CN110491179A - 一种具有动态虚拟电子围栏的机场场面监控*** - Google Patents
一种具有动态虚拟电子围栏的机场场面监控*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种具有动态虚拟电子围栏的机场场面监控***，旨在解决目前国内对于机场潜在的冲突危险监控处于空白的问题，包括：用于虚拟电子围栏设置、碰撞风险识别和数据分析的虚拟电子围栏模块、用于环境图像信息、机场气象信息、航空器与车辆位置信息以及其路径选择信息的识别、显示与处理的数据集成模块、用于航空器与车辆位置信息保存、电子围栏设定信息保存、险情信息保存和预设信息保存的数据存储模块；本发明是基于A‑SMGCS中机场场面控制标准来制作的，它可以预防场面的各种冲突，把场面冲突扼杀在萌芽状态，是一个智能、高效且易维护的一套***。
Description
技术领域
本发明属于机场航空器和车辆的监控技术领域，具体涉及一种具有动态虚拟电子围栏的机场场面监控***。
背景技术
随着近几年我国民用航空事业的黄金发展期，航空客货运输得到快速、持续以及大量的增长，导致机场的交通密度增加。面对逐年攀升的旅客吞吐量和急剧增加的保障任务，国际民航组织颁布了先进机场场面引导与控制***(Advanced Surface MovementGuidance and Control System，A-SMGCS)技术标准，对机场应达到的场面监视技术水平和能力做出了明确要求。
我国各大机场正努力提升技术水平和管理能力，然而目前想要达到A-SMGCS对应的等级要求，还存在诸多困难：1.目前传统的达到A-SMGCS技术标准的方法，主要通过场面引导相关信号灯的控制来实现，为此必须对现有机场进行施工改造，而这对于目前我国的运输机场而言，是难以接受的2.改造成本极高，涉及大量的场面施工以及后续大量的通讯控制设备的维护3.场面车辆驾驶人员仍然缺乏有效的，观察周边车辆和航空器的方法4.航空器缺乏有效的，观察周边车辆和航空器，特别是车辆的方法5.依靠传统灯带进行引导的方法不够灵活，难以随时修改和即时生效。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种具有动态虚拟电子围栏的机场场面监控***，以解决目前国内对于机场潜在的冲突危险监控处于空白的问题。
(2)技术方案
针对国内机场现有的技术现状，本发明利用北斗文星定位***提供了一种具有动态虚拟电子围栏的机场场面监控***，此***可以对航空器和车辆的四周进行初步的监控，通过检测是否有电子围栏交叉来判断潜在的冲突危险，本发明所采用的技术方案为：
一种具有动态虚拟电子围栏的机场场面监控***，包括：用于虚拟电子围栏设置、碰撞风险识别和数据分析的虚拟电子围栏模块、用于环境图像信息、机场气象信息、航空器与车辆位置信息以及其路径选择信息的识别、显示与处理的数据集成模块、用于航空器与车辆位置信息保存、电子围栏设定信息保存、险情信息保存和预设信息保存的数据存储模块。
较为优选的：所述虚拟电子围栏模块包括动态电子围栏子模块、风险识别与分析子模块和报警子模块，所述的动态电子围栏子模块具有人机交互界面，操作人员通过手动录入航空器或车辆等终端的长、宽、高等参数，经过计算分析会在终端四周生成具有一定范围的动态虚拟电子围栏；所述的风险识别与分析子模块，利用算法准确识别是否有车辆或航空器即将发生冲突危险或车辆是否进入预先设定的静态电子围栏中；所述的报警子模块会根据风险识别与分析模块的结果，通过屏幕和蜂鸣器等设备发出警报。
较为优选的：所述虚拟电子围栏模块还包括静态电子围栏子模块，所述的静态电子围栏子模块也具有人机交互界面，操作人员通过手动录入特定区域的位置和面积参数生成静态电子围栏来保护特定区域。
