智慧機坪運行管理新技術應用與展望

王小康 潘光緒 舒孟輝

摘? 要：機坪運行管理是機場運行效率的重要影響因素，直接影響著機場運行安全、運行效率和運行成本。隨著機場旅客吞吐量、貨郵吞吐量的不斷攀升和機場的不斷擴建，傳統的發展路線已經不能滿足“四型機場”建設和“數字化轉型”的發展要求。在行業大力推進智慧機場建設背景下，少人無人化技術、智能視頻技術、低碳節能技術和數字孿生等新興技術引起廣泛關注，成為機場建設中的重要內容和持續研究的重點領域，也是提升機坪管理效能行之有效的方法之一，正重塑著民航業的形態、模式和格局。

關鍵詞：機坪運行；少人無人化；智能視頻；低碳節能；數字孿生

中圖分類號：V351? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）06-0164-04

Abstract： Apron operation management is an important factor affecting airport operation efficiency， which directly affects airport operation safety， operation efficiency and operation cost. With the continuous rise of airport passenger throughput， cargo and mail throughput and the continuous expansion of the airport， the traditional development route can no longer meet the development requirements of "four-type airport" construction and "digital transformation". In the context of the industry vigorously promoting the construction of smart airports， emerging technologies such as unmanned technology， intelligent video technology， low-carbon energy-saving technology and digital twins have attracted widespread attention， which have become important contents of airport construction and key areas of continuous research. This practice is also one of the effective ways to improve the efficiency of apron management， thereby used for reshaping the shape， mode and pattern of the civil aviation industry.

Keywords： apron operation; unmanned; intelligent video; low-carbon energy saving; digital twins

自機坪運行管制從空管移交以來，機場的機坪運行管理部門在減少航空器滑行沖突、縮短滑行等待時間、提高廊橋使用率和改善航班正常放行率等方面發揮了重要作用。

但隨著機場旅客吞吐量、貨郵吞吐量的不斷攀升和機場的不斷擴建，傳統的發展路線已經不能滿足“四型機場”建設和“數字化轉型”的發展要求。自2018年以來，民航局先后發布《機場新技術名錄指南》《中國民航四型機場建設行動綱要（2020—2035年）》《智慧民航建設路線圖》等一系列政策法規鼓勵和支持新技術在機場應用，民用航空業涌現出許多用于機坪運行的新技術、新裝備和新模式，輔助機場由要素投入驅動向創新驅動轉變，實現平安、綠色、智慧和人文的“四型機場”。

1? 機坪運行管理現狀

機坪運行管理主要包括航空器地面運行、機坪車輛、人員和機坪監管等內容，目標是保障旅客、航班、貨物的安全高效流動，保障飛行區場面運行、設施管養、地勤服務、應急救援和能源保障等業務的有序運行。

目前，智能視頻、無人駕駛、新能源等新技術在機坪運行管理中的應用差異較大，機坪安全隱患仍比較突出。據《國際航協發布2022年全球航空運輸安全報告》統計，從2018年至2022年全球航空事故中地面損傷占9%排名第四。2022年共有3起事件導致地面人員死亡，其中2起涉及地面車輛在活動跑道上與飛機相撞。事故發生不僅導致高額維修費，還會導致航班延誤或取消、機場旅客滯留等，影響民航服務質量。

其次，機坪作業過程中存在大量的不規范行為，如機坪車輛超速、逆行、亂停亂放等。雖然大多沒有造成經濟損失，但直接影響著機場的持續安全運行。特別是在航班高峰時段，存在較大安全隱患，需要采用技術手段加強過程監督管理。

第三，國內大量機場在生產運營的同時存在不停航施工、改擴建、維護維修等工程施工，其中非民航從業人員較多，需要對施工人員、車輛、工具物料的申報、進場、離場和施工現場等重點監督和管控，增加了機坪運行的管理復雜度和難度。

2? 機坪運行關鍵技術應用

機坪運行管理存在的普遍問題直接影響著機場的運行安全、運行效率和運行成本，如何保障機坪安全和高效運行，也成為機場和民航行業的重要研究內容之一。

2018年，民航局印發《機場新技術名錄指南》，將新技術細分為運行安全、運行效率、便捷服務等類別，列入27種面向行業推廣的新技術，并制定了相應的推廣應用管理辦法，推動科技創新成果轉換。

到目前為止，由于行業的需求、局方的重視和機場的持續投入，站坪運行新技術得到快速發展。其中，少人無人化技術、智能視頻技術、低碳節能技術和數字孿生技術引起廣泛關注，成為機場建設中重點關注的內容。

