專利名稱：用于確定最佳跑道照明強度的方法
用于確定最佳跑道照明強度的方法本發(fā)明涉及一種用于確定最佳跑道照明強度的方法，它基于考慮 針對跑道特定的照明系統(tǒng)參數(shù)、氣象學(xué)的可視距離和背景亮度對于一 個可配置的跑道能見度目標(biāo)值確定最佳的照明強度。為了在不利的能見度環(huán)境下、在天色朦朧以及入夜之后飛行，機 場上的跑道通常配備有照明裝置，用以標(biāo)識跑道邊界(邊界燈)以及如果由于分類而需要的話還標(biāo)識跑道中心(中心線燈)(ICAO附錄 14-機場)。這些照明裝置具有特殊的光分布并且以特定角度對準(zhǔn)飛機 飛來的方向。著陸的飛行員在上述環(huán)境下主要按這些照明裝置來定向， 以使飛機能降落在跑道中央。在不同的日光和氣候條件下跑道照明的可識別性通過計算出的 跑道能見度RVR ( Runway Visual Range的縮寫)來描述。按照機場 的類別采用不同的RVR下限值，在此下限值之上飛機著陸仍可進(jìn)行 (ICAO附錄6-飛行器的操作)。
CATI 550m CATII 350m CATIII 200m CATIIIb 050m 在RVR的計算中考慮到 借助于大氣透射計或向前散射傳感器確定的氣象學(xué)可視距離 MOR ( Meteorological Optical Range的縮寫)， 所確定的背景亮度(背景的光強)，跑道照明必須在該背景亮 度的基礎(chǔ)上才能被識另，J (BGL，即Background Luminance )，*跑道照明的光強分配，它由照明裝置的種類，位置和指向確定，以及 跑道照明系統(tǒng)的可調(diào)整的光強。
跑道照明通常在天色昏暗時進(jìn)行。跑道照明的強度由ATC人員 (Air Traffic Controller,空中交通控制員)基于對應(yīng)于所掌握的背景 亮度的經(jīng)驗值并在有限的能見度環(huán)境下進(jìn)行選擇。通常"可靠"的調(diào) 整會選擇不必要的高亮度，因為這樣在各種情況下都能確保為跑道照 明的可識別性提供盡可能大的對比度。
指揮塔上的具有直接結(jié)果顯示的所謂RVR計算系統(tǒng)使ATC人員 可以判斷所導(dǎo)致的跑道能見度并可以引入必要的步驟來增加安全措施 或中斷飛行作業(yè)。
人工調(diào)整的跑道照明強度通常借助于一個相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口由跑 道照明系統(tǒng)通知RVR計算系統(tǒng)或通過適當(dāng)?shù)臏y量(例如照明器件的 工作電流)獲得。
跑道照明強度的調(diào)整至今仍只是人工實現(xiàn)。已知有諸如可自由編 程的或可通過按鍵選擇的強度等級的無級調(diào)整。
如上所述，RVR的計算考慮到各種不同的參數(shù)，它們一方面通 過測量技術(shù)而獲得，另一方面由安裝條件和跑道條件所確定。在計算 燈光的能見度R時，除了被轉(zhuǎn)換成能見度門限值Et(單位為Lux)的 背景亮度BGL (單位為cd/m2)之外，還要考慮氣象學(xué)的可視距離 MOR(單位為m)、燈與背景之間的對比度K (規(guī)定為5%，以保證 各種情況下的可視性)以及光強度I。(單位為cd)，作為燈與飛行員 之間的距離R(單位為m)的函數(shù)。為了根據(jù)燈光的能見度R計算出 跑道可視距離RVR,還必須考慮跑道燈的位置和發(fā)光特性與著陸時飛 行員的觀察角度的關(guān)系的影響。這種影響已經(jīng)在確定跑道燈光強分布 Io[R]時加以考慮，使得燈光的能見度R作為對跑道能見度RVR的一 個直接量度，見

圖1。
由于計算RVR的公式不是推導(dǎo)可求解的，RVR的確定借助于迭
代方法完成。在RVR計算系統(tǒng)中，測得的MOR被代入公式l，并且