较为优选的：所述数据集成模块包括：电子地图显示子模块、气象信息处理子模块、航空器与车辆位置信息子模块，所述的电子地图显示子模块将机场电子地图显示实现图层控制，将不同的图层整合起来，根据操作人员的选择在地图上显示相应对象信息，所述的气象信息处理子模块，将从气象台获取的天气信息数字化，方便调用时进行数字处理，所述的航空器与车辆位置信息子模块，通过安装在航空器与车辆上的北斗卫星导航***，将原始信号解算得到航空器和车辆的高精度位置信息、航向信息、速度信息等静态与动态位置信息。
较为优选的：所述航空器与车辆位置信息子模块还具有对车辆前行路线的路径规划功能。
较为优选的：所述数据存储模块包括：航空器与车辆位置信息存储子模块、电子围栏设定信息存储子模块、险情信息存储子模块和预设信息存储子模块，所述的航空器与车辆位置信息存储子模块将分析处理后的航空器与车辆的位置信息保存到数据库中，所述的险情信息存储子模块将识别出的险情信息保存到数据库中，所述的预设信息存储子模块将A-SMGCS以及机场安全管理要求，对电子围栏划设方法、车辆行驶限速、车辆路径规划等预设信息保存到数据库中。
较为优选的：所述风险识别与分析子模块通过动态电子围栏与动态电子围栏区域之间有重叠现象来判断是否有车辆或航空器即将发生冲突危险。
较为优选的，所述风险识别与分析子模块通过动态电子围栏与静态电子围栏区域之间有重叠现象来判断车辆或航空器是否进入限制区域。
较为优选的，电子地图上有多个对象信息可以勾选并显示，其中包括有飞机、车辆、人员、各航空公司以及行驶限速信息。
(3)有益效果：
动态电子围栏的调整和改进可以说是一种完全的创新，目前业界没有类似或者很少有类似的想法，民用航空领域的没有这种，利用了高精度北斗定位导航，制作出一种具有实时动态电子围栏的监控***，完美的解决了想要提升A-SMGCS等级就要改造机场跑道的问题，本发明是基于A-SMGCS中机场场面控制标准来制作的，它可以预防场面的各种冲突，把场面冲突扼杀在萌芽状态，是一个智能、高效且易维护的一套***；不仅不需要对机场进行改建安装信号灯，不会使机场停止运营，满足不停航施工的要求；而且降低了改造维护成本，运行管理起来简单方便，提高了工作效率，节约了人力资源。
附图说明
图1为本发明的模块连接示意图；
图2为本发明中动态电子围栏示意图；
图3为本发明中碰撞识别以及路线规划示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-3和实施例对本发明进一步说明：
针对国内机场现有的A-SMGCS技术存在的缺陷，本发明利用北斗文星定位***提供了一种动态虚拟电子围栏***，此电子围栏可以对航空器和车辆的四周进行初步的监控，通过检测是否有电子围栏交叉来判断潜在的冲突危险。
一种具有上述动态虚拟电子围栏的机场场面监控***，如图1所示，包括：虚拟电子围栏模块，用于虚拟电子围栏设置、碰撞风险识别和数据分析；数据集成模块，用于环境图像信息、机场气象信息、航空器与车辆位置信息以及其路径选择信息的识别、显示与处理；数据存储模块，用于航空器与车辆位置信息保存、电子围栏设定信息保存、险情信息保存和预设信息保存。
1.虚拟电子围栏模块包括：动态电子围栏子模块、静态电子围栏子模块、风险识别与分析子模块、报警子模块；
所述的动态电子围栏子模块具有人机交互界面，操作人员通过手动录入航空器或车辆的长、宽、高等参数，根据机场场面安全规定，经过计算分析会在终端四周生成具有一定范围的动态虚拟电子围栏；
所述的静态电子围栏子模块具有人机交互界面，操作人员通过手动录入特定区域的位置和面积参数生成静态电子围栏来保护特定区域；
所述的风险识别与分析子模块，利用算法准确识别是否有车辆或航空器即将发生冲突危险或车辆是否进入预先设定的静态电子围栏中；
其中，车辆与航空器冲突时：
a.根据事先在***中录入的关于航空器和车辆的相关参数，已经生成了对应的虚拟动态电子围栏。
b.当车辆的行驶路线与航空器路线发生冲突且无法规避时，***会将对应的航空器图标放大，并根据机坪交通管理相关规定，以航空器为中心，显示处航空器的动态电子围栏，标出当前该航空器的行径路线。
c.同时语音播报前方有航空器经过，并且在电子地图上出现警告标志，要求车辆停车，等待航空器经过后，警告标志改为继续行驶的标志，车辆继续按***规划的路径前行。
