分布式机场助航灯光控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公布了一种分布式机场助航灯光控制系统及方法，本发明专利技术系统包括场面活动状态传感器、塔台监控站、交叉口控制器、协调控制器、直线段控制器、灯光信号PLC输出接口，通过冗余以太网进行组网连接。本发明专利技术所述方法依靠塔台监控站将场面移动对象的位置信号转化为场面活动的状态信号，该状态信号被发送到灯光控制器，控制器将生成的管制指令编码，通过冗余以太网传送到指定的灯光站对各被控对象的调光器进行控制的策略。本发明专利技术实现了全天候条件下机场场面活动的有效引导；通过灯光控制器来自动控制场面灯光的开启状态，并实时提供全局最优的活动对策建议；实现了对活动目标滑行和地面交通的高效精确引导。

【技术实现步骤摘要】

专利技术涉及一种分布式的机场助航灯光控制系统及方法，属于机场场面活动控制系 统及其方法。
技术介绍
全球航空运输业发展迅速，恶劣天气、低能见度给机场的安全、高效运行带来越 来越大的压力。为解决上述两大难题，国际上正逐步深入研究、试验一种新的地面管制概 念——高级场面运动引导和控制系统(A-SMGCS)。A-SMGCS系统通过有效的监视技术将场 面运动目标的活动态势直接反应到塔台管制员面前的显示器上，并对目标进行控制告警、 路由规划和引导，使得机场在全天候的天气下安全、有序、高效运作。国际上将A-SMGCS系统划分了五个等级。在A-SMGCS的I级和II级定义中，飞行 员根据管制员的语音引导指令，按照地面的中心线和滑行引导标志进行滑行；当系统达到 III级水平时，已经在机场场面滑行道上布置了若干助航灯光，但此时的助航灯仅限于人工 控制；而A-SMGCS系统的IV级功能要求实现助航灯光的自动引导。为满足自动引导飞机地面滑行的需求，II类运行机场配置有停止排灯和滑行道中 线灯，停止排灯位于重要的滑行道交叉口，将中线灯按60 180米划分为多个灯段。因此， 机场布设的中线灯段和停止排灯数量巨大，由人工去控制助航灯引导飞机滑行是一项非常 艰巨的工作。另外，繁忙机场运行过程中，地面滑行冲突的增长与航空器数量成几何关系的增 加，仅靠管制员通过控制助航灯光进而达到避免场面冲突，场面运行容易违背相关管制规 定，难以满足机场场面安全要求，导致机场容量难以实现提升。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是对滑行道中线灯和停止排灯的有效控制。将机场 场面分为多个滑行道中线子系统和交叉口子系统，采用Petri网分别建立滑行道直线段运 行动态模型和交叉口运行动态模型，并给出相应的标识控制规范。然后，采用控制器综合算 法对运行模型进行控制器综合，以防止其进入禁止状态。在此基础上，通过模型中变迁的使 能状态决策中线灯和交叉口停止排灯控制指令，通过可编程逻辑控制器，将控制逻辑指令 转化为对灯光的控制高低电平信号。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案本专利技术分布式机场助航灯光控制系统，包括场面活动状态传感器即场监雷达、塔台监 控站和灯光控制站，灯光控制站包括交叉口控制器、协调控制器、直线段控制器和灯光信号 PLC输出接口 ；塔台监控站将场面活动状态传感器检测的场面移动对象的位置信号转化为 场面活动的状态信号并将所述状态信号被分发到对应的交叉口、直线段和协调控制器，交 叉口、直线段和协调控制器将生成的管制逻辑指令编码经过灯光信号PLC输出接口后通过 冗余以太网传送到指定的灯光站，灯光站通过灯光调光器控制场面灯光设备，灯光监视设备将采集的场面灯光设备的实时状态反馈给塔台监控站。优选地，所述交叉口控制器包括Petri网控制器、停止排灯执行器和滑行位置辨 识器，其中Petri网控制器利用滑行位置辨识器进行辨识航空器实时滑行位置，然后Petri 网控制器自动决策停止排灯光控制指令并通过停止排灯光执行器驱动灯光信号切换。分布式机场助航灯光控制系统的控制方法，包括如下步骤a)采用场监雷达采集机场场面活动目标实时信息，将整个场面的活动目标的位置信息 通过以太网络传送给塔台监控站；b)塔台监控站将步骤a所述的场面移动位置信号转化成场面活动的状态信号，该状态 信号将会被发送到相应的交叉口控制器、直线段控制器和协调控制器；c)步骤b所述的控制器将会生成相应的逻辑控制指令，然后通过冗余以太网传送到指 定的灯光站；d)灯光站的控制计算机会判断所接收到的逻辑控制指令，在验证无误后与之实现通 信，通过PLC输出电平信号给灯光控制器来执行相应的场面灯光控制；e)用灯光监视设备来监视整个场面的灯光情况，然后通过冗余以太网将信息反馈给 塔台监控站，一旦发现故障，塔台监控站报警。