一种基于车辆行为预测的跑道入侵前端预警系统及方法与流程

本发明涉及机场跑道警戒预警提示领域，尤其涉及一种基于车辆行为预测的跑道入侵前端预警系统及方法。

背景技术：

跑道侵入是指发生在机场中对飞机跑道安全产生不利影响的事件，跑道侵入是目前航空运行行业最重要的危险源之一，极易导致灾难性航空器碰撞和人员伤亡的重大安全事件，而且几乎不可避免，严重影响机场安全。跑道入侵事件由错误的出现在用于飞机起飞和降落保护区的飞机，车辆以及行人导致，其中，由车辆导致的跑道入侵事件尤为突出，据不完全统计，车辆侵入跑道占近8年中国民航跑道侵入事件的44％，亟需采用技术手段提升防控能力，减少此类事件发生概率。

目前，大部分机场已经为车辆加装北斗设备并建成了车辆导航系统，但仍无法避免车辆跑道侵入的事件发生，主要原因是目前系统只是后台监视与车辆导航，后台发现跑道侵入事件，但无法立即通知车辆驾驶员，没有足够的时间阻止侵入事件，车辆驾驶员也来不及应对侵入事件；另外的重要因素是车辆驾驶员丧失情景意识，误入安全区，自身完全不知道发生了侵入事件。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于车辆行为预测的跑道入侵前端预警系统及方法，通过分析车辆的行为，结合车辆的位置数据与机场安全区的范围，实时为车辆驾驶员提供准确及时的跑道侵入预警信息，减少跑道侵入的数量，有利于防止跑道事故发生，同时不干扰机场业务运行，提升了机场的防控能力。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于车辆行为预测的跑道入侵前端预警系统，包括卫星定位模块、adsb模块、电源模块、处理器和声光报警模块，所述处理器分别与卫星定位模块、adsb模块、电源模块、声光报警模块连接，所述电源模块分别与卫星定位模块、adsb模块、处理器、声光报警模块电连接；所述处理器内部具有跑道警戒区预警模块和飞机安全距离预警模块，所述跑道警戒区预警模块内部具有警戒区数据库，所述警戒区数据库存储有机场跑道警戒区域的所有地理坐标数据，所述卫星定位模块用于实时定位卫星数据以获取实时地理坐标数据并传输至处理器，所述处理器的跑道警戒区预警模块用于将卫星定位模块的实时地理坐标数据与警戒区数据库中的所有地理坐标数据进行数据比对及跑道入侵判断处理并向声光报警模块发出声光报警命令；所述adsb模块用于提供机场中停靠飞机的位置数据，所述位置数据为地理坐标数据，所述飞机安全距离预警模块内部设定有安全距离阈值，所述飞机安全距离预警模块用于将卫星定位模块的实时地理坐标数据与机场中停靠飞机的位置数据进行距离运算并得到车辆与停靠飞机之间的实时距离值，所述处理器的飞机安全距离预警模块将实时距离值与安全距离阈值进行比较判断处理并向声光报警模块发出声光报警命令，所述声光报警模块用于发出声光报警信号。

为了更好地实现本发明跑道入侵前端预警系统，还包括惯导模块和ai协处理器，所述处理器分别与惯导模块、ai协处理器连接，所述电源模块分别与惯导模块、ai协处理器连接。

作为优选，本发明跑道入侵前端预警系统还包括语音模块，所述语音模块分别与adsb模块、处理器、电源模块连接。

作为优选，本发明跑道入侵前端预警系统还包括通信模块，所述通信模块分别与处理器、卫星定位模块连接。

作为优选，所述卫星定位模块为北斗定位模块或gps定位模块；所述地理坐标数据为经纬度坐标。

一种基于车辆行为预测的跑道入侵前端预警方法，其方法如下：

a、在机场中的跑道升降带区域向外延伸m米划设出跑道安全区域，接着在跑道安全区域外部向外延伸n米划设出警戒区区域；通过卫星定位设备或卫星定位模块得到跑道升降带区域、跑道安全区域、警戒区区域中的所有地理坐标数据并存储到跑道警戒区预警模块的警戒区数据库中；