d.在电子地图告警和结束告警的同时，也会将告警信息传送给塔台中心。
e.当车辆的电子围栏与航空器的电子围栏有重叠时，***会认为已经发生冲突，会立刻语音提示有碰撞危险，在电子地图上会将车辆与航空器图标放大并显示危险标志，同时将报警信息传送给塔台控制中心。
车辆进入机场限制区时：
当车辆的动态电子围栏与限制区的静态电子围栏重叠时，***将会将电子地图内重叠区域放大并显示危险警告，进行语音提示进入限制区域，同时将报警信息传送给塔台控制中心。所述的报警子模块会根据风险识别与分析模块的结果，通过屏幕和蜂鸣器等设备发出警报。
上述动态虚拟电子围栏，采用高精度导航数据和机场高精度电子地图融合的方式，可以为车辆与航空器接近预警和告警，以及作业车辆规划行程路线、当路线偏离时产生警告。通过虚拟动态电子围栏的方法提供实时的防碰撞预警，航空器和车辆周围会有虚拟动态电子围栏，对航空器和车辆进行风险识别，若相互干预，即报警。通过实时路线导航的方法提供场面车辆引导服务，采用实时高精度定位，结合机场电子地图，为车辆提供路线当行功能。通过实时路线偏离报警的方法对引导车、牵引车灯场面运行重点车辆进行严格管控，在高精度定位技术支撑下，为车辆提供精准位置服务，自主计算车辆行驶路径偏离，若出现路径偏移，则立即报警。其中由数据集成模块中的电子地图显示子模块和航空器与车辆位置信息子模块这两个模块合作来实现的。通过高精度北斗定位***与电子地图相结合，高精度北斗定位的定位精度可以达到亚米级甚至厘米级的定位精度，可以准确的获得车辆的电子地图中的位置。以车辆行驶车道的中心点为车道围栏的中心点，以允许偏移的最大距离为边界，形成车道行驶路径的电子围栏，一旦车辆在行驶过程中定位点超出该电子围栏，就判定为路径偏移。通过电子围栏对场面运行的不同种类、不同单位的车辆，进行不同的角色权限管理，在机场重点区域，采用高精度导航数据和机场高精度电子地图融合的方式，利用电子地图功能设置一个区域，并指定监控的车辆，如果这些车辆进入指定区域时产生警告，则称为禁入监控，如果在这些车辆驶出指定区域时产生警告，则称为禁出监控。通过自动适配的电子围栏，针对不同型号的航空器，提供不同大小的航空器电子围栏，从而为精准管理提供技术支撑，***具有人机交互界面，操作员在***内选择号对应航空器和车辆的类型，***会自动生成一个相应大小的电子围栏。其中，通过读取航班相关报文，获取航班相应航空器型号、翼展W尺寸信息、卫星定位天线安装位置即距离航空器头部H、距离航空器尾部T尺寸信息等，从而在电子地图上绘制出以卫星定位天线实际定位点为参考点，向前延伸H，向后延伸T，向左右两侧各延伸W/2的航空器边界围栏；再根据《先进的场面活动引导和控制***(A-SMGCS)手册》以及机场相关安全管理所要求的距离航空器头部、尾部以及两侧的安全距离h、t、w，分别从边界围栏向前延伸h，向后延伸t，向两侧延伸w，从而得到航空器防撞电子围栏，如图2所示。通过为场面车辆驾驶员提供基于精准位置的、无需人为操作的任务下发与上报服务，从而为保障安全、提升效率提供技术支撑。通过场面电子地图不同的图层信息，叠加道路限速要求、限制区管理要求等智能化地图数据库，为快速部署一项场面管理业务提供技术支撑。
2.数据集成模块包括：电子地图显示子模块、气象信息处理子模块、航空器与车辆位置信息子模块；
所述的电子地图显示子模块，基于民用机场地理信息***设计导则，将机场电子地图显示实现图层控制，将不同的图层整合起来，可以选在在地图上显示哪些对象，实现电子地图的放大、缩小、拖拽平移、测距，实际使用中电子地图上有多个选项可以勾选，其中包括有飞机、车辆、人员、各航空公司以及行驶限速信息等选项，可以通过勾选想要的信息，来筛选出电子地图所显示的内容。
例如，控制中心的工组人员想要查看A航空公司的飞机时，只需勾选A航空公司和飞机选项，这时电子地图上将只会显示A航空公司的飞机，不会显示其他任何无关的信息。此时可以放大地图查看某一块区域的飞机位置情况，点击某架飞机查看此飞机的详细信息。
