馮曉磊，牟奇鋒

（中國民用航空飛行學(xué)院，四川 618307）

機(jī)坪安全監(jiān)視方法研究

馮曉磊，牟奇鋒

（中國民用航空飛行學(xué)院，四川 618307）

在機(jī)坪上，航空器與保障車輛主要有滑行和停放兩種狀態(tài)。不同狀態(tài)下，兩者對地面空間的占用情況是不同的?？紤]其外形輪廓、機(jī)坪運(yùn)行要求的安全凈距、制動(dòng)距離等因素，從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)角度，對機(jī)坪上的航空器或車輛劃設(shè)沖突警戒區(qū)，通過檢測區(qū)域重疊的方法，判斷是否存在沖突，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對機(jī)坪的安全監(jiān)視。仿真結(jié)果表明，當(dāng)兩架飛機(jī)的沖突警戒區(qū)重疊時(shí)，外形輪廓區(qū)域顯示黑色并告警。

機(jī)坪；沖突警戒區(qū)；區(qū)域重疊檢測；告警

0 引言

機(jī)坪上的交通系統(tǒng)構(gòu)成比較復(fù)雜，不僅有大量航空器的推出、開車、滑行，還有為航空器提供保障作業(yè)的大量特種服務(wù)車輛、設(shè)備及人員的活動(dòng)，近年來，隨著航班量的增多，機(jī)坪不安全事件[1]時(shí)有發(fā)生。為防止機(jī)坪上運(yùn)行的航空器之間、航空器與特種車輛、設(shè)備之間發(fā)生沖突或擦掛，筆者通過劃設(shè)出沖突警戒區(qū)域并用于沖突檢測的方法，實(shí)現(xiàn)對機(jī)坪安全監(jiān)視。

1 沖突警戒區(qū)劃設(shè)

民航組織規(guī)定[2]，機(jī)坪上運(yùn)行的航空器，必須滿足其運(yùn)行時(shí)要求的安全凈距L，參見表1。

因此，航空器停放在機(jī)坪時(shí)，對地面空間的占用受到其外形輪廓以及安全凈距的影響，基于航空器的外形輪廓，向飛機(jī)周邊外推一個(gè)距離L，形成一個(gè)新的區(qū)域，作為保護(hù)區(qū)，即機(jī)坪上停放的航空器的沖突警戒區(qū)，如圖1所示。

圖1 機(jī)坪上停放航空器的沖突警戒區(qū)域

考慮到航空器運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化會(huì)導(dǎo)致航空器對空間的占用情況發(fā)生變化，在上述保護(hù)區(qū)的基礎(chǔ)上，沿機(jī)頭方向前推一個(gè)距離H，得到航空器在機(jī)坪上滑行時(shí)的沖突警戒區(qū)域[3]。距離H為一個(gè)最小制動(dòng)距離，滿足以下條件：

表1 機(jī)坪與等待坪停放航空器的最小凈距L（單位：m）

式中：V為航空器的速度，m/s；a為航空器制動(dòng)加速度，m/s2；t為時(shí)間；s為提高模型安全度，t應(yīng)包含指揮員、駕駛員反應(yīng)時(shí)間、信息傳遞時(shí)間。

機(jī)坪上運(yùn)行的車輛沒有安全凈距要求，因此考慮到車輛的外形輪廓與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化對空間占用的影響，類似方法可得到車輛的沖突警戒區(qū)域，用于檢測車輛與航空器之間是否存在沖突。

2 算法實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化

結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，劃設(shè)沖突警戒區(qū)域，由此沖突檢測轉(zhuǎn)化為判斷兩個(gè)多邊形區(qū)域的相交問題。為實(shí)現(xiàn)沖突檢測算法，首先采集在機(jī)坪活動(dòng)的航空器的制動(dòng)加速度、機(jī)型參數(shù)以及運(yùn)行要求的安全凈距，寫入數(shù)據(jù)庫。其次，在綜合監(jiān)視技術(shù)條件下，獲取航空器的位置坐標(biāo)、速度、航向等信息寫入數(shù)據(jù)庫。最后，根據(jù)航空器的位置坐標(biāo)、機(jī)型參數(shù)、安全凈距等信息實(shí)現(xiàn)沖突警戒區(qū)域的定義，進(jìn)行沖突檢測，即每隔一段時(shí)間，判斷警戒區(qū)是否重疊，若重疊，則要求駕駛員采取制動(dòng)措施。

