物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在機(jī)場設(shè)備設(shè)施中的應(yīng)用研究

劉宏愷

（成都雙流國際機(jī)場股份有限公司，四川 成都 610095）

引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的作用價(jià)值和影響力不斷擴(kuò)大，并已廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)和領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在機(jī)場設(shè)備設(shè)施中的應(yīng)用不僅是時代發(fā)展的趨勢，也是加強(qiáng)機(jī)場服務(wù)質(zhì)量、提高機(jī)場安全、推進(jìn)“四型機(jī)場”建設(shè)的需要一種有效的建設(shè)方式。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

總之，物聯(lián)網(wǎng)是物與人、物與物之間的信息傳遞和控制。預(yù)計(jì)這將是繼互聯(lián)網(wǎng)之后全球信息產(chǎn)業(yè)的又一次科技經(jīng)濟(jì)浪潮，受到政府、企業(yè)和學(xué)術(shù)界的高度重視一些發(fā)達(dá)國家甚至將其納入國家和地區(qū)信息化戰(zhàn)略。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用有三個關(guān)鍵技術(shù)。

（1）傳感器技術(shù)，這也是計(jì)算機(jī)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。到目前為止絕大部分計(jì)算機(jī)處理的都是數(shù)字信號，自從有計(jì)算機(jī)以來就需要傳感器把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號計(jì)算機(jī)才能處理。

（2）RFID 標(biāo)簽是一種傳感器技術(shù)。RFID 技術(shù)是射頻技術(shù)與嵌入式技術(shù)相結(jié)合的綜合技術(shù)。RFID 在自動識別和貨物物流管理方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

（3）嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是集計(jì)算機(jī)軟硬件、傳感器技術(shù)、集成電路技術(shù)和電子應(yīng)用技術(shù)于一體的復(fù)雜技術(shù)。嵌入式系統(tǒng)正在改變?nèi)藗兊纳睿龠M(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

二、機(jī)場設(shè)施設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀

機(jī)場設(shè)施設(shè)備的管理水平代表著機(jī)場的智能化發(fā)展。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的機(jī)場設(shè)施設(shè)備管理系統(tǒng)，可以有效地劃分系統(tǒng)間的管理，準(zhǔn)確定位物理位置，形成有效的管理方案，從而提高機(jī)場的綜合保障能力和工作效率。物聯(lián)網(wǎng)由四層組成：感知層由RFID、傳感器和GPS 組成，網(wǎng)絡(luò)層由互聯(lián)網(wǎng)、無線局域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)組成，系統(tǒng)層由數(shù)據(jù)挖掘、信息安全和云組成，應(yīng)用層由智能交通組成，綠色建筑與智能物流。2018 年，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（不包括平板電腦、智能手機(jī)和筆記本電腦等）數(shù)量達(dá)到70 億臺，并保持每年15%以上的穩(wěn)定增長率。

（一）樓宇控制系統(tǒng)

機(jī)場樓宇控制系統(tǒng)是高度物聯(lián)網(wǎng)化的公共環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)信息的采集、分析和交換，提高設(shè)備維護(hù)效率，節(jié)約能源。它主要是由照明、電梯和空調(diào)組成的自動管理系統(tǒng)，由溫度和煙霧探測、閉路監(jiān)控組成的防火報(bào)警系統(tǒng)，由門禁和防盜報(bào)警組成的安防系統(tǒng)由機(jī)電設(shè)備三個子系統(tǒng)組成。三個子系統(tǒng)通過TCP/IP 協(xié)議的以太網(wǎng)集成到樓宇控制系統(tǒng)中，通過RS485 和Lon Works 等現(xiàn)場總線結(jié)合航班和乘客信息控制航站樓相關(guān)區(qū)域的設(shè)備運(yùn)行。

（二）周界安防警報(bào)系統(tǒng)

機(jī)場作為重要交通樞紐，安全是民航業(yè)生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，由磚墻、金屬圍欄類形成的物理圍界構(gòu)成了機(jī)場安全的第一道防線，由探測器、攝像頭、聲光報(bào)警器和照明燈具組成的周界安防警報(bào)系統(tǒng)是機(jī)場安防工作的重要組成部分，當(dāng)振動探測器、紅外對射、張力圍欄等裝置檢測到入侵時，報(bào)警信號由總線制協(xié)議轉(zhuǎn)換為TCP/IP 協(xié)議，由環(huán)形以太網(wǎng)發(fā)送至監(jiān)測系統(tǒng)，利用聲光報(bào)警裝置對入侵者發(fā)出警告，同時將觸發(fā)報(bào)警區(qū)域的監(jiān)控畫面顯示在監(jiān)控室屏幕上。

