基于射頻識(shí)別的登機(jī)橋靠橋定位系統(tǒng)研究

施穎東

上海機(jī)場(chǎng)建設(shè)指揮部 上海 201207

活動(dòng)登機(jī)橋靠橋時(shí)擦碰航空器的事故約占活動(dòng)登機(jī)橋失誤的99%，并將最終導(dǎo)致航班延誤。2005年，廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)的登機(jī)橋廊橋垮塌，原因是客艙清潔人員將垃圾放在客艙門口的感應(yīng)器旁，導(dǎo)致感應(yīng)器向登機(jī)橋發(fā)出信號(hào)?；顒?dòng)登機(jī)橋接收到信號(hào)，即向飛機(jī)門靠攏，發(fā)生碰觸，使得門艙與機(jī)身分離，登機(jī)橋下沉。另上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)也于2014年發(fā)生過飛機(jī)與活動(dòng)登機(jī)橋的碰擦事件，所幸飛機(jī)速度較慢未造成嚴(yán)重后果。

1 活動(dòng)登機(jī)橋的操作規(guī)程分析與存在的問題

1.1 活動(dòng)登機(jī)橋靠橋操作規(guī)范

為降低登機(jī)橋碰擦航空器的風(fēng)險(xiǎn)，目前國(guó)內(nèi)的登機(jī)橋操作規(guī)范要求操作員必須在航班到達(dá)前10 min到崗，進(jìn)行靠橋測(cè)試。待航空器停穩(wěn)，先目視及通過監(jiān)控屏幕觀察有無人員、車輛等障礙物妨礙登機(jī)橋運(yùn)行，然后調(diào)整輪架角度，緩慢接近航空器。在接近航空器50 cm處停橋，并精調(diào)橋頭角度、高度，最后低速前進(jìn)靠橋。若在距離航空器50 cm內(nèi)發(fā)現(xiàn)角度不符，則必須后縮至50 cm之外調(diào)整。靠接完畢后，需保證平臺(tái)與機(jī)門下沿有10～15 cm的高低間隙、5～10 cm的水平間隙，輪位表保持在0～12.5°。待遮篷放倒在航空器上后，通過開關(guān)轉(zhuǎn)向“自動(dòng)”模式，再次通過調(diào)平輪檢查橋身狀態(tài)。整個(gè)靠橋過程需在2 min內(nèi)完成。

活動(dòng)登機(jī)橋現(xiàn)均配備視頻探頭、測(cè)距雷達(dá)、紅外線探測(cè)儀、防撞探針、行走機(jī)構(gòu)保險(xiǎn)杠等設(shè)備，輔助操作員避免登機(jī)橋發(fā)生碰撞事故。

1.2 活動(dòng)登機(jī)橋靠橋存在的問題

活動(dòng)登機(jī)橋靠橋作業(yè)自動(dòng)化程度低。就操作規(guī)范而言，絕大多數(shù)情況下依賴經(jīng)驗(yàn)判斷，規(guī)范中的“50 cm” “10～15 cm”等登機(jī)橋定位數(shù)值僅憑操作員目測(cè)，極易受經(jīng)驗(yàn)、天氣、飛機(jī)涂裝及環(huán)境照明影響。而多種輔助設(shè)備主要包括雷達(dá)、紅外、視頻攝像、預(yù)警探針等卻只能提供相對(duì)位置關(guān)系及障礙物的預(yù)警信息，無法給出定位信息。由此可把實(shí)際操作過程中的問題歸納為：

1）培養(yǎng)難?？繕虿僮麟y度高，操作煩瑣，需要對(duì)操作員進(jìn)行專項(xiàng)培訓(xùn)后方可上崗，并且經(jīng)過培訓(xùn)的熟練工非常稀缺。

2）無法定位。登機(jī)橋防撞設(shè)備多為被動(dòng)預(yù)警，只提供有障礙物的防撞或防撞保護(hù)，仍無法提供登機(jī)橋或飛機(jī)艙門的定位信息，定位過程依舊靠人工肉眼判斷。

3）到崗慢。由于機(jī)場(chǎng)面積大，橋位眾多，橋與橋之間間隔一般有50 m左右，加之航班量大，造成操作員在工作中每日的步行距離大，到崗響應(yīng)速度慢。

4）誤判多。目前航空器外表面有各種不同的噴涂，深色系在夜間造成肉眼通過監(jiān)視器識(shí)別困難，淺色系在強(qiáng)烈的陽(yáng)光下也會(huì)對(duì)距離判斷造成一定的干擾。很多操作都必須通過經(jīng)驗(yàn)的積累才能使操作員判斷準(zhǔn)確。

