机场跑道防入侵智能灯光系统

袁则华 王明明

（1.天津市方舟实验中学，天津 300131；2.中国空空导弹研究院，河南洛阳 471009）

机场跑道防入侵智能灯光系统

袁则华1王明明2

（1.天津市方舟实验中学，天津 300131；2.中国空空导弹研究院，河南洛阳 471009）

本文设计了一种机场跑道防入侵智能灯光系统，通过在机场交叉的跑道两端设置监测传感器，用于监测是否有飞机进入相应跑道，同时根据监测传感器采集的信息，利用控制指示电路的闭锁互锁功能，为飞行员提供灯光信号指示，可以帮助飞行员和管制员增强情景意识，防止两条交叉的跑道上同时有飞机运动，预防事故发生。

机场跑道;防入侵系统;传感器监测;自动控制;灯光指示

随着我国民航交通流量的高速增长，民航安全运行中发生跑道入侵灾难性事故的风险很高，有关研究证明[1-3]，跑道入侵的主要危险来自于航空器与航空器的相撞，而超过一半的跑道入侵事故是由于飞行驾驶人员差错造成的。因此有必要开发相应的地面或机载设备，以帮助飞行员和管制员增强情景意识，防患于未然。

目前国内民航机场亟待开发和应用防止跑道入侵，尤其是航空器之间冲突的自动报警和提示设备。通过专利检索发现，目前国内仅有“基于无线传感器网络的机场助航灯光智能控制系统”“机场飞行区周界安防控制报警联动系统”等极少量的类似专利可以检索到。而自动报警和提示设备的重要性在于一旦发生跑道入侵，可以立即做出响应和警报，给飞行员和管制员以足够的时间和空间来避免和解决跑道入侵问题。基于相关领域专利布局及实用现状，为解决不同飞机同时进入两个交叉跑道，形成跑道入侵安全事故的问题，本文阐述了一种机场跑道防入侵智能灯光系统，并已在实践中进行了专利申请和布局。

1 系统方案设计

1.1 系统结构

为实现上述目的，本文设计了一套由监测传感器、控制电路、跑道通行/封闭指示灯和高音喇叭警报器组成的系统方案，该系统的基本结构如图1所示。控制电路对监测传感器的探测结果进行响应，进而控制指示灯和警报器的工作状态。

图1 基本结构框图

系统中监测传感器和指示灯在跑道上的布局如图2所示。在相互交叉的A、B跑道两端分别设置有用于监测是否有飞机进入跑道的传感器C1～C4，并且在A跑道和B跑道的两侧分别设置了用来指示跑道能够通行的指示灯A1和B1，以及跑道封闭的指示灯A2和B2。其中A1和B1为绿灯，A2和B2为红灯。各指示灯均由A跑道继电器KM1和B跑道继电器KM2的常开、常闭触点配合控制。

传感器C1～C4为光电传感器，采用激光或红外感应的方式，在跑道一端的光电传感器分为发射和接收两部分，分别在跑道两侧放置，通过光电信号通断的持续测量，可以精确感应到是否有航空器通过，并产生输出信号。

1.2 控制电路

控制电路是由复位开关和继电器组成的自锁电路，各个复位开关根据监测传感器和继电器的信息进行相应动作，如图3所示。

控制电路包括继电器KM1、KM2，常开复位开关SB1、SB3，常闭复位开关SB2、SB4和SB5，以及对应继电器KM1的常开触点KM11、KM12和KM14，常闭触点KM13；对应继电器KM2的常开触点KM21、KM22和KM24，常闭触点KM23。

A跑道的常开复位开关SB1、A跑道的常闭复位开关SB2和A跑道继电器KM1线圈串联并与供电电源连接，A跑道继电器KM1的第一常开触点KM11与SB1并联；B跑道的常开复位开关SB3、A跑道的常闭复位开关SB4和B跑道继电器KM2线圈串联并与供电电源连接，B跑道继电器KM2的第一常开触点KM21 与SB3并联。

其中，继电器KM1，常开复位开关SB1，常闭复位开关SB2，常开触点KM11、KM12和KM14，常闭触点KM13均对应A跑道；继电器KM2，常开复位开关SB3，常闭复位开关SB4，常开触点KM21、KM22和KM24，常闭触点KM23均对应B跑道。

图2 跑道布局示意图

图3 控制电路原理图

图4 复位开关的控制原理图

常开复位开关SB1用于指示有飞机进入A跑道，常闭复位开关SB2用于指示有飞机离开A跑道；常开复位开关SB3用于指示有飞机进入B跑道，常闭复位开关SB4用于指示有飞机离开B跑道。控制原理图如图4所示。

以A跑道常开复位开关SB1为例，其控制逻辑电路的输入为传感器C1和C2，以及继电器KM1的常开触点KM11的输出。从图中可以看出，通过与门、或门和非门的连接关系，如果传感器C1和C2任意一个的检测信号输出为高电平，当KM11断开时，SB1由断开状态转为闭合状态，当KM11闭合时，SB1由闭合状态转为断开状态；如果传感器C1和C2任意一个的检测信号输出为高电平，当KM11闭合时，SB2由闭合状态转为断开状态，当KM11断开时，SB2由断开状态转为闭合状态。

