基于物聯網的智能航空地面設備安全運行管理系統

殷向東

(上海民航職業技術學院,上海 200232)

0 引言

2020年,民航局發布了建設“平安、綠色、智慧、人文”四型機場的五年綱要,其中“智慧機場”是指建設生產要素全面物聯、數據共享、協同高效、智能運行的機場[1]。隨著計算機網絡技術的不斷發展,物聯網技術對智慧機場建設至關重要[2]。物聯網是基于互聯網、傳統電信網等的信息承載體,可實現物與物、物與人的連接,在許多領域都有著重要的作用。近年來,隨著物聯網技術的發展,物聯網已越來越多地被運用于航空運輸的各個環節,也必將對航空運輸的安全運行管理模式產生深遠影響。航空地面設備是用于保障飛機地面運行的地面支援設備,主要包括各類特種車輛,是航空運輸不可或缺的重要組成部分,其運行的安全和效率直接關系到航空運輸的安全與效率。航空地面設備投資大、種類多、技術含量高、安全性能要求高,而機坪運行環境復雜、工作流程復雜、信息種類多且傳遞渠道復雜,對管理要求較高。

1 傳統航空地面設備運行管理方法介紹

航空地面設備安全運行管理的傳統方式主要包括維修管理和使用管理。

1.1 在維修管理方面

采取人工填寫的方法編寫設備技術檔案,如以記紙質臺賬的方式記錄航空地面設備的運行數據,再根據數據來確定保養期限。在這種數據記錄工作中,一般由車輛操作人員在交接班時或每天工作結束后對各類車型的工作時間進行估算,再手工記錄在臺賬上。其缺點如下:(1)臺賬的存放地點不同,記錄數據的時間、方式、標準也不一樣,不利于數據的集中管理;(2)由于每個人的估算標準不同,導致數據存在滯后、有人工誤差的缺點。隨著新能源航空地面設備的普及,傳統手工記錄僅能記錄航空地面設備的工作時長,存在數據種類單一的缺點,遠不能滿足新能源航空地面設備的維修保養需要。此外,填寫在紙質臺賬上的運行數據難以進行統計和分析。若要把長期紙質臺賬所登記的數據輸入電腦再進行統計和分析,必將耗費大量人力和時間成本,其可行性較差。

1.2 在使用管理方面

傳統方法通常是通過預先排班來確定航空地面設備的航班保障任務分配,并通過使用對講機報告航空地面設備的工作進程和所在位置。由于缺乏實時性,這種管理方式缺點如下:(1)無法持續獲得航空地面設備的行駛軌跡、航班保障進度等信息,航空地面設備的利用率比較低;(2)無法持續監控駕駛員工作狀態和車輛技術狀態,既不能預防事故發生,也難以有效調查事故原因。

2 基于物聯網的智能航空地面設備安全運行管理系統

針對傳統運行管理方式的不足,在新能源航空地面設備逐步普及的背景下,國內某大型機場利用物聯網技術建立了新一代專業、智能航空地面設備安全運行管理系統,大幅提升了航空地面設備的信息化管理水平、運行安全和效率[3],并運用大數據為投資決策提供科學分析依據、降低車輛投資和運行成本,形成規模化科學管理效益。

該管理系統以模塊化的方式應用物聯網技術,這些模塊主要包括:二次雷達多點定位系統、設備身份識別系統、衛星定位系統、數據傳感器、視頻監控系統、無線網絡通信系統、廣播式自動相關監視裝置(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)、中央控制系統以及預警系統等[4]。每個模塊即分系統都承擔相應的任務功能:二次雷達多點定位和設備身份識別系統用于航空地面設備的身份識別和大概方位,衛星定位系統用于對航空地面設備的精確定位,數據傳感器用于實時采集航空地面設備的各種運行數據,視頻監控系統用于管理人員實時監控航空地面設備的運行情況及其操作人員的操作過程,無線網絡通信系統將所有各類數據和視頻信息實時傳輸至中央控制系統以及預警系統,中央控制系統以及預警系統對數據進行存儲、分析、預警[5],廣播式自動相關監視裝置(ADS-B)為駕駛員提供可視化圖形的輔助和指示,可有效地降低航空地面設備與地面飛機存在的嚴重危險(如碰撞、氣流沖擊和損壞等)[6]。在物聯網技術的支持下,智能管理系統能夠使每個模塊充分協調發揮功能,對航空地面設備進行全方位的監控與管理,實現對航空地面設備作業的關鍵節點進行實時管控,同時通過大數據分析、處理,實現車輛業務流程的可視化、信息實時顯示、數據在線查詢、維護保養自動提醒、自動故障報警等。

2.1 數據統計

對不同類別的航空地面設備,根據其結構特點和工作方式實施精細化分類管理。對于長時間對接飛機或停靠飛機旁的氣源車、電源車、空調車、除冰車、升降平臺車、行李傳送車等航空地面設備,重點統計和監控其使用時間(摩托小時)、平均使用時間、停用時間(月度/季度/年度);對于作業時對接飛機時間較短的食品車、行李牽引車、飛機牽引車、清水車、污水車、垃圾車等,重點統計和監控其使用次數和行駛距離。通過精細化分類管理,減少了車輛空置、降低閑置率,提升車輛使用效率、科學減少航空地面設備的數量配置。

