跑道状态灯在防跑道侵入管理中的应用分析
摘要: “跑道侵入”是目前民航业最重要的安全问题之一，几乎不可避免。在过去的十几年里，全球很多大型机场展开了相关测试或实际运行，事实证明跑道状态灯系统RWSL，是所有防止跑道侵入系统中最被看好的，文中阐述了跑道状态灯的工作原理及运行特征，继而以浦东机场为例论证了浦东机场增设跑道状态灯的可行性。
跑道侵入是指在机场发生的任何航空器、车辆或人员错误的进入为航空器正常起飞、着陆所指定的保护区域的事件。有研究表明，每增加20%的空中交通流量，发生跑道侵入的风险有可能增加140%。1977年3月27日，非洲西北大西洋中西班牙加纳利群岛的洛斯洛德斯机场跑道上，因跑道侵入，两架波音747客机相撞，瞬间造成583名旅客和机组人员死亡。如何降低机场地面事故的概率，使得机场安全稳定地应对航空运输的快速膨胀，机场地面安全监控的发展刻不容缓，机场地面安全高新监测技术的使用已得到了先进机场和国际民航组织的重视。
一、FAA在跑道安全方面的措施
在美国，机场安全是美国联邦航空局（FAA）、航空公司和机场共同承担的责仿宋-GB2312任。FAA把监管重点放在活动区（跑道和滑行道）上，因为在这个区域发生惨痛事故的几率比其它地方更大。2006以来，FAA把应用新技术作为降低跑道侵入风险的主要战略，涉及预防跑道侵入和冲出跑道的措施。包括在全美最繁忙的34个机场逐步安装机场活动区安全系统（Airport Movement Area Safety System, AMASS）、机场场面探测设备-X型（Airport Surface Detection Equipment-Model X, ASDE-X）和跑道状态灯（Runway Status Light, RWSL）等。ASDE-X和RWSL相结合的方式在有效减少跑道侵入、降低人为因素影响的方面发挥了巨大的作用。
ASDE-X是一种跑道安全工具，整合了多种来源的数据，让管制员能够观察到潜在安全冲突。其利用了位于塔台的地面动态雷达、多点定位系统传感器、广播式自动相关监视系统（ADS-B）、终端自动化系统和飞机应答机。这一切使得ASDE-X能确定出机场场面上的飞机、配备有应答机的车辆以及飞行在某机场附近5海里位置内飞机的位置并辨识它们。并且它比以前使用的地面雷达系统采集的数据更多，并且能够提供给管制员彩色的地图显示，将跑道和滑行道上的所有飞行器和车辆的位置信息展现给管制员，能够更好地提高安全性能，极大缓解跑道侵入风险。
RWSL的开发测试工作由FAA主导，并获得麻省理工学院林肯实验室和ARCON公司的支持，共分2个阶段进行。第一阶段，FAA首先在全美选择4个试点机场（波士顿BOS、达拉斯沃斯堡DFW、洛杉矶LAX和圣何塞SAN）进行RWSL原型的测试和评估工作；第二阶段，FAA在原型测试和评估工作的基础上扩大RWSL的应用范围，计划至2017年在全美17个机场安装完成此系统。
二、跑道状态灯的工作原理
跑道状态灯（Runway Status Light）简称RWSL，是一个完全自动化的系统，系统组成如图1，它直接向飞行员和场面车辆驾驶员提供跑道状态信息，从而明确什么时候进入、穿越、起飞或降落在跑道上是不安全的；它不需要ATC管理者输入任何信息而增加其工作负荷；它只指示跑道状态信息，并不代表ATC许可；它在有效减少跑道侵入数量和降低跑道侵入严重性的同时并没有干扰跑道的正常运行。RWSL包括四种灯光系统：进入跑道指示灯（Runway Entrance Light, REL）、起飞等待灯（Takeoff Hold Light, THL）、跑道交叉口灯（Runway Intersection Light, RIL）和最后进近跑道占用指示灯（Final Approach Runway Occupancy Signal, FAROS）。