在机场中还设置有警报器L，用于在A、B跑道同时有飞机进入时，发出整个机场都能够听到的警报声。另外，SB5为总复位开关，用于对整个控制电路进行复位。

根据传感器采集的跑道信息，控制电路进行相应的开关动作，进而控制指示灯的点亮、熄灭以及警报器发出警报声。

2 工作原理

系统初始状态下，继电器KM1和KM2的线圈都是断电状态，其对应的常闭触点均为闭合状态，常开触点均为断开状态，指示灯A1、A2、B1、B2均为熄灭状态。

当跑道A有飞机进入时，位于A跑道两端的任一光电传感器C1或C2检测到飞机进入，此时，A跑道常开复位开关SB1的操作机构将输出一个高电平的脉冲信号，使SB1由断开状态转为闭合状态，进而继电器KM1线圈接通，KM1线圈接通后，由其控制的常开触点KM11闭合，KM1线圈构成自锁电路，继电器线圈KM1在复位开关SB1复位后仍将处于通电状态；此外KM1的常闭触点KM12闭合，位于A跑道的指示灯A1和位于B跑道的指示灯B2通电点亮，提示A跑道上飞机可正常通行，且B跑道关闭不可通行。

当A跑道上飞机离开跑道时，位于A跑道末端的光电传感器检测到飞机经过，此时，线圈KM1通电，KM11闭合，发出的为高电平信号，常闭复位开关SB2的操作机构接收到高电平信号，使SB2由闭合状态转为断开状态，这样继电器线圈KM1失电，其常开触点KM11及KM12断开，相应的，A跑道通行指示灯A1及B跑道封闭指示灯B2均熄灭，系统恢复到初始状态。

若是在A跑道上有飞机通过时，即当A跑道通行指示灯A1和B跑道封闭指示灯B2均亮时，有其它飞机强行或者操作失误进入B跑道，位于B跑道一端的光电传感器检测到飞机进入，此时，B跑道常开复位开关SB3由断开状态转为闭合状态，进而继电器KM2线圈接通，由其控制的常开触点KM21闭合，KM2线圈构成自锁电路；此外常开触点KM21闭合，常闭触点KM23断开，A跑道封闭指示灯A2点亮，A跑道通行指示灯A1熄灭，同时，由于KM14 和KM21同时闭合，警报器L通电，发出警报声。这样当两条交叉跑道均有飞机进入时，均显示红色的封闭指示灯，提示不可通行，且发出警报声，为双方驾驶人员乃至机场管控人员提供警示信息。

两条跑道上均有飞机后，若其中一条跑道上飞机撤离，信号将恢复常态。

当飞机不是从A跑道出口撤离时，即不能触发A跑道的常闭复位开关SB2时，在飞机撤离后，可通过人工复位SB2。相应的，在特殊情况下，可通过人工操纵各个复位开关控制各个跑道的指示灯系统。

3 结语

本文阐述了一种机场跑道防入侵智能灯光系统，通过在跑道上设置光电传感器，将光电传感器的输出信号作为控制电路的输入，控制交叉跑道指示灯光的显示，可实现对跑道是否允许通行进行及时有效的灯光提示，并在发生跑道冲突时自动报警。该系统可有效防止交叉跑道因人为因素导致的航空器入侵事故的发生，在交叉跑道出现航空器冲突的情况下，及时感应并利用灯光系统警示，进一步提高了机场跑道的自动化管理水平，节省人力成本。

［1］丁靓靓.浅析跑道入侵问题的国内外现状及研究意义[J].河南科技,2013（9）:157-160.

［2］孙瑞山,马平.跑道侵入初步研究[J].中国民航大学学报, 2007,25(增):85-87.

［3］李勇.跑道入侵的危害及预防[J].科技资讯,2013（16）: 221-222.

Anti-Intrusion Intelligent Lighting System for Airport Runway

Yuan Zehua1Wang Mingming2
(1.Fang Zhou Experimental High School of Tianjin,Tianjin 300131; 2.China Airborne Missile Academy,Luoyang Henan 471009)

This paper describes the design of a runway anti-intrusion intelligent lighting system.The monitoring sen⁃sors are arranged at both ends of the crossing runways at the airport,and are used for monitoring whether there is an aircraft into the corresponding runway.According to the collected monitoring sensor information,the interlock func⁃tion by locking control indication circuit,providing a light signal indicator for pilots,to help pilots and controllers en⁃hance situational awareness,and to prevent the aircraft movement on two crossing runways at the same time.

airport runway;anti-intrusion system;sensor detection;auto-control;light pointing

V351.3

A

1003-5168（2016）10-0074-03

2016-9-28

袁则华（1999-），女，高中在读，研究方向：航空；王明明（1985-），女，硕士，研究方向：信号处理。