2.1? 少人無人化技術

少人化源自精益生產思想，原指在不降低生產效率的前提下，根據生產量對作業人員彈性調整以節省人員投入。在機坪運行中，一般指通過先進的技術裝備實現人工替代，實現少人化無人化的目的，如旅客接駁、貨物轉運、圍界巡檢和登機橋靠接等機坪業務場景。

實現少人無人化的核心技術是無人駕駛設備及對應的技術。現階段對無人駕駛的研究機構較多。截至2020年3月，我國有近70家企業總計申請無人駕駛測試牌照接近400張。國內洛陽鉬業、包頭白云鐵礦等大型礦場已小批量試用自動駕駛礦卡。2021年，民航局發布《機場無人駕駛設備應用路線圖（2021—2025年）》鼓勵機場增加無人駕駛設備投入。2022年，民航局發布的《智慧民航建設路線圖》明確提出，到2025年完成無人駕駛設備在飛行區運行試點驗證，實現至少5種類型無人駕駛設備在若干特定場景下的常態化應用。

目前，無人駕駛技術已在多個機場得到了實際應用，如機場圍界巡查、行李遷引、跑道異物自動探測及清理和登機橋靠橋等場景。香港機場、廣州機場、天府機場率先在無人駕駛貨運、無人駕駛登機橋作業中開展了應用探索，對減少作業人員數量和降低作業負荷有明顯效果。隨著無人駕駛技術的發展，應用成本和效益正不斷提高。機場可以根據作業要求和場景特點，從風險較低、遠離航空器的場景開始，優先選擇惡劣環境、枯燥駕駛、固定線路等場景進行測試和應用（表1），逐步擴大無人駕駛技術使用。

2.2? 智能視頻技術

智能視頻技術是由計算機圖像視覺分析發展而來的人工智能技術，通過模式識別、機器視覺、人工智能等技術分析和理解視頻畫面中的內容，如目標識別、目標跟蹤、行為理解等。目前已經在跑道外來物識別、作業節點采集、行為監管等方面得到廣泛應用（表2）。

在跑道安全管理中，通過智能視頻技術對金屬、石塊、橡膠塊、動物尸體和樹枝等外來物進行自動識別和定位。在航空器起降過程中，通過“鷹眼”攝像機自動跟蹤和識別航空器起飛或降落姿勢、起落架狀態、滑行狀態等，為塔臺指揮員提供智能輔助提示。在機坪運行管理中，通過攝像機對航空器入離位、靠橋、保障車輛靠接等保障節點自動采集，有效減輕監察人員工作壓力，實現飛行區作業保障流程的智能監測。同時，能對違規行為智能識別，如反光錐桶撤離規范識別、送機人員監護站位規范識別等，對作業人員起到重要警示作用，明顯降低機坪違規事件的發生。

目前的顧慮主要是基礎投資較高，中小機場很難大規模應用。其次，在算法模型方面技術專業性強，算法水平參差不齊，各廠家也無法做到客觀推廣等，因此導致機場很難在不同技術路線之間準確選擇，建設效果也很難準確評估。

相比其他技術，智能視頻技術仍是機場建設的基礎核心技術。隨著硬件的發展和總體技術水平的提高，建設成本和效果將進一步提升。

2.3? 低碳節能技術

《“十四五”民用航空發展規劃》中將碳達峰、碳中和納入民航高質量發展整體布局，并首次設置了綠色發展專篇，聚焦于推進民航節能、減污、降碳協同治理。《2022年民航行業發展統計公報》顯示，中國民航噸公里油耗為0.302公斤，較2005年下降11.4%，機場平均每客能耗和每客二氧化碳排放分別較基線（2013—2015均值）上升26.1%和下降21.6%。

在機場的節能減排中，機坪車輛是能否取勝的關鍵因素之一。2021年，國務院辦公廳發布《新能源汽車產業發展規劃 （2021—2035年）》鼓勵機場“油改電”和新能源汽車的推廣使用。截至2022年，機場場內電動車輛設備1.2萬臺，電動車輛占比僅24%，仍有很大提升空間。

除資金投入因素外，困擾新能源車輛應用的主要因素在動力電池選擇和后期使用維護方面。動力電池的選擇是機場面臨的首要問題。目前，動力電池主要分為磷酸鐵鋰、三元鋰、鈦酸鋰和鈉離子，主要研發廠家有比亞迪、寧德時代、格力鈦等。其次，影響新能源車輛投入的還有補貼標準（125 Wh/kg）比較低、電池之間存在隱形排斥、后期使用很難自檢自修等因素。但隨著電池技術提升和標準的統一，這些問題將得到解決，越來越多的新能源汽車將替代燃油車。

此外，氫能源作為一種來源豐富、綠色低碳的二次能源，正逐步成為全球能源轉型發展的重要載體之一。2022年，國家發展改革委和國家能源局聯合印發《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》加速推進我國能源清潔低碳轉型。在不久的未來，隨著技術的突破和完善，氫能必定成為一種更好的能源支撐機坪運行。

