機場跑道防入侵智能燈光系統(tǒng)

袁則華 王明明

（1.天津市方舟實驗中學(xué)，天津 300131；2.中國空空導(dǎo)彈研究院，河南洛陽 471009）

機場跑道防入侵智能燈光系統(tǒng)

袁則華1王明明2

（1.天津市方舟實驗中學(xué)，天津 300131；2.中國空空導(dǎo)彈研究院，河南洛陽 471009）

本文設(shè)計了一種機場跑道防入侵智能燈光系統(tǒng)，通過在機場交叉的跑道兩端設(shè)置監(jiān)測傳感器，用于監(jiān)測是否有飛機進入相應(yīng)跑道，同時根據(jù)監(jiān)測傳感器采集的信息，利用控制指示電路的閉鎖互鎖功能，為飛行員提供燈光信號指示，可以幫助飛行員和管制員增強情景意識，防止兩條交叉的跑道上同時有飛機運動，預(yù)防事故發(fā)生。

機場跑道;防入侵系統(tǒng);傳感器監(jiān)測;自動控制;燈光指示

隨著我國民航交通流量的高速增長，民航安全運行中發(fā)生跑道入侵災(zāi)難性事故的風(fēng)險很高，有關(guān)研究證明[1-3]，跑道入侵的主要危險來自于航空器與航空器的相撞，而超過一半的跑道入侵事故是由于飛行駕駛?cè)藛T差錯造成的。因此有必要開發(fā)相應(yīng)的地面或機載設(shè)備，以幫助飛行員和管制員增強情景意識，防患于未然。

目前國內(nèi)民航機場亟待開發(fā)和應(yīng)用防止跑道入侵，尤其是航空器之間沖突的自動報警和提示設(shè)備。通過專利檢索發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)僅有“基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的機場助航燈光智能控制系統(tǒng)”“機場飛行區(qū)周界安防控制報警聯(lián)動系統(tǒng)”等極少量的類似專利可以檢索到。而自動報警和提示設(shè)備的重要性在于一旦發(fā)生跑道入侵，可以立即做出響應(yīng)和警報，給飛行員和管制員以足夠的時間和空間來避免和解決跑道入侵問題?；谙嚓P(guān)領(lǐng)域?qū)＠季旨皩嵱矛F(xiàn)狀，為解決不同飛機同時進入兩個交叉跑道，形成跑道入侵安全事故的問題，本文闡述了一種機場跑道防入侵智能燈光系統(tǒng)，并已在實踐中進行了專利申請和布局。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為實現(xiàn)上述目的，本文設(shè)計了一套由監(jiān)測傳感器、控制電路、跑道通行/封閉指示燈和高音喇叭警報器組成的系統(tǒng)方案，該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示?？刂齐娐穼ΡO(jiān)測傳感器的探測結(jié)果進行響應(yīng)，進而控制指示燈和警報器的工作狀態(tài)。

圖1 基本結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)中監(jiān)測傳感器和指示燈在跑道上的布局如圖2所示。在相互交叉的A、B跑道兩端分別設(shè)置有用于監(jiān)測是否有飛機進入跑道的傳感器C1～C4，并且在A跑道和B跑道的兩側(cè)分別設(shè)置了用來指示跑道能夠通行的指示燈A1和B1，以及跑道封閉的指示燈A2和B2。其中A1和B1為綠燈，A2和B2為紅燈。各指示燈均由A跑道繼電器KM1和B跑道繼電器KM2的常開、常閉觸點配合控制。

傳感器C1～C4為光電傳感器，采用激光或紅外感應(yīng)的方式，在跑道一端的光電傳感器分為發(fā)射和接收兩部分，分別在跑道兩側(cè)放置，通過光電信號通斷的持續(xù)測量，可以精確感應(yīng)到是否有航空器通過，并產(chǎn)生輸出信號。

1.2 控制電路

控制電路是由復(fù)位開關(guān)和繼電器組成的自鎖電路，各個復(fù)位開關(guān)根據(jù)監(jiān)測傳感器和繼電器的信息進行相應(yīng)動作，如圖3所示。