（三）行李分揀系統(tǒng)

行李信息與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)行李的準(zhǔn)確分揀和實(shí)時定位跟蹤。首先，讀取行李RFID 標(biāo)簽上的IATA 行李編號，訪問BHS（行李分揀系統(tǒng)）服務(wù)器查詢BSM（行李源信息），獲取行李的航班號、目的地、旅客姓名等信息，最后，訪問結(jié)果被轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)XML 格式并保存到本地?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器，供乘客和工作人員通過web、PDA 或手機(jī)查詢行李的實(shí)時狀態(tài)。

（四）登機(jī)橋橋載設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

為了響應(yīng)國家藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的號召，各機(jī)場逐步使用登機(jī)橋橋載設(shè)備替代APU 為飛機(jī)供應(yīng)冷氣和電能。采用Zigbee 協(xié)議，傳感器類節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集橋載空調(diào)和電源的工況數(shù)據(jù)，高精度傳感器記錄橋載設(shè)備的使用情況，由現(xiàn)場數(shù)據(jù)集中器匯總所有節(jié)點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)，經(jīng)過LAN 接入點(diǎn)由設(shè)備網(wǎng)上傳至服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對橋載設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時監(jiān)控。

三、RFID 技術(shù)和二維碼技術(shù)部署和應(yīng)用

（一）RFID 技術(shù)

RFID 是Radio Frequency Identification 的縮寫，即射頻識別，俗稱電子標(biāo)簽。射頻識別技術(shù)是一種利用無線數(shù)據(jù)識別物體的技術(shù)。它是無線通信技術(shù)與半導(dǎo)體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它是應(yīng)用最廣泛的非接觸式自動目標(biāo)識別技術(shù)之一。

RFID 標(biāo)簽具有數(shù)據(jù)存儲容量大、信息處理速度快、存儲信息自由更改、存儲數(shù)據(jù)加密、無直接向終端用戶開放的物理接口等特點(diǎn)，可以更好地保證設(shè)備的安全。此外，還可以使用一些加密算法來實(shí)現(xiàn)信息的安全管理。讀卡器和標(biāo)簽還可以相互驗(yàn)證，以實(shí)現(xiàn)安全通信和存儲。RFID 技術(shù)涉及信息、制造和材料等諸多高科技領(lǐng)域，包括芯片設(shè)計(jì)與制造、天線設(shè)計(jì)與制造、標(biāo)簽封裝、系統(tǒng)集成、信息安全等。隨著芯片技術(shù)、天線技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，RFID系統(tǒng)的體積和功耗越來越小，成本越來越低，功能越來越靈活，操作快捷方便，具有很多優(yōu)點(diǎn)目標(biāo)識別和運(yùn)動目標(biāo)識別以其便于目標(biāo)跟蹤和管理的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。RFID 技術(shù)已成為21 世紀(jì)最流行的技術(shù)之一。

RFID 為各個行業(yè)的實(shí)時、動態(tài)和可視化管理提供了有效手段。RFID 電子標(biāo)簽具有體積小、容量大、使用壽命長、可重復(fù)使用等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的識別技術(shù)相比，RFID的優(yōu)勢在于可以改變RFID 芯片的內(nèi)部數(shù)據(jù)，這意味著不同流程的操作員可以在RFID上添加注釋記錄，以便獲得更完整的信息。同時，RFID 芯片可以制作得非常小，這使得它更方便地與物體集成。根據(jù)工作頻率的不同，RFID標(biāo)簽分為低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（UHF）和微波波段（MW）。

（二）二維條形碼技術(shù)

條形碼是一種圖形標(biāo)識符，它根據(jù)一定的編碼規(guī)則排列多個不同寬度的黑色條和空白，以表示一組信息。一維條碼是由一組不同厚度的條碼和空格、黑白（或顏色）及其對應(yīng)字符（數(shù)字和字母）組成的標(biāo)記，即傳統(tǒng)條碼，如圖1 所示。

二維條碼是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向）上分布的條、空相間的圖形來記錄數(shù)據(jù)符號信息，如圖2 所示

二維條碼具有存儲容量大、保密性高、可追溯性強(qiáng)、抗破壞性強(qiáng)、備份量大、成本低等特點(diǎn)。它適用于表單、安全和保密、跟蹤、許可證、庫存盤點(diǎn)、數(shù)據(jù)備份等。