b、通过位于车辆内部的卫星定位模块实时定位车辆的卫星数据以获取实时地理坐标数据并传输至处理器，惯导模块用于在无卫星信号情况下提供短时间的车辆位置数据并传输至处理器，ai协处理器用于提供车辆行驶行为的智能预测并传输至处理器，处理器的跑道警戒区预警模块将卫星定位模块的实时地理坐标数据与警戒区数据库中的所有地理坐标数据进行数据比对及跑道入侵判断处理并向声光报警模块发出声光报警命令；

c、adsb模块提供机场中停靠飞机的位置数据，其中位置数据为地理坐标数据，飞机安全距离预警模块内部设定有安全距离阈值，飞机安全距离预警模块将位于车辆内部的卫星定位模块的实时地理坐标数据与机场中停靠飞机的位置数据进行距离运算并得到车辆与停靠飞机之间的实时距离值，处理器的飞机安全距离预警模块将实时距离值与安全距离阈值进行比较判断处理并向声光报警模块发出声光报警命令；

d、处理器上设有显示器，处理器通过通信模块将报警信号及车辆位置数据传输至远端的监控机中。

一种基于车辆行为预测的跑道入侵前端预警方法，其方法如下：

a、在机场中的跑道升降带区域向外延伸m米划设出跑道安全区域，m≥90米；接着在跑道安全区域外部向外延伸d2米划设出警戒区区域，所延伸宽度d2为警戒区距离，其警戒区区域所延伸宽度d2米的方法如下：

a1、设定跑道安全区入侵的预警运算处理时间为t0，并预留t1的缓冲时间，那么车辆预警制动反应时间为：小于t2，t2＝t0+t1，t2、t1、t0的单位均为秒，机场内车辆的最大限速为vm，vm的单位为km/h，计算得知每秒行进距离为d1，警戒区区域所延伸宽度d2，d2＝d1*t2；

b、通过位于车辆内部的卫星定位模块实时定位车辆的卫星数据以获取实时地理坐标数据并传输至处理器，同时卫星定位模块获取车辆的速度v1，卫星定位模块、惯导模块与ai协处理器在处理器处理下共同得到车辆的行进方向θ，处理器根据车辆的实时地理坐标数据运算出车辆距离跑道安全区域边缘的直线距离d3，处理器判断直线距离d3与警戒区距离d2之间的大小关系；

b1、当直线距离d3>警戒区距离d2时，则处理器不向声光报警模块发出报警监视命令；

b2、当直线距离d3≤警戒区距离d2时，则处理器向声光报警模块发出报警监视命令；

c、处理器通过如下公式运算出车辆进入跑道安全区域所需的距离d4和时间t3，

获取时间t3之后，处理器进行如下报警判断及报警响应：

c1、当t3≥t2，则处理器向声光报警模块发出报警监视命令；

c2、当t3＜t2，则处理器向声光报警模块发出声光报警提示以告知车辆立即退出，当车辆退出后，则声光报警模块的声光报警提示终止。

一种基于车辆行为预测的跑道入侵前端预警方法，其方法如下：

a、在机场中的跑道升降带区域向外延伸m米划设出跑道安全区域，m＝90米；接着在跑道安全区域外部向外延伸d2米划设出警戒区区域，所延伸宽度d2为警戒区距离，其警戒区区域所延伸宽度d2米的方法如下：

a1、设定跑道安全区入侵的预警运算处理时间为t0＝2s，并预留t1的缓冲时间，t1＝1s，那么车辆预警制动反应时间为：小于t2，t2＝t0+t1＝3s，t2、t1、t0的单位均为秒，机场内车辆的最大限速为vm，vm的单位为km/h，计算得知每秒行进距离为d1，警戒区区域所延伸宽度d2，d2＝d1*t2＝50.1m；

