機場跑道智能燈光系統的組成及架構分析

吳大林

（四川省場道工程有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

在我國民航著力構建“平安機場、綠色機場、智慧機場、人文機場”的標桿體系中，安全仍是民用航空的核心。跑道入侵是機場運行安全的危險源之一，據統計，從跑道侵入的責任來看，超過50%是由人為因素造成的。為了有效預防跑道侵入，降低人為因素影響，美國聯邦航空管理局（FAA）從2005年開始主導并開發了智能燈光系統技術（RWSL），該系統通過燈光直接向飛行員和車輛駕駛員傳遞信息以增強其情景意識，從而有效降低跑道侵入的頻率和嚴重程度。目前，智能燈光系統在美國機場應用較多，技術相對成熟，取得了較好的效果，但是國內民用機場幾乎空白。本文在闡述智能燈光系統應用的基礎上，分析了該系統的基本原理和系統組成。從四個模塊總結歸納了智能燈光系統的架構，成果可為目前國內民航機場引進智能燈光系統及跑道入侵的防治提供一定的參考。

1 智能燈光系統的應用

智能燈光系統RWSL是一個完全自動化的系統，它直接向飛行員和場面車輛駕駛員提供跑道狀態信息，從而明確進入、穿越、起飛或降落在跑道上是否安全。智能燈光系統不需要ATC管理者輸入任何信息而增加其工作負荷，因此該系統在有效減少跑道侵入數量和降低跑道侵入嚴重性的同時，不干擾跑道的正常運行。

RWSL系統的概念最早于2002年提出，美國聯邦航空局FAA在2005年主導開發測試工作，并獲得麻省理工學院林肯實驗室和ARCON公司的支持，共分兩個階段進行。第一階段，FAA首先在全美選擇4個試點機場（波士頓BOS、達拉斯沃斯堡DFW、洛杉磯LAX和圣何塞SAN）進行RWSL原型的測試和評估工作；第二階段，FAA在原型測試和評估工作的基礎上擴大RWSL的應用范圍，計劃至2017年在全美17個機場安裝完成此系統。2013年已在華盛頓杜勒斯IAD、休斯頓IAH、奧蘭多MCO、明尼阿波利斯MSP和菲尼克斯PHX安裝RWSL。目前美國已有15個機場安裝有RWSL系統，但國內機場幾乎沒有。

2 智能燈光系統的組成

2．1 系統的原理

智能燈光系統RWSL基于X型機場場面監視設備（ASDE－X）開發。通過處理來自ASDE－X系統的信息（例如監測到的飛機和車輛的移動及速度）來激發REL、THL或者RIL等機場燈光設備。REL、THL與RIL是內嵌在道面的固定燈光裝置，是可以被飛行員和車輛駕駛員直接看見的；FAROS則通過激發精密進近航道指示器（Precision Approach Path Indicator，PAPI）閃爍以警示著陸飛行員用于進近的跑道現在正被占用。FAROS可以被視為RWSL系統的一項附加功能裝置安裝在跑道上，也可以被視為一種獨立于RWSL系統而單獨安裝的設備。RWSL不能代替ATC許可，進入、穿越、起飛、降落在跑道上運行的許可必須從ATC獲得。

2．2 系統的組成

智能燈光系統RWSL包括四種燈光系統：進入跑道指示燈（Runway Entrance Light，REL）、起飛等待燈（Takeoff Hold Light，THL）、跑道交叉口燈（Runway Intersection Light，RIL）和最后進近跑道占用指示燈（Final Approach Runway Occupancy Signal，FAROS）。

2．2．1 進入跑道指示燈REL

REL由嵌入式單向發紅色光的單燈組成，它平行于滑行道中線并沿其等距設置，朝向趨向跑道的飛行員或者車輛駕駛員。REL自跑道等待位置起，向跑道方向延伸至跑道邊線，直線段縱向間隔可為3．81～15．24m。REL一般設置在經常使用的滑行道與跑道的交叉口處，如圖1所示。