在考慮由函數(shù)I。[R1給出的光強的條件下改變R，直至該公式被滿足。 MOR = (lnK*R)/(ln((Et*R2)/(D*l。[R]》) ,、丄，、按照國際民用航空組織ICAO (International Civil Aviation Organization )的推薦，對比度門限值K被規(guī)定為0.05(ICAO Manual of Runway Visual Range Observing and Reporting Practice ， Doc9328-AN/908)。它確定了最小對比度，在此對比度下背景前的物 體仍可被可靠地識別出來。
測得的背景亮度通過相應(yīng)的配置規(guī)程按ICAO (Manual of Runway Visual Range Observing and Reporting Practice ， Doc9328-AN/卯8 )連續(xù)或分級地變換為能見度門限值(eye threshold ) Et，并且接著代入公式l中。圖2示出相應(yīng)的分級配置規(guī)程。在考慮 了著陸時飛行員觀察角度的條件下，可以設(shè)R=RVR。典型的觀察角 度在函數(shù)I。R中已加以考慮。
在考慮上述關(guān)系時公式1進(jìn)一步被描述為
MOR = (lnO,05*RVR)/(ln((Et*RVR2)/(D*l。[RVR]))) ,、丄，、
(公式2 J
按照所選擇的RVR值由一個配置規(guī)程求得Ic[RVR的相應(yīng)值， 它考慮了跑道的針對照明特定的參數(shù)和著陸時飛行員的典型觀察角 度。跑道照明的強度調(diào)整通過強度衰減D( 1對應(yīng)于100%的照明強度) 影響Io[RVR]的值。圖3示出相應(yīng)的配置實例。
根據(jù)當(dāng)時的背景亮度，在考慮到經(jīng)過調(diào)整的跑道照明強度的情況 下，在測得的MOR與求得的RVR之間有固定的關(guān)系。
借助于圖3所示的針對Io[RVR的配置實例，圖4針對供選用的 背景亮度情況，即黑夜、黎明或黃昏、白天和明朗的白天以及對于 100%的照明強度設(shè)定，示出了 VRV與MOR的關(guān)系。
在求得的RVR按照ICAO推薦(ICAO Manual of Runway Visual Range Observing and Reporting Practice, Doc9328-AN/908 )被分級 并計算相應(yīng)的平均值和趨勢之后，結(jié)果被呈現(xiàn)給ATC人員用于進(jìn)一 步的應(yīng)用.
機場跑道照明裝置的能耗是一個嚴(yán)重增長的運行成本因素。特別 是大的機場上所需照明燈的數(shù)量達(dá)到數(shù)千個。對于國際機場，這種設(shè) 備的年耗電量達(dá)到數(shù)千兆瓦小時。本發(fā)明的目的在于提供一種方法，利用該方法可以以經(jīng)濟和生態(tài) 學(xué)的觀點并充分考慮所有與安全有關(guān)的方面通過合理控制能源供給有 效地減小跑道照明的能耗。
按照本發(fā)明，上述任務(wù)通過一種用于確定或跟蹤跑道照明強度的 方法完成，該方法基于考慮針對跑道特定的照明系統(tǒng)參數(shù)、氣象學(xué)的
可視距離和背景亮度對跑道能見度RVR的一個目標(biāo)值確定最佳的照 明強度，將氣象學(xué)可視距離MOR和背景亮度的測量值、以及考慮到
最小跑道照:強度提供給一個計算系;，在該計算系^中基于測得的 背景亮度確定一個能見度門限值，在該計算系統(tǒng)中借助于測得的 MOR、計算出的能見度門限值、考慮到著陸時飛行員觀察角度時針對 跑道和照明系統(tǒng)特別的照明光強分布和最小跑道照明強度計算出跑道 照明的強度衰減的一個最佳因子，其中只要這些環(huán)境參數(shù)允許，該最 佳因子就能保證RVR對應(yīng)于目標(biāo)值，并且所求出的強度衰減的最佳 因子通過適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)接口和/或指示器來提供，用于確定和跟蹤跑道照 明強度。
下面借助實施例詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖中示出