b、通过位于车辆内部的卫星定位模块实时定位车辆的卫星数据以获取实时地理坐标数据并传输至处理器，同时卫星定位模块获取车辆的速度v1，卫星定位模块、惯导模块与ai协处理器在处理器处理下共同得到车辆的行进方向θ，处理器根据车辆的实时地理坐标数据运算出车辆距离跑道安全区域边缘的直线距离d3，处理器判断直线距离d3与警戒区距离d2之间的大小关系；

b1、当直线距离d3>警戒区距离d2时，则处理器不向声光报警模块发出报警监视命令；

b2、当直线距离d3≤警戒区距离d2时，则处理器向声光报警模块发出报警监视命令；

c、处理器通过如下公式运算出车辆进入跑道安全区域所需的距离d4和时间t3，

获取时间t3之后，处理器进行如下报警判断及报警响应：

c1、当t3≥t2，则处理器向声光报警模块发出报警监视命令；

c2、当t3＜t2，则处理器向声光报警模块发出声光报警提示以告知车辆立即退出，当车辆退出后，则声光报警模块的声光报警提示终止。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过分析车辆的行为，结合车辆的位置数据与机场安全区的范围，实时为车辆驾驶员提供准确及时的跑道侵入预警信息，减少跑道侵入的数量，有利于防止跑道事故发生，同时不干扰机场业务运行，提升了机场的防控能力。

(2)本发明可以通过通信模块远距离传输至机场监控端，有利于远端监控作业和监控指挥。

附图说明

图1为本发明跑道入侵前端预警系统的结构框图；

图2为本发明处理器的结构框图；

图3为本发明跑道区域的划设示意图；

图4为车辆进入警戒区的计算示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1卫星定位模块,2处理器，21跑道警戒区预警模块,22飞机安全距离预警模块，3惯导模块,4ai协处理器,5adsb模块,6语音模块,7声光报警模块,8电源模块,9通信模块,10跑道升降带区域,11跑道安全区域,12警戒区区域。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例一

如图1～图3所示，一种基于车辆行为预测的跑道入侵前端预警系统，包括卫星定位模块1、adsb模块5、电源模块8、处理器2和声光报警模块7，本实施例的卫星定位模块1为北斗定位模块或gps定位模块。地理坐标数据为经纬度坐标。其中，adsb模块5又可以表达为ads-b模块，也即采用ads-b系统技术的设备，adsb模块5可以采用北京通航电科科技有限公司的ads-b机载设备。处理器2分别与卫星定位模块1、adsb模块5、电源模块8、声光报警模块7连接，电源模块8分别与卫星定位模块1、adsb模块5、处理器2、声光报警模块7电连接。处理器2内部具有跑道警戒区预警模块21和飞机安全距离预警模块22，跑道警戒区预警模块21内部具有警戒区数据库，警戒区数据库存储有机场跑道警戒区域的所有地理坐标数据，本实施例地理坐标数据为经纬度坐标。

卫星定位模块1用于实时定位卫星数据以获取实时地理坐标数据并传输至处理器2，处理器2的跑道警戒区预警模块21用于将卫星定位模块1的实时地理坐标数据与警戒区数据库中的所有地理坐标数据进行数据比对及跑道入侵判断处理并向声光报警模块7发出声光报警命令。adsb模块1用于提供机场中停靠飞机的位置数据，位置数据为地理坐标数据，adsb模块1可以提供接收距离内所有飞机的位置，包括跑道停靠和空中飞行的飞机飞行位置轨迹(adsb模块1上报过来的飞机飞行位置轨迹)，推算落地时间和跑道占用情况，即adsb模块1可以计算飞机占用的跑道情况，如跑道被飞机占用，车辆位置与跑道坐标进行运算，提示冲突；飞机安全距离预警模块22内部设定有安全距离阈值，飞机安全距离预警模块22用于将卫星定位模块1的实时地理坐标数据与机场中停靠飞机的位置数据进行距离运算并得到车辆与停靠飞机之间的实时距离值，处理器2的飞机安全距离预警模块22将实时距离值与安全距离阈值进行比较判断处理并向声光报警模块7发出声光报警命令，声光报警模块7用于发出声光报警信号。