2.2 可靠性分析

基于物聯網的智能航空地面設備安全運行管理系統通過大數據分析每輛航空地面設備的首次故障發生時間、平均故障間隔時間、平均維修時間、平均故障停場時間、故障種類等,對設備的技術狀態管理提供了基本保證,同時可計算出各種航空地面設備的耐久性、可維修性、設計可靠性、單位時間成本。這些數據將成為采購選型和投資決策的重要依據。

2.3 安全管理

2.3.1 操作人員授權資質的聯網管理

所有操作人員都配備了身份識別卡,這張卡匯集了身份、職務、航空器活動區駕駛資格等信息。在操作任何航空地面設備之前,操作人員進入駕駛室后必須使用身份識別卡刷卡后才可以激活相應航空地面設備,這樣可自動檢測操作人員是否具備相應航空地面設備的操作資格,防止任何未授權人員擅自操作航空地面設備,同時管理部門也可實時監控、管理操作人員,如圖1—2所示。

圖1 駕駛室攝像頭監控畫面

圖2 機坪攝像頭監控畫面

2.3.2 可視化監控

利用無線網絡實現航空地面設備工作流程全過程的可視化監控,尤其是關鍵操作步驟的可視化監控。安裝在航空地面設備上的視頻監控裝置把實時監控畫面傳送至調度中心的大屏幕上,管理人員可以隨時查看每一輛航空地面設備駕駛室內外的工作場景。對于需要對接飛機作業的航空地面設備,如客梯車、食品車、飛機牽引車等,可通過視頻監控裝置實時監控、記錄司機的日常駕駛、操作行為,為管理者監督操作人員嚴格按章操作提供了條件,并通過這些監控數據分析和考核操作人員的工作。如果出現設備刮碰飛機等安全事故,保存的監控錄像將成為最重要的事故原因分析材料。

2.3.3 自動故障報警

為提高工作可靠性,航空地面設備的日常保養措施包括定期維護和使用前檢查,這些措施無法及時把故障信息傳送至調度中心。使用該系統后,航空地面設備在使用出現故障或故障征候時,不僅可以給操作人員報警,還能立刻對調度中心發出預警。例如,對于新能源航空地面設備,主要系統預警參數為電流值、電壓值、液壓壓力值等,一旦出現參數異常,操作人員和管理人員均可得到報警。

2.4 自動調度

利用高精度衛星定位技術和二次雷達技術,航空地面設備的精確位置信息可實時傳回調度中心,車身安裝的各類可傳感器可實時傳回航空地面設備的技術狀態信息,管理系統可自動檢測航空地面設備是否處于工作狀態,根據當天航班保障計劃任務自動分配航空地面設備,有效解決航空地面設備在航班繁忙時的“擠兌”現象[7]。

2.5 維護管理

維護管理是保證設備良好技術狀態的根本措施。對于傳統燃油式航空地面設備,底盤的內燃式發動機和變速箱結構極為復雜,工作時處于高溫、振動或摩擦狀態,為保證有效、及時的冷卻和潤滑,通過安裝在設備底盤上的數據傳感器、無線信號發射器將機油溫度、冷卻液溫度和空濾壓差等關鍵數據即時傳輸給監控中心,并對設備運行時間自動累計計時,一旦數據達到設定值,監控中心將對駕駛員和管理人員發出警報。對于新能源航空地面設備,通過監控平臺對航空地面設備的電池狀態、充電樁及充電過程實施遠程智能監控管理。通過無線傳輸的方式,結合充電樁形成的管理網絡,將車輛運行和充電過程中的電池參數、位置、速度、車輛狀態、故障等信息實時上傳到監控管理平臺,做到隨時監控到每一臺車、每一根樁的實時狀況,實現電動車輛和充電樁的信息化、動態化管理,確保機坪車輛運行安全,防止出現過充電、過放電等電池損耗。

2.6 操作人員違章管理

建立每個航空地面設備操作人員的電子檔案,檔案不僅僅包含了其年齡、駕駛資質等常規信息,更詳細記錄了操作人員的機坪違章信息。當設備出現超速和未按規定路線行駛等違章行為時,二次雷達多點定位系統、衛星定位系統和設備身份識別系統將自動識別設備并記錄違章行為。違章行為的扣分自動計入操作人員分值管理系統。該系統大大增加了操作人員嚴格遵守操作規則的自覺性和積極性,顯著提高了航空地面設備的運行安全。

3 結語

在機場的復雜運行環境下,對于航空地面設備種類與數量眾多的大型機場,基于物聯網的智能航空地面設備安全運行管理系統可既可監控設備的技術狀態又可以監控設備的位置和工作流程等信息,從而顯著提升了航空地面設備運行的安全與效率。