基于机场气象报文的低着陆运行标准识别告警方法
阅读说明：本技术 基于机场气象报文的低着陆运行标准识别告警方法 (Low landing operation standard identification and alarm method based on airport meteorological messages ) 是由 刘坤 刘宁敏 姚红宇 袁建 许玉斌 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于机场气象报文的低着陆运行标准识别告警方法,其方法如下：A、实时采集航班动态数据与机场地面观测气象报文,对待降落航班号所对应的航空器进行监视、识别；B、通过ADS-B数据系统获取待降落航空器位置等信息,计算得出机场逆风跑道号；C、建立机场着陆运行标准数据集合,对于匹配多条运行着陆标准,依次选择VIS、RVR、DH最大值的最低机场运行着陆标准并确定待比对机场着陆运行标准,然后进行比对判断是否触发低着陆运行标准告警。本发明在最大限度保障航空器飞行安全情况下确定待比对机场着陆运行标准,并进行航空器降落告警监视,具有较高的识别精度及反应速度,有效解决低标准运行的安全隐患。(The invention discloses a low landing operation standard identification warning method based on airport meteorological messages, which comprises the following steps: A. acquiring flight dynamic data and airport ground observation meteorological messages in real time, and monitoring and identifying the aircraft corresponding to the flight number to be landed; B. acquiring information such as the position of an aircraft to be landed and the like through an ADS-B data system, and calculating to obtain an airport headwind runway number; C. establishing an airport landing operation standard data set, sequentially selecting the lowest airport landing operation standard of the maximum values of VIS, RVR and DH for matching a plurality of operation landing standards, determining the landing operation standard of the airport to be compared, and then comparing to judge whether to trigger the low landing operation standard alarm. The method determines the airport landing operation standard to be compared under the condition of ensuring the flight safety of the aircraft to the maximum extent, and carries out the alarm monitoring of the aircraft landing, so that the method has higher identification precision and response speed, and effectively solves the potential safety hazard of low-standard operation.)
技术领域
本发明涉及机场航空器降落安全管理领域，尤其涉及一种基于机场气象报文的低着陆运行标准识别告警方法。
背景技术
