内的两

2．2．3 跑道交叉口灯RIL个灯分别距跑道中线灯1．828 8m，如图3所示。

图3 RIL示意图

2．2．4 最后进近跑道占用指示灯

FAROS是一个独立的、自动化的警示系统，可用于防止跑道降落事故和降错跑道，不需要ATC的控制和输入。FAROS系统结合跑道上传感器的信息和ASDE－X提供的信息，若判断降落不安全，则激发PAPI灯闪烁以提示飞行员。在此过程中，飞机的下降航迹并不受影响，正在进近的飞行员观察到的红色和白色PAPI灯数目也不会改变，如图4所示。

图4 FAROS示意图

3 智能灯光系统的架构

智能灯光系统主要有四个部分组成：RWSL监测模块、RWSL逻辑处理模块、RWSL灯光模块以及塔台控制模块，如图5所示。

图5 智能灯光系统架构示意图

（1）监测模块。监测数据的获取方法主要有ASR机场监视雷达或SSR二次监视雷达、MLAT多点定位系统以及ASDE机场地面探测设备。其中，MLAT多点定位系统根据飞机和车辆的转发器信号到达的时间差以及不同位置的多边接收器的位置，从而确定机场中飞机所在的位置；ASDE通过发射表面雷达波获得探测目标的位置。

（2）逻辑处理模块。采用数据融合技术可消除MLAT与ASDE监测信息的差别问题，进而获取高度可靠性与准确性的移动目标运行状态和运动趋势。在此基础上，根据预先设定的程序，逻辑系统可以决定跑道状态灯的开关状态，并输出相应的逻辑数据。

（3）灯光模块。根据逻辑处理模块中输出的数据，灯光控制器LCC与场地灯光系统FLS相联络，控制跑道上相应灯光的开启或关闭。这些灯将指示飞行员或车辆驾驶者面前跑道交叉口的状态，包括进入跑道指示灯REL、起飞等待灯THL、跑道交叉口灯RIL和最后进近跑道占用指示灯FAROS。

（4）塔台控制模块。当逻辑数据使系统中的触发器被激活时，塔台控制模块中的仪表飞行规则IFR与塔台显示系统TDS会同步进行更新。塔台的灯光显示器中也会显示相应的灯光状态，塔台上的工作人员也可以对RWSL的设置（如光强、跑道布置等）进行修改。