专利名称：飞机滑行规划系统和方法
技术领域：
本发明涉及飞机地面导引系统(SGS)，并且尤其涉及由选单结构构成的用于快速地在机场为飞机选择期望滑行路线的用户接口。
背景技术：
在提高飞机的地面导引领域上存在明显兴趣。当飞机着陆到机场的跑道上后，下一个步骤是使飞机滑行到期望目的地例如乘客登机/出机门。驾驶员在组成机场的大量跑道、滑行道、停机坪和建筑物中容易弄错或迷路。该问题在大机场比较明显并且在晚上特别明显，此时大量的灯光使飞机滑行到期望目的地更加困难。
有效的滑行操作节约时间和金钱。当机场变得更加拥挤时，飞机通常花费大量时间在跑道和登机门之间滑行。如果驾驶员错误转弯、迷路或者无意中进入错误跑道或滑行道，滑行时间甚至会更长。此外，错误转弯或者导航失策会在机场导致别的飞机延误。
机场地面导引能力的一个主要性能是呈现驾驶员容易使用的机场地图。一种常规方法是在驾驶员的视场前方显示的下导(head-down)显示器(HDD)上展示这种地图。驾驶员典型地进入或选择已经经地面控制人员批准的滑行路径。接着该显示器指示飞机的目前位置并且在机场地图上叠加地示出滑行路径。该显示使驾驶员了解飞机相对于选定的滑行路径位于何处的情况。地面导引的实际航空电子实现的一个关键方面是通常必须包括一个用户接口，以便通过驾驶员或机组人员直观地和迅速地把空中交通控制(ATC)无线电滑行指令输入到机载SGS系统中。
为使地面导引在操作上是可接受的，必须向飞机机组人员提供直观和快速的手段以便把滑行指令插入到地面导引系统中并且把操作和驾驶员/机组熟悉的常规飞机操作集成到一起。驾驶员努力实现使滑行规划步骤和航线规划过程分隔的地面导引。对于定期航线或者飞机机群经营者，这典型地造成明显的培训负担。
任何飞机滑行规划系统不仅能够完成接收滑行指令的任务，而且还要使用户接口直观从而使培训时间最短。还希望便于快速滑行路线选择并且使输入错误最小。
从而其延续目标是寻找降低成本、减少滑行错误、使培训最短、缩短滑行时间以及改进机场效率的途径。
发明内容
为了解决上面提到的目标以及其它目标，本发明的滑行规划系统包括一种独特用户接口以及一个包含描述机场的跑道和滑行道的信息的数据库。本发明把滑行规划处理和航线规划处理集成在一起并且采用类似的过程。这建立一种直观的用户接口并且进一步建立操作上可接受的滑行规划实现，该实现明显减小机组培训时间和成本。采用依据本发明的数据输入技术使输入滑行规划命令的时间最短并且还使滑行规划错误最少。
依据本发明的一个方面，作为对飞机提供航线规划功能的飞行管理系统(FMS)的扩充来集成滑行规划系统。本发明的页面格式最好是FMS对航线规划采用的页面格式的扩充，从而对于驾驶员和机组人员是直观的和容易学习的。
在本发明的另一个方面中，使用选择菜单以简化滑行路线输入并且减少错误。本发明提供飞机的当前位置(例如跑道或登机门)。该信息是由驾驶员事先输入的或者是从另一个飞机系统接收的。该系统最好还提供目的地(例如跑道27R或登机门A25)。利用这些预备信息，本发明查找和该当前位置关联的有效滑行选择并且作为选单向驾驶员显示。随着驾驶员选择滑行路径的分支，屏幕铺开并且呈现有效滑行分支选择的选单。该处理快速进行直至完成滑行规划。在另一个实施例中，在存储器中存储预先定义的标准路线并且做成可供选择。在再一个实施例中，通过数据链接从ATC接收预先定义的标准滑行路线。
本发明的另一个方面在于实现本发明所采用的数据库结构。该数据库结构最好采用可灵活实现各种机场配置的链表。可以在不必更改程序软件下频繁地更新该数据库。更优选地，本发明使用从二个数据表建立的链表。
很清楚，本发明明显改进现有技术系统。另外，业内人士会意识到不受使用FMS的限制。在实现本发明中可以使用其它处理器、显示屏幕以及数据输入部件。
本发明的其它特点和优点在后面的详细说明中阐述，从该说明一部分特点和优点对于业内人士是明显的，并且通过按照后面的详细说明、权利要求书以及各附图的说明实施本发明可认识到其它特点和优点。
应理解上述说明对于本发明只是示例性的并且用来对理解由权利要求书定义的本发明的性质和特征提供概述。还包含附图以便进一步理解本发明，这些附图构成说明的一部分。这些附图示出本发明的各种特征和实施例，它们和对它们的描述一起解释本发明的原理和操作。
图1是依据本发明的滑行规划系统的一实施例的方块图；图2是依据本发明的在MCDU上显示的出发/到达索引页面；图3是依据本发明的出发滑行规划页面；图4是依据本发明的到达滑行规划页面的一个例子；图5是依据本发明的到达滑行规划页面的一个例子；图6A和6B示出由依据本发明的一实施例的链表构成的表；图7示出依据本发明的一实施例的链表；以及图8是搜索该链表的算法的流程图。