四、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及云技術(shù)的三維可視化運(yùn)營管理

（一）全生命周期BIM 模型

本項(xiàng)目采用基于航站樓信息模型（TBIM）技術(shù)的BLM（建筑生命周期管理），實(shí)現(xiàn)T2 航站樓建筑周期的三維智能仿真技術(shù)和樓宇智能化應(yīng)用，圍繞航站樓設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營全生命周期，更好地管理航站樓及其信息，使整個建筑過程實(shí)現(xiàn)參數(shù)化、性能可視化、集成化、精益化和智能化。優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決設(shè)計(jì)施工階段存在的問題和難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)、施工設(shè)備與機(jī)場的有機(jī)結(jié)合。搭建TBIM 臺，利用BIM 技術(shù)對機(jī)場綜合管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行可視化布局，驗(yàn)證其與周邊建筑系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，減少后期拆除改造，對機(jī)場特殊 機(jī)械安裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化和精益施工對后期資產(chǎn)維護(hù)管理和資產(chǎn)利用效率統(tǒng)計(jì)具有重要意義。

（二）三維設(shè)備設(shè)施管理系統(tǒng)

隨著大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的完善，各類大型建筑已開始運(yùn)營維護(hù)階段，建筑設(shè)備設(shè)施的管理已成為亟待解決的問題。研究發(fā)現(xiàn)，建筑后期運(yùn)營成本約占整個建筑生命周期成本的80%。有效的建筑物運(yùn)營管理可以大大提高建筑物的使用效率。三維設(shè)備設(shè)施管理系統(tǒng)是一套基于BIM 三維可視化運(yùn)營管理平臺，利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)、RFID 技術(shù)和二維碼技術(shù)的動態(tài)數(shù)據(jù)平臺。

設(shè)備管理模式多種多樣，設(shè)備設(shè)施的全生命周期管理（論證、選型、設(shè)計(jì)、制造、采購、安裝、使用、報(bào)廢）是現(xiàn)代設(shè)備管理的重要手段。設(shè)備設(shè)施管理就是在設(shè)備設(shè)施使用和維護(hù)的最長生命周期階段，組建優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)，制定完善的制度，采取科學(xué)的手段對設(shè)備設(shè)施進(jìn)行使用和維護(hù)，以最大限度地提高能源效率，延長使用壽命，從而達(dá)到企業(yè)降低成本、提高效率的目的。

設(shè)備設(shè)施系統(tǒng)由系統(tǒng)服務(wù)器和系統(tǒng)管理軟件組成。系統(tǒng)通過與單個系統(tǒng)的接口、物聯(lián)網(wǎng)傳感器和系統(tǒng)二維碼標(biāo)簽獲取系統(tǒng)所需的設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)、故障信息、維修數(shù)據(jù)、計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)等。現(xiàn)場設(shè)備可分為設(shè)備設(shè)施標(biāo)簽條碼（RIFD 標(biāo)簽、二維條碼）和手持終端設(shè)備。機(jī)場設(shè)備設(shè)施資產(chǎn)包括有形資產(chǎn)（生產(chǎn)設(shè)備、非生產(chǎn)設(shè)備、備品備件和材料等）和無形資產(chǎn)（管理程序、流程、人員、知識等）。對于這個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，一個運(yùn)行良好的設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)是提高資產(chǎn)利用率、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)效益的有效保證。具體體現(xiàn)在：維修工作標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化：通過建立完善的資產(chǎn)管理臺帳，對資產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)一編號、記錄、盤點(diǎn)、查詢、分析、上報(bào)，優(yōu)化維修工作流程，建立有效的維修績效指標(biāo)管理。

機(jī)場設(shè)備設(shè)施管理系統(tǒng)主要記錄機(jī)場內(nèi)所有設(shè)備設(shè)施的臺賬。它是一個基于局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)，而不是用于實(shí)時事務(wù)處理或過程控制的工業(yè)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)所有功能的實(shí)現(xiàn)和開發(fā)不會影響設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行。主要功能包括：設(shè)備設(shè)施臺帳管理、知識庫管理、維修申請管理、合同管理、流程管理、備件管理、查詢統(tǒng)計(jì)功能和系統(tǒng)管理。

五、結(jié)語

總體而言，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高機(jī)場設(shè)備設(shè)施的實(shí)用性和自動化程度。機(jī)場管理機(jī)構(gòu)應(yīng)高度重視物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，加快先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和推廣。