王甫来
青岛国际机场集团有限公司 山东青岛 266000
摘要：机场跑道入侵是全世界民航面临的难题之一，飞行员、管制员和环境等多重因素导致跑道入侵存在一定的发生概率，难以消除。本文首先归纳了跑道入侵的等级及危害，明确了检测技术和设备应用是防跑道入侵的重点。对比分析了国际上应用较为广泛的跑道防入侵系统及应用场景。最后，总结归纳了主要的跑道防入侵关键技术，对跑道入侵的防治具有借鉴意义。
关键词：机场跑道；跑道入侵；防入侵系统
引言
安全是民用航空永恒的主题。跑道是机场中最容易发生事故也是事故性质最严重的区域，跑道入侵增加了航空器碰撞的发生概率和危险程度，严重威胁着机场的运行安全[1]。据统计，从2009年到2011年，我国民航发生跑道入侵事件69起，其中包括4起严重事故，1起一般事故和64起其他不安全事件。根据2013-2016年美国民用航空的统计数据，跑道侵入的数量每年上升约10％。2013年至2016年9月，分别发生了1200次、1300次、1400次和1500次；从跑道侵入的责任来看，53％是由飞行员失误造成的，29％是由于管制员失误造成的，17％是由于其他原因造成的。有鉴于此，跑道入侵是多因素综合造成的，国内外安全形势不容乐观。防止跑道入侵是全面建成安全高效的现代化民用航空体系的必要一环。本文在阐述跑道入侵及危害的基础上，明确了检测技术和设备应用是防跑道入侵的重点。阐述了四种国际上应用较为广泛的跑道防入侵系统，并梳理了各系统的应用场景，最后总结归纳了主要的跑道防入侵关键技术，对目前机场跑道入侵的防治具有一定的参考价值。
1跑道入侵及危害
跑道上飞机起降和滑行的速度很高，一旦有物体入侵跑道，很可能发生机毁人亡的重大事故。美国联邦航空局FAA将跑道入侵定义为在机场上发生的任何下列事件[2]：航空器、车辆、人员或者地面上的物体对正在起飞、着陆的飞机或即将起飞、着陆的飞机造成碰撞危险或导致间隔缩小。可见，跑道入侵并不是事故，它是可能导致事故的一种危险情况。2016年10月11日，东航的飞行员驾驶A320飞机在跑道上起飞。当速度达到200公里/小时，发现一架A330飞机穿过跑道（跑道侵入），幸好A320机长及时操纵并拉起飞机，塔台的失误差点造成两架飞机撞机。1977年3月27日，泛美1736飞机的B747飞机起飞，不幸与加那利群岛特内里费岛12号跑道上的另一架B747相撞。另一架飞机是跑道上滑行的KLM4805航班（跑道侵入），造成583名乘客和机组人员死亡。跑道入侵所造成的事故或危险往往是灾难性的，防止跑道入侵是全世界民航机场运营安全的重要一环。
1.1跑道入侵等级分类
跑道入侵是目前威胁机场安全运行的危险源之一，每个机场都有发生“跑道入侵”事件的概率。美国联邦航空局FAA和国际民航组织ICAO根据跑道入侵的严重程度[2-3]，将其分为A、B、C、D、E四类，其中A类最为严重，E类最不严重。
E类：没有充分显示事件的具体过程或数据来评估危害程度;
D类：符合跑道入侵的定义，但碰撞的可能性非常小或几乎没有；
C类: 间隔减少，但有足够的时间和距离来避免潜在的碰撞；
B类：间隔减小，潜在的碰撞非常高;；
A类：间隔减少，需要采取极端行动以尽可能避免碰撞。
可见，上述的虹桥机场和特纳里夫机场的跑道入侵都属于A类事件。
1.2防跑道入侵的措施
跑道入侵事件的发生由多方面因素耦合造成的，包括管制员、飞行员和环境等[4]。通过加强管制员的专业技术训练、强化管制员与飞行员的沟通交流等措施在一定程度上能防止跑道入侵，但对人员要求较高，且人难免犯错。因此，全球民用航空也在开发相应的跑道入侵检测技术和设备应用。增强管制员监视、冲突探测能力，另一方面将帮助飞行员掌握机场布局和管制员指令，大大减少目视条件下的误差[5]。
2机场跑道防入侵系统
随着民航业的快速发展，单纯依靠场面监视雷达难以完全适应未来机场安全运行的需要。国内外科研机构研究了一系列能有效保障机场运行安全、预防跑道侵入的技术手段，主要包括跑道入侵预警系统（RIPS），跑道状态灯系统（RWSL），机场运动安全系统（AMASS），机场表面检测设备-X型（ASDE-X），最终方法运行占用系统（FAROS），跑道入侵监测、检测和警报系统（RIMDAS）和高级地面运动指导和控制系统（A-SMGCS）等等。其中，只有A-SMGCS、ASDE-X、RWSL和FAROS应用较为广泛。
2.1先进的场面活动引导和控制系统A-SMGCS
A-SMGCS是为飞机和车辆的控制提供路线，指导和监控的系统。该系统在保证安全等级的前提下，可在机场可视性操作级别（AVOL）内保持所有天气条件下的声明表面移动速率。根据国际民航组织的计划，A-SMGCS通过现场监视雷达，多点定位系统等获取飞机位置，并相应地执行现场监视，路线选择，滑行指导和控制。A-SMGCS的流程图如图1所示，目前该系统已经可以达到路由等级。