具体实施例方式
现在详细参考本发明的各目前的优选实施例，在附图中示出它们的例子。一旦可能，在这些附图中使用相同的参考数字以指示相同或相似的部分。
在图1中示出依据本发明的滑行规划系统的一个示范实施例，其概括地用参考数字10表示。
首先简单地然后再详细地说明本发明的滑行规划系统的组成部分。本发明的最常见应用是作为飞机，例如商用客机或喷气货机，的FMS中的一个集成部分，从而下面的讨论将相对于这种应用说明本发明。
首先参照图1，图中示出依据本发明的滑行规划系统以及相关飞机系统的一实施例的方块图。所有飞机系统可以包含本发明，从而把它们集体地称为滑行规划系统10。滑行规划系统10可以包括飞行管理计算机(FMC)11、多功能控制显示单元(MCDU)12、导航数据库(NDB)13、前导显示器(HUD)14、电子飞行仪表系统(EFIS)15、多模式接收器(MMR)16、应答器17以及通信管理单元(CMU)18。FMC11和MCDU12通常一起称为飞行管理系统(FMS)。
FMC 11包括处理器11A和存储器11B。处理器11A可以包括任何适用于接收并处理命令和数据的数据处理器。处理器11A最好是具有足够总处理能力的微处理器以便实时地完成所要求的FMS和滑行规划任务。存储器11B最好包括用来存储动态数据和变量的随机存取存储器(RAM)以及用来存储程序数据和静态数据的只读存储器(ROM)二者。处理器11A和存储器11B通信以便检索程序指令和数据并且操纵和存储变量。处理器11A还和NDB13通信。
NDB13包含描述机场跑道、滑行道、登机门、停机坪以及各种其它需要的机场设施的机场滑行数据。这些机场滑行数据存储在链表13A中，并且各条标准滑行路线13B也存储在该数据库中。机场滑行数据包括这样的数据，例如，表示跑道的位置和宽度的跑道数据，表示滑行道的位置的滑行道数据以及表示登机门的位置和进向的登机门数据。NDB13最好是可重写的或可替换的，从而可以方便地根据需要予以更新并且从而这些数据包含目前有关机场跑道、滑行道等的改变。NDB13是用任何各种各样的存储器存储技术构建的，例如PROM、EPROM、EEPROM、磁盘驱动器、光盘驱动器或者这些以及类似部件的各种组合。后面说明的链表最好存储在NDB13中。
最好通过和FMC11以及处理器11A通信的MCDU12实现用户接口。MCDU12包括显示屏幕12A、行选择键组19以及小键盘12B。MCDU12通常用于向FMC11输入航线飞行规划命令并且用于通过显示屏幕12A向驾驶员、机组人员或操作员输出航线飞机数据。各个行选择键19的操作允许快速选择或删除被显示项。本发明优先利用该先有的用户接口部件来实现用于机场地面导航的用户接口，尽管也可以利用其它用户接口来实现本发明。例如，如果需要可以把其它显示器例如EFIS15或HUD14用作为该用户接口的一部分。
HUD14和EFIS15示成通过滑行路径信号11C和FMC11通信。滑行路径信号11C包含表达选定的滑行路径的数据。HUD14把图象投射在位于驾驶员的视线前方的组合器上，从而驾驶员可以同时地观看该图象并且可从飞机的前风档向外看。EFIS15(也称为HDD)典型地位于飞机前风档的下面。EFIS15包括一个或多个显示屏幕，它们典型地是利用阴极射线管(CRT)、平板显示器或者功能上类型的显示部件实现的。当选择滑行计划时，最好在HUD14或EFIS15上向驾驶员显示该计划。
几个通信系统也和FMC11连接。MMR16接收导航或位置信号，例如，全球定位系统(GPS)信号、差分GPS(DGPS)、局域加强系统(LAAS)信号、广域加强系统(WAAS)信号等等。这些信号传送到在其上确定飞机相对于各机场特征点的位置的FMC11。然后利用该飞机位置信息为驾驶员计算适当的滑行选择选项。
应答器17和CMU18提供附加的输入输出通信通道。应答器17例如可以接收来自其它飞机或ATC的自动相关监视广播(ADS-B)信号。CMU18具有和ATC或和类似控制管理机构的数据链接，滑行计划和指令是通过它进行通信、协商、修改、批准或拒绝的。
图2-5示出用户接口。对本发明的用户访问最好通过如图2中示出的DEP/ARR INDEX页面完成。图2示出显示屏幕12A和行选择键(LSK)组19。各个行选择键19分别用1L到6L和1R到6R标识，它们用于选择期望的选项。为了访问滑行规划页面驾驶员激励2L、2R或4R中之一。该显示表示一架飞机准备从KJFK机场飞到KMEM机场。为了规划到跑道的出发滑行路径激励LSK2L。为了规划回到登机门，例如强迫该飞机返回KJFK，的滑行路径选择LSK2R。为了规划目的地机扬KMEM的从滑行道到登机门的到达滑行路径选择LSK4R。一旦激励LSK2L，屏幕转成图3中示出的KJFK出发滑行页面。
