許 峰 湯新民 揭 東 洪網(wǎng)君

(南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院 南京 210016)

跑道入侵防御系統(tǒng)的可重構(gòu)性研究*

許 峰 湯新民 揭 東 洪網(wǎng)君

(南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院 南京 210016)

為了實現(xiàn)跑道入侵防御系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性，提出了一種基于Petri網(wǎng)跑道入侵防御系統(tǒng)的重構(gòu)方法.對監(jiān)視數(shù)據(jù)源進行了數(shù)據(jù)分析與處理，并基于標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建機場的矢量地圖模型，再結(jié)合機場場面跑道結(jié)構(gòu)建立跑道Petri網(wǎng)控制器模型，構(gòu)建跑道狀態(tài)燈模型，利用重構(gòu)方法建立了各個模塊之間的接口，包括機場地圖模型與Petri網(wǎng)控制器模型、Petri網(wǎng)控制器與跑道狀態(tài)燈模型、車輛/航空器分布向量與Petri網(wǎng)控制器標(biāo)識向量、可控變遷的使能狀態(tài)向量與跑道狀態(tài)燈狀態(tài)向量，并通過案例說明了跑道入侵防御系統(tǒng)重構(gòu)方法的有效性.

跑道入侵防御；Petri網(wǎng)控制器；接口；可重構(gòu)性

0 引 言

跑道是機場流量的瓶頸.隨著各個機場飛機架數(shù)的大幅增加，跑道入侵問題越來越嚴(yán)重，跑道入侵防御系統(tǒng)的研究與應(yīng)用也越來越廣泛.國際民航組織(international civil aviation organization,ICAO)提出一個全新概念的“先進的場面活動引導(dǎo)和控制系統(tǒng)”(advanced surface movement guidance and control systems,A-SMGCS)[1]，將場面監(jiān)視雷達、多點定位作為監(jiān)視源獲取航空器的位置，通過融合器將數(shù)據(jù)進行融合，并將航空器和車輛位置信息顯示在機載活動地圖(HUD)和ATC監(jiān)視器上，實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)所有活動目標(biāo)的自動引導(dǎo)與控制，但未對系統(tǒng)的通用性問題進行闡述；歐洲EUROCONTROL、美國NASA,FAA等組織也分別提出了自己的預(yù)防跑道入侵事件的機場管制計劃.EUROCONTROL在A-SMGCS的基礎(chǔ)上提出歐洲機場活動管理系統(tǒng)(european airport movement management by asmgcs,EMMA)，以監(jiān)視雷達、多點定位、ADS-B和飛行計劃等作為監(jiān)視數(shù)據(jù)源，以狀態(tài)機、預(yù)測機等作為邏輯器，以沖突告警、路徑引導(dǎo)、機載活動地圖等手段作為控制器，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為完善，卻忽略了系統(tǒng)的重構(gòu)性問題[2].美國NASA提出并研究了滑行道引導(dǎo)和情景意識系統(tǒng)(taxiway navigation and situation awareness system,T-NASA)[3]，將監(jiān)視雷達、多點定位和終端區(qū)監(jiān)控作為監(jiān)視源，以狀態(tài)機、預(yù)測引擎等作為邏輯器，以燈光系統(tǒng)和ATC監(jiān)視器作為控制器，但是該系統(tǒng)每應(yīng)用一個機場都需要重新設(shè)計，缺少一定的靈活性.FAA提出的場面運行自動化(surface operation automation research,SOAR)[4]由監(jiān)視數(shù)據(jù)源、邏輯器和控制器組成，利用監(jiān)視數(shù)據(jù)源與飛行計劃融合信息進行邏輯處理，將場面情況、沖突信息、飛行計劃等信息在機載活動地圖上顯示并實現(xiàn)自動引導(dǎo)，但沒有考慮到場面自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的通用化問題；國內(nèi)以Tang等[5]為代表的學(xué)者對基于Petri網(wǎng)跑道入侵防御系統(tǒng)的運行過程進行了研究，注重于跑道入侵防御系統(tǒng)運行原理，但是缺乏對系統(tǒng)靈活性和通用性的研究.