在航空史上，约10％～15％的严重空中交通事故是因为天气原因造成的，约三分之一的民航事故直接或间接与天气有关，并且大部分事故发生在航空器起飞和着陆阶段3分钟时间内。在众多气象因素中，低云低能见度等是影响飞行的几个主要因素之一，航空器正常起飞降落时必须保证当时的能见度和跑道视程(符合起飞着陆机场的最低运行标准)。国航历史上唯一的一次空难发生在2002年4月15日，一架767-200ER客机从北京首都国际机场飞抵韩国釜山金海国际机场，当时机场下着小雨而且有雾，飞机计划从36L跑道着陆，由于能见度太低而复飞，后来又尝试在18R跑道降落，但由于机长过度关注当时的天气状况及与塔台通话，忽略了着陆最低运行标准，最终导致飞机偏离预定航向，并低于最低安全高度，造成飞机于11:40撞山坠毁。
最低机场运行标准是飞行员每次飞行必须坚守的安全红线；由于跑道、导航设施、飞机性能等条件不同航空器每次机场运行标准可能都不同，特别是多跑道机场，比如首都机场进近标准就有30条，且航司系统数据存在壁垒未与机场最低运行标准库建立有效的联动，如何选择一条最佳标准成为实际运行中的难点。所以大部分航司目前尚没有建立自动化的航班运行标准监控系统，基本都是依靠人工监控。随着最近几年临界或者低于运行标准飞行事件屡次发生，为航班安全运行埋下隐患，建立实时智能的机场运行标准识别模型成为各承运人的迫切需求。
发明内容
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机场气象报文的低着陆运行标准识别告警方法，在最大限度保障航空器飞行安全情况下确定待比对机场着陆运行标准，并进行航空器降落告警监视，具有较高的识别精度及反应速度，有效解决低标准运行的安全隐患。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种基于机场气象报文的低着陆运行标准识别告警方法，其方法如下：
A、实时采集航班动态数据与机场地面观测气象报文，航班动态数据包括航班号、航空器机型、目的机场、目的机场预计降落时间，以目的机场为基准按照目的机场预计降落时间对待降落航班号所对应的航空器进行监视、识别；
B、通过ADS-B数据系统获取待降落航空器的位置信息、航迹、高度、航向、航速，从所采集的机场地面观测气象报文解析出关键气象要素，关键气象要素包括风向、风速、云高、跑道视程RVR、能见度VIS，并以待降落航空器降落于目的机场计算得出机场逆风跑道号；
C、收集机场运行着陆标准数据库，构建出目的机场的机场着陆运行标准数据集合，机场着陆运行标准数据集合中存储有机场着陆运行标准，机场着陆运行标准中包含航空器机型、机场跑道号、进近类型以及监控值，监控值至少包括RVR监控值、VIS监控值、决断高决断高监控值DH，基于待降落航空器的航空器机型、机场逆风跑道号、跑道进近类型从机场着陆运行标准数据集合中以RVR监控值、VIS监控值、决断高监控值DH为优先级选择确定出待比对机场着陆运行标准；采集待比对机场着陆运行标准中的RVR监控值、VIS监控值、决断高监控值DH，计算得到RVR对比值、VIS对比值、决断高对比值DH，RVR对比值＝R1×RVR监控值，VIS对比值＝R2×VIS对比值，决断高对比值DH＝R3×决断高对比值DH，R1、R2、R3为调节系数；结合机场地面观测气象报文判断待降落航空器是否触发低着陆运行标准告警，其判断方法如下：待降落航空器进近降落时的机场地面观测气象报文中RVR值、VIS值、云高值与待比对机场着陆运行标准所对应计算得到的RVR对比值、VIS对比值、决断高对比值DH进行比对，其中RVR值对应RVR对比值，VIS值对应VIS对比值，云高值对应决断高对比值DH，只要RVR值、VIS值、云高值任一个低于对应对比值，则触发低着陆运行标准告警，否则不触发低着陆运行标准告警。
本发明步骤B中的机场逆风跑道号判断方法如下：
B1、计算得到风向角度α和着陆跑道方向角β，风向角度α为机场地面观测气象报文中风向与正北方向夹角，着陆跑道方向角β为待降落航空器的着陆跑道方向与正北方向夹角，进而计算出风向角度与着陆跑道方向角之间绝对值ω＝|α-β|，根据ω取值范围按照如下方法确定着陆跑道是否是逆风：
若0＜＝ω＜90，则着陆跑道为逆风；
若90＜ω＜270或270＜ω＜360，则着陆跑道为顺风；
B2、按照步骤B1的方法，得到机场中的逆风着陆跑道，并由此得到待降落航空器的机场逆风跑道号。
优选地，本发明步骤C中待比对机场着陆运行标准选择方法如下：
首先按照RVR监控值从机场着陆运行标准数据集合中选择RVR监控值最大值的那条机场着陆运行标准作为待比对机场着陆运行标准；
若RVR监控值最大值存在两条及以上机场着陆运行标准，则接着按照VIS监控值从机场着陆运行标准数据集合中选择VIS监控值最大值的那条机场着陆运行标准作为待比对机场着陆运行标准；