利用显示出的出发滑行页面，首先得到目前的登机门位置和目的跑道。该信息可以从存储器再调用、从其它飞机系统接收、由驾驶员在不同的FMS页面上输入或者由驾驶员在当前页面上输入。如果尚未输入该信息，通过可能的登机门选单并且接着通过可能的跑道选单向驾驶员提示位置。备择地，驾驶员可以通过MCDU的暂存区输入登机门和跑道的信息。在得到登机门和跑道后，系统访问NDB13、计算可能的滑行道和/或连接段选单并且在邻近LSK19的屏幕12A上显示它们。随着每次从该可能的滑行道和/或连接段选单的选择，在“TO”标题下出现下个可能选择的新选单。增亮被选条目并且“TO”标题下落以在“TO”标题的上方为该被选条目准备空间。该页面上下滚动以显示适当的信息。再次选择增亮的条目为该条目重新建立选单并且淘汰该再次选择条目下的先前条目。持续该处理直到得到目的跑道。在得到登机门和跑道二者的数据后，在LSK5R附近出现“STD ROUTE”选择。标准路线选择自动地选择预先定义的滑行路径选单，从而能在单次键击下选择从目前位置到目的地滑行路径。最好通过使用后面的链表和算法达到确定适当的选单选择。
图4示出依据本发明一实施例的到达页面。可以通过在出发/到达索引页面上，例如图2中所示的，激励LSK4R进入到达页面。如上面讨论那样确定跑道和登机门信息。处理器11A访问NDB13并且计算可能的滑行道和连接段的选单，随着每次进行选单选择，计算新的可能滑行选择的选单并且在“TO”标题下方显示。被选条目增亮而且“TO”标题下落以便为该被选条目准备空间。再次选择增亮的条目为该条目重新建立选单并且淘汰该再次选择条目下的先前条目。在得到跑道和登机门信息后出现“STDROUTE”提示。
图5示出可能的滑行道和连接段的一个示例选单。
如所示，该可能的滑行道选择由各个交叉口L5、L6、M4和M5构成。向各条跑道、滑行道、连接段等分配的字母和数字对每个机场是唯一的并且存储在NDB13的链表13A中。
本发明的另一个方面在于实现本发明的滑行规划系统所使用的数据库。该数据库为每个机场存储机场滑行数据。为了实现本发明的这个方面最好采用链表。在图6A、6B和7中示出链表。二个数据表链接在一起。第一个表是滑行路径ID表(TPIDT)71，该表包括滑行路径ID记录(TPIDR)61。
TPIDR61包括标识符字段61A，例如用于一条跑道的36L、用于一个登机门的A16或者用于一条滑行道连接段的L5。滑行类型字段61B标识当前路径例如跑道、滑行道、停机坪、登机门、或类似机场区域。指针字段61C是对滑行点表(TPT)72中的滑行点记录(TPR)62的链接，TPT表72包含和该滑行路径ID关联的各滑行点。编号字段61D告诉程序该滑行ID的滑行点的编号。
第二个表是由TPR62组成的TPT72。每个TPR62包括用来精确规定该点的水平位置的纬度字段62A和经度字段62B。宽度字段62C规定该点的道面宽度。高度字段62D包含该点的高度。它可以是绝对高度或者是相对于机场中的参照点或标石的相对位置。点类型字段62E按特定特征(例如，曲面或平直面上的一部分，保持点或登机门)标识该点。某些点造成特定动作。例如HOLD(保持)点使系统提醒驾驶员在继续之前认可保持。这最好通过停止显示屏幕的前进或者翻滚显示屏幕直至驾驶员通过激励一个行选择键19认可保持来实现。
滑行点记录包括另一个标记上指向TPIPT71中的记录的指针的链接63F。例如，如果在跑道上有一架飞机，典型地存在多条至各滑行道的连接段。利用该指针字段，处理器11A可以快速识别可能的滑行道和连接段并且建立一个供在选单上显示的适当滑行分支选单。
在图7中示出这二个表之间的链表。TPIDT71中的每个记录包含一个至TPT72中的一个记录的链接。它们是用链接71A和71B指示的。类似地，TPT72中的许多记录含有多个至TPIDT71中的记录的链接。这是通过链接72A和72B示出的，它们示出从记录TPR1的至记录TPIDR4和TPIDRN-3的二个链接。
采用链表结构允许本发明快速识别适当的滑行选择并且允许驾驶员快速建立由NDB13中的滑行点组成的滑行计划。