如图1～图3所示，一种基于车辆行为预测的跑道入侵前端预警方法，其方法如下：

a、在机场中的跑道升降带区域10向外延伸m米划设出跑道安全区域11，接着在跑道安全区域11外部向外延伸n米划设出警戒区区域12。通过卫星定位设备或卫星定位模块1得到跑道升降带区域10、跑道安全区域11、警戒区区域12中的所有地理坐标数据并存储到跑道警戒区预警模块21的警戒区数据库中。

b、通过位于车辆内部的卫星定位模块1实时定位车辆的卫星数据以获取实时地理坐标数据并传输至处理器2，处理器2的跑道警戒区预警模块21将卫星定位模块1的实时地理坐标数据与警戒区数据库中的所有地理坐标数据进行数据比对及跑道入侵判断处理并向声光报警模块7发出声光报警命令。

c、adsb模块1提供机场中停靠飞机的位置数据，其中位置数据为地理坐标数据，飞机安全距离预警模块22内部设定有安全距离阈值，飞机安全距离预警模块22将位于车辆内部的卫星定位模块1的实时地理坐标数据与机场中停靠飞机的位置数据进行距离运算并得到车辆与停靠飞机之间的实时距离值，处理器2的飞机安全距离预警模块22将实时距离值与安全距离阈值进行比较判断处理并向声光报警模块7发出声光报警命令。

d、处理器2上设有显示器，处理器2通过通信模块9将报警信号及车辆位置数据传输至远端的监控机中。

实施例二

如图1～图3所示，一种基于车辆行为预测的跑道入侵前端预警系统，包括卫星定位模块1、adsb模块5、电源模块8、处理器2和声光报警模块7，本实施例的卫星定位模块1为北斗定位模块或gps定位模块。其中，adsb模块5可以采用北京通航电科科技有限公司的ads-b机载设备。处理器2分别与卫星定位模块1、adsb模块5、电源模块8、声光报警模块7连接，电源模块8分别与卫星定位模块1、adsb模块5、处理器2、声光报警模块7电连接。处理器2内部具有跑道警戒区预警模块21和飞机安全距离预警模块22，跑道警戒区预警模块21内部具有警戒区数据库，警戒区数据库存储有机场跑道警戒区域的所有地理坐标数据，本实施例的地理坐标数据为经纬度坐标。

卫星定位模块1用于实时定位卫星数据以获取实时地理坐标数据并传输至处理器2，处理器2的跑道警戒区预警模块21用于将卫星定位模块1的实时地理坐标数据与警戒区数据库中的所有地理坐标数据进行数据比对及跑道入侵判断处理并向声光报警模块7发出声光报警命令。adsb模块1用于提供机场中停靠飞机的位置数据，位置数据为地理坐标数据，adsb模块1可以提供接收距离内所有飞机的位置，包括跑道停靠和空中飞行的飞机飞行位置轨迹(adsb模块1上报过来的飞机飞行位置轨迹)，推算落地时间和跑道占用情况，即adsb模块1可以计算飞机占用的跑道情况，如跑道被飞机占用，车辆位置与跑道坐标进行运算，提示冲突；飞机安全距离预警模块22内部设定有安全距离阈值，飞机安全距离预警模块22用于将卫星定位模块1的实时地理坐标数据与机场中停靠飞机的位置数据进行距离运算并得到车辆与停靠飞机之间的实时距离值，处理器2的飞机安全距离预警模块22将实时距离值与安全距离阈值进行比较判断处理并向声光报警模块7发出声光报警命令，声光报警模块7用于发出声光报警信号。本实施例的飞机安全距离预警模块22可以主要计算车辆与跑道安全区的距离以判断是否进入安全区，进入安全区就算侵入。

本发明还包括惯导模块3、ai协处理器4和语音模块6，处理器2分别与惯导模块3、ai协处理器4连接，电源模块8分别与惯导模块3、ai协处理器4连接。语音模块6分别与adsb模块5、处理器2、电源模块8连接。