5）易干擾。雷達(dá)和紅外線也極易受天氣，如雨雪和機(jī)艙表面附著物的影響，進(jìn)而給操作員帶來不準(zhǔn)確的信息。

目前每年在制度完備、設(shè)備先進(jìn)的樞紐型機(jī)場(chǎng)，依舊會(huì)有0.5～1起該類事故的發(fā)生，對(duì)比北京、上海、廣州和深圳等城市的機(jī)場(chǎng)每年的航班量與近機(jī)位靠橋的比例，其實(shí)該事故率已經(jīng)非常低了，但由于一旦發(fā)生事故，影響很大，所以仍然是目前機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)方面關(guān)注的重點(diǎn)。

2 RFID定位原理及機(jī)場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 RFID定位技術(shù)簡(jiǎn)介

射頻識(shí)別（radio frequency identification，RFID）電子標(biāo)簽技術(shù)分為有源和無源兩類，有源RFID是指其標(biāo)簽有主動(dòng)發(fā)送信號(hào)的功能，而無源RFID是指其標(biāo)簽只有接收到信號(hào)時(shí)，才會(huì)發(fā)出反饋信息給信號(hào)發(fā)射器。同時(shí)，RFID電子標(biāo)簽按讀寫功能可分為一次性RFID標(biāo)簽和反復(fù)擦寫RFID標(biāo)簽。一次性RFID標(biāo)簽即寫入后不可更改信息的標(biāo)簽，反復(fù)擦寫RFID標(biāo)簽則可通過信號(hào)發(fā)射器反復(fù)將信息寫入。

多個(gè)RFID信號(hào)發(fā)射器在接收到同一個(gè)標(biāo)簽發(fā)出的反饋后，可經(jīng)過反饋的時(shí)延，判斷標(biāo)簽距信號(hào)發(fā)射器的遠(yuǎn)近，進(jìn)而通過計(jì)算得出標(biāo)簽的具體位置。若單個(gè)信號(hào)發(fā)射器，在發(fā)出的信號(hào)被RFID標(biāo)簽接收到后，標(biāo)簽將反饋單個(gè)信號(hào)給信號(hào)發(fā)射器，信號(hào)發(fā)射器通過計(jì)算發(fā)出與反饋信號(hào)的時(shí)間差，并與電磁波在空氣中傳播的速度相乘，即可得出標(biāo)簽距離信號(hào)發(fā)射器的遠(yuǎn)近。若空間中有2個(gè)信號(hào)發(fā)射器同時(shí)對(duì)1個(gè)標(biāo)簽發(fā)出了信號(hào)，則系統(tǒng)通過計(jì)算，即可定位該標(biāo)簽位于平面上的2點(diǎn)，在三維空間中，則可確定在1個(gè)圓形的圓殼上。若空間中有3個(gè)信號(hào)發(fā)射器同時(shí)對(duì)1個(gè)標(biāo)簽發(fā)出信號(hào)，則可將該標(biāo)簽的位置確定在平面上的1點(diǎn)上，或三維空間的3個(gè)球形的2個(gè)交點(diǎn)上。若空間中有4個(gè)信號(hào)發(fā)射器同時(shí)對(duì)1個(gè)標(biāo)簽發(fā)出信號(hào)，則能將該標(biāo)簽的位置確定在三維空間的1點(diǎn)上。通過不斷發(fā)射信號(hào)，可以不斷修正位置信息，使得標(biāo)簽的位置實(shí)時(shí)更新。空間內(nèi)已知3點(diǎn)可確定一條直線的位置，已知3點(diǎn)則可確定一個(gè)平面。

2.2 RFID定位技術(shù)在機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

RFID定位技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于物流領(lǐng)域，在機(jī)場(chǎng)則應(yīng)用于旅客行李的追蹤上[1]。其通過將RFID電子標(biāo)簽整合進(jìn)紙質(zhì)行李條碼內(nèi)，為每一件行李提供綁定的電子標(biāo)簽，進(jìn)而在出發(fā)機(jī)場(chǎng)、飛機(jī)、目的地機(jī)場(chǎng)通過RFID信號(hào)發(fā)射器對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行追蹤識(shí)別。但由于各地機(jī)場(chǎng)發(fā)展階段的不同，目前絕大多數(shù)機(jī)場(chǎng)都未配備RFID系統(tǒng)。同時(shí)，雖然單個(gè)電子標(biāo)簽價(jià)格低廉，但為一次性使用的標(biāo)簽，額外的使用成本也令一些大型航空公司及幾乎所有廉價(jià)航空公司望而卻步，所以RFID定位技術(shù)在行李系統(tǒng)的應(yīng)用并未得到全面拓展與認(rèn)可。

