机场导航灯光系统的电气自动化控制策略研究

机场导航灯光系统是保障飞机在夜间、低能见度等复杂气象条件下安全起降的关键设施，其性能直接关系到航班运行的安全性和效率。该系统通过特定的灯光布局和亮度调节，为飞行员提供精确的滑行路径引导、跑道入口指示、进近角度参考等关键信息，是机场地面导航的核心组成部分。因此，文章研究场导航灯光系统的电气自动化控制策略具有重要意义。

1 机场导航灯光系统的构成与控制需求

1.1 系统构成

机场导航灯光系统由多个子系统组成，各子系统分工明确，共同构成完整的导航引导体系：

进近灯光系统：位于跑道入口前方，用于在飞机进近阶段为飞行员提供视觉引导，帮助其识别跑道入口位置和进近航道。通常包括顺序闪光灯、中心线灯、侧边灯等，灯光强度可根据能见度条件进行调节。

跑道灯光系统：分布在跑道两侧及中心线位置，包括跑道边灯、中心线灯、接地带灯、跑道末端灯等。跑道边灯为白色，用于标示跑道边界；中心线灯在跑道两端部分为红色，中间部分为白色，指示跑道中心线；接地带灯则为飞行员提供接地位置参考。​

滑行道灯光系统：由滑行道边灯、中心线灯、跑道等待位置灯等组成，用于引导飞机在地面滑行时的路径，避免滑行冲突。滑行道边灯为蓝色，中心线灯为绿色，清晰标示滑行路线。

1.2 控制需求

亮度调节需求：导航灯光的亮度需根据外界能见度（如白天、黄昏、夜间、雾天等）进行精准调节，以确保飞行员在不同环境下都能清晰识别灯光信号。国际民航组织（ICAO）将导航灯光亮度分为多个等级，要求系统能快速切换至对应等级。

可靠性需求：导航灯光系统必须具备极高的可靠性，避免因故障导致灯光熄灭或亮度异常，否则可能引发严重的飞行安全事故。系统需具备故障自动检测、报警和冗余切换功能，确保在部分设备故障时仍能维持正常运行。

响应速度需求：在航班起降过程中，灯光系统的状态需根据航班动态快速调整。例如，飞机进近时，进近灯光系统需及时切换至对应亮度等级；飞机滑行时，滑行道灯光需实时跟随飞机位置点亮或熄灭，减少能源浪费。

2 机场导航灯光系统的电气自动化控制策略

2.1 基于 PLC 的集中控制策略

可编程逻辑控制器（PLC）具有可靠性高、抗干扰能力强、编程灵活等特点，适用于导航灯光系统的集中控制。其控制策略如下：

硬件架构：以 PLC 为控制核心，通过传感器（如光照传感器、电流传感器、电压传感器）采集外界环境参数和灯光设备运行状态数据，通过执行器（如接触器、调光模块）控制灯光的开关和亮度调节。PLC 与上位机监控系统通过通信网络（如以太网）连接，实现数据交互和远程控制。

控制逻辑：PLC 根据预设的控制逻辑和传感器采集的数据，自动调节灯光亮度。例如，光照传感器检测到外界光照强度变化时，PLC 将其与预设阈值对比，自动将灯光切换至对应亮度等级；电流传感器检测到某路灯光电流异常时，PLC 立即发出报警信号，并控制备用回路投入运行，实现冗余保护。

优势：集中控制方式便于实现系统的统一管理和协调控制，控制逻辑清晰，维护方便，适用于中小型机场或灯光系统规模相对较小的场景。

2.2 基于分布式智能控制策略

对于大型机场或灯光系统分布范围较广的场景，分布式智能控制策略更具优势。该策略将控制功能分散到各个智能控制节点，通过网络实现协同工作：

智能节点部署：在各灯光子系统（如进近灯光、跑道灯光、滑行道灯光）设置智能控制节点，每个节点负责控制一定范围内的灯光设备。智能节点内置微处理器、通信模块和传感器接口，可独立完成数据采集、本地控制和通信功能。