圖1示出RVR計算的概況，
圖2示出背景亮度/能見度門限值配置規(guī)程，
圖3示出跑道照明的光強10與RVR的關(guān)系，
圖4示出不同背景亮度下MOR與RVR的關(guān)系，
圖5示出采用半自動的跑道照明強度控制對RVR計算和確定最
佳強度衰減DOPT的概況，
圖6示出采用全自動的跑道照明強度控制時RVR計算和確定最
佳強度衰減DOPT的概況，
圖7示出對于RVR=1500m的照明強度自動跟蹤，
圖8對不同背景亮度示出釆用自動照明強度跟蹤時的MOR變化和由此得到的RVR，
圖9對不同背景亮度示出照明強度隨時間的自動跟蹤， 圖IO對不同背景亮度示出節(jié)能潛力。
在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，本發(fā)明所述方法利用了評估通過一個特定的 跑道照明強度得到的RVR的可能性，并且基于這種了解進(jìn)行半自動 或全自動的跑道照明強度跟蹤，使得只要氣象學(xué)的可視距離和背景亮 度允許，所得到的RVR總是可靠地達(dá)到所配置的目標(biāo)值RVRZIEL。這 樣就保證了跑道照明的強度總是被選擇在這樣的強度，即該強度是保 證安全和無故陣的飛行作業(yè)所絕對必需的。
通過變換公式2得到強度衰減
D - (Et*RVR2) / (|。[RVR]*eA((lnO,05*RVR) / MOR)) (公式3 )
將RVR用所要獲得的跑道能見距離目標(biāo)值RVRz肌代入，則計 算出強度衰減DoPT，它隨MOR和背景亮度而變化，并且描述了在考 慮氣象學(xué)的可視距離和日光條件或背景亮度的條件下所給定的地面照 明系統(tǒng)的最佳強度設(shè)置。
D0PT = (E^RVR孤2) / (1。[RVRziapeA((lnO,05承RVR孤)/ MOR)) ,八丄，，、
(公式4 )
一基于安全性考慮，對于RVR可以有不同的目標(biāo)值?？梢栽O(shè)想直 接應(yīng)用根據(jù)CATI至CATIIIb (ICAO附錄6-飛行器的操作)的RVR 最小值或者對它用一個安全性因子作修正。
所確定的強度衰減Dopt也可以用一個安全性因子加以放大.在
對于照明強度作分級調(diào)整時，強度衰減本身應(yīng)被湊整到下一個更大的 強度等級上。毫無疑問的是，在各種情況下RVR目標(biāo)值的確定是在 ICAO所推薦的用于RVR確定的1500m的最小上限上(ICAO Manual of Runway Visual Range Observing and Reporting Practice ， Doc9328畫AN/908 )。
對跑道照明系統(tǒng)的強度衰減所求出的最佳因子可通過相應(yīng)的指 示系統(tǒng)向ATC人員建議，用于跟蹤，見圖5?；蛘叽俗罴岩蜃油ㄟ^ RVR計算系統(tǒng)的適當(dāng)接口直接傳送給跑道照明系統(tǒng)以實現(xiàn)全自動跟蹤，見圖6。
在上述這兩種情況下，跑道照明強度的設(shè)置都根據(jù)已知的或測得 的環(huán)境參數(shù)而被優(yōu)化。過強的照明強度設(shè)置得以避免，能耗和刺眼效 應(yīng)的風(fēng)險被最小化，并且照明燈的使用壽命延長了。
圖7示出對于所選的背景亮度情況，即黑夜、黎明或黃昏、白天 和明朗的白天，并假"^殳應(yīng)用1500m作為RVR目標(biāo)值，借助于圖3所 示1。RVR的配置實例所得到的照明強度衰減D0PT與測得的MOR之 間的關(guān)系。
該方法的實際應(yīng)用時還可以考慮以下補充由于在跑道照明系統(tǒng) 的頻鐠中紅色分量增加，低于3V。的照明強度是ICAO不推薦的。因 此對4^式4的結(jié)果必須進(jìn)行以下限制
當(dāng)0抓<0.03對，D。"-0'03 (公式5)
為了形象地說明此方法的工作方式，圖8對不同的背景亮度示出 的曲線:如果^r食k，跑道照明強度的自動跟蹤總是使RVR保持在
