智能機場不停航施工中人員與設備位置管控方案

李永志

（太原國際機場有限責任公司，山西太原 030031）

0 引言

民航業(yè)是信息技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，其中機場管理中存在很多棘手問題，一是管理對象的碎片化，機場主要部門分為生產(chǎn)和管理，無論是從物理層面和數(shù)據(jù)層面，管理對象都很分散；二是運營管理區(qū)域化，越來越多的客流量給機場的運營效率帶來了挑戰(zhàn)[1]，已無法滿足業(yè)務的繁雜性需求；其三是應急調(diào)度的復雜化，機場業(yè)務復雜性的增加給機場作業(yè)的安全性帶來了挑戰(zhàn)。

智慧機場基礎建設的兩個主要方面，分別為保安與監(jiān)控，而隨著近年來各國機場的持續(xù)擴張，機場智能化系統(tǒng)與工程需求大增，包括機場大廳的CCTV 系統(tǒng)更迭整合[2]，以及機場附近的電子圍欄保安系統(tǒng)等，都亟需建設智能管理系統(tǒng)來改善。目前許多機場既有的監(jiān)控系統(tǒng)，并沒有內(nèi)建到儲存設備端，因此不僅造成人力維護成本激增，還存在系統(tǒng)停機造成的風險，導致機場安保質(zhì)量大幅下降。

機場飛行區(qū)域是機場運行、航班保障的核心區(qū)域，有機場員工、外包單位、施工單位、航空公司、駐場單位人員和設備，同時有業(yè)務進行，航空器、車輛及工作人員等的現(xiàn)場穿插，作業(yè)環(huán)境嘈雜。為了保證機坪的持續(xù)安全運行，需要對相關(guān)關(guān)鍵目標進行定位和跟蹤，實現(xiàn)有效管控[3]。

1 不停航施工中管理系統(tǒng)定位技術(shù)及設備

對于機場飛行區(qū)人員與設備定位管理方案的建設總體思路為：打造完善的人員定位體系，打造安全可靠、高效經(jīng)濟的低成本資產(chǎn)定位模組，實施服務數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。其中，通過打造完善的人員定位體系，為飛行區(qū)內(nèi)工作的外單位員工提供全流程、多元化、長時間的定位功能[4]。

通過手環(huán)、手表、定位卡片等多種不影響實際工作內(nèi)容的形式，可以滿足一天內(nèi)的短時間定位和長時間定位的能力，構(gòu)建可靠、經(jīng)濟的安全定位和技術(shù)保障服務體系，確保機場運行安全。

通過打造安全可靠、高效經(jīng)濟的低成本資產(chǎn)定位模組，通過支持長時間待機與復雜環(huán)境的應對能力，高效融合NB、IoT、LTE-M、4G、5G 網(wǎng)絡、LoRa、GPS、北斗等系統(tǒng)，充分發(fā)揮物聯(lián)大規(guī)模前端和海量運行數(shù)據(jù)處理能力的優(yōu)勢，實現(xiàn)常見的工作梯、行李散貨拖車、集裝器托盤、拖把等多種機坪關(guān)鍵資產(chǎn)定位，促進機坪現(xiàn)代資產(chǎn)與運營管理體系建設[5]。

通過整合人員、車輛、物資設備位置信息，結(jié)合室內(nèi)外定位技術(shù)，將有力支撐機場定位能力建設，加快構(gòu)建安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟的現(xiàn)代化機場綜合保障體系，打造以機場飛行區(qū)為中心的綜合保障體系，有效銜接施工、運行、建設的綜合管理能力，形成數(shù)字化轉(zhuǎn)型底層基礎。

2 管控系統(tǒng)架構(gòu)及系統(tǒng)設計

國內(nèi)某機場為國內(nèi)航空干線機場和首都國際機場備降機場，目前機場飛行區(qū)等級為4E，同時兼顧F 類飛機的備降要求。機場周界總長約13.4 km，三期擴建3600 m 跑道一條、新建40萬平米航站樓一座，同時配套助航燈光、共有、弱電、空管等其他工程。

該項目要求在機場維修或者新建中，實現(xiàn)在機場不停航施工監(jiān)控管理，要求對進入進行不停航施工的車輛及人員進行米級定位管理。通過后臺軟件系統(tǒng)劃定不停航施工區(qū)域，此區(qū)域可隨機場管理需要進行遠程或本地的多次調(diào)整，一旦車輛及人員突破劃定的施工區(qū)域，后臺顯示終端報警并能準確定位，實時聯(lián)動視頻監(jiān)控（要求攝像機能跟蹤突破紅線的車輛及人員）。項目初步規(guī)劃要求見表1。

表1 項目初步規(guī)劃要求

基于項目需求，采用一套基于北斗高精度定位+高清攝像頭的大數(shù)據(jù)智能監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對機場維修或者建設期間的不停航施工監(jiān)控管理。該系統(tǒng)以飛行區(qū)施工車輛及人員管理為核心，為飛行區(qū)施工車輛及人員管理提供技術(shù)服務，輔助機場運行管理人員對施工車輛和人員進行管理。主要提供以下功能：車輛、人員資源管理，車輛、人員位置管理，電子圍欄、統(tǒng)計分析、施工進度管理以及系統(tǒng)管理等。