图1 A-SMGCS系统图2 ASDE-X系统的预警界面
2.2 X型机场场面监视设备(ASDE-X)
ASDE-X是一个主要为管制员设计的提供跑道入侵的检测和预警的系统，目前被美国35个大型机场使用。基于地面监视雷达、多点定位系统、广播式自动相关监视系统（ADS-B）等技术，ASDE-X配备多传感器数据分析系统、终端自动化系统和机载应答机等设备。通过高效整合多源数据，ASDE-X可自主判断并识别机场场面上的航空器与车辆。
2.3机场活动区安全系统(AMASS)
AMASS是一种基于ASDE-3雷达的机场场面活动区安全系统。AMASS使用ASDE-3雷达输出的信息来检测设备，并使用用户定制软件来确定跑道附近的车辆或飞机的位置和速度是否存在跑道侵入风险。该系统每秒追踪256个目标，除了通讯故障以外，它可有效防止其它所有原因造成的跑道侵入。目前，FAA已经在全国34个机场安装了AMASS。
图3 AMASS系统中的ASDE-3雷达
2.4低成本地面监视系统(LCGS)
LCGS系统可在能见度低的情况下，向空中交通管制员提供地面状况，降低地面事故或事故的风险。LCGS的性能类似于AMASS，但LCGS的成本较低，精确性和可靠性也相对较低，适用与没有AMASS或ASDE-X的中小型机场使用。
四个常用的跑道防入侵系统的对比如表1所示。
表1 不同系统的对比
系统适用性价格系统组成
A-SMGCS中大型机场贵场面监视雷达、多点定位系统
ASDE-X中大型机场贵场面监视雷达、多点定位系统、ADS-B
AMASS中大型机场较贵场面监视雷达
LCGS中小型机场较便宜ADS-B、视频摄像
3防入侵关键技术
由上述整理的A-SMGCS、ASDE-X、AMASS以及LCGS等四种跑道的防入侵系统可知，在跑道的防入侵方面采用的关键技术有场面监视雷达、多点定位技术以及广播式自动相关监视技术ADS-B。
3.1场面监视雷达
场面监视雷达包括发射机、脉冲调制器、转发器、天线、接收机和显示器等。场面监测雷达通过发射电磁波照射目标并接收其回波，由此获得目标至雷达的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。雷达发射机向飞行区空间不断地发射电磁波，地面雷达站接收目标反射的回波信号；若该信号达到一定的阈值，回波则由雷达接收器放大并转换为视频或数字信号。通过接受机对信号数据进行处理后，显示器将最终显示飞机、车辆的信息。
3.2多点定位技术
多点定位技术是一种基于应答机的多基站定位系统。充分利用固定地面基站和机载标准转发器之间的响应信号，通过测量信号时差计算被测目标的确切位置。若在机场飞行区内布置多个传感器，则可完全消除地面建筑物的堵塞，扩大监控范围。多点定位技术解决了一次雷达无标记、盲区等问题，在繁忙机场可提高现场监视能力，增加机场现场作业的安全性。
图4 多点定位技术监视飞机的移动
3.3广播式自动相关监视技术ADS-B
广播式自动相关监视技术ADS-B含有四个特征：1）全天候运行；2）只需要精确的全球卫星定位数据；3）可获得飞机的多维信息，即位置、高度、速度、航向等；4）采用广播方式。由此可见，ADS-B同时集成了监视和通信功能。一般地，ADS-B包括多地面站和机载站，通过多对多点完成数据双向通信。ADS-B相比二次监视雷达最大的优点是可实现“空-地、空-空、地-地”监视，定位精度高、频率高，基础设施建设简便、灵活性高，目前在各大机场中应用广泛。
4结语
机场跑道入侵由多方面的因素共同导致，难以从根本上消除。全世界民航的跑道入侵事件呈现增长的趋势，跑道防入侵系统的应用可大大增加跑道入侵冲突的探测能力。目前，全世界应用较为的系统包括A-SMGCS、ASDE-X、AMASS以及LCGS等四种跑道的防入侵系统。场面监视雷达、多点定位技术以及广播式自动相关监视技术都能有力支撑跑道入侵的防治。未来，多源数据融合、人工智能等技术也将在民用机场跑道防入侵中发挥更为广泛的应用。
参考文献：
[1]黄宏江.浅析跑道侵入风险管理[J]科技展望,2016,26(15):175..
[2]FAA.FAA Runway Safety Report[S].2005.
[3]ICAO.第11次航行会议,制定全球性跑道侵入风险管理资料[R].2003.
[4]黄阳广.跑道侵入原因分析与预防[J]科技创新导报,2015,12(21):214-215.
[5]康博.对跑道侵入的分析和建议[J]空中交通管理,2010(04):4-7.
论文作者:王甫来
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/17
标签：跑道论文; 机场论文; 系统论文; 多点论文; 飞机论文; 场面论文; 管制论文; 《防护工程》2018年第30期论文;