若VIS监控值最大值存在两条及以上机场着陆运行标准，则接着按照决断高监控值DH从机场着陆运行标准数据集合中选择决断高监控值DH最大值的那条机场着陆运行标准作为待比对机场着陆运行标准。
优选地，本发明步骤C中机场着陆运行标准数据集合中机场着陆运行标准的进近类型包括ILS/DME、RNAV ILS/DME、VOR、LOC/DME、VOR/DME、NDB/DME、NDB、目视盘旋；在进行待比对机场着陆运行标准选择时，按照ILS/DME、RNAV ILS/DME、VOR、LOC/DME、VOR/DME、NDB/DME、NDB、目视盘旋的优先级次序来确定待比对机场着陆运行标准。
本发明还可以采用如下方法来确定待比对机场着陆运行标准：在步骤C中，通过待降落机场提供的跑道进近类型，根据跑道进近类型优先级，选择出最优的跑道进近类型，然后根据进近类型选择确定出待比对机场着陆运行标准。
优选地，本发明步骤B1中，若ω＝90，则着陆跑道既不是顺风，也不是逆风；若其他着陆跑道均为顺风或机场为单跑道，则着陆跑道记为逆风，否则记为顺风。
优选地，本发明步骤B2中，对于机场单跑道，所得到逆风着陆跑道、机场逆风跑道号为唯一的一个；对于机场多跑道，所得到逆风着陆跑道、机场逆风跑道号为一个以上。
优选地，本发明步骤A中的机场地面观测气象报文为METAR/SPECI航空气象报文。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明能够建立目的机场的机场着陆运行标准数据集合，同时采集机场地面观测气象报文解析关键气象要素，以最大限度保障航空器飞行安全而确定待比对机场着陆运行标准，并进行航空器降落告警监视，若航空器降落触发低着陆运行标准告警，则触发告警，便于进行航空器安全降落识别、监视、管理，具有较高的识别精度及反应速度，有效解决低标准运行的安全隐患。
附图说明
图1为本发明风向角度、着陆跑道方向角、机场逆风跑道号的计算判断示意图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1－正北方向，2－跑道中心轴线，21－A向跑道侧，22－B向跑道侧，3－风向。
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
一种基于机场气象报文的低着陆运行标准识别告警方法，其方法如下：
A、实时采集航班动态数据与机场地面观测气象报文，航班动态数据包括航班号、航空器机型、目的机场、目的机场预计降落时间，以目的机场为基准按照目的机场预计降落时间对待降落航班号所对应的航空器进行监视、识别；本实施例机场地面观测气象报文优选为METAR/SPECI航空气象报文。
B、通过ADS-B数据系统获取待降落航空器的位置信息、航迹、高度、航向、航速，从所采集的机场地面观测气象报文解析出关键气象要素，关键气象要素包括风向、风速、云高、跑道视程RVR、能见度VIS，并以待降落航空器降落于目的机场计算得出机场逆风跑道号；
本实施例步骤B中的机场逆风跑道号计算得出方法如下：
B1、如图1所示，以目标机场地的跑道中心为原点、以正北方向为Y轴建立跑道坐标系，跑道坐标系的X轴为与Y轴相垂直、跑道中心为原点的坐标轴，如图1所示，跑道的中轴线为跑道中心轴线2，跑道分为两部分(A向跑道侧21、B向跑道侧22)，Y轴从原点指向正北为正北方向1，计算得到风向角度α和着陆跑道方向角β，风向角度α为机场地面观测气象报文中风向与正北方向夹角(参见图1的示例，即风向3与正北方向1之间的夹角，图1示例为60度)，着陆跑道方向角β为待降落航空器的着陆跑道方向与正北方向夹角(参见图1的示例，若航空器从A向跑道侧21降落跑道，则着陆跑道方向角β为A向跑道侧21的中轴线与正北方向1之间的夹角，图1示例为30度；若航空器从B向跑道侧21降落跑道，则着陆跑道方向角β为B向跑道侧22的中轴线与正北方向1之间的夹角，图1示例为210度)，进而计算出风向角度与着陆跑道方向角之间绝对值ω＝|α-β|，根据ω取值范围按照如下方法确定着陆跑道是否是逆风：
若0＜＝ω＜90，则着陆跑道为逆风；
若90＜ω＜270或270＜ω＜360，则着陆跑道为顺风；
若ω＝90，则着陆跑道既不是顺风，也不是逆风；若其他着陆跑道均为顺风或机场为单跑道，则着陆跑道记为逆风，否则记为顺风。
B2、按照步骤B1的方法，得到机场中的逆风着陆跑道，并由此得到待降落航空器的机场逆风跑道号。