本发明还包括通信模块9，通信模块9分别与处理器2、卫星定位模块1连接。

如图1～图3所示，使用时，在机场中的跑道升降带区域10向外延伸m米划设出跑道安全区域11，接着在跑道安全区域11外部向外延伸n米划设出警戒区区域12。通过卫星定位设备或卫星定位模块1得到跑道升降带区域10、跑道安全区域11、警戒区区域12中的所有地理坐标数据并存储到跑道警戒区预警模块21的警戒区数据库中。位于车辆内部的卫星定位模块1实时定位车辆的实时地理坐标数据并将实时地理坐标数据传输至处理器2，在卫星定位模块1正常卫星定位情况下，主要依靠卫星定位模块1将定位的地理坐标数据传输至处理器2，同时惯导模块3也能向处理器2提供短时间车辆的位置数据(该位置数据为地理坐标数据)，而且ai协处理器4还提供车辆行为智能预测，以便于提供车辆行驶预测，ai协处理器4还与惯导模块3连接。处理器2的跑道警戒区预警模块21将上述综合后的实时地理坐标数据与警戒区数据库中的所有地理坐标数据进行数据对比处理，对比实时地理坐标数据是否与警戒区数据库中的地理坐标数据相同(即对比实时地理坐标数据是否位于警戒区数据库中，也即车辆是否位于警戒区区域12，甚至跑道安全区域11或跑道升降带区域10内)，如果数据对比分析相同，则判断车辆处于警戒区域内，处理器2将触发声光报警模块7发出声光报警信号，如果数据对比不相同，则不做处理。adsb模块5可以提供了飞机的位置数据和时间数据，adsb模块5将停靠飞机的位置数据传输至处理器2，飞机安全距离预警模块22将卫星定位模块1的实时地理坐标数据与机场中停靠飞机的位置数据进行距离运算并得到车辆与停靠飞机之间的实时距离值，本实施例可以设定安全距离阈值(安全距离阈值为经纬度坐标阈值)，处理器2的飞机安全距离预警模块22将实时距离值与安全距离阈值进行比较判断处理并向声光报警模块7发出声光报警命令，当实时距离值达到安全距离阈值时，则处理器2的飞机安全距离预警模块22将触发声光报警模块7发出声光报警信号。本实施例的语音模块6与adsb模块5连接，可以单独随时播报飞机的位置及时间。

如图1～图3所示，一种基于车辆行为预测的跑道入侵前端预警方法，其方法如下：

a、在机场中的跑道升降带区域10向外延伸m米划设出跑道安全区域11，接着在跑道安全区域11外部向外延伸n米划设出警戒区区域12。通过卫星定位设备或卫星定位模块1得到跑道升降带区域10、跑道安全区域11、警戒区区域12中的所有地理坐标数据并存储到跑道警戒区预警模块21的警戒区数据库中。

b、通过位于车辆内部的卫星定位模块1实时定位车辆的卫星数据以获取实时地理坐标数据并传输至处理器2，惯导模块3用于在无卫星信号情况下提供短时间的车辆位置数据并传输至处理器2，ai协处理器4用于提供车辆行驶行为的智能预测并传输至处理器2，惯导模块3可以采用深圳市天工测控技术有限公司所生产的惯性导航模块，ai协处理器4为车辆车载成熟技术。处理器2的跑道警戒区预警模块21将卫星定位模块1的实时地理坐标数据与警戒区数据库中的所有地理坐标数据进行数据比对及跑道入侵判断处理并向声光报警模块7发出声光报警命令。

c、adsb模块1提供机场中停靠飞机的位置数据，其中位置数据为地理坐标数据，飞机安全距离预警模块22内部设定有安全距离阈值，飞机安全距离预警模块22将位于车辆内部的卫星定位模块1的实时地理坐标数据与机场中停靠飞机的位置数据进行距离运算并得到车辆与停靠飞机之间的实时距离值，处理器2的飞机安全距离预警模块22将实时距离值与安全距离阈值进行比较判断处理并向声光报警模块7发出声光报警命令。