基于上述不足，本文主要對跑道入侵防御系統(tǒng)的可重構(gòu)性展開研究.

1 跑道入侵防御系統(tǒng)

跑道入侵防御系統(tǒng)主要是指通過目標(biāo)探測工具獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)信息，將獲取數(shù)據(jù)信息通過有線或無線等路徑傳輸?shù)叫畔⑷诤现行?，信息融合中心根?jù)控制要求和管制規(guī)范等條件，自動將控制指令發(fā)送到控制終端，實現(xiàn)對運動目標(biāo)進行引導(dǎo)和控制的系統(tǒng)[6].在此基礎(chǔ)上，本文提出了由監(jiān)視數(shù)據(jù)源、機場地圖模型、Petri網(wǎng)控制器模型和跑道狀態(tài)燈模型四個模塊構(gòu)成的可重構(gòu)性跑道入侵防御系統(tǒng)，見圖1.由于本文中跑道入侵防御系統(tǒng)的可重構(gòu)性是指僅通過改變監(jiān)視數(shù)據(jù)源、機場地圖模型、Petri網(wǎng)控制器、跑道狀態(tài)燈模型以及它們之間的接口，實現(xiàn)對于不同機場跑道入侵防御系統(tǒng)的應(yīng)用.因此，本文主要針對可重構(gòu)性跑道入侵防御系統(tǒng)的四個模塊及其重構(gòu)方法展開研究.

圖1 跑道入侵防御系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)

2 模塊構(gòu)建

2.1 監(jiān)視數(shù)據(jù)源處理

本文的監(jiān)視信息源擬采用ADS-B和北斗導(dǎo)航系統(tǒng)兩種監(jiān)視源的數(shù)據(jù)融合方式，利用ADS-B和北斗導(dǎo)航系統(tǒng)分別對航空器和車輛的位置信息進行實時獲取.

2.1.1ADS-B數(shù)據(jù)格式

ADS-B的數(shù)據(jù)信息是以ADS-B報文形式進行傳輸，主要包括目標(biāo)的四維位置信息(經(jīng)度、緯度、高度和時間)和其它可能附加信息(沖突告警信息，飛行員輸入信息，航跡角，航線拐點等信息)以及飛機的識別信息和類別信息.為了提高ADS-B接收機的效率，ADS-B接收機僅提取了機場場面監(jiān)視的有用信息，則每條ADS-B數(shù)據(jù)可以用向量表示為

j=(i,a,B,L,H,v,c)

式中：i為飛機識別號；a為ICAO地址；B為緯度；L為經(jīng)度；H為海拔；v為速度；c為航向.

2.1.2北斗數(shù)據(jù)格式

北斗的數(shù)據(jù)信息主要包括目標(biāo)的位置信息(經(jīng)度、緯度、時間)和其他的附加信息(航向、速度、航線、起終點等信息)以及目標(biāo)終端識別信息和類別信息.北斗數(shù)據(jù)接收機也僅提取了機場場面監(jiān)視的有用信息，則每條北斗數(shù)據(jù)可以用向量表示為

k=(i,L,B,t,v,c)

式中：i為終端編號；L為經(jīng)度；B為緯度；t為時間；v為地速；c為航向.

2.1.3坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

在場面監(jiān)視系統(tǒng)中，機場地圖采用的是Mercator平面投影坐標(biāo)，而目標(biāo)的位置信息均采用的是WGS-84坐標(biāo)系，所以需要將WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為Mercator平面投影坐標(biāo)，將轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)經(jīng)過平移、旋轉(zhuǎn)和縮放轉(zhuǎn)換為本地坐標(biāo)，實現(xiàn)地圖坐標(biāo)系與目標(biāo)位置坐標(biāo)的匹配.

假設(shè)目標(biāo)M的經(jīng)緯度坐標(biāo)為(L，B，H)，目標(biāo)在Mercator投影坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(x,y,z)，則WGS-84經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為Mercator投影坐標(biāo)，并將投影坐標(biāo)X(x,y)經(jīng)過平移、旋轉(zhuǎn)和縮放，得到的平面坐標(biāo)X′(x′,y′)滿足：

(x,y,z)=f*(L.B.H)

(1)

(x′,y′)=g*(x,y)

(2)

式中：f*，g*見文獻[7].

