一种飞机滑行位置实时定位系统及控制方法
【专利摘要】一种飞机滑行位置实时定位系统及控制方法。系统包括多个埋地传感器、多个数据采集终端和一个分析控制终端，每个埋地传感器与一个数据采集终端相连接，而数据采集终端则通过无线方式与安装在控制中心的分析控制终端相连接；埋地传感器包括柱状外壳、单片机控制器、至少一个振动传感器、多个限位器、锂电池、下部固定底座和上部可拆卸盖板；限位器包括固定套筒、可伸缩限位杆、高强弹簧、至少一个固定限位销、至少一个可伸缩限位销和一个限位套筒；本发明提供的飞机滑行位置实时定位系统及控制方法可实时动态监测机场跑道上飞机滑行位置，安全可靠，具有施工简便、使用寿命长等优点，且实施简便。
【专利说明】一种飞机滑行位置实时定位系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机场工程【技术领域】，特别是涉及一种飞机滑行位置实时定位系统及控制方法。
【背景技术】
[0002]据统计资料显示，民航客机事故的高发期主要集中在起飞、开始爬升和进场着陆阶段。在大雾、大雨、大雪等恶劣天气下，能见度下降，管理人员从塔台无法直接观察到飞机滑行位置，同时飞行员也无法观察其它飞机的位置，这样就极易引起客机安全事故。由于民航客机事故会直接影响机场的安全运营和旅客的生命安全，所以一直以来备受机场管理部I?的关注。
[0003]虽然目前可通过GPS定位方式实时确定出飞机的滑行位置，但在恶劣天气下极易发生定位不准问题，因此仍留有安全隐患。为此本 申请人:曾在2012年和2013年先后向国家知识产权局专利局提交过名为“机场飞行区全景管理系统”和“一种机场道面板剩余寿命评价系统及控制评价方法”两项专利申请，该技术方案通过在飞行区安装摄像头来采集飞机滑行图像并分析飞机滑行位置，尽管在一定程度上解决了 GPS定位不准而造成的问题，但仍未解决在恶劣天气下因能见度低而引起的图像辨识度差的问题。因此，如何实时定位飞机滑行位置已成为机场工程领域需要进一步研究的问题。
[0004]基于上述分析，研发一种飞机滑行位置实时定位系统及控制方法，在恶劣气候条件下通过记录道面振动，直观、可靠、准确地判断出飞机滑行位置，以此来降低机场道面运行管理风险，具有重要的理论意义与实践意义。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种安全可靠，具有施工简便、使用寿命长的飞机滑行位置实时定位系统及控制方法。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供的飞机滑行位置实时定位系统包括多个埋地传感器、多个数据采集终端和一个分析控制终端，每个埋地传感器与一个数据采集终端相连接，而数据采集终端则通过无线方式与安装在控制中心的分析控制终端相连接；埋地传感器包括柱状外壳、单片机控制器、至少一个振动传感器、多个限位器、锂电池、下部固定底座和上部可拆卸盖板；其中单片机控制器设置于柱状外壳内上部，并且与振动传感器和锂电池电连接，同时与设置于机场道面外侧草面区的数据采集终端和电源电连接；锂电池设置于柱状外壳内下部；振动传感器和限位器以可拆卸的方式间隔设置在柱状外壳的外圆周面上；柱状外壳的底面固定在下部固定底座的表面上；上部可拆卸盖板以可拆卸的方式设置于柱状外壳顶面上；所述的限位器包括固定套筒、可伸缩限位杆、高强弹簧、至少一个固定限位销、至少一个可伸缩限位销和一个限位套筒；其中固定套筒的一端封闭，该封闭端外部固定在柱状外壳上；可伸缩限位杆的一端插入在固定套筒的内部；高强弹簧的两端分别固定在固定套筒上封闭端内表面和可伸缩限位杆内端面上；固定限位销设置于固定套筒的外表面中部；可伸缩限位销设置于可伸缩限位杆中部外侧，并且能够缩进可伸缩限位杆的内部；限位套筒的一侧面上形成有开口，其以可拆卸的方式套在位于固定限位销和可伸缩限位销之间的固定套筒及可伸缩限位杆外部。
[0007]所述的数据采集终端为通过数据线与埋地传感器相连接的单片机，分析控制终端中设有其内安装有飞机滑行位置控制分析程序的计算机。
[0008]所述的限位器的数量为4个，相邻限位器之间相距90°。
[0009]所述的单片机控制器上还留有多个用于设置振动传感器的备用接口。
[0010]本发明提供的飞机滑行位置实时定位系统的控制方法包括按顺序进行的下列步骤:
[0011]I)系统上电自检的SI阶段；在此阶段中，系统首先进行硬件的上电自检，并启动分析控制终端中计算机上的飞机滑行位置控制分析程序，以判断各数据采集终端所连接的埋地传感器是否工作正常，如果有异常则在人工检查后重新自检，如果显示正常则进入S2阶段；
[0012]2)空闲模式的S2阶段；在此阶段中，等待进行下一步操作；
[0013]3)判断是否点击飞机滑行位置实时定位按钮的S3阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否点击分析控制终端中计算机显示屏上的“飞机滑行位置实时定位”按钮，如果判断结果为“是”，则进入S4阶段；否则返回到S2阶段的入口处；
[0014]4)进行道面振动信号采集的S4阶段；在此阶段中，分析控制终端3中的计算机将动态采集机场跑道、滑行道和停机坪区域埋置的埋地传感器内振动传感器所采集到的振动信号并过滤机动车引起的振动信号，然后以图形方式在显示屏上显示出由飞机滑行激发振动传感器产生振动的位置，从而定位出机场跑道、滑行道和停机坪区域飞机的位置和移动方向，然后进入S5阶段；
[0015]5)判断振动信号采集是否结束的S5阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否点击分析控制终端中计算机显示屏上的“采集结束”按钮，如果判断结果为“是”，则结束采集过程，否则返回到S4阶段的入口处。
[0016]本发明提供的飞机滑行位置实时定位系统及控制方法具有如下优点:1)施工简便:仅需要在道面上钻孔和刻槽，整个过程耗时短，完全可以利用停航间歇进行。2)安全可靠:道面修补施工结束后，道面上没有任何破损和遗留物，不会给飞机起降带来隐患。3)数据采集结果可靠:将传感器设置在飞机轮迹带上能直接获得飞机与跑道接触过程中的数据，相对于传统的测试方法结果更可靠。4)更换简便:如果传感器发生故障，仅需要将原传感器取出，并重新安装即可。5)使用寿命长:将电源设置在跑道两侧的草面区，能有效提高传感器的使用寿命，防止内置电池储电能力下降造成的传感器失效。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明提供的飞机滑行位置实时定位系统组成示意图。
[0018]图2为本发明提供的飞机滑行位置实时定位系统中埋地传感器结构俯视图。
[0019]图3为本发明提供的飞机滑行位置实时定位系统中埋地传感器结构立面图。
[0020]图4为本发明提供的飞机滑行位置实时定位系统中埋地传感器上限位器初始状态示意图。[0021]图5为本发明提供的飞机滑行位置实时定位系统中埋地传感器上限位器工作状态示意图。
[0022]图6为本发明提供的飞机滑行位置实时定位系统的控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体实施例对本发明提供的飞机滑行位置实时定位系统及控制方法进行详细说明。
[0024]如图1一图5所示，本发明提供的飞机滑行位置实时定位系统包括多个埋地传感器1、多个数据采集终端2和一个分析控制终端3，每个埋地传感器I与一个数据采集终端2相连接，而数据采集终端2则通过无线方式与安装在控制中心的分析控制终端3相连接；埋地传感器I包括柱状外壳4、单片机控制器5、至少一个振动传感器6、多个限位器7、锂电池8、下部固定底座9和上部可拆卸盖板10 ;其中单片机控制器5设置于柱状外壳4内上部，并且与振动传感器6和锂电池8电连接，同时与设置于机场道面外侧草面区的数据采集终端2和电源电连接；锂电池8设置于柱状外壳4内下部；振动传感器6和限位器7以可拆卸的方式间隔设置在柱状外壳4的外圆周面上；柱状外壳4的底面固定在下部固定底座9的表面上；上部可拆卸盖板10以可拆卸的方式设置于柱状外壳4顶面上；所述的限位器7包括固定套筒11、可伸缩限位杆12、高强弹簧13、至少一个固定限位销14、至少一个可伸缩限位销15和一个限位套筒16 ;其中固定套筒11的一端封闭，该封闭端外部固定在柱状外壳4上；可伸缩限位杆12的一端插入在固定套筒11的内部；高强弹簧13的两端分别固定在固定套筒11上封闭端内表面和可伸缩限位杆12内端面上；固定限位销14设置于固定套筒11的外表面中部；可伸缩限位销15设置于可伸缩限位杆12中部外侧，并且能够缩进可伸缩限位杆12的内部；限位套筒16的一侧面上形成有开口，其以可拆卸的方式套在位于固定限位销14和可伸缩限位销15之间的固定套筒11及可伸缩限位杆12外部。