所述的气象信息处理子模块，将从气象台获取的天气信息数字化，方便调用时进行数字处理。
所述的航空器与车辆位置信息子模块，将使用高精度北斗卫星导航***(BeiDounavigation satellite system，BDS)，实现亚米级高精度定位，将BDS原始信号解算得到航空器和车辆的高精度位置信息、航向信息、速度信息等静态与动态位置信息，另外还包含有路径规划的功能，可以对车辆前行的路径进行规划，结合当前的机场场面情况，挑选出最优的行驶路径。
3.数据存储模块包括：航空器与车辆位置信息存储子模块、电子围栏设定信息存储子模块、险情信息存储子模块和预设信息存储子模块；
所述的航空器与车辆位置信息存储子模块将分析处理后的航空器与车辆的位置信息保存到数据库中；
所述的电子围栏设定信息存储子模块将设定好的虚拟电子围栏基本信息保存到数据库中；
所述的险情信息存储子模块将识别出的险情信息保存到数据库中；
所谓的预设信息存储子模块将A-SMGCS以及机场安全管理要求对电子围栏划设方法、车辆行驶限速、车辆路径规划等预设信息保存到数据库中。
该模块与其他所有模块都会相连通，所有模块中传输的数据信息都会通过这个模块进行存储，包括所有位置信息数据、报警信息等，并且还会存储行车时所记录的视频。
下面结合附图3来说明碰撞识别以及路线规划过程。
在实际的机场面情况中，首先每台车辆(图中B)都有自己执行任务的行经路线(图中b)，车辆行进的路线并不复杂，全部都是由机场管制***提供的。然后***根据车辆当前正在执行的任务，再结合机场场面的交通状况，从这些路线中挑选出一条最优的行进路线，能够最大限度的避开航空器可能的冲突，并且使时间最优化，从而在保障场面运行安全的前提下，提高车辆的工作效率。
当航空器A和车辆B的动态电子围栏重叠时，证明场面有发生冲突的可能，航空器和车辆的驾驶员将通过人机交互界面立刻得到这一提示信息，迅速的做出反应来应对场面冲突。动态围栏设置的安全距离将会给航空器A和车辆B的驾驶员以充分的反应时间，同时也给了塔台控制人员管制指挥的时间，驾驶员可以根据自己的经验再结合场面监管人员的指挥，来避免事故的发生。
当航空器A经过且航空器A与车辆B的电子围栏没有重叠时，说明冲突的可能已经结束。此时监控***将根据航空器A的位置、计划任务和路由等信息，对车辆应当采取等待还是绕行的策略进行评估，并将最优化方案提供给驾驶员，驾驶员按照重新规划好的路线继续前进。
例如图3中的例子，航空器A已经得知与前方车辆有发生冲突的可能，可以根据电子围栏重叠的情况，以及航空器A和车辆B的行驶速度等实时参数，自动做出判断，提示航空器A此时应当采取何种避让措施。车辆B通过提示信息得知了与左侧来的航空器A有发生冲突的可能，将按照机场场面交通管制有关规定，采取立即停车等避让措施。在此过程中塔台控制人员也会对航空器和车辆进行指示，提升场面安全管理。
本发明由此可以达到的效果为：
a.通过使用虚拟动态电子围栏在提升A-SMGCS等级，不需要对机场进行改建安装信号灯，不会使机场停止运营，满足不停航施工的要求；
b.降低了改造维护成本，运行管理起来简单方便，提高了工作效率，节约了人力资源；
c.航空器可以从电子地图上了解到周边航空器或车辆的情况。
d.目前的A-SMGCS主要是通过灯光来引导航空器来前进的，但是这种方法需要对跑道改造才可以实现。我们的***可以在电子地图上实时的观察到机场场面的情况，塔台工作人员也可以针对场面的一些突发情况迅速的对飞机路线进行调整，并且传达给驾驶员，可以实时有效的规划航空器前进路线。