2.2 機場地圖模型構(gòu)建

2.2.1機場矢量地圖模型構(gòu)建

為了避免跑道地圖模型的局限性，本文擬從機場整體出發(fā)構(gòu)建機場矢量地圖模型，即機場矢量地圖數(shù)據(jù)庫.文獻[7]中有關(guān)構(gòu)建機場地圖數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)主要從跑道、滑行道、停機坪和施工區(qū)四個部分進行了描述.

機場的每個部分由多個要素組成，跑道由跑道元素、跑道交叉口、跑道入口點、跑道標(biāo)志、中心線、等待線、跑道路肩等要素組成；滑行道由滑行道元素、滑行道交叉口、滑行道道肩、滑行引導(dǎo)線、滑行道等待標(biāo)志等要素組成；停機坪主要由停機坪元素、等待引導(dǎo)線、停機點、停機區(qū)、除冰區(qū)等要素組成；施工區(qū)是指在飛行區(qū)內(nèi)由于損壞、維修等原因而進行施工的多邊形區(qū)域.

2.2.2跑道入侵防御區(qū)域模型構(gòu)建

根據(jù)機場地圖數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，利用跑道元素多邊形A和滑行道元素多邊形E構(gòu)建跑道入侵防御區(qū)域模型.

將航空器和車輛活動影響跑道安全的區(qū)域定義為跑道入侵防御區(qū)域集合W=WZ∪WY，Wz為航空器的進近保護區(qū)wa和離場保護區(qū)wd集合，WY為由跑道元素多邊形A和與跑道連接的滑行道元素多邊形E組成的跑道入侵防御地面區(qū)域集合且WY=WA∪WE，利用分割線集合S=(s1,s2,…,sn)將跑道入侵防御地面區(qū)域WY分割，則WA={wR}，WE={w1,w2,w3,…,wn}，見圖2.wR為跑道區(qū)域圖形，wa為進近保護區(qū)圖形，wd為離場保護區(qū)圖形，w1,w2,w3,…,wn為與跑道連接滑行道子區(qū)域圖形.

圖2 跑道入侵防御區(qū)域

2.3 Petri網(wǎng)控制器模型構(gòu)建

2.3.1跑道運行模型

跑道運行模型定義為Petri網(wǎng)N={P,T,Pre,Post,m}[8]，見圖3.機場的跑道運行方向pD采用主用方向1，其中庫所集合P=PA∪PR∪PT，PA為塔臺管制進近和離場區(qū)域WZ集合，PR為跑道區(qū)域WA集合，PT為與跑道連接的滑行道區(qū)域WE集合；變遷集合T=TC∪TU，TC和TU分別為可控變遷集合與不可控變遷集合；Pre為P×T的有向弧集，方向為庫所pi∈P到變遷tj∈T，權(quán)重為1；Post為T×P的有向弧集，方向為變遷tj∈T到庫所pi∈P，權(quán)重為1；m為標(biāo)識向量，反映了跑道控制區(qū)域內(nèi)航空器/車輛的分布狀況.

圖3 跑道運行模型

2.3.2跑道運行約束模型

根據(jù)跑道入侵防御規(guī)則，建立對車輛和航空器的跑道活動控制規(guī)范.場面活動模型狀態(tài)演變過程中所禁止?fàn)顟B(tài)可描述為標(biāo)識的加權(quán)和不超過某一上限，用線性不等式約束條件或與之等價的約束條件L·m≤b.L為標(biāo)識加權(quán)矩陣；m為場面狀態(tài)標(biāo)識，表示場面每個子區(qū)域內(nèi)車輛或航空器的數(shù)量；向量b為標(biāo)識加權(quán)和的閾值向量，對車輛和航空器主要有以下約束.

