HUD技術應用下的簽派特殊放行研究

羅鳳娥 周廣杯 李鵬程 婁天宇

摘要：近年來，我國許多城市遭受霧霾低能見天氣影響，對航班正常運行造成許多困擾，能見度低于運行標準，簽派員不得不延誤甚至取消航班放行。為此我國引進HUD（Head up display）平視指引系統，HUD是解決低能見運行的利器，它可以輔助飛機進近和著陸，降低了Ⅰ類機場的運行標準，幫助簽派員在特殊運行條件下放行航班保障運行正常性。文章主要介紹了HUD的工作原理及使用優勢，以及利用模糊數學相關理論，在使用HUD實施特殊批準II類運行時，對簽派員進行特殊運行的放行評估決策進行初步研究。

Abstract： In recent years， many cities in China have been affected by fog and low visibility weather， which has caused many troubles to the normal operation of flights. Visibility is below the operating standard， and dispatchers have to delay or even cancel flights. Therefore， China has introduced HUD （Head up Display） head-up guidance system. HUD is a sharp tool to solve the problem of low visibility operation. It can assist aircraft approaching and landing， reduce the operating standards of Class I airport， and help dispatchers release flights under special operating conditions to ensure the normal operation. This paper mainly introduces the working principle and advantages of HUD. Based on the theory of fuzzy mathematics， this paper makes a preliminary study on the release evaluation decision of dispatchers for special operation when using HUD to implement special approval type II operation.Under the operation of this model， under the application of HUD technology.

關鍵詞：平視顯示器;層析分析;決策支持理論;特殊運行;放行評估

Key words： head-up display;tomographic analysis;decision support theory;special operation;release evaluation

中圖分類號：V243.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）25-0234-03

1? HUD系統和運行標準介紹

1.1 HUD系統（也稱平視顯示器系統）

平視顯示器系統（HUD），該項技術創新起初應用于軍工技術，后逐步引入民航領域。HUD可以把重要的飛行信息與駕駛艙現實世界視覺相互重疊，也是一種視覺補充顯示儀器，在駕駛艙顯示組件上投射出一些相關的飛行信息，駕駛員可以將視覺線索和飛行信息相結合，在飛行時只要需要保持目視正前方的駕駛姿態，就可以同時獲得駕駛艙外部和飛機姿態等重要信息。HUD是由一塊經過特殊處理的平視鏡、頭頂投影儀、計算機、顯示面板組成。安裝在駕駛艙中與飛機的儀表著陸系統接收機、飛行管理系統（FMS）、高度和速度表、飛行控制系統、機載防撞系統（TCAS）、風切變告警（GPWS）等系統相連[1]。

1.2 運行標準的分類介紹

飛機起降的標準分為三類：一類盲降、二類盲降、三類盲降。飛機起降的最高標準是三類盲降，即在目視條件趨近于零的條件下，完全依靠飛機儀表實現飛行起降，其中三類盲降又分為3a、3b、3c，三類盲降標準的劃分是由國際民航組織統一規定的，全世界通用;二類盲降是指在跑道視距不小于400m的條件下或跑道視程不小于350m，以高的進場成功概率，能將飛機引導至30m的決斷高（內指點標上空）[2]。一類盲降是在跑道視距不小于800m的調價下或跑道視程不小于550m，以高的進場成功概率，能將飛機引導至60m的決斷高（中指點標上空）。

以CATⅠ為例，系統可以將飛機引導至距離跑道高60m處，如果飛行員能夠看清跑道則可以著陸，若駕駛員不能準確地找到跑道，必須選擇復飛。CATⅢC類無決斷高和跑道視程的限制，即可以完全依靠飛機的儀表系統引導飛機著陸，不需要駕駛員人為決斷。目前國際民航組織還沒有批準CATⅢC類運行。分類具體如表1所示。

2? HUD的運行原理以及使用優勢

HUD實際上是一種機載電子光學顯示設備，在駕駛艙前方視野范圍內，將各種飛行符號顯示在風擋玻璃或者外置的鏡片上[3]。它從機載導航系統或飛行指引系統接受輸入信號。HUD 使用顯示組件通過飛機風擋玻璃以光學方式將顯示的飛行符號和飛行員的視野結合在一起，把各種符合，如：飛行軌跡、狀態參數、人工地平線疊加在飛機的前方外部環境上。它包括五個航線可更換組件（LRU）分別是計算機、控制面板（HCP）、頭頂組件（OHU）、組合器信號牌面板，其安裝結構如圖1所示。

2.1 HUD的運行原理

2.1.1 數據來源

HUD[4]雖然是一個比較新穎的機載電子光學系統，可以將飛行需要的數據處理整合到駕駛艙正前方視野上，但是HUD的數據來源并不是獨立系統支撐提供，它的數據是與飛機的其他儀表系統數據相連，也就是將其他儀表數據導入到HUD系統，經過其HUD系統的獨特數據處理后，這些信號數據處理的更加圖形符號化，并以其獨特的顯示方式投影到駕駛艙正前方視野上，以便參考。

2.1.2 HUD成像技術

HUD數據處理系統將機載其他各個系統的數據集合處理，并以圖形符號的形式投影到HUD組合器上。它將重要的飛行數據信息與現實世界相互疊加，形成投影模擬機的視覺效果。HUD系統顯示組件位于座艙前端，投射高度一般和駕駛視角保持水平高度，文字信息和影像數據在焦距無限遠處，駕駛員在駕駛飛機的時候保持目視前方，即可在前方視野范圍內獲得飛行的各種數據信息。