本方案中满足A-SMGCS技术标准的电子围栏，与现有技术中机场通常使用的电子围栏相比具有如下几点优势：本方案中根据报文中获取的机型等信息，精准的生成不同大小尺寸的电子围栏；通过电子围栏实现行驶偏离判断,根据机场安全管理要求，实时生成航空器防撞电子围栏，实时识别冲突。另外，动态电子围栏，首先它是基于A-SMGCS中机场场面控制标准来制作的。它可以预防场面的各种冲突，把场面冲突扼杀在萌芽状态，是一个智能、高效且易维护的一套***。而机场中现存使用的电子围栏就是本专利中描述的静态电子围栏，它只能把一块区域设置成为限制区，禁止车辆和人员等的进入，没办法帮助进行机场场面管理操作。在功能和实用性上，动态电子围栏要远远高于现行机场所使用的静态电子围栏。动态电子围栏的调整和改进可以说是一种完全的创新，目前业界没有类似或者很少有类似的想法，起码民航领域还没有这种想法。它利用了高精度北斗定位导航，并且结合算法软件，制作出一种实时动态电子围栏，完美的解决了想要提升A-SMGCS等级就要改造机场跑道的问题。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种具有动态虚拟电子围栏的机场场面监控***，其特征在于，包括：用于虚拟电子围栏设置、碰撞风险识别和数据分析的虚拟电子围栏模块、用于环境图像信息、机场气象信息、航空器与车辆位置信息以及其路径选择信息的识别、显示与处理的数据集成模块、用于航空器与车辆位置信息保存、电子围栏设定信息保存、险情信息保存和预设信息保存的数据存储模块。
2.如权利要求1所述的具有动态虚拟电子围栏的机场场面监控***，其特征在于：所述虚拟电子围栏模块包括动态电子围栏子模块、风险识别与分析子模块和报警子模块，所述的动态电子围栏子模块具有人机交互界面，操作人员通过手动录入航空器或车辆等终端的长、宽、高等参数，经过计算分析会在终端四周生成具有一定范围的动态虚拟电子围栏；所述的风险识别与分析子模块，利用算法准确识别是否有车辆或航空器即将发生冲突危险或车辆是否进入预先设定的静态电子围栏中；所述的报警子模块会根据风险识别与分析模块的结果，通过屏幕和蜂鸣器等设备发出警报。
3.如权利要求2所述的具有动态虚拟电子围栏的机场场面监控***，其特征在于：所述虚拟电子围栏模块还包括静态电子围栏子模块，所述的静态电子围栏子模块也具有人机交互界面，操作人员通过手动录入特定区域的位置和面积参数生成静态电子围栏来保护特定区域。
4.如权利要求1所述的具有动态虚拟电子围栏的机场场面监控***，其特征在于：所述数据集成模块包括：电子地图显示子模块、气象信息处理子模块、航空器与车辆位置信息子模块，所述的电子地图显示子模块将机场电子地图显示实现图层控制，将不同的图层整合起来，根据操作人员的选择在地图上显示相应对象信息，所述的气象信息处理子模块，将从气象台获取的天气信息数字化，方便调用时进行数字处理，所述的航空器与车辆位置信息子模块，通过安装在航空器与车辆上的北斗卫星导航***，将原始信号解算得到航空器和车辆的高精度位置信息、航向信息、速度信息等静态与动态位置信息。
5.如权利要求4所述的具有动态虚拟电子围栏的机场场面监控***，其特征在于：所述航空器与车辆位置信息子模块还具有对车辆前行路线的路径规划功能。
6.如权利要求1所述的具有动态虚拟电子围栏的机场场面监控***，其特征在于：所述数据存储模块包括：航空器与车辆位置信息存储子模块、电子围栏设定信息存储子模块、险情信息存储子模块和预设信息存储子模块，所述的航空器与车辆位置信息存储子模块将分析处理后的航空器与车辆的位置信息保存到数据库中，所述的险情信息存储子模块将识别出的险情信息保存到数据库中，所述的预设信息存储子模块将A-SMGCS以及机场安全管理要求，对电子围栏划设方法、车辆行驶限速、车辆路径规划等预设信息保存到数据库中。
7.如权利要求3所述的具有动态虚拟电子围栏的机场场面监控***，其特征在于：所述风险识别与分析子模块通过动态电子围栏与动态电子围栏区域之间有重叠现象来判断是否有车辆或航空器即将发生冲突危险。
8.如权利要求3所述的具有动态虚拟电子围栏的机场场面监控***，其特征在于，所述风险识别与分析子模块通过动态电子围栏与静态电子围栏区域之间有重叠现象来判断车辆或航空器是否进入限制区域。
9.如权利要求4所述的具有动态虚拟电子围栏的机场场面监控***，其特征在于，电子地图上有多个对象信息可以勾选并显示，其中包括有飞机、车辆、人员、各航空公司以及行驶限速信息。
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