1500m的恒定目標(biāo)值上。在達(dá)到100%的照明強度之后，MOR的進(jìn)一 步降低也影響到RVR。
圖9對相同時間段示出了照明強度衰減曲線(不考慮公式5)。 根據(jù)背景亮度的不同，按照優(yōu)化過程求得的照明強度衰減或早或晚地 到達(dá)1這個值，即對應(yīng)于100%的照明強度。
圖10對相同時間段示出基于跑道照明強度自動跟蹤實現(xiàn)的節(jié)能 潛力?；诠?，在實際應(yīng)用中節(jié)能潛力不會超過97%.
權(quán)利要求
1. 一種用于確定或跟蹤跑道照明強度的方法，該方法基于考慮針對跑道特定的照明系統(tǒng)參數(shù)、氣象學(xué)的可視距離和背景亮度對于跑道能見度RVR的目標(biāo)值確定一個最佳的照明強度，其特征在于，氣象學(xué)的可視距離MOR和背景亮度的測量值以及考慮到著陸時飛行員觀察角度時針對跑道和照明系統(tǒng)特定的照明光強度分布和最小跑道照明強度被提供給一個計算系統(tǒng)，在該計算系統(tǒng)中基于測得的背景亮度確定一個能見度門限值，在該計算系統(tǒng)中借助于測得的MOR、計算出的能見度門限值、考慮到著陸時飛行員觀察角度時針對跑道和照明系統(tǒng)特定的照明光強度分布和最小跑道照明強度計算出跑道照明的強度衰減的一個最佳因子，其中只要環(huán)境參數(shù)允許，該最佳因子就能保證RVR對應(yīng)于目標(biāo)值，所確定的強度衰減的最佳因子通過適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)接口和/或指示器來提供，用于確定和跟蹤跑道照明強度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所迷的方法，其特征在于，從測得的背景亮 度無級變換到能見度門限值Et。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所計算出的跑道 照明的強度衰減的最佳因子通過數(shù)據(jù)接口被直接傳送給跑道照明系 統(tǒng)，用于照明強度的自動跟蹤.
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所計算出的跑道 照明的最佳強度衰減通過適當(dāng)?shù)闹甘酒鞅怀尸F(xiàn)給ATC人員作為建議， 并人工進(jìn)行跑道照明強度的跟蹤
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，跑道照明強度的 跟蹤無級地進(jìn)行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，RVR的目標(biāo)值被 自由配置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，最小跑道照明強度被自由配置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在跑道照明強度 分級設(shè)定的情況下，最佳強度衰減被取整到相應(yīng)的下一個更大的可能 強度等級上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定最佳的跑道照明強度的方法，該方法基于考慮針對跑道特定的照明系統(tǒng)參數(shù)、氣象學(xué)的可視距離和背景亮度對于跑道能見度RVR一個目標(biāo)值確定一個最佳的照明強度。本發(fā)明的目的在于提供一種方法，利用它可以以經(jīng)濟和生態(tài)學(xué)的觀點并考慮到所有與安全性有關(guān)的方面通過合理能量供給控制有效地降低跑道照明的能耗。
文檔編號B64F1/00GK101287648SQ200680038326
公開日2008年10月15日 申請日期2006年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日
發(fā)明者K·海恩 申請人:維薩拉有限公司