1) 一架航空器在跑道上起飛或著落，禁止車輛/航空器穿越跑道或在跑道上行駛 則其對應(yīng)的約束條件可以描述為

m(p28)≤1

(3)

2) 已經(jīng)發(fā)布落地許可，禁止車輛/航空器在跑道上行駛 則其對應(yīng)的約束條件可以描述為

m(p27)+m(p28)≤1

(4)

3) 禁止車輛/航空器從用于脫離跑道的滑行道進入 當(dāng)采用主方向1運行時m(pD)=1，航空器只能從滑行道w6,w8,w9,w10,w11,w12,w13脫離，所以脫離滑行道均禁止車輛/航空器進入，則其對應(yīng)的約束條件可以描述為

(5)

2.3.3Petri網(wǎng)控制器模型設(shè)計

圖4為跑道采用主方向1時的Petri網(wǎng)控制器模型，本文擬在跑道運行模型上利用添加控制器庫所pC的方法，利用控制庫所去控制可控變遷的使能狀態(tài)；對于不可控變遷，給跑道添加觀測庫所利用禁止弧來控制起飛等待變遷的狀態(tài).跑道Petri網(wǎng)控制器模型可以定義為

PN=(P,T,Pre,Post,C,V,m)

式中：C為控制庫所集，用于控制可控變遷的失能和使能；V為觀測庫所集，用于觀測從不可控變遷進入跑道庫所的目標(biāo).

圖4 Petri網(wǎng)控制器模型

2.4 跑道狀態(tài)燈模型構(gòu)建

跑道狀態(tài)燈的作用主要是為了減少跑道入侵事件的頻率和嚴(yán)重程度，防止跑道入侵事故發(fā)生.為了利用跑道狀態(tài)燈去增強航空器和車輛駕駛員的情景意識，本文擬在跑道與滑行道交叉口的關(guān)鍵位置布置跑道進入燈和起飛等待燈.

將布置在跑道入侵防御區(qū)域用于禁止機場場面運動目標(biāo)運行的點集定義為跑道狀態(tài)燈模型L=LRELs∪LTHLs.LRELs為跑道進入狀態(tài)燈集合，LTHLs為起飛等待狀態(tài)燈結(jié)合，見圖5.跑道進入燈開啟表示不允許航空器或車輛進入跑道，起飛等待燈開啟表示跑道端口的航空器處于等待起飛狀態(tài).基于跑道狀態(tài)燈亮和滅的狀態(tài)實現(xiàn)控制整個跑道的運行態(tài)勢.

圖5 跑道狀態(tài)燈模型

3 重構(gòu)方法

3.1 機場跑道入侵防御系統(tǒng)的重構(gòu)方法設(shè)計

1) 根據(jù)前面所提到的模型構(gòu)建方法，分別建立機場地圖模型、Petri網(wǎng)控制器模型和跑道狀態(tài)燈模型.在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建機場地圖模型與Petri網(wǎng)控制器接口，利用跑道防御區(qū)域觀測器標(biāo)識Petri網(wǎng)控制器模型庫所，實現(xiàn)車輛/航空器分布向量到庫所標(biāo)識向量的變換.

2) 以Petri網(wǎng)控制器模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建Petri網(wǎng)控制器模型與跑道狀態(tài)燈模型接口，根據(jù)Petri網(wǎng)可控變遷使能狀態(tài)向量與跑道狀態(tài)燈狀態(tài)向量變換關(guān)系，利用變遷使能狀態(tài)驅(qū)動跑道狀態(tài)燈狀態(tài)，從而實現(xiàn)變遷與跑道狀態(tài)燈的聯(lián)動作用.

3.2 機場地圖模型與Petri網(wǎng)控制器接口

3.2.1跑道入侵防御區(qū)域集合與Petri網(wǎng)控制器庫所集合映射

將可重構(gòu)的跑道入侵防御區(qū)域集合W與跑道Petri網(wǎng)控制器模型中庫所集合P關(guān)聯(lián)關(guān)系的重構(gòu)過程定義為跑道入侵防御區(qū)域集合與Petri網(wǎng)控制器庫所集合映射Ω=(W,P,α).α:W×P→K，α為重構(gòu)規(guī)則下跑道入侵防御區(qū)域集合W與庫所集合P的關(guān)聯(lián)關(guān)系，關(guān)聯(lián)狀態(tài)K={0，1}.