协同控制机制：各智能节点通过工业以太网或无线通信技术组成网络，实现数据共享和协同控制。控制中心通过发送控制指令给各节点，节点根据指令和本地采集的数据自主调节灯光状态。例如，滑行道智能节点通过接收飞机位置信号，提前点亮飞机即将经过的滑行道灯光，飞机离开后自动熄灭，实现节能控制。​

优势：分布式控制减少了集中控制的通信压力和单点故障风险，系统扩展性强，可根据机场发展逐步增加控制节点；本地智能节点能快速响应控制需求，提高系统的实时性。

2.3 基于模糊控制的亮度自适应调节策略

传统的亮度调节多采用阈值控制，存在调节不连续、易受环境干扰等问题。模糊控制基于模糊逻辑推理，能有效处理不确定性和非线性问题，实现亮度的平滑自适应调节：

输入变量与模糊化：将光照强度、能见度、飞机进近距离等作为输入变量，通过模糊化处理将其转换为模糊集合。例如，将光照强度划分为多个模糊区间，每个区间对应不同的隶属度函数。

模糊规则制定：根据飞行员视觉需求和 ICAO 标准，制定模糊控制规则。例如，“若光照强度为暗且飞机进近距离近，则灯光亮度为高”“若能见度低且光照强度适中，则灯光亮度为中高” 等。

优势：模糊控制能根据复杂环境因素动态调整亮度，避免亮度突变对飞行员视觉造成干扰，提高导航精度和舒适性。

2.4 故障诊断与冗余控制策略

为保障系统可靠性，需建立完善的故障诊断与冗余控制策略：

故障诊断：通过传感器实时监测灯光设备的电流、电压、温度等参数，结合历史数据和故障特征库，采用专家系统或神经网络进行故障诊断。例如，当某路灯光电流为零时，系统判断为灯具损坏或线路断路；当电压波动超过阈值时，判断为电源故障。

冗余控制：系统设计冗余的电源、线路和控制模块。当主系统检测到故障时，自动切换至备用系统。例如，主电源故障时，备用柴油发电机快速启动供电；某路灯光控制模块故障时，相邻控制节点接管其控制功能，确保灯光正常运行。同时，系统及时发出故障报警，通知运维人员进行维修。

3 电气自动化控制策略的优化与实践

3.1 结合物联网技术的智能监控

将物联网技术融入导航灯光控制系统，通过在灯光设备上安装 RFID 标签或物联网传感器，实现设备全生命周期管理和精准监控。运维人员可通过物联网平台实时查看设备的运行状态、位置信息、维护记录等，提前预测设备故障，制定预防性维护计划，减少故障停机时间。例如，通过传感器采集灯具的累计运行时间，当接近使用寿命时，系统自动发出更换提醒。

3.2 基于能源管理的节能控制

在自动化控制策略中融入能源管理理念，通过优化灯光点亮时机和亮度，降低能源消耗。例如，对于夜间无航班时段，自动将非关键区域灯光调至最低亮度或关闭；利用太阳能供电技术为部分滑行道灯光或辅助灯光供电，减少对电网的依赖。同时，通过智能电表实时监测各区域能耗，分析能耗数据，找出节能潜力点，进一步优化控制策略。

4 结束语

机场导航灯光系统的电气自动化控制是保障飞行安全、提高运营效率的关键技术。基于 PLC 的集中控制、分布式智能控制、模糊控制的亮度自适应调节以及故障诊断与冗余控制等策略，从不同角度满足了系统的控制需求，实现了灯光系统的精准、可靠、高效运行。结合物联网技术和能源管理理念的优化策略，进一步提升了系统的智能化水平和节能效果，实践案例也验证了这些策略的有效性。​

参考文献：

[1] 丁登杰 . 机场助航灯光系统一次电缆回路故障与维护管理 [J]. 中国信息界 ,2025,(03):180-182.

[2] 张思秀 , 杨颖 . 机场助航灯光监控系统设计与实现 [J]. 光源与照明 ,2024,(12):20-22.

[3] 黄 煌 宝 . 光 明 守 护， 保 驾 护 航： 机 场 灯 光 的 升 级 之 路 [J]. 云端 ,2024,(52):141-143.