如果按照上述算法編程進(jìn)行沖突檢測，則需要對機(jī)坪上所有的飛機(jī)或車輛，兩兩之間進(jìn)行相互比較，判斷兩者時(shí)間的沖突警戒區(qū)域是否重疊。然而在實(shí)際運(yùn)行中，存在兩架飛機(jī)距離較遠(yuǎn)，沒必要進(jìn)行沖突檢測。因此要對算法進(jìn)行優(yōu)化。

將機(jī)坪劃分為若干個(gè)區(qū)域，對同一個(gè)區(qū)域內(nèi)的飛機(jī)或車輛進(jìn)行沖突檢測，相鄰區(qū)域兩架飛機(jī)之間的距離超過2H的，不進(jìn)行沖突檢測。這樣大大減少了區(qū)域重疊檢測的次數(shù)，提高算法的效率。

優(yōu)化后的沖突檢測算法的流程如圖2所示。

3 仿真驗(yàn)證

以兩架飛機(jī)A、B為例，假定A在機(jī)坪某機(jī)位上停放，B在機(jī)坪滑行道上滑行，并且滑向A所在停機(jī)位。基于上述兩架飛機(jī)，通過編程對沖突檢測算法驗(yàn)證，如圖3所示，兩架飛機(jī)的警戒區(qū)域剛好重疊，此時(shí)航空器輪廓區(qū)域顯示黑色并告警，仿真結(jié)果表明提出的算法能夠?qū)崿F(xiàn)沖突告警，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對機(jī)坪的安全監(jiān)視。

圖2 優(yōu)化后的沖突檢測算法流程

圖3 沖突檢測算法仿真結(jié)果

4 結(jié)語

通過沖突檢測的方法，來規(guī)避機(jī)坪上運(yùn)行的航空器之間、航空器與車輛之間的沖突或擦掛現(xiàn)象，是對現(xiàn)有的攝像頭監(jiān)視手段的突破，能更有效地輔助機(jī)場運(yùn)控中心工作人員實(shí)現(xiàn)對機(jī)坪的安全監(jiān)視。同時(shí)，能促使駕駛員在航空器活動(dòng)區(qū)內(nèi)作業(yè)或行駛時(shí)，嚴(yán)格遵守機(jī)坪航空器活動(dòng)區(qū)車輛交通管理的規(guī)定，具有實(shí)際意義。

[1] 杜珺，王飛，鄭鴻樸.基于改進(jìn)的HFACS機(jī)坪保障車輛不安全事件的灰色關(guān)聯(lián)分析[J].安全與環(huán)境工程，2014,21（2）：143～146

[2] 國際民用航空公約.附件14機(jī)場[Z]，2009

[3] 牟奇鋒，馮曉磊.航空器地面滑行碰撞檢測方法研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2013,23（12）：84～89

Research on Apron Safety Monitoring Method

FENG Xiao-1ei，MOU Qi-feng
（Civi1 Aviation F1ight University of China，Sichuan 618307）

In apron,aircraft and service vehic1es main1y have two states:taxiing and parking.Under different conditions,both of them occupy different space on the ground.According to characteristics,safety c1earance of the aircraft and the braking distance,from the point of view of computer graphics,design a conf1ict a1ert zone for the aircraft and service vehic1es in apron.By the method of testing whether conf1ict a1ert zone have a common part,detemines a conf1ict exists or not was determined.And,rea1izes the safety monitoring of apron.With the he1p of simu1ation,draws a conc1usion was drawn that when conf1ict a1ert zone of two aircrafts have a common part,the contour area show b1ack and a1erting at the same time.

Apron;Conf1ict A1ert Zone;Area Over1apping Detection;A1ert

1007-1423（2015）05-0051-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.05.011

馮曉磊（1988-），男（漢族），山東臨朐人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)闄C(jī)場運(yùn)行管理

牟奇鋒（1972-），男，重慶萬州人，博士，教授，研究方向?yàn)闄C(jī)場運(yùn)行管理

2014-12-23

2014-01-25

中國民用航空飛行學(xué)院研究生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（No.X2013-35）