基于北斗高精度的機場車輛人員調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計

曹寒松 宋海濤

摘要：基于北斗高精度的大型機場車輛人員調(diào)度系統(tǒng)，通過加裝收集機場地面服務(wù)人員、車輛司機、車輛等狀態(tài)數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，將這些基礎(chǔ)信息進行整合，建立定位、監(jiān)控、對講、數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)分析等智能化為一體的車輛人員調(diào)度云平臺，結(jié)合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等技術(shù)手段，完成了機坪車輛亞米級位置監(jiān)控和基于位置的超速、未按指定路線行駛等功能，系統(tǒng)有效解決了跑道入侵問題，提升了機場整體運營效率和服務(wù)能力。

關(guān)鍵詞：北斗；高精度定位；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；跑道入侵；機場管理

中圖分類號：TP391文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1008-1739（2022）04-58-4

0引言

伴隨航空運輸業(yè)的迅速發(fā)展，機場安全問題日益凸顯，跑道入侵是機場終端區(qū)域影響飛行器安全的主要威脅事件之一。通過對中小機場和千萬級以及全國機場各類不安全事件的事故征候類型的萬架次率橫向?qū)Ρ龋行C場基本均比千萬級機場及全國機場平均水平低，但跑道侵入事件和事故征候的萬架次率均明顯高出千萬級機場和全國平均水平的30%～80%。同時，按事件類型劃分，在中小機場發(fā)生頻率排在前3位的事故征候類型依次是鳥擊、外來物損傷航空器和跑道侵入，而千萬級機場發(fā)生頻率排在前3位的事故征候類型依次是外來物損傷航空器、機坪刮碰和鳥擊。說明中小機場雖然不安全事件和事故征候發(fā)生的概率相對較少，總量也較小，但高風(fēng)險的跑道侵入?yún)s多發(fā)、高發(fā)，對中國民用運輸航空提升安全與效率提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1]，機場在人員車輛任務(wù)調(diào)度等仍缺少系統(tǒng)層面的宏觀調(diào)度。為此，Andreatta G等[2]基于車輛位置、狀態(tài)和操作的實時數(shù)據(jù)，建立了停機坪交通管理決策系統(tǒng)，優(yōu)化機坪作業(yè)車輛分配；潘一桐[3]設(shè)計了基于GPS和遺傳算法的特種車輛綜合調(diào)度系統(tǒng)，但目前仍存在定位精度差的問題。

機場人員車輛任務(wù)指派及路線規(guī)劃調(diào)度是機場地面資源協(xié)同保障的重要一環(huán)[4]，機場人員車輛調(diào)度需致力于滿足地面及航班保障服務(wù)約束的前提下，對人員車輛進行統(tǒng)籌規(guī)劃，以降低機場事故發(fā)生率并提高航班保障效率[5]。針對上述問題，北斗高精度定位和慣導(dǎo)等技術(shù)被引入到機場管理中，就利用北斗高精度定位技術(shù)對機場車輛、人員的精細(xì)化管理進行了探討，提出了一種解決方案，并就方案中高精度差分服務(wù)如何融入機場車輛人員調(diào)度系統(tǒng)等關(guān)鍵問題進行了研究。

1系統(tǒng)設(shè)計

1.1系統(tǒng)架構(gòu)

基于北斗高精度的機場車輛人員調(diào)度系統(tǒng)重點針對機場的特種車輛、管理人員部署高精度北斗車載終端、物聯(lián)網(wǎng)傳感器終端設(shè)備等，實現(xiàn)地勤、機務(wù)保障車輛的高精度位置采集和車輛調(diào)度，結(jié)合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等技術(shù)手段，完成了機坪車輛亞米級位置監(jiān)控和基于位置的超速、未按指定路線行駛等功能，從而完成對人、車的定位跟蹤，并將飛行區(qū)相關(guān)的各類資源的可視化進行管理，實現(xiàn)對這些資源的可視化巡檢、維修的精細(xì)化實時管理，全面提升管理效率和資源利用效率。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