控制電路包括繼電器KM1、KM2，常開復(fù)位開關(guān)SB1、SB3，常閉復(fù)位開關(guān)SB2、SB4和SB5，以及對應(yīng)繼電器KM1的常開觸點KM11、KM12和KM14，常閉觸點KM13；對應(yīng)繼電器KM2的常開觸點KM21、KM22和KM24，常閉觸點KM23。

A跑道的常開復(fù)位開關(guān)SB1、A跑道的常閉復(fù)位開關(guān)SB2和A跑道繼電器KM1線圈串聯(lián)并與供電電源連接，A跑道繼電器KM1的第一常開觸點KM11與SB1并聯(lián)；B跑道的常開復(fù)位開關(guān)SB3、A跑道的常閉復(fù)位開關(guān)SB4和B跑道繼電器KM2線圈串聯(lián)并與供電電源連接，B跑道繼電器KM2的第一常開觸點KM21 與SB3并聯(lián)。

其中，繼電器KM1，常開復(fù)位開關(guān)SB1，常閉復(fù)位開關(guān)SB2，常開觸點KM11、KM12和KM14，常閉觸點KM13均對應(yīng)A跑道；繼電器KM2，常開復(fù)位開關(guān)SB3，常閉復(fù)位開關(guān)SB4，常開觸點KM21、KM22和KM24，常閉觸點KM23均對應(yīng)B跑道。

圖2 跑道布局示意圖

圖3 控制電路原理圖

圖4 復(fù)位開關(guān)的控制原理圖

常開復(fù)位開關(guān)SB1用于指示有飛機進入A跑道，常閉復(fù)位開關(guān)SB2用于指示有飛機離開A跑道；常開復(fù)位開關(guān)SB3用于指示有飛機進入B跑道，常閉復(fù)位開關(guān)SB4用于指示有飛機離開B跑道。控制原理圖如圖4所示。

以A跑道常開復(fù)位開關(guān)SB1為例，其控制邏輯電路的輸入為傳感器C1和C2，以及繼電器KM1的常開觸點KM11的輸出。從圖中可以看出，通過與門、或門和非門的連接關(guān)系，如果傳感器C1和C2任意一個的檢測信號輸出為高電平，當KM11斷開時，SB1由斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)為閉合狀態(tài)，當KM11閉合時，SB1由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)為斷開狀態(tài)；如果傳感器C1和C2任意一個的檢測信號輸出為高電平，當KM11閉合時，SB2由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)為斷開狀態(tài)，當KM11斷開時，SB2由斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)為閉合狀態(tài)。

在機場中還設(shè)置有警報器L，用于在A、B跑道同時有飛機進入時，發(fā)出整個機場都能夠聽到的警報聲。另外，SB5為總復(fù)位開關(guān)，用于對整個控制電路進行復(fù)位。

根據(jù)傳感器采集的跑道信息，控制電路進行相應(yīng)的開關(guān)動作，進而控制指示燈的點亮、熄滅以及警報器發(fā)出警報聲。

2 工作原理

系統(tǒng)初始狀態(tài)下，繼電器KM1和KM2的線圈都是斷電狀態(tài)，其對應(yīng)的常閉觸點均為閉合狀態(tài)，常開觸點均為斷開狀態(tài)，指示燈A1、A2、B1、B2均為熄滅狀態(tài)。

當跑道A有飛機進入時，位于A跑道兩端的任一光電傳感器C1或C2檢測到飛機進入，此時，A跑道常開復(fù)位開關(guān)SB1的操作機構(gòu)將輸出一個高電平的脈沖信號，使SB1由斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)為閉合狀態(tài)，進而繼電器KM1線圈接通，KM1線圈接通后，由其控制的常開觸點KM11閉合，KM1線圈構(gòu)成自鎖電路，繼電器線圈KM1在復(fù)位開關(guān)SB1復(fù)位后仍將處于通電狀態(tài)；此外KM1的常閉觸點KM12閉合，位于A跑道的指示燈A1和位于B跑道的指示燈B2通電點亮，提示A跑道上飛機可正常通行，且B跑道關(guān)閉不可通行。