系統(tǒng)總體功能如圖1 所示，系統(tǒng)由位置數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)智能處理服務、數(shù)字孿生管理系統(tǒng)三部分組成。其中位置數(shù)據(jù)采集終端需要的數(shù)據(jù)采集設備包括：北斗定位安全帽、北斗車載終端、高精度手持機，終端利用RTK 差分算法實現(xiàn)厘米級定位，實時掌握設備動態(tài)[6]。通過高精度厘米級定位和智能配對算法，實現(xiàn)軌跡監(jiān)控和數(shù)據(jù)統(tǒng)計。數(shù)據(jù)智能處理服務包括海量數(shù)據(jù)接入、存儲與智能分析，主要包括數(shù)據(jù)融合、場面監(jiān)視、安全評估、數(shù)據(jù)存儲等[7]。通過對定位數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)預警規(guī)則做出實時報警提示。數(shù)字孿生管理系統(tǒng)包括結(jié)合數(shù)字地球平臺，通過加載高精度二維、三維地形數(shù)據(jù)，實現(xiàn)模型的二維、三維可視化與交互，接入定位數(shù)據(jù)及各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實時掌握園區(qū)生產(chǎn)態(tài)勢，搭建安全、實用、可靠的信息化集成綜合管控平臺。

圖1 位置大數(shù)據(jù)智能管控系統(tǒng)組成

綜合考慮智能化管控系統(tǒng)的功能需要，總體采用分層設計的原則，數(shù)據(jù)集中引接，統(tǒng)一服務接口，設計系統(tǒng)由感知層、傳輸層、服務層、應用層四部分組成（圖2）。

圖2 設計體系系統(tǒng)架構(gòu)

感知層主要是數(shù)據(jù)采集和獲取，服務層采用統(tǒng)一的服務接口實現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的接入，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)查詢服務，可以獲取與地物、人員相關(guān)的基礎信息，并通過設定數(shù)字圍欄、施工區(qū)域等信息，實現(xiàn)圍欄預警和平臺終端顯示。傳輸層指用于現(xiàn)場傳感器數(shù)據(jù)與位置大數(shù)據(jù)實時監(jiān)管系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路。應用層是統(tǒng)一的用戶交互接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)總覽，LCD 大屏數(shù)據(jù)實時顯示與調(diào)度系統(tǒng)、現(xiàn)場信息交互、終端語音提示以及系統(tǒng)總體的配置管理等。

依據(jù)基于位置大數(shù)據(jù)智能管控系統(tǒng)的基本需求和體系結(jié)構(gòu)設計，設計系統(tǒng)功能總體由數(shù)據(jù)響應服務、三維交互展示、便攜信息服務三部分組成。

（1）數(shù)據(jù)響應服務。數(shù)據(jù)響應服務提供標準的接口，響應外部定位數(shù)據(jù)的接入，包括定位數(shù)據(jù)的解析接入和持久化入庫存儲，同時也向LCD 大屏數(shù)據(jù)實時顯示與調(diào)度系統(tǒng)展示和便攜信息服務提供數(shù)據(jù)查詢與推送服務，同時依據(jù)LCD 大屏數(shù)據(jù)實時顯示與調(diào)度系統(tǒng)的輸入來進行諸如數(shù)字圍欄相關(guān)的空間信息計算。

（2）LCD 大屏數(shù)據(jù)實時顯示與調(diào)度系統(tǒng)首先需要實現(xiàn)對作業(yè)區(qū)的二維數(shù)字展示漫游，在此基礎上實現(xiàn)人員、車輛定位信息的展示，提供統(tǒng)一交互輸入，實現(xiàn)數(shù)字圍欄信息的輸入，并對危險進行預警告知，同時提供交互接口實現(xiàn)人員信息、安全帽信息的維護。

（3）便攜信息服務提供便攜式終端，實現(xiàn)二維影像、地圖的展示，并基于此展示人員、車輛的定位信息，同時可以依據(jù)數(shù)據(jù)響應服務計算的預警信息及時查詢異常情況并進行報警。

3 總結(jié)與展望

基于北斗高精度技術(shù)機場大數(shù)據(jù)智能管控系統(tǒng)具有定位精度高、采樣速度塊、處理能力強、展示方式多、系統(tǒng)可定制的特點。隨著航空運輸需求的逐年增長，機場安全監(jiān)控系統(tǒng)的智能化將更為關(guān)鍵，需要將機場的基礎零組件到服務器，到所有的影響監(jiān)控設備以及系統(tǒng)的每一個環(huán)節(jié)，通過完整的軟硬件整合，做到實時掌握機場安全不停機。

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)、5G 技術(shù)將會被運用到機場的管理系統(tǒng)中來，未來的機場將更智能、更高效、更安全。