2.2 HUD使用優勢

飛行任務中依靠HUD設備的不同工作模式，可以實施Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ 類精密進近、非精密儀表進近和目視進近[5]。例如，在著陸階段，HUD能夠提供下滑引導，正常Ⅰ類ILS下滑信號在140ft以下不在穩定，HUD將接收ILS信號，不斷修正ILS信號，利用專用的HGS計算機進行信號偏差相互比較，并將處理分析之后的信息圖形化投射于顯示系統，與機艙視野匹配，根據下降過程中前一段的下滑軌跡計算一條虛擬下滑道，投射在HUD顯示組件上并指引飛機按下滑道飛行。即使是在低能見度天氣條件下，依然可以通過HUD補充信息確定航向引導、對準跑道并準確的完成著陸一系列程序。

經民航局的特殊批準，HUD系統實施下可以在標準I類的進近跑道上實施II類甚至III類精密進近[6]。我國大多數機場只有I類儀表著陸系統，一旦出現低能見情況，簽派員只能從氣象情報部門了解低能見的預計好轉時刻，根據氣象部門的預測相應推遲航班放行時間。HUD實施后簽派員可以根據低能見特殊運行規定，降低最低運行標準，進行特殊I類及II類運行程序，并與低能見度運行程序相結合，保證航班正常放行。在低能見情況下，保障了航班的正常性，以及后續航班運行穩定性，同時也是保證航空公司運行效益的一大利器。

3? HUD特殊運行的放行評估

3.1 建立評估指標

在對低能見天氣導致航班延誤、備降甚至航班取消等大量案例分析的基礎之上，咨詢經驗豐富的放行簽派員，結合放行評估程序，確定了低能見天氣HUD運行下影響航班放行的評估指標及輔助指標，建立了HUD下的低能見天氣放行評估體系[7]。將評估體系中的指標分為放行指標與輔助指標，其中放行指標為能見度、特殊運行標準、機場設施;輔助指標為機載設備、機組因素、單發飛行。

3.2 確定指標權重

在確定評估指標體系后，建立低能見天氣評估指標層次[8][9]。采用層次分析法確定各指標權重，其中 HUD實施下的放行評估集合為A={B1，B2}，設B1為放行指標，B2為輔助指標;放行指標集合為B1={c11，c12，c13}，其中c11為能見度、c12為特殊運行標準、c13為機場設施;輔助指標集合為B2={c21，c22，c23}，c21為機載設備，c22為機組因素，c23為單發飛行。

借助 matlab 數值分析軟件，對評判矩陣進行求解[10]。計算結果如表2所示。

3.3 決策支持模型理論

3.4 實例分析

山東航空sc1177航班執飛濟南-重慶，在即將起飛前濟南遙墻機場出現大霧天氣情況，能見度迅速降低，最低能見度標準低于RVR100m，這一標準遠低于民航規章正常運行標準。按照正常運行程序，此時簽派員需進行發布延誤信息，如果情況持續惡化甚至會取消該航班。當日上午10：00分，天氣出現變好趨勢，能見度逐漸升至RVR200m，山航簽派員經過HUD技術應用下的特殊運行分析，決定SC1177航班執行HUD下的RVR200m特殊運行程序，最終該航班在濟南遙墻機場安全起飛，保障了公司后續運行的正常性。

在公司調研期間，收集取10位高級簽派員、機長對所建立的指標進行隸屬度調查評估，其詳細數據結果如表3所示。

構建隸屬度矩陣：

經過與高級簽派員和資深機長溝通，確定風險值低于30%時，簽派放行更具有安全性，不用重新評估或者取消計劃，通過該模型計算，風險值D=1-0.7475=0.2525，得知在HUD系統的支撐下該運行環境條件下，確定簽派員放行的風險值為25%低于30%，可知本次放行不存在高風險運行結果。同時也說明該模型對于簽派員低能見或者低于普通運行標準的放行評估提供了理論支持性，能夠做到輔助簽派員進行特殊運行時的決策處置。

4? 文章總結

文章介紹了民航盲降標準的分類，并介紹了HUD系統作為一種輔助機載電子光學裝置，其工作原理和使用優勢，同時介紹了在低能見情況下，航空公司在HUD技術支持下實施特殊運行過程中，對簽派員的放行評估進行初步研究。利用模糊數學相關理論，提供了一種決策支持方法，通過該模型的計算處理，對于低能見HUD系統的放行評估有一定的參考意義，同時表明HUD技術應用下，提高了航空公司運行效率，科技促進發展。

參考文獻：

[1]向小軍，趙趕超.HUD——提升飛行品質的一把利器[J].科技與創新，2016（16）：21-22.

[2]羅皓明.使用HUD實施特殊批準Ⅱ類運行機場評估方法的初步研究[J].科技資訊，2018（16）：1-2，4.

[3]向小軍，高升.使用HUD實施特殊Ⅱ類運行的研究[D].中國民用航空飛行學院，2015.

[4]Rockwell Collins.平視引導系統（HGS）運行優勢.

[5]中國民用航空局.平時顯示器應用于發展路線圖[Z].

[6]中國民用航局飛標司.使用平視顯示器實施Ⅱ類或低于標準Ⅰ類運行的評估和批準程序[Z].

[7]周濤.民航簽派放行主要環節的風險控制[J].科技經濟導刊，2019（01）：244-245.

[8]周永正.數學建模[M].上海：同濟大學出版社，2010：165.

[9]李大利.航空公司簽派放行風險評估研究[D].中國民用航空飛行學院，2015.

[10]呂躍進.基于模糊一直矩陣的模糊層次分析法的排序[J].模糊系統與數學，2001，22（04）：40-41.