本专利技术的有益效果如下1.场面助航灯自动控制决策的实现，将消除传统控制模式对管制员个人工作经验的 过度依赖，减轻管制员工作负荷。2. 将监控器与助航灯光系统通过助航灯控制指令生成与传输模块终端实现无 缝连接，实时将管制指令转换为灯光引导，实现对活动目标滑行和地面交通进行精确高效 引导。3. 将管制指令通过助航灯直接传递给飞行员，这样可以保障飞行员有足够的时 间执行滑行指令，从而提高了场面运行的安全和效率。这样使得动态路径规划从战术上避 免滑行冲突，减少航空器的等待时间，显著提高场面交通容量，以适应未来航空运输需求。附图说明图1机场助航灯光控制系统组成图。图2滑行道交叉口停止排灯光控制决策结构。图3典型滑行道交叉口。图4图3所示交叉口基于Petri网的运行模型。图5:滑行道中线灯控制结构。图6:滑行道中线灯运行。图7:图6所示直线段Petri网运行模型。图8:滑行道直线段Petri网运行模型一部分。图9:滑行道系统局部运行情形。图10滑行道的Petri网运行模型。具体实施例方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明如图1所示，本专利技术提出基于离散事件监控理论的分布式场面助航灯控制系统，需要 依次实现交叉口运行模块、直线段控制模块和面向对头冲突控制的停止排灯与中线灯协调 控制模块。1.交叉口运行模块滑行道交叉口停止排灯控制采用混杂控制结构对停止排灯的控制决策结构进行设计， 其决策结构如图2所示。以Petri网控制器作为停止排灯离散控制器，并通过接口部分实 现与航空器连续滑行状态的信息交互。在交叉口运行过程中，Petri网控制器对航空器实 时滑行位置利用滑行位置辨识器进行辨识，然后自动决策停止排灯光控制指令，并通过停 止排灯光执行器驱动灯光信号切换，从而达到控制航空器在交叉口运行动态的目的。在该 控制决策结构中，离散控制部分的Petri网控制器是实现灯光控制决策自动化的核心。本专利采用一类典型交叉口如图3所示，此交叉口连接四个直线滑行路段，并假 设每个路段均允许各类航空器分时双向运行，也即在不同的时段内允许各类航空器沿某一 方向滑行。具体实施方案是首先，我们建立一个滑行道交叉口 Petri网运行模型如下 MPN二 (^iUP1 UP^rf-UT1,Pr^PastMt)其中，库所ft e巧(i =Hr)表示交叉口活动区域，所含托肯表示处于活动区域的航空器。1^=12 『-|>表示交叉口引导区域，ρ,表示交叉口核心区域；库所rieij，=为交叉口航空器运行指示库所，当库所=D中的托肯代表即将进入(或离幵)核心区域的航空器时，Af(Pl)=I, M(Z0) = O丨成JfQ7;) = O ,M(Fi) = I)；变迁t-B eTr成Iri eTr (i = -I)表示航空器进入或离幵交叉口核心区域变迁&€&或1^€昊(| = 0 |^_0表示航空器进入或离开交叉口引导区域；Jfe为定义在P3Cl1上的前向关联矩阵；Jtaf为定义在Pxf上的后向关联矩阵；为初始标识，表示交叉口的初始运行状态。其次，滑行道交叉口运行模型控制。第一步，运行模型标识控制。在交叉口 Petri网运行模型里，我们依据滑行道交 叉口管制规则，建立一些约束(1)交叉口引导区域和核心区域在同一时刻只允许被一架航空器占用(2)对某一个交叉口引导区而言，对应指示库所WePi和/4<￡尽至多允许二者之一含有一个托本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式机场助航灯光控制系统，其特征在于包括场面活动状态传感器即场监雷达、塔台监控站和灯光控制站，灯光控制站包括交叉口控制器、协调控制器、直线段控制器和灯光信号ＰＬＣ输出接口；塔台监控站将场面活动状态传感器检测的场面移动对象的位置信号转化为场面活动的状态信号并将所述状态信号被分发到对应的交叉口、直线段和协调控制器，交叉口、直线段和协调控制器将生成的管制逻辑指令编码经过灯光信号ＰＬＣ输出接口后通过冗余以太网传送到指定的灯光站，灯光站通过灯光调光器控制场面灯光设备，灯光监视设备将采集的场面灯光设备的实时状态反馈给塔台监控站。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤新民，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84