[0025]所述的数据采集终端2为通过数据线与埋地传感器I相连接的单片机，分析控制终端3中设有其内安装有飞机滑行位置控制分析程序的计算机。
[0026]所述的限位器7的数量为4个，相邻限位器7之间相距90°，这样可将整个埋地传感器I牢牢固定在机场道面下方的地基中。
[0027]所述的单片机控制器5上还留有多个用于设置振动传感器6的备用接口。
[0028]现将上述飞机滑行位置实时定位系统的实施方法阐述如下:
[0029]I)将振动传感器6及限位器7安装在柱状外壳4上，并测试是否工作正常；
[0030]2)在机场跑道、滑行道和停机坪中线两侧飞机轮迹带的指定位置上向下钻穿机场道面至基础层，形成与埋地传感器4最大直径相同且深度大于埋地传感器4高度5cm的柱状道面钻孔，然后从该道面钻孔向外沿跑道横向切割出一条2cm宽、5cm深的切缝，直至达到机场道面外侧的草面区，由此将道面钻孔与草面区连通；
[0031]3)在上述道面钻孔内壁上根据限位器7的设置高度沿径向向外钻出多个分别与多个限位器7位置对应且深度、直径相符的圆孔；
[0032]4)拆下上部可拆卸盖板10，并将可伸缩限位销15压进可伸缩限位杆12内部，然后将可伸缩限位杆12的内端部插入固定套筒11内，由此压缩高强弹簧13，此时的状态如图4所示，之后将下部固定底座9设置于道面钻孔内的基础层表面上；[0033]5)将每一个可伸缩限位杆12的外端对准一个道面钻孔内壁上的圆孔，然后向外拉动可伸缩限位杆12，待可伸缩限位销15移出固定套筒11后其将向外弹出至可伸缩限位杆12外部，同时可伸缩限位杆12的外端部将伸入到上述圆孔内，然后将限位套筒16从开口处套在位于固定限位销14和可伸缩限位销15之间的固定套筒11及可伸缩限位杆12外部，由此将固定套筒11和可伸缩限位杆12之间的相对位置固定，以防止可伸缩限位销15的位置改变，此时的状态如图5所示；
[0034]6)将与单片机控制器5相连的数据线和电源线连接在上部可拆卸盖板10上；
[0035]7)采用与机场道面相同的材料将上述道面钻孔内柱状外壳4外侧的部位填满，直至达到柱状外壳4的顶部位置，然后将上部可拆卸盖板10安装在柱状外壳4上，并将数据线和电源线设置在切缝内，然后将道面钻孔上部全部封闭；
[0036]8)将数据线和电源线沿切缝引至机场道面外侧的草面区，并与数据采集终端2及电源相连接；
[0037]9)将步骤2)形成的切缝封闭；
[0038]10)在实际运行中，数据采集终端2将实时采集埋地传感器I上振动传感器6采集并传送的信号，之后无线传输给分析控制终端3，以监测飞机降落后在机场道面上引起的振动，从而实时飞机滑行位置信息。
[0039]另外，如果施工过程引起上述振动传感器6出现损坏，或使用过程中发生信号异常的情况而需要维修时，可在原钻孔位置重新钻孔，将埋地传感器I取出，更换损坏部件后重复步骤I)至步骤9)即可。
[0040]如图6所示，本发明提供的飞机滑行位置实时定位系统的控制方法包括按顺序进行的下列步骤:
[0041]I)系统上电自检的SI阶段；在此阶段中，系统首先进行硬件的上电自检，并启动分析控制终端3中计算机上的飞机滑行位置控制分析程序，以判断各数据采集终端2所连接的埋地传感器I是否工作正常，如果有异常则在人工检查后重新自检，如果显示正常则进入S2阶段；
[0042]2)空闲模式的S2阶段；在此阶段中，等待进行下一步操作；
[0043]3)判断是否点击飞机滑行位置实时定位按钮的S3阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否点击分析控制终端3中计算机显示屏上的“飞机滑行位置实时定位”按钮，如果判断结果为“是”，则进入S4阶段；否则返回到S2阶段的入口处；
[0044]4)进行道面振动信号采集的S4阶段；在此阶段中，分析控制终端3中的计算机将动态采集机场跑道、滑行道和停机坪区域埋置的埋地传感器I内振动传感器6所采集到的振动信号并过滤机动车引起的振动信号，然后以图形方式在显示屏上显示出由飞机滑行激发振动传感器6产生振动的位置，从而定位出机场跑道、滑行道和停机坪区域飞机的位置和移动方向，然后进入S5阶段；
[0045]5)判断振动信号采集是否结束的S5阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否点击分析控制终端3中计算机显示屏上的“采集结束”按钮，如果判断结果为“是”，则结束采集过程，否则返回到S4阶段的入口处。