圖1 REL示意圖

2．2．2 起飛等待燈THL

THL由嵌入式單向發紅色光的排燈組成，每排2個，在跑道中線燈兩側縱排等距設置，朝向跑道入口處等待起飛的飛機。THL自距離跑道入口114．3m±7．62m處開始設置，直線段縱向間隔為30．48m，向起飛方向延伸457．2m，共16組排燈32個單燈。每組排燈內的兩個燈分別距跑道中線燈1．828 8m。當THL激活亮起時（紅色），表示向等待起飛或起飛準備就緒的飛機發出信息：由于跑道正在或即將被另一架飛機或場面車輛占用，此時起飛不安全，如圖2所示。

圖2 THL示意圖

RIL用于交叉跑道上，由嵌入式單向發紅色光的排燈組成，每排2個，在跑道中線燈兩側縱排等距設置，朝向跑道入口處的飛機。對于飛行員而言，RIL在外觀上與THL相似。RIL自跑道上的著陸和避讓程序（LAHSO）燈處或者交叉跑道的等待標志處開始設置，直線段縱向間隔為30．48m，向跑道端方向延伸914．4m，共31組排燈62個單燈。每組排燈內的兩

2．2．3 跑道交叉口燈RIL個燈分別距跑道中線燈1．828 8m，如圖3所示。

圖3 RIL示意圖

2．2．4 最后進近跑道占用指示燈

FAROS是一個獨立的、自動化的警示系統，可用于防止跑道降落事故和降錯跑道，不需要ATC的控制和輸入。FAROS系統結合跑道上傳感器的信息和ASDE－X提供的信息，若判斷降落不安全，則激發PAPI燈閃爍以提示飛行員。在此過程中，飛機的下降航跡并不受影響，正在進近的飛行員觀察到的紅色和白色PAPI燈數目也不會改變，如圖4所示。

圖4 FAROS示意圖

3 智能燈光系統的架構

智能燈光系統主要有四個部分組成：RWSL監測模塊、RWSL邏輯處理模塊、RWSL燈光模塊以及塔臺控制模塊，如圖5所示。

圖5 智能燈光系統架構示意圖

（1）監測模塊。監測數據的獲取方法主要有ASR機場監視雷達或SSR二次監視雷達、MLAT多點定位系統以及ASDE機場地面探測設備。其中，MLAT多點定位系統根據飛機和車輛的轉發器信號到達的時間差以及不同位置的多邊接收器的位置，從而確定機場中飛機所在的位置；ASDE通過發射表面雷達波獲得探測目標的位置。

（2）邏輯處理模塊。采用數據融合技術可消除MLAT與ASDE監測信息的差別問題，進而獲取高度可靠性與準確性的移動目標運行狀態和運動趨勢。在此基礎上，根據預先設定的程序，邏輯系統可以決定跑道狀態燈的開關狀態，并輸出相應的邏輯數據。

（3）燈光模塊。根據邏輯處理模塊中輸出的數據，燈光控制器LCC與場地燈光系統FLS相聯絡，控制跑道上相應燈光的開啟或關閉。這些燈將指示飛行員或車輛駕駛者面前跑道交叉口的狀態，包括進入跑道指示燈REL、起飛等待燈THL、跑道交叉口燈RIL和最后進近跑道占用指示燈FAROS。

（4）塔臺控制模塊。當邏輯數據使系統中的觸發器被激活時，塔臺控制模塊中的儀表飛行規則IFR與塔臺顯示系統TDS會同步進行更新。塔臺的燈光顯示器中也會顯示相應的燈光狀態，塔臺上的工作人員也可以對RWSL的設置（如光強、跑道布置等）進行修改。

4 結語

本文闡述了智能燈光系統的應用、原理、組成和架構，該系統能實時感應，及時預警，在有效減少跑道侵入風險的同時，不干擾跑道的正常運行，目前在美國機場應用較為成熟，我國正著手在一些大型機場開展應用示范。智能燈光系統的應用可進一步提高機場跑道的信息化、自動化管理水平，是機場未來發展的趨勢。