图9中利用流程80示出本发明的方法，在启动框81开始后，该方法进入框82接收飞机在机场的当前位置。最好通过驾驶员输入数据完成该步骤。驾驶员也可以在飞往目的地机场的途中输入该数据。该步骤还可以包括以类似方式接收目的地位置。相反地，可以通过和ATC的自动数据链接接收该数据或者根据来自定位系统例如GPS的位置数据确定该数据。
该方法进入框83，其中从NDB检索关联的滑行路径ID记录。例如，如果飞机在跑道27R上，则检索用于27R的滑行路径ID记录。该滑行路径ID记录包含一个至关联的滑行点记录的指针，这些滑行点记录包括例如跑道的各位置点和宽度的数据。
在框84中检索关联的滑行点记录。这些滑行点记录包括对可能的对特定滑行点为适当滑行分支的滑行道以及连接段的指针。该方法进入框85，其中利用各个指向不同滑行路径记录的指针确定可能的滑行道和连接段。可能存在多个至不同滑行路径ID记录的指针。该方法在框86继续，其中各条滑行道和连接段形成一个选择选单并且在显示屏幕上显示。在框87，接收用户规定期望的滑行道或连接段的输入。
该方法在判定框88继续，其中检查选定的滑行道或连接段是否是终止分支。例如，如果该选择是一个登机门，则设想完成滑行路线计划并且结束该处理。如果不是这种情况，该处理返回到框84继续，其中再次检索适当的相关滑行点记录。继续该处理，直至完成滑行计划或者驾驶员在到达常规终止点之前终止该计划。当选择该滑行路径时，在框89于HDD上显示该路径并且叠加在机场地图上面，从而使驾驶员对情况得到改进的了解。
业内人士清楚，在不背离由附属权利要求书定义的本发明的精神或范围下，可以对本文所说明的本发明的优选实施例做出各种修改。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种飞机滑行规划系统，包括一个用户接口包括，一个显示屏幕，以及一个选择输入；一个存储机场滑行数据的数据存储部件；以及一个和所述显示屏幕以及所述选择输入通信的处理器，其中所述处理器根据所述机场滑行数据生成可能滑行分支选单，并且所述处理器将所述选单传送到所述显示屏幕，所述滑行分支和飞机位置相称。
2.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述机场滑行数据包括跑道数据、滑行道数据和登机门数据。
3.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述数据存储部件存储预先定义的标准滑行路线。
4.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述机场滑行数据是按链表存储的。
5.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述显示屏幕包括下导显示系统。
6.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述显示屏幕包括前导显示系统。
7.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述显示屏幕是从由电子飞行仪表系统、前导显示器、应答器和无线通信系统组成的组中选择的。
8.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述用户接口包括一个多功能控制显示单元。
9.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述处理器包括飞行管理计算机。
10.一种飞机滑行规划方法，包括步骤接收指示飞机在机场上的位置的飞机位置数据；生成和所述飞机位置数据相称的第一滑行分支选单；接收指示从所述第一滑行分支选单选择的滑行分支的滑行分支选择信号；生成和所述选择的滑行分支相称的第二滑行分支选单；生成指示所述选择的滑行分支的滑行路线；以及把指示所述滑行路径的滑行路径信号传送到显示系统。
11.如权利要求10的飞机滑行规划方法，还包括接收指示所述机场上的目的地位置的飞机目的地数据的步骤。
12.如权利要求10的飞机滑行规划方法，其中该第一生成步骤包括生成标准滑行路线。
13.如权利要求10的飞机滑行规划方法，其中各个生成选单的步骤包括搜索机场滑行数据的链表。
14.如权利要求13的飞机滑行规划方法，其中所述链表包括滑行点表。
15.如权利要求13的飞机滑行规划方法，其中所述链表包括滑行路径ID表。
16.如权利要求10的飞机滑行规划方法，还包括把所述滑行路径发送到地面控制系统的步骤。
17.如权利要求13的飞机滑行规划方法，其中所述链表包括点类型字段。
18.如权利要求17的飞机滑行规划方法，其中所述点类型字段包括HOLD(保持)值。