因為Petri網(wǎng)模型中有進、出庫所，所以跑道入侵防御區(qū)域的一個子區(qū)域w可能對應(yīng)跑道Petri網(wǎng)模型中的兩個庫所pi,pj.根據(jù)重構(gòu)原理，將重構(gòu)規(guī)則α用二維重構(gòu)矩陣A表示，且滿足以下公式

p=Aw

(6)

3.2.2分割線集合與不可控變遷集合映射

將跑道入侵防御區(qū)域的分割線集合S與Petri網(wǎng)控制器模型中不可控變遷集合TU關(guān)聯(lián)關(guān)系的重構(gòu)過程定義為分割線集合與不可控變遷集合映射Γ=(S,TU,β).β:S×TU→K，β為重構(gòu)規(guī)則下分割線集合S與Petri網(wǎng)控制器不可控變遷集合TU的關(guān)聯(lián)關(guān)系，關(guān)聯(lián)狀態(tài)K={0，1}.則重構(gòu)規(guī)則β用二維重構(gòu)矩陣B表示，滿足下面公式：

tU=Bs

(7)

3.3 目標(biāo)分布向量與標(biāo)識向量變換

將映射δ:W→E稱為車輛航空器分布與跑道入侵防御區(qū)域的觀測器，E為n維單位向量的集合.δ滿足：假設(shè)車輛/航空器在τ時刻的位置為x(τ)，若x(τ)∈wj?δ(x(τ))=ej.ej為第j個元素的為1的單位向量.

(8)

又庫所向量與跑道入侵防御區(qū)域向量滿足p=Aw，所以標(biāo)識向量m與目標(biāo)分布向量y的變換可以表示為

m=qAy

(9)

3.4 Petri網(wǎng)控制器模型與跑道狀態(tài)燈模型接口

Petri網(wǎng)控制器模型與跑道狀態(tài)燈模型接口主要包括可控變遷與跑道狀態(tài)燈模型映射，可控變遷使能狀態(tài)向量與跑道狀態(tài)燈狀態(tài)向量變換.

將可重構(gòu)的跑道狀態(tài)燈集合L與跑道Petri網(wǎng)控制器模型中可控變遷集合Tc關(guān)聯(lián)關(guān)系的重構(gòu)過程定義為可控變遷與跑道狀態(tài)燈模型映射Λ=(L,TC,γ).γ:L×TC→K，γ為重構(gòu)規(guī)則下跑道狀態(tài)燈集合L與變遷集合Tc的關(guān)聯(lián)關(guān)系，關(guān)聯(lián)狀態(tài)K={0，1}.

跑道狀態(tài)燈模型包括起飛等待狀態(tài)燈、跑道進入狀態(tài)燈.跑道Petri網(wǎng)模型中進出庫所由兩個變遷來控制，但是跑道入侵防御系統(tǒng)只需要控制進入跑道庫所的變遷狀態(tài)，而不需要控制從跑道庫所出去的變遷狀態(tài).因此，跑道進入燈子狀態(tài)燈l只要與進入跑道庫所的變遷t對應(yīng).根據(jù)狀態(tài)燈重構(gòu)原理，將重構(gòu)規(guī)則γ用二維重構(gòu)矩陣C表示，滿足：

l=CtC

(10)

3.5 可控變遷使能狀態(tài)向量與跑道狀態(tài)燈狀態(tài)向量變換

可控變遷使能狀態(tài)e={0,1}，其中1為變遷使能，0為變遷失能；狀態(tài)燈狀態(tài)f={0,1}，其中1為狀態(tài)燈l處于開啟狀態(tài)，0為燈l處于關(guān)閉狀態(tài).

將可控變遷在τ時刻所處得使能狀態(tài)稱為可控變遷使能狀態(tài)向量u.將跑道狀態(tài)燈在τ時刻所處得狀態(tài)稱為跑道狀態(tài)燈狀態(tài)向量v.

又跑道狀態(tài)燈向量與可控變遷向量滿足l=CtC，所以可控變遷使能狀態(tài)向量與跑道狀態(tài)燈狀態(tài)向量的變換可以表示為

(11)

4 案例分析

本文在ArcGIS二次開發(fā)監(jiān)視平臺上，以南京祿口機場為例，根據(jù)DOC 9881文件有關(guān)機場地圖數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，建立了該機場的矢量地圖模型，見圖6.在此基礎(chǔ)上，對跑道入侵防御系統(tǒng)的重構(gòu)進行分析.