参见图1，假定待降落航空器从A向跑道侧21进近降落，着陆跑道方向角β记为30度，此刻的风向角度α为60度，ω＝|α-β|＝|60-30|＝30，ω处于0＜＝ω＜90范围内，则待降落航空器的着陆跑道为逆风，也即为机场逆风跑道，其机场逆风跑道号为(若其他计算存在小数，则取整数部分作为跑道号)，即机场逆风跑道号为3。假定待降落航空器从B向跑道侧22进近降落，着陆跑道方向角β记为210度，此刻的风向角度α为60度，ω＝|α-β|＝|60-210|＝150，ω处于90＜ω＜270范围内，则待降落航空器的着陆跑道为顺风，也即为顺风跑道，其跑道号为(若其他计算存在小数，则取整数部分作为跑道号)，即跑道号为15。按照上述方法得到机场中所有机场逆风跑道号。在步骤B2中，对于机场单跑道，所得到逆风着陆跑道、机场逆风跑道号为唯一的一个；对于机场多跑道，所得到逆风着陆跑道、机场逆风跑道号为一个以上(比如为2个或3个或其他数量)。
C、收集机场运行着陆标准数据库，构建出目的机场的机场着陆运行标准数据集合，机场着陆运行标准数据集合中存储有机场着陆运行标准，机场着陆运行标准中包含航空器机型、机场跑道号、进近类型以及监控值，监控值至少包括RVR监控值、VIS监控值、决断高决断高监控值DH，基于待降落航空器的航空器机型、机场逆风跑道号、跑道进近类型从机场着陆运行标准数据集合中以RVR监控值、VIS监控值、决断高监控值DH为优先级选择确定出待比对机场着陆运行标准；采集待比对机场着陆运行标准中的RVR监控值、VIS监控值、决断高监控值DH，计算得到RVR对比值、VIS对比值、决断高对比值DH，RVR对比值＝R1×RVR监控值，VIS对比值＝R2×VIS对比值，决断高对比值DH＝R3×决断高对比值DH，R1、R2、R3为调节系数(本发明R1、R2、R3的值根据机场情况、机场安全管理强度进行设定或调节，比如R1、R2设定为1.5，R3设定为1.2)；结合机场地面观测气象报文判断待降落航空器是否触发低着陆运行标准告警，其判断方法如下：待降落航空器进近降落时的机场地面观测气象报文中RVR值、VIS值、云高值与待比对机场着陆运行标准所对应计算得到的RVR对比值、VIS对比值、决断高对比值DH进行比对，其中RVR值对应RVR对比值，VIS值对应VIS对比值，云高值对应决断高对比值DH，只要RVR值、VIS值、云高值任一个低于对应对比值，则触发低着陆运行标准告警，否则不触发低着陆运行标准告警。由此，可以最大限度保障飞行安全，便于机场航空器降落安全管理人员进行航空器降落安全监控，若航空器降落低于低着陆运行标准，则触发告警，便于机场管理人员及时介入和指挥。
步骤C中机场运行着陆标准数据库为依托全国机场运行着陆标准数据库，基于航空器机型、逆风跑道号，构建航空器目的机场的机场着陆运行标准数据集合。
按照航空器在降落跑道入口时的速度，以及设定航空器在最大允许着陆重量时，着陆状态中失速速度的1.3倍划分，航空器可以分为ABCD四类，目前国内在运行航空器主要是C类和D类，具体分类如下：
本实施例在步骤C中待比对机场着陆运行标准选择方法如下：
首先按照RVR监控值从机场着陆运行标准数据集合中选择RVR监控值最大值的那条机场着陆运行标准作为待比对机场着陆运行标准；
若RVR监控值最大值存在两条及以上机场着陆运行标准，则接着按照VIS监控值从机场着陆运行标准数据集合中选择VIS监控值最大值的那条机场着陆运行标准作为待比对机场着陆运行标准；
若VIS监控值最大值存在两条及以上机场着陆运行标准，则接着按照决断高监控值DH从机场着陆运行标准数据集合中选择决断高监控值DH最大值的那条机场着陆运行标准作为待比对机场着陆运行标准。待比对机场着陆运行标准为机场着陆运行标准数据集合中选择并确定的
本实施例步骤C中机场着陆运行标准数据集合中机场着陆运行标准的进近类型包括ILS/DME、RNAV ILS/DME、VOR、LOC/DME、VOR/DME、NDB/DME、NDB、目视盘旋；在进行待比对机场着陆运行标准选择时，按照ILS/DME、RNAV ILS/DME、VOR、LOC/DME、VOR/DME、NDB/DME、NDB、目视盘旋的优先级次序来确定待比对机场着陆运行标准。在大部分机场，大都以盲降作为主用进近方式，航空器降落以VOR/DME进近作为盲降的备用进近方式，无导航设施下采用目视进近，根据此原则对进近类型优先排序如下：ILS/DME、RNAV ILS/DME、VOR、LOC/DME、VOR/DME、NDB/DME、NDB、目视盘旋。
除此之外，本实施例还可以采用如下方法来确定待比对机场着陆运行标准：步骤C中，通过待降落机场提供的跑道进近类型，根据跑道进近类型优先级，选择出最优的跑道进近类型，然后根据进近类型选择确定出待比对机场着陆运行标准。
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。
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