當A跑道上飛機離開跑道時，位于A跑道末端的光電傳感器檢測到飛機經(jīng)過，此時，線圈KM1通電，KM11閉合，發(fā)出的為高電平信號，常閉復(fù)位開關(guān)SB2的操作機構(gòu)接收到高電平信號，使SB2由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)為斷開狀態(tài)，這樣繼電器線圈KM1失電，其常開觸點KM11及KM12斷開，相應(yīng)的，A跑道通行指示燈A1及B跑道封閉指示燈B2均熄滅，系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。

若是在A跑道上有飛機通過時，即當A跑道通行指示燈A1和B跑道封閉指示燈B2均亮?xí)r，有其它飛機強行或者操作失誤進入B跑道，位于B跑道一端的光電傳感器檢測到飛機進入，此時，B跑道常開復(fù)位開關(guān)SB3由斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)為閉合狀態(tài)，進而繼電器KM2線圈接通，由其控制的常開觸點KM21閉合，KM2線圈構(gòu)成自鎖電路；此外常開觸點KM21閉合，常閉觸點KM23斷開，A跑道封閉指示燈A2點亮，A跑道通行指示燈A1熄滅，同時，由于KM14 和KM21同時閉合，警報器L通電，發(fā)出警報聲。這樣當兩條交叉跑道均有飛機進入時，均顯示紅色的封閉指示燈，提示不可通行，且發(fā)出警報聲，為雙方駕駛?cè)藛T乃至機場管控人員提供警示信息。

兩條跑道上均有飛機后，若其中一條跑道上飛機撤離，信號將恢復(fù)常態(tài)。

當飛機不是從A跑道出口撤離時，即不能觸發(fā)A跑道的常閉復(fù)位開關(guān)SB2時，在飛機撤離后，可通過人工復(fù)位SB2。相應(yīng)的，在特殊情況下，可通過人工操縱各個復(fù)位開關(guān)控制各個跑道的指示燈系統(tǒng)。

3 結(jié)語

本文闡述了一種機場跑道防入侵智能燈光系統(tǒng)，通過在跑道上設(shè)置光電傳感器，將光電傳感器的輸出信號作為控制電路的輸入，控制交叉跑道指示燈光的顯示，可實現(xiàn)對跑道是否允許通行進行及時有效的燈光提示，并在發(fā)生跑道沖突時自動報警。該系統(tǒng)可有效防止交叉跑道因人為因素導(dǎo)致的航空器入侵事故的發(fā)生，在交叉跑道出現(xiàn)航空器沖突的情況下，及時感應(yīng)并利用燈光系統(tǒng)警示，進一步提高了機場跑道的自動化管理水平，節(jié)省人力成本。

［1］丁靚靚.淺析跑道入侵問題的國內(nèi)外現(xiàn)狀及研究意義[J].河南科技,2013（9）:157-160.

［2］孫瑞山,馬平.跑道侵入初步研究[J].中國民航大學(xué)學(xué)報, 2007,25(增):85-87.

［3］李勇.跑道入侵的危害及預(yù)防[J].科技資訊,2013（16）: 221-222.

Anti-Intrusion Intelligent Lighting System for Airport Runway

Yuan Zehua1Wang Mingming2
(1.Fang Zhou Experimental High School of Tianjin,Tianjin 300131; 2.China Airborne Missile Academy,Luoyang Henan 471009)

This paper describes the design of a runway anti-intrusion intelligent lighting system.The monitoring sen?sors are arranged at both ends of the crossing runways at the airport,and are used for monitoring whether there is an aircraft into the corresponding runway.According to the collected monitoring sensor information,the interlock func?tion by locking control indication circuit,providing a light signal indicator for pilots,to help pilots and controllers en?hance situational awareness,and to prevent the aircraft movement on two crossing runways at the same time.

airport runway;anti-intrusion system;sensor detection;auto-control;light pointing

V351.3

A

1003-5168（2016）10-0074-03

2016-9-28

袁則華（1999-），女，高中在讀，研究方向：航空；王明明（1985-），女，碩士，研究方向：信號處理。