3 建立基于RFID的登機(jī)橋靠橋定位系統(tǒng)

3.1 基于RFID的登機(jī)橋靠橋定位系統(tǒng)

3.1.1 RFID定位系統(tǒng)設(shè)置

飛機(jī)機(jī)身一般為圓柱形，其艙門形狀為圓柱形外表面的一部分，其中上下邊沿為直線，左右邊沿為圓弧形?？蓪FID標(biāo)簽分別設(shè)置在上、下邊沿與左側(cè)邊沿的夾角上（A、B），以及右側(cè)邊沿的中心位置（C），如圖1所示。這樣通過3枚標(biāo)簽即可確定艙門位置。在3個(gè)RFID標(biāo)簽內(nèi)可同時(shí)寫入3個(gè)標(biāo)簽各自的編碼以及互相的位置關(guān)系。

在活動(dòng)登機(jī)橋的接機(jī)口、轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)置4個(gè)RFID信號(hào)發(fā)射器，如圖2所示。發(fā)射器W布置在轉(zhuǎn)臺(tái)水泥底座上，發(fā)射器X布置在轉(zhuǎn)臺(tái)頂，發(fā)射器Y布置在行走機(jī)構(gòu)兩輪中間的馬達(dá)位置，發(fā)射器Z布置在接機(jī)口底端。確保4個(gè)發(fā)射器不在同一個(gè)平面內(nèi)，否則同一個(gè)標(biāo)簽會(huì)有2個(gè)定位信息。

3.1.2 RFID定位系統(tǒng)定位及操作

在具體定位過程中，4個(gè)發(fā)射器根據(jù)行走機(jī)構(gòu)及轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)更新自己的位置信息后，對(duì)飛機(jī)艙門上的3個(gè)RFID標(biāo)簽分別定位，同時(shí)對(duì)RFID標(biāo)簽內(nèi)的位置信息進(jìn)行讀取，然后修正自己的定位結(jié)果。這樣即使某個(gè)RFID標(biāo)簽無法正常工作，原則上只需要任意2枚標(biāo)簽即可完成對(duì)艙門的定位。其定位精確度可在1～10 mm之間，符合操作規(guī)范的要求。

在確定艙門位置后，可通過控制系統(tǒng)自動(dòng)將活動(dòng)登機(jī)橋伸展至艙門位置與飛機(jī)對(duì)接，同樣根據(jù)艙門位置，先調(diào)整輪架角度，然后低速靠橋。待到距離航空器50 cm處需再次驗(yàn)證位置信息以及檢查活動(dòng)登機(jī)橋自身位置狀態(tài)，該步驟可通過人工授權(quán)確認(rèn)位置，最后精調(diào)橋頭角度、高度后，低速靠橋，完成靠接。

在靠橋操作過程中，依然需要其他設(shè)施或人工輔助以確保在登機(jī)橋移動(dòng)過程中地面沒有障礙物，否則將自動(dòng)終止靠橋作業(yè)，需人工授權(quán)后返回初始位置重新靠橋。

3.2 RFID登機(jī)橋定位系統(tǒng)的特點(diǎn)分析

1）成本低廉。目前RFID技術(shù)已十分成熟，電子標(biāo)簽的價(jià)格約為0.1元人民幣，而且安裝在飛機(jī)上的電子標(biāo)簽可反復(fù)讀取信息。

2）安全性高。RFID信號(hào)不受障礙物影響，不受天氣及可見光影響。其系統(tǒng)頻率也與其他民用系統(tǒng)錯(cuò)開。

3）定位精確。RFID的定位精度可在1～10 mm之間，遠(yuǎn)高于人工肉眼判斷。

4）耐用性好。RFID標(biāo)簽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可耐受飛機(jī)飛行時(shí)的極端天氣，不易損壞。

5）系統(tǒng)冗余高。安裝在多個(gè)活動(dòng)登機(jī)橋上的RFID發(fā)射器可構(gòu)成RFID網(wǎng)絡(luò)，在實(shí)際定位過程中，可協(xié)助鄰近登機(jī)橋完成定位。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要利用RFID定位技術(shù)，嘗試解決實(shí)際在運(yùn)營(yíng)過程中遇到的活動(dòng)登機(jī)橋靠橋難的問題，為相關(guān)生產(chǎn)人員提供了可靠的定位航空器及活動(dòng)登機(jī)橋的手段，輔以其他防撞預(yù)警設(shè)施，可大幅縮減對(duì)熟練操作經(jīng)驗(yàn)的需求，減少事故的發(fā)生。