圖6 祿口機場矢量地圖模型

在機場矢量地圖模型的基礎(chǔ)上，以祿口機場的06-24和07-25兩條跑道區(qū)域作為本文的研究對象，對兩條跑道入侵防御區(qū)域進行單元區(qū)域劃分，并在跑道的關(guān)鍵位置設(shè)置可控的跑道狀態(tài)燈模型，見圖7.兩條跑道劃分區(qū)域包括航空器的進近和離場單元保護區(qū)wa,wa2,wd,wd2,跑道單元區(qū)域wR,wR2，與跑道連接的滑行道單元區(qū)域w1～w13、w14～w21；l1,l2,l3,l4,l7,l8,l11分別為航空器/車輛由滑行道區(qū)域w1,w2,w12,w13,w14,w15,w21進入跑道的禁止?fàn)顟B(tài)燈，l5,l6,l10,l11為起飛等待狀態(tài)燈.

根據(jù)圖7構(gòu)建航空器和車輛聯(lián)合運行的Petri網(wǎng)控制器模型，并且Petri網(wǎng)控制器模型會以XML文件形式保存.

圖7 跑道入侵防御區(qū)域圖

在以上模型的基礎(chǔ)上，進行跑道入侵防御系統(tǒng)的重構(gòu)分析.根據(jù)重構(gòu)規(guī)則，采用映射關(guān)系建立機場地圖模型與Petri網(wǎng)控制器接口，Petri網(wǎng)控制器模型與跑道狀態(tài)燈模型接口.利用C#程序?qū)C場矢量地圖模型、跑道入侵防御模型、Petri網(wǎng)控制器模型、跑道狀態(tài)燈模型以及他們之間的接口進行解析與加載，然后利用重構(gòu)方法實現(xiàn)跑道入侵防御區(qū)域目標(biāo)分布向量與庫所標(biāo)識向量變換、可控變遷使能狀態(tài)向量與狀態(tài)燈狀態(tài)向量變換，即實現(xiàn)了跑道入侵防御系統(tǒng)的重構(gòu).

以祿口機場的07-25跑道入侵防御單元區(qū)域為例，則其接口對應(yīng)的重構(gòu)公式分別為

p′=A1w′

tU′=B1s′

l′=C1tC′

(12)

a1,1=a2,1=a3,2=a4,2=…=a25,13=a26,13=1，a27,14=a28,15=a29,16=1且其余值都為0；

b15,3=b21,4=…=b47,11=1且其余值都為0；

c1,6=c2,10=c3,50=c4,54=c5,3=1且其余值都為0.

同理，06-24跑道入侵防御單元區(qū)域的重構(gòu)公式為

p″=A2w″

tU″=B2s″

l″=C2tC″

(13)

利用祿口機場接口的重構(gòu)規(guī)則，將其作用于跑道入侵防御區(qū)域模型、Petri網(wǎng)控制器模型和跑道狀態(tài)燈模型，得到重構(gòu)后的關(guān)系模型，見圖8.

另外，此時跑道運行方向m(pD)=1，控制器庫所標(biāo)識m(pC)=1，當(dāng)跑道單元區(qū)域不存在航空器或車輛時，Petri網(wǎng)控制器的動態(tài)初始狀態(tài)滿足以下兩個條件：

圖8 祿口機場重構(gòu)關(guān)系模型

1) 由重構(gòu)矩陣A(A1，A2)可知，航空器/車輛在跑道入侵防御區(qū)域內(nèi)目標(biāo)分布向量與庫所標(biāo)識向量的關(guān)系滿足

(14)

(15)

式中：目標(biāo)分布向量y′=y″=0，目標(biāo)方向向量q′=q″=0，庫所標(biāo)識向量m′=m″=0.