RWSL基于ASDE-X系统开发，通过处理来自ASDE-X系统的信息（例如监测到的飞机和车辆的移动及速度）来激发REL、THL或者RIL等机场灯光设备。REL、THL与RIL是内嵌在道面的固定灯光装置，是可以被飞行员和车辆驾驶员直接看见的；FAROS则通过激发精密进近航道指示器（Precision Approach Path Indicator, PAPI）闪烁以警示进港飞行员用于进近的跑道现在正被占用。FAROS可以被视为RWSL系统的一项附加功能装置安装在跑道，也可以被视为一种独立于RWSL系统而单独安装的设备。RWSL不能代替ATC许可，进入、穿越、起飞、降落在跑道上运行的许可必须从ATC获得。ATC可以控制RWSL的开启和关闭。
三、跑道状态灯的运行特征
（一）REL
REL由嵌入在滑行道道面的单向灯光固定装置构成，它平行于滑行道中线并沿其集中布置，直接指向跑道等待位置的飞行员或者车辆驾驶员。一组REL包含从跑道等待位置至跑道边缘的一系列等距布置的灯，在跑道中线处还有一盏灯，与跑道边缘前方最后两盏灯成一条直线。当REL激活亮起时（红色），表示激活区域内的跑道上有高速的飞机或车辆，或有飞机处于最终进近阶段。在REL的基本构型中，跑道上的REL距离跑道中线2英尺；滑行道上的REL距离滑行道中线2英尺，等距布置，间距介于12.5英尺至50英尺之间。
图3-1 REL原理示意图
1.REL运行特征——对于离港飞机
当离港飞机速度达到30节时（可调参数），位于飞机前方的所有配备有REL的跑道与滑行道交叉口的灯光都会亮起（红色）。当离港飞机靠近装有REL的跑道与滑行道交叉口时，位于该交叉路口的REL会在离港飞机到达大约3秒前熄灭，这是因为它允许控制人员采用“预期间隔”，使得ATC在不影响安全的情况下更快速、高效地指挥飞机或车辆。当系统探测到前方飞机已离地在空中时，则与此跑道相关的所有REL熄灭。
2.REL运行特征——对于进港飞机
当最终进近的飞机距离跑道入口大约1英里（可调参数）时，所有与跑道相交的滑行道上的REL亮起（红色）。当进港飞机到达配有REL的交叉口前，在进港飞机降速至大约80节（可调参数）前采用“预期间隔”，灯光大约提前3秒熄灭。当进港飞机速度低于80节时，则不在进港飞机前进30秒范围内的所有REL熄灭；一旦到达飞机降速到大约34节（可调参数）时，表明飞机处于滑行状态，则所有REL熄灭。
（二）THL
THL由嵌入在跑道道面的单向灯光固定装置构成，在跑道中线灯两侧纵排对齐，灯光指向跑道入口等待起飞的飞机；THL设置的起点距离跑道入口375英尺±25英尺处，沿跑道中线每隔100英尺等距设置，共16组灯具32个灯，总长度为1500英尺（15个间距*100英尺=1500英尺）；每组灯具包括两个灯，分别距离跑道中线灯6英尺。当THL激活亮起时（红色），表示向等待起飞或起飞准备就绪的飞机发出信息：由于跑道正在或即将被另一架飞机或场面车辆占用，此时起飞是不安全的。
图3-2 THL原理示意图
1.THL运行特征——对于离港飞机
当飞机起飞准备就绪或正在起飞时，有另一架飞机或车辆正在占用或即将进入跑道，则THL亮起。一旦飞机或车辆离开跑道，THL熄灭。和REL一样，THL也有“预期间隔”的特征，飞行员需要注意到，灯光会在前一移动的飞机或车辆彻底离开跑道前熄灭。注意：THL熄灭不是开始起飞的许可，所有的起飞许可是由ATC发出的。
（三）RIL
RIL用于交叉跑道上，由嵌入在跑道道面的单向灯光固定装置构成，在跑道中线灯两侧纵排对齐，灯光指向到达跑道入口的飞机。对于飞行员而言，RIL在外观上与THL相似。RIL的起点设置在跑道上的着陆和避让程序（LAHSO）灯处或者交叉跑道的等待标志处，沿跑道中线每隔100英尺等距设置，并向跑道端方向延伸，共31组灯具62个灯，总长度为3000英尺（30个间距*100英尺=3000英尺）；每组灯具包括两个灯，分别距离跑道中线灯6英尺。
图3-3 RIL原理示意图
1.RIL运行特征——对于离港飞机
当飞机正在起飞或起飞准备就绪时，跑道交叉处有高速交通正在进行，则RIL亮起。一旦发生冲突的交通穿过了交叉道口，RIL熄灭。
2.RIL运行特征——对于进港飞机
当飞机已经降落并正在滑行时，交叉跑道上有高速交通，并且在±5秒时会在交叉路口相遇，则RIL亮起。一旦发生冲突的交通穿过了交叉道口，RIL熄灭。
（四）FAROS