19.如权利要求18的飞机滑行规划方法，还包括根据所述飞机接近和所述HOLD值关联的滑行点，由驾驶员请求一个行动的步骤。
20.如权利要求10的飞机滑行规划方法，其中所述显示系统是从由下导显示系统和前导显示系统组成的组中选择的。
21.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述处理器根据所述飞机滑行数据和一个先前的滑行分支选择生成该可能的滑行分支选单。
权利要求
1.一种飞机滑行规划系统，包括一个用户接口包括，一个显示屏幕，以及一个选择输入；一个存储机场滑行数据的数据存储部件；以及一个和所述显示屏幕以及所述选择输入通信的处理器，其中所述处理器根据所述机场滑行数据生成可能滑行分支选单，并且把所述选单传送到所述显示屏幕，所述滑行分支和飞机位置相称。
2.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述机场滑行数据包括跑道数据、滑行道数据和登机门数据。
3.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述数据存储部件存储预先定义的标准滑行路线。
4.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述机场滑行数据是按链表存储的。
5.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述至少一个的其它飞机系统包括下导显示系统。
6.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述至少一个的其它飞机系统包括前导显示系统。
7.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述至少一个的其它飞机系统是从由电子飞行仪表系统、前导显示器、应答器和无线通信系统组成的组中选择的。
8.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述用户接口包括一个多功能控制显示单元。
9.如权利要求1的飞机滑行规划系统，其中所述处理器包括飞行管理计算机。
10.一种飞机滑行规划方法，包括步骤接收指示飞机在机场上的位置的飞机位置数据；生成和所述飞机位置数据相称的第一滑行分支选单；接收指示从所述第一滑行分支选单选择的滑行分支的滑行分支选择信号；生成和所述选择的滑行分支相称的第二滑行分支选单；生成指示所述选择的滑行分支的滑行路线；以及把指示所述滑行路径的滑行路径信号传送到显示系统。
11.如权利要求10的飞机滑行规划方法，还包括接收指示所述机场上的目的地位置的飞机目的地数据的步骤。
12.如权利要求10的飞机滑行规划方法，其中该第一生成步骤包括生成标准滑行路线。
13.如权利要求10的飞机滑行规划方法，其中各个生成选单的步骤包括搜索机场滑行数据的链表。
14.如权利要求13的飞机滑行规划方法，其中所述链表包括滑行点表。
15.如权利要求13的飞机滑行规划方法，其中所述链表包括滑行路径ID表。
16.如权利要求10的飞机滑行规划方法，还包括把所述滑行路径发送到地面控制系统的步骤。
17.如权利要求13的飞机滑行规划方法，其中所述链表包括点类型字段。
18.如权利要求17的飞机滑行规划方法，其中所述点类型字段包括HOLD(保持)值。
19.如权利要求18的飞机滑行规划方法，还包括根据所述飞机接近和所述HOLD值关联的滑行点，由驾驶员请求一个行动的步骤。
20.如权利要求10的飞机滑行规划方法，其中所述显示系统是从由下导显示系统和前导显示系统组成的组中选择的。
全文摘要
一种用于飞机的滑行规划系统(10)提供一个直观用户接口以便快速方便地输入和选择滑行计划。该系统包括预先定义的对驾驶员提示可行滑行选择的简化选择选单。预先定义的标准路线允许驾驶员在最少键击和最短时间下选择滑行路线。显示屏幕(12A)向驾驶员传递选择选单和标准路线，驾驶员在尽可能少的键击下做出选择。由链表结构组成的数据库(13)促进能表示各种各样的机场跑道、滑行道、登机门、停机坪和其它机场设施的灵活系统。选定的滑行路线传送到其它飞机系统例如下导显示器、前导显示器、飞行管理计算机、通信系统等等。
文档编号G01C23/00GK1742277SQ02824336
公开日2006年3月1日 申请日期2002年10月30日 优先权日2001年12月4日
发明者兰迪·L·沃尔特 申请人:史密斯宇航公司