①數(shù)據(jù)層：主要存儲系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)。

②服務(wù)層：系統(tǒng)各類關(guān)鍵運行處理模塊以服務(wù)的形式存在，面向應(yīng)用層開放訪問，包括車輛注冊服務(wù)、地圖服務(wù)、數(shù)據(jù)采集服務(wù)、實時位置服務(wù)、視頻服務(wù)等。

③應(yīng)用層：根據(jù)系統(tǒng)使用對象以及業(yè)務(wù)特點劃分各應(yīng)用邏輯處理模塊，包括車輛位置監(jiān)控、車輛運行狀態(tài)監(jiān)控、車輛維修保養(yǎng)管理、視頻監(jiān)控等。

④訪問層：通過客戶端（瀏覽器）、移動設(shè)備進行系統(tǒng)訪問。

⑤通信與接口層：包括面向各終端設(shè)備的無線通信網(wǎng)關(guān)以及面向外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，如指揮調(diào)度系統(tǒng)。

1.2系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能組成如圖2所示。系統(tǒng)主要由電子地圖、車輛監(jiān)控、可視通信、告警記錄和歷史記錄5部分組成。其中電子地圖由模糊檢索區(qū)、用戶列表區(qū)、電子地圖區(qū)、告警/線路/圍欄區(qū)組成，實現(xiàn)人員車輛檢索、用戶組織結(jié)構(gòu)分布查看、人員車輛狀態(tài)動態(tài)顯示、告警詳情、線路顯示以及圍欄顯示。車輛監(jiān)控提供監(jiān)控實時預(yù)覽、車輛狀態(tài)查詢和布局切換。可視通信可對成員快捷發(fā)起音視頻單呼、單人聊天，并在需要的情況下進行通話強插、強拆。告警記錄和歷史記錄則記錄車輛告警情況、歷史車載錄像等。

1.3關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)建設(shè)的重點是機坪人員車輛設(shè)備北斗高精度定位、慣導(dǎo)技術(shù)、機坪行車風(fēng)險智能識別、全局最優(yōu)化機場特種車輛調(diào)度算法等技術(shù)手段。

1.3.1高精度位置服務(wù)

機場高精度位置服務(wù)主要由北斗CORS差分基準(zhǔn)站、機場高精度地圖、高精度定位智能終端和亞米級差分服務(wù)組成。首先在機場建設(shè)北斗CORS差分基站，通過對機坪人員、車輛加裝高精度定位智能終端，接入亞米級差分服務(wù)，實現(xiàn)北斗室內(nèi)外一體化高精度定位。

1.3.2慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。工作環(huán)境不僅包括空中、地面，還可以在水下。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本工作原理是以牛頓力學(xué)定律為基礎(chǔ)，通過測量載體在慣性參考系的加速度，將它對時間進行積分，且把它變換到導(dǎo)航坐標(biāo)系中，就能得到在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的速度、偏航角和位置等信息。當(dāng)機坪人員、車輛丟失衛(wèi)星信號時，可以通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進行軌跡點、速度等信息的彌補。gzslib202204041354

1.3.3機坪行車風(fēng)險智能識別

在邊緣端通過圖像AI算法識別車道區(qū)域及行車是否便宜，在云端結(jié)合限速信息進行分析，識別是否按車道限速行駛。依據(jù)云端地圖表示停車位，結(jié)合車載亞米級定位及場景算法實現(xiàn)將車停放在固定車位，利用ADAS，DSM，BSD攝像頭，第一時間收集環(huán)境數(shù)據(jù)進行物體識別、偵測，從而讓駕駛員在最短時間察覺可能發(fā)生的危險，完成特定場景的識別報警。

1.3.4全局最優(yōu)化機場特種車輛調(diào)度算法

算法以車數(shù)量最小、總距離最少、任務(wù)差異最小為核心計算指標(biāo)，調(diào)度結(jié)果表明該算法比單一的C-W算法或鄰近算法更優(yōu)，最終用車總量平均減少12%，行車總里程平均減少15%。

2系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)利用Java，JavaScript等語言進行開發(fā)，研制精準(zhǔn)定位子系統(tǒng)、主動安全防范子系統(tǒng)、可視化調(diào)度子系統(tǒng)。

2.1精準(zhǔn)定位子系統(tǒng)