FAROS是一个独立的、自动化的警示系统，可用于防止跑道降落事故和降错跑道，不需要ATC的控制和输入。FAROS系统中的传感器根据跑道上的信息并结合ASDE-X提供的信息，判断此时降落是否安全；若不安全，则激发PAPI灯闪烁以提示飞行员此时降落是不安全的。在此过程中，飞机的下降航迹并不受影响，正在进近的飞行员观察到的红色和白色PAPI灯数目也不会改变。
图3-4 FAROS原理示意图
1.FAROS运行特征——对于进港飞机
当进近飞机距离跑道入口不足1.5海里，如果一架飞机或场面车辆占用最后进近跑道，该跑道上的PAPI灯将会被激发闪烁。
四、浦东机场增设跑道状态灯的可行性分析
达拉斯沃斯堡DFW是世界上第一个对RWSL原型进行测试使用的机场，此后FAA选择其它三个机场也进行了测试，并计划今年在17个机场完成RWSL系统的安装工作。从运行绩效看，FAA在日常运行繁忙的机场设置RWSL系统对于有效预防和减少跑道侵入事件的数量及降低跑道侵入的严重性、减少人为因素导致的跑道侵入、保障飞行区运行安全等方面具有积极的实际意义，其运行实践相关经验值得关注和借鉴。
从RWSL的实施效果来看，鉴于我国各主要机场规划中均无交叉跑道的特点以及FAA对RWSL测试评估的结果现状，建议在机场灯光系统规划中做好对进入跑道指示灯REL、起飞等待灯THL的预留，以适应各机场未来跑道安全管理的需要。从REL的设置来看，参考FAA的设置原则，建议将其设置在起飞跑道端的入口滑行道和旁通滑行道以及穿越联络道（进入跑道的一端）。从THL的设置来看，建议将其设置在起飞跑道的两端。
从RWSL的实践来看，先进的机场场面探测设备ASDE-X是安装RWSL的前提。根据调研，浦东塔台管制室目前正在提出建设一套集成塔台系统需求，系统建成后将具备ASDE-X的功能，该系统将涵盖自动化运行系统（TWR部分），系统集成之后将丰富目前的航班运行信息，减少塔台设备显示终端，完善航班指挥运行功能，提高航班运行系统的自动化程度，同时对外开放系统接口，增加系统扩展功能，可以引接机场灯光控制系统，使得管制指令可以和灯光控制指令结合起来，更方便地为航空器运行提供参考。浦东塔台已经于2015年完成塔台电子进程单系统，2018年左右将完成整个系统的建设。因此，从硬件设置基础来看，浦东机场目前还不具备安装RWSL系统的条件，但是根据浦东塔台的规划发展，在2018年左右具备此基础条件。
浦东机场现有四跑道，主要的运行模式为：靠近航站楼的1、2跑道用于起飞，远离航站楼的3、4跑道用于降落，从3、4跑道降落的飞机穿越1、2跑道，现阶段日均跑道穿越量为650架次左右。因此未来浦东机场有必要借鉴和吸收新技术以应对机场容量和流量的增长。
在4条跑道的运行条件下，一、二跑道主用起飞，一、三跑道和二、四跑道构成了二组近距运行跑道。一、三跑道间共有六条穿越联络道，分别为P1、P2、P3、P4、P5以及P6，其中P3和P5仅供航空器由西向东穿越。进出西货运机坪的起降航空器穿越一跑道时，遵循近端穿越的原则：向北运行时使用联络道口P2穿越；向南运行时使用联络道口P4穿越。使用三跑道落地航空器，需要穿越一跑道时：向北运行时使用联络道口P4、P5、P6远端穿越；向南运行时使用联络道口P3、P2、P1远端穿越。一、三跑道向北运行和向南运行时跑道穿越示意如图6。二、四跑道间设有六条穿越联络道，分别为R1、R2、R3、R4、R5以及R6。使用四跑道落地穿越二跑道时，向南运行时主用联络道口R2、R3和R1远端穿越；向北运行时主用联络道口R4、R5和R6远端穿越。二、四跑道向北运行和向南运行时跑道穿越示意如图6。
图4-1浦东机场RWSL建议安装位置（注：红色粗线条表示THL，红色细线条表示REL）
该系统已经在美国和欧洲有了广泛成熟的应用，在国内尚无实际运行先例，目前上海浦东机场正在推进该项目实施。虽然国内开展RWSL的研究时间较短，但各机场亟待解决的跑道安全问题相似、现有的运行规则和灯光条件也类似，完全可以借鉴国外成熟的经验和解决方案，提升机场的跑道安全水平。（陈国栋 上海国际机场股份有限公司）
参考文献：
［1］国际民用航空组织.安全管理手册［S］.安全管理手册,2009(SMS)
［2］中国民用航空局安全办公室.防止跑道侵入手册［S］.防止跑道侵入手册,2006