d、处理器2上设有显示器，处理器2通过通信模块9将报警信号及车辆位置数据传输至远端的监控机中。

实施例三

如图1～图3所示，一种基于车辆行为预测的跑道入侵前端预警系统，包括卫星定位模块1、adsb模块5、电源模块8、处理器2和声光报警模块7，本实施例的卫星定位模块1为北斗定位模块或gps定位模块。其中，adsb模块5可以采用北京通航电科科技有限公司的ads-b机载设备。处理器2分别与卫星定位模块1、adsb模块5、电源模块8、声光报警模块7连接，电源模块8分别与卫星定位模块1、adsb模块5、处理器2、声光报警模块7电连接。处理器2内部具有跑道警戒区预警模块21和飞机安全距离预警模块22，跑道警戒区预警模块21内部具有警戒区数据库，警戒区数据库存储有机场跑道警戒区域的所有地理坐标数据，本实施例的地理坐标数据为经纬度坐标。

卫星定位模块1用于实时定位卫星数据以获取实时地理坐标数据并传输至处理器2，处理器2的跑道警戒区预警模块21用于将卫星定位模块1的实时地理坐标数据与警戒区数据库中的所有地理坐标数据进行数据比对及跑道入侵判断处理并向声光报警模块7发出声光报警命令。adsb模块1用于提供机场中停靠飞机的位置数据，位置数据为地理坐标数据，adsb模块1可以提供接收距离内所有飞机的位置，包括跑道停靠和空中飞行的飞机飞行位置轨迹(adsb模块1上报过来的飞机飞行位置轨迹)，推算落地时间和跑道占用情况，如跑道被飞机占用，车辆位置与跑道坐标进行运算，提示冲突；飞机安全距离预警模块22内部设定有安全距离阈值，飞机安全距离预警模块22用于将卫星定位模块1的实时地理坐标数据与机场中停靠飞机的位置数据进行距离运算并得到车辆与停靠飞机之间的实时距离值，处理器2的飞机安全距离预警模块22将实时距离值与安全距离阈值进行比较判断处理并向声光报警模块7发出声光报警命令，声光报警模块7用于发出声光报警信号。

如图1～图4所示，一种基于车辆行为预测的跑道入侵前端预警方法，其方法如下：

a、在机场中的跑道升降带区域10向外延伸m米划设出跑道安全区域11，m＝90米。接着在跑道安全区域11外部向外延伸d2米划设出警戒区区域12，所延伸宽度d2为警戒区距离，其警戒区区域12所延伸宽度d2米的方法如下：

a1、设定跑道安全区入侵的预警运算处理时间为t0＝2s，并预留t1的缓冲时间，t1＝1s，那么车辆预警制动反应时间为：小于t2，t2＝t0+t1＝3s，t2、t1、t0的单位均为秒，机场内车辆的最大限速为vm，vm的单位为km/h，计算得知每秒行进距离为d1，警戒区区域12所延伸宽度d2，d2＝d1*t2＝50.1m。

b、通过位于车辆内部的卫星定位模块1实时定位车辆的卫星数据以获取实时地理坐标数据并传输至处理器2，同时卫星定位模块1获取车辆的速度v1，卫星定位模块1、惯导模块3与ai协处理器4在处理器2处理下共同得到车辆的行进方向θ，处理器2根据车辆的实时地理坐标数据运算出车辆距离跑道安全区域11边缘的直线距离d3，处理器2判断直线距离d3与警戒区距离d2之间的大小关系。

b1、当直线距离d3>警戒区距离d2时，则处理器2不向声光报警模块7发出报警监视命令。

b2、当直线距离d3≤警戒区距离d2时，则处理器2向声光报警模块7发出报警监视命令。

c、处理器2通过如下公式运算出车辆进入跑道安全区域11所需的距离d4和时间t3，

获取时间t3之后，处理器2进行如下报警判断及报警响应：

c1、当t3≥t2，则处理器2向声光报警模块7发出报警监视命令。

c2、当t3＜t2，则处理器2向声光报警模块7发出声光报警提示以告知车辆立即退出，当车辆退出后，则声光报警模块7的声光报警提示终止。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。