機場北斗高精度位置服務(wù)子系統(tǒng)由北斗高精度定位、高精度定位設(shè)備和高精度導(dǎo)航地圖組成。

通過三維激光采集車，對機場區(qū)域進行高精度地圖采集，對所采集數(shù)據(jù)進行抽稀以去除重復(fù)無效數(shù)據(jù)，同時采用自研數(shù)據(jù)生產(chǎn)工具完成高精度地圖數(shù)據(jù)制作。在機場區(qū)域自主建設(shè)北斗CORS差分基站，接入亞米級差分服務(wù)，采用雙基站和監(jiān)控服務(wù)建設(shè)、主機準(zhǔn)服務(wù)、副基站熱備份，服務(wù)覆蓋機場全域，精準(zhǔn)定位子系統(tǒng)界面如圖3所示，系統(tǒng)實現(xiàn)機坪人員、車輛高精度定位監(jiān)控。

2.2主動安全防范子系統(tǒng)

主動安全防范子系統(tǒng)主要由車載監(jiān)控系統(tǒng)、360°環(huán)視和安全駕駛輔助設(shè)備組成。前視攝像機采集的視頻用于ADAS主機執(zhí)行前向碰撞預(yù)警（FCW）、車道偏離預(yù)警（LDW）等智能算法，預(yù)先讓駕駛員察覺到可能發(fā)生的危險，有效增加汽車駕駛的舒適性和安全性；內(nèi)視攝像機采集的視頻用于ADAS主機執(zhí)行危險駕駛行為分析智能算法，例如開車打電話、打瞌睡等，及時提醒司機做到主動安全駕駛，通過右側(cè)盲區(qū)的視頻覆蓋與主動偵測，能夠幫助駕駛者在變道或者轉(zhuǎn)向時，預(yù)警提示盲區(qū)內(nèi)的其他道路參與者，減少事故發(fā)生、提高行駛安全。

主動安全防范子系統(tǒng)界面如圖4所示，系統(tǒng)可提供對車隊或車輛報警和行駛情況、軌跡有效性、用戶操作行為等豐富的數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計報表。平臺除了滿足部標(biāo)要求的報表功能外，還具備軌跡不完整統(tǒng)計、車輛異常數(shù)據(jù)統(tǒng)計、軌跡漂移數(shù)據(jù)統(tǒng)計、疑似故障車輛查詢、報警處理率統(tǒng)計等豐富的統(tǒng)計分析報表。

2.3可視化調(diào)度子系統(tǒng)

可視化調(diào)度子系統(tǒng)界面如圖5所示，分為人員位置可視化、位置監(jiān)控可視化、事件場景可視化和工作任務(wù)可視化4部分。

人員位置可視化依托移動通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建融合對講群組，不受地域、距離限制，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時調(diào)度。位置監(jiān)控可視化則實現(xiàn)地圖匯聚顯示、軌跡回放和預(yù)設(shè)路線查看等功能，實現(xiàn)對人員、車輛的實時監(jiān)控；時間場景可視化部分將現(xiàn)場視頻、編輯信息回傳給指揮中心，形成電子檔案，隨時調(diào)用備查；工作任務(wù)可視化部分可以有效進行車輛管理、外設(shè)管理、車輛運行狀態(tài)的可視化查詢。

2.4系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)在國內(nèi)機場進行部署應(yīng)用，已完成80套機場車載高精度位置模塊、車載視頻的AI分析及告警模塊的安裝，設(shè)備和平臺均平穩(wěn)高效運行。

3結(jié)束語

依托北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、GIS、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，借助“四型機場”建設(shè)契機[7]，建設(shè)了基于北斗高精度的機場車輛人員調(diào)度管理系統(tǒng)，系統(tǒng)實現(xiàn)了大型機場機坪管理人員、車輛的北斗高精度定位，對地勤、車輛進行實時管理調(diào)度，實現(xiàn)全天候動態(tài)監(jiān)控，輔助指揮調(diào)度，提高了運行效率，有效降低了事故隱患，有更高的安全性[8]。系統(tǒng)的成功運行標(biāo)志北斗高精度位置應(yīng)用在機坪安全管理和調(diào)度這一細(xì)分領(lǐng)域示范應(yīng)用的成功。

參考文獻

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