2) 由重構(gòu)矩陣C(C1，C2)可知，可控變遷使能狀態(tài)向量與跑道狀態(tài)燈狀態(tài)向量關(guān)系為

(16)

(17)

通過以上的重構(gòu)規(guī)則，分別得到祿口機場兩條跑道單元區(qū)域重構(gòu)后的關(guān)系模型以及動態(tài)變換關(guān)系.根據(jù)以上祿口機場跑道防御區(qū)域的重構(gòu)過程分析可知，通過改變重構(gòu)矩陣A(A1，A2)，B(B1，B2)和C(C1，C2)，可以實現(xiàn)機場跑道入侵防御系統(tǒng)單跑道或多跑道的重構(gòu)和應(yīng)用，從而保證了跑道入侵防御系統(tǒng)的靈活性.

5 結(jié) 束 語

針對當(dāng)前跑道入侵防御系統(tǒng)可重構(gòu)性的問題，本文提出了一種基于Petri網(wǎng)控制器跑道入侵防御系統(tǒng)的重構(gòu)方法，該方法具有模塊化、靈活性及通用性的特點.建立了跑道入侵防御系統(tǒng)各模塊的模型，并利用重構(gòu)方法建立了各模塊之間的接口.通過祿口機場案例應(yīng)用重構(gòu)方法對跑道入侵防御系統(tǒng)的可重構(gòu)性進行了分析與評價，得出可以通過改變重構(gòu)矩陣將其應(yīng)用于單個跑道或多個跑道，甚至其他機場的結(jié)論，證明了本文跑道入侵防御系統(tǒng)重構(gòu)方法的可行性.

[1] ICAO. Advanced surface movement guidance and control systems(A-SMGCS) manual [Z]. Canada:ICAO,2004.

[2] EUROCONTROL. European airport movement management by A-SMGCS[R]. EMMA-Publishable Final Activity Report,2007.

[3] FOYLE D, ANDRE A, MCCANN R. Taxiway navigation and situation awareness (t-nasa)system:problem, design philosophy, and description of an integrated display suite forlow-visibility airport surface operations[J]. SAE Transactions: Journal of Aerospace,1996,105:1411-1418.

[4] VICTORH, CHENG L. Surface operation automation research for airport tower and flight deck automation[C]. IEEE lntelllgent Transpoltation Systems Conference,Washington D C,USA,2004.

[5] TANG X M, ZHU X P, HAN S C. Petri net controller synthesis for advanced surface movement guidance and control system[C]. Proceedings of IEEE International Conference on Information and Automation,Piscataway, USA,2009.

[6] 陳平,湯新民,邢健,等.跑道入侵防御燈光控制指令決策方法[J].航空計算技術(shù),2013,43(4):22-26.

[7] ICAO. Guidelines for electronic ter-rain, obstacle and aerodrome mapping information[Z].Canada:ICAO,2000.

[8] 湯新民,朱新平.PETRI網(wǎng)原理及其在民航交通運輸工程中的應(yīng)用[M].北京：中國民航出版社,2014.

Research on the Reconstitution of Runway Incursion Prevention System

XUFengTANGXinminJIEDongHONGWangjun

(CollegeofCivilAviation,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)

In order to achieve the flexibility of the application of runway incursion system, a method named the reconstitution of Petri-net-based runway incursion prevention system is proposed. Firstly, the data from monitoring source is analyzed. Based on the standard the model of the airport vector map are constructed. Then the model of Petri-net controller is built in reference to the structure of runway in airport, and the model of runway lights is constructed. Moreover, connections between four models are constructed with the method of reconstitution, including the connection between the model of airport map and the model of Petri-net controller, the connection between the model of Petri-net controller and the model of runway lights, the mapping relationship between the distribution of aircrafts/vehicles and the marking vector of place, the mapping relationship between the enable state of transition under control and the state of runway lights. Finally, a case study is given to validate the effectiveness of the reconstitution method of runway incursion prevention system.

runway incursion prevention; Petri-net controller; connection; reconstitution

V355

10.3963/j.issn.2095-3844.2017.05.022

2017-08-10

許峰(1992—)：男，碩士生，主要研究領(lǐng)域為先進場面活動引導(dǎo)與控制系統(tǒng)

*國家自然科學(xué)基金項目(U1433125,61773202)、江蘇省自然科學(xué)基金項目(BK20141413)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目(NS2014065)資助