2.4? 數字孿生技術

數字孿生技術最早由美國國家航空航天局使用，用于對空間飛行器進行仿真分析、檢測和預測，輔助地面管控人員決策。后來應用于產品設計、醫學分析、工程建設、智能制造等領域，已被華為、特斯拉、GE等多家公司確定為下一代核心基礎設施。

在機場建設領域，主要以“數字孿生機場”為載體進行建設和應用。數字孿生機場是在實體機場的建設背景下，同步建設一座數字孿生機場，結合機場運行數據以及歷史數據來反映真實機場的全生命周期過程。借助三維渲染平臺，呈現具備“真實感”的虛擬機場，通過構建各孿生對象的業務關系，實現業務流程的快速推演，使數字孿生機場具備先知先覺的特性，再反饋給真實機場實現信息交互。

目前，國內多個機場已設立數字孿生機場項目，探索和挖掘數字孿生技術在機場運行決策層面的應用場景和應用價值。

3? 運行模式的創新

隨著機場吞吐量攀升、規模擴大和從業人員的增加，機坪業務的本質發生了一定變化，激發出創新的運行模式，如共享模式、服務外包模式和云服務模式等。

共享模式主要針對機坪設施、設備的運行管理，如維修工作梯、輪擋小車、飛機牽引桿等無動力設備。通過采用智能鎖實現設備的定位、借用和歸還，可以提升無動力設備使用率，避免設備雜亂停放和堆積浪費。通過打通無動力設備管理流程，實現機場、航司和平臺方的信息壁壘，實現無動力設備使用、結算和運維的共享聯營。節約了各方的投資成本，改善了機場無動力設備的管理現狀。

服務外包在機場業務中較為普遍，如跑道檢測、生態調研、運維管理和安全測評等。隨著無人駕駛技術的發展，密集型人力作業、固定線路的貨物轉運場景開始由無人駕駛裝備生產企業承接，并實現了實地探索和驗證，累計外包服務里程超過200萬公里。為機場節約了投資成本，為企業帶來了服務收入。

隨著云技術的發展，云服務在機場公共區、航站區的各項業務中得到廣泛應用，在機坪運行中，行業大數據共享和系統災備服務有較大進步。目前已有100余家民航單位共同參與運行關鍵數據的共享與應用，同時，還能更好挖掘民航數據價值，真正把數據管起來、用起來。而云災備服務能大大降低機場初始投入，是一種高投資回報率的災備建設方案。此外，在云安全防護、云監管、微應用等方面也將逐步滿足機場安全要求，實現更多的推廣應用。

4? 技術發展展望

隨著民航的蓬勃發展，機場的職能或將從目前的經營型向管理型轉變，更多的專業服務廠家將進入民航專業的服務領域，機坪運行管理的部分業務也將發生重大變革。

核心新技術方面，機場將逐步轉變為更專業的運行管理團隊，而飛行區內各類設備間的少人無人協同作業、節能降耗、智能風險識別與決策將作為機坪運行持續研究的重點領域。通過應用新技術提升管理效能將是最行之有效的方法之一。因此，推進無人駕駛設備、智能作業裝備、智能視頻技術和低碳節能等新興技術的應用是未來發展的趨勢。同時，通過技術的創新帶動運營模式創新，為民航產業鏈的進一步發展提供土壤，從而逐步形成智慧化的民航生態圈。

另一方面，行業技術的發展和變革也將不斷豐富和完善民航標準體系，培養出更專業的技術人才，提升機場總體運行管理能力的同時，促進我國民航產業結構走向成熟，推動航空產業鏈整體“走出去”，為國際民航提供新技術、新裝備和新標準。

5? 結束語

本文分析了智慧機坪運行管理的現狀、廣泛關注的新興技術和未來的研究趨勢。綜合考慮民航局發布的政策法規、機場布局規劃和企業投入等資料數據，了解了少人（無人）化技術、智能視頻技術、低碳節能技術和數字孿生技術等新興技術是目前民航的重點研究領域，也是未來的重點研究方向。以新興技術融合應用為主要特征的智慧民航建設，正全方位重塑民航業的形態、模式和格局。但技術、裝備、規范等方面的不足仍制約著研究成果在機場中的應用和推廣，仍需從事相關研究的機構和企業不斷創新、不斷完善和不斷提升。只有立足實際業務場景，聚焦痛點問題，著力核心技術研究，才能推進智慧民航的服務鏈、創新鏈和產業鏈建設，促進民航整體智慧化水平提升，才能更好地服務于新時代背景下的國家航空戰略。

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