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第一节一、研究背景和意义
随着我国经济的迅速发展，我国民航业也取得很大的发展。航班数量逐渐增加，双跑道和多跑道机场的增加以及机场规模的扩大和机场交通数量的增加,使得跑道入侵事故发生的可能性也在持续增大。跑道入侵问题是对航空器安全的一个严重威胁，全球航空业都在为如何彻底解决这一问题而出谋划策。
我国跑道入侵预警的研究情况基本上已经起步，国外的有关防止跑道入侵技术已在很多机场使用。本课题在前人基础上，提出一种基于传感器网络的跑道入侵预警系统，该系统利用传感器网络获取跑道及滑行道关键位置信息，然后将获取到的信息传输到跑道入侵检测模块，判断是否存在跑道入侵现象。预警模块将根据决策指令判断是否触发相关预警装置，进而给管制、飞行等相关人员预警。
第二节二、国内外研究现状
目前国内外对于基于传感器网络的跑道入侵预警系统有了以下相关研究。
国内对于这一模型主要集中于基于Zigbee技术的实验室无线安全监控系统，李磊等人研发了一种基于zigbee技术的实验室无线安全监控系统，该系统能实现实验室温度、烟雾、防盗以及供电等安全因素的实时测量和智能响应预警。程先峰等人提出了保障跑道安全的新型解决方案，该方案结合当前机场每条跑道的运行状态，自行判断塔台管制员对航班操作指令的合理性，在出现安全隐患时给出安全告警提示。Eric等人提出将传感线圈安装在机场道面分段的边界上，通过传感器信息确定航空器所处的位置进而实现机场监视。Kuchar J.K等人于2002年提出了一种针对复杂告警事件的全新设计方法，使系统能够在线交替执行监视，其决策是基于计算出的物理度量的告警值。Hassine MOUNGLA 和 F. KRIEF提出了将场面冲突检测和识别分辨率QoS相结合的管理方法，此检测算法能更好地识别场面运行冲突。2003年Nattavude Thirathon提出了一种神经网络模型，此模型可以大大减少错误报警的概率，比现有的线性预测更加准确。2010年美国国家航空航天局提出了一种机场场面交通冲突避免（CAAT）的概念，可以实现滑行道等场面运行潜在冲突的探测告警。
三、构建基于传感器网络的跑道入侵预警系统
第三节（一）系统组成
基于无线传感器网络的机场跑道入侵预警系统框架包括跑道交通信息采集模块、目标探测信号驱动的跑道入侵检测模块、跑道入侵预警模块。其中在跑道及滑行道关键位置一旁布设的传感器，其作用主要是采集航空器活动关键区域内的交通信息；跑道入侵控制与决策装置是根据接收到的交通信息，基于航空器活动区域的控制策略决策出控制指令；跑道入侵控制反馈装置可将接收到的控制指令转化为飞行员/驾驶员可识别的信息，如停止排灯信号。
第四节（二）传感器网络布局分析
为不失一般性，以常见机场跑道及滑行道关键位置活动区域为研究对象，如图1所示。
定义1活动区域模型 将航空器/车辆活动所在的区域定义为活动区域，通过离散化思想，利用分割线集合分割得：，其中表示跑道区域；表示跑道两头的塔台管制空域；
表示与跑道相连的关键滑行道区域；表示机场场面所有余下部分（平行滑行道、停机坪等）。
图1机场场面图
基于活动区域模型，为保证最大限度获取活动区域内交通态势信息，并保证信息无冗余，需将传感器设置在活动子区域之间的分割线处，具体见图1中的布置。当航空器/车辆通过该边界线时，传感器节点将探测到穿越信息并触发穿越事件，由此可确定当前航空器/车辆所在的活动区域。
第五节（三） 跑道入侵预警系统数据流分析
下图是传感器网络数据流的路径分析图。
图2 传感器网络数据流路径分析图
数据进入计算机后，数据被送进消息解析器中，经过解析被送到传感器融合模块，然后在需要监测的时候对航空器或者车辆进行追踪监测或者直接在显示器上进行显示。追踪需要追踪模块，追踪的数据发送到冲突监测模块，用于显示地面跑道及滑行道航空器车辆的冲突情况。冲突情况分两种，一种是有冲突，这时，该模块发送数据状态到报警灯和语言合成元件，在扬声器上进行告警，另一种没有发送冲突，冲突监测模块也发数据状态到语言合成单元通过广播和天线等进行播报航空器车辆的状态情况。
在整个系统中，控制员可以通过麦克风来控制系统的运行情况，控制员通过对麦克风传送指令，通过语言识别单元可以识别控制指令，然后传送指令到地面清除合成监测模块，这个模块可以对航空器车辆的追踪冲突监测以及地面情况进行合成，最后在显示器进行显示，来使控制员能掌握整体情况。
另一个对整个系统能进行控制的工具就是键盘输入指令，控制员可以通过键盘把指令输入到计算机中，这个指令数据进入到键盘解析模块，对键盘指令进行解析，然后传送数据到达网络组态数据基地，对数据进行识别判断，然后传送到命令消息发送机来进一步传送消息，再通过计算机接口广域网接口来传送数据，这样数据就能通过广域网进一步通过滑行道线路传输到边灯集合，然后在微型处理器的处理下来达到控制传感器的目的，来指挥控制地面航空器车辆的移动。所以广域网线路和跑道及滑行道线路是双向传输数据的。
论文作者:李宇
论文发表刊物:《科技新时代》2019年7期
论文发表时间:2019/9/10
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