【权利要求】
1.一种飞机滑行位置实时定位系统，其特征在于:其包括多个埋地传感器(I)、多个数据采集终端(2)和一个分析控制终端(3)，每个埋地传感器(I)与一个数据采集终端(2)相连接，而数据采集终端(2)则通过无线方式与安装在控制中心的分析控制终端(3)相连接；埋地传感器(I)包括柱状外壳(4)、单片机控制器(5)、至少一个振动传感器(6)、多个限位器(7)、锂电池(8)、下部固定底座(9)和上部可拆卸盖板(10);其中单片机控制器(5)设置于柱状外壳(4)内上部，并且与振动传感器(6)和锂电池(8)电连接，同时与设置于机场道面外侧草面区的数据采集终端(2)和电源电连接；锂电池(8)设置于柱状外壳(4)内下部；振动传感器(6)和限位器(7)以可拆卸的方式间隔设置在柱状外壳(4)的外圆周面上；柱状外壳(4)的底面固定在下部固定底座(9)的表面上；上部可拆卸盖板(10)以可拆卸的方式设置于柱状外壳(4)顶面上；所述的限位器(7)包括固定套筒(11)、可伸缩限位杆(12)、高强弹簧(13)、至少一个固定限位销(14)、至少一个可伸缩限位销(15)和一个限位套筒(16);其中固定套筒(11)的一端封闭，该封闭端外部固定在柱状外壳(4)上；可伸缩限位杆(12)的一端插入在固定套筒(11)的内部；高强弹簧(13)的两端分别固定在固定套筒(11)上封闭端内表面和可伸缩限位杆(12)内端面上；固定限位销(14)设置于固定套筒(11)的外表面中部；可伸缩限位销(15)设置于可伸缩限位杆(12)中部外侧，并且能够缩进可伸缩限位杆(12)的内部；限位套筒(16)的一侧面上形成有开口，其以可拆卸的方式套在位于固定限位销(14)和可伸缩限位销(15)之间的固定套筒(11)及可伸缩限位杆(12)外部。
2.根据权利要求1所述的飞机滑行位置实时定位系统，其特征在于:所述的数据采集终端(2)为通过数据线与埋地传感器(I)相连接的单片机，分析控制终端(3)中设有其内安装有飞机滑行位置控制分析程序的计算机。
3.根据权利要求1所述的飞机滑行位置实时定位系统，其特征在于:所述的限位器(7)的数量为4个，相邻限位器(7)之间相距90°。
4.根据权利要求1所 述的飞机滑行位置实时定位系统，其特征在于:所述的单片机控制器(5)上还留有多个用于设置振动传感器(6)的备用接口。
5.一种如权利要求1所述的飞机滑行位置实时定位系统的控制方法，其特征在于:所述的控制方法包括按顺序进行的下列步骤: 1)系统上电自检的SI阶段；在此阶段中，系统首先进行硬件的上电自检，并启动分析控制终端(3)中计算机上的飞机滑行位置控制分析程序，以判断各数据采集终端(2)所连接的埋地传感器(I)是否工作正常，如果有异常则在人工检查后重新自检，如果显示正常则进入S2阶段； 2)空闲模式的S2阶段；在此阶段中，等待进行下一步操作； 3)判断是否点击飞机滑行位置实时定位按钮的S3阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否点击分析控制终端(3)中计算机显示屏上的“飞机滑行位置实时定位”按钮，如果判断结果为“是”，则进入S4阶段；否则返回到S2阶段的入口处； 4)进行道面振动信号采集的S4阶段；在此阶段中，分析控制终端(3)中的计算机将动态采集机场跑道、滑行道和停机坪区域埋置的埋地传感器(I)内振动传感器(6)所采集到的振动信号并过滤机动车引起的振动信号，然后以图形方式在显示屏上显示出由飞机滑行激发振动传感器(6)产生振动的位置，从而定位出机场跑道、滑行道和停机坪区域飞机的位置和移动方向，然后进入S5阶段；5)判断振动信号采集是否结束的S5阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否点击分析控制终端(3)中计算机 显示屏上的“采集结束”按钮，如果判断结果为“是”，则结束采集过程，否则返回到S4阶段的入口处。
【文档编号】G01C21/00GK103808318SQ201410045064
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月7日 优先权日:2014年2月7日
【发明者】武志玮, 刘国光, 陈屹巍 申请人:中国民航大学