智能機(jī)場不停航施工中人員與設(shè)備位置管控方案

李永志

（太原國際機(jī)場有限責(zé)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(jī)場管理中存在很多棘手問題，一是管理對象的碎片化，機(jī)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(yùn)營管理區(qū)域化，越來越多的客流量給機(jī)場的運(yùn)營效率帶來了挑戰(zhàn)[1]，已無法滿足業(yè)務(wù)的繁雜性需求；其三是應(yīng)急調(diào)度的復(fù)雜化，機(jī)場業(yè)務(wù)復(fù)雜性的增加給機(jī)場作業(yè)的安全性帶來了挑戰(zhàn)。

智慧機(jī)場基礎(chǔ)建設(shè)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(jī)場的持續(xù)擴(kuò)張，機(jī)場智能化系統(tǒng)與工程需求大增，包括機(jī)場大廳的CCTV 系統(tǒng)更迭整合[2]，以及機(jī)場附近的電子圍欄保安系統(tǒng)等，都亟需建設(shè)智能管理系統(tǒng)來改善。目前許多機(jī)場既有的監(jiān)控系統(tǒng)，并沒有內(nèi)建到儲存設(shè)備端，因此不僅造成人力維護(hù)成本激增，還存在系統(tǒng)停機(jī)造成的風(fēng)險，導(dǎo)致機(jī)場安保質(zhì)量大幅下降。

機(jī)場飛行區(qū)域是機(jī)場運(yùn)行、航班保障的核心區(qū)域，有機(jī)場員工、外包單位、施工單位、航空公司、駐場單位人員和設(shè)備，同時有業(yè)務(wù)進(jìn)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(jī)坪的持續(xù)安全運(yùn)行，需要對相關(guān)關(guān)鍵目標(biāo)進(jìn)行定位和跟蹤，實(shí)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(shè)備

對于機(jī)場飛行區(qū)人員與設(shè)備定位管理方案的建設(shè)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(jì)的低成本資產(chǎn)定位模組，實(shí)施服務(wù)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(shí)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(jì)的安全定位和技術(shù)保障服務(wù)體系，確保機(jī)場運(yùn)行安全。

通過打造安全可靠、高效經(jīng)濟(jì)的低成本資產(chǎn)定位模組，通過支持長時間待機(jī)與復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)對能力，高效融合NB、IoT、LTE-M、4G、5G 網(wǎng)絡(luò)、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(yùn)行數(shù)據(jù)處理能力的優(yōu)勢，實(shí)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(jī)坪關(guān)鍵資產(chǎn)定位，促進(jìn)機(jī)坪現(xiàn)代資產(chǎn)與運(yùn)營管理體系建設(shè)[5]。

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

2 管控系統(tǒng)架構(gòu)及系統(tǒng)設(shè)計

國內(nèi)某機(jī)場為國內(nèi)航空干線機(jī)場和首都國際機(jī)場備降機(jī)場，目前機(jī)場飛行區(qū)等級為4E，同時兼顧F 類飛機(jī)的備降要求。機(jī)場周界總長約13.4 km，三期擴(kuò)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(jī)場維修或者新建中，實(shí)現(xiàn)在機(jī)場不停航施工監(jiān)控管理，要求對進(jìn)入進(jìn)行不停航施工的車輛及人員進(jìn)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(jī)場管理需要進(jìn)行遠(yuǎn)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(zhǔn)確定位，實(shí)時聯(lián)動視頻監(jiān)控（要求攝像機(jī)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(shí)現(xiàn)對機(jī)場維修或者建設(shè)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(wù)，輔助機(jī)場運(yùn)行管理人員對施工車輛和人員進(jìn)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(jìn)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(wù)、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(shè)備包括：北斗定位安全帽、北斗車載終端、高精度手持機(jī)，終端利用RTK 差分算法實(shí)現(xiàn)厘米級定位，實(shí)時掌握設(shè)備動態(tài)[6]。通過高精度厘米級定位和智能配對算法，實(shí)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(wù)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(jìn)行分析，根據(jù)預(yù)警規(guī)則做出實(shí)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(shí)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(shí)時掌握園區(qū)生產(chǎn)態(tài)勢，搭建安全、實(shí)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(shè)計的原則，數(shù)據(jù)集中引接，統(tǒng)一服務(wù)接口，設(shè)計系統(tǒng)由感知層、傳輸層、服務(wù)層、應(yīng)用層四部分組成（圖2）。

圖2 設(shè)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(wù)層采用統(tǒng)一的服務(wù)接口實(shí)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(wù)，可以獲取與地物、人員相關(guān)的基礎(chǔ)信息，并通過設(shè)定數(shù)字圍欄、施工區(qū)域等信息，實(shí)現(xiàn)圍欄預(yù)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(shí)時監(jiān)管系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路。應(yīng)用層是統(tǒng)一的用戶交互接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)總覽，LCD 大屏數(shù)據(jù)實(shí)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(shè)計，設(shè)計系統(tǒng)功能總體由數(shù)據(jù)響應(yīng)服務(wù)、三維交互展示、便攜信息服務(wù)三部分組成。

（1）數(shù)據(jù)響應(yīng)服務(wù)。數(shù)據(jù)響應(yīng)服務(wù)提供標(biāo)準(zhǔn)的接口，響應(yīng)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(shí)時顯示與調(diào)度系統(tǒng)展示和便攜信息服務(wù)提供數(shù)據(jù)查詢與推送服務(wù)，同時依據(jù)LCD 大屏數(shù)據(jù)實(shí)時顯示與調(diào)度系統(tǒng)的輸入來進(jìn)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(shí)時顯示與調(diào)度系統(tǒng)首先需要實(shí)現(xiàn)對作業(yè)區(qū)的二維數(shù)字展示漫游，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)人員、車輛定位信息的展示，提供統(tǒng)一交互輸入，實(shí)現(xiàn)數(shù)字圍欄信息的輸入，并對危險進(jìn)行預(yù)警告知，同時提供交互接口實(shí)現(xiàn)人員信息、安全帽信息的維護(hù)。

（3）便攜信息服務(wù)提供便攜式終端，實(shí)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(yīng)服務(wù)計算的預(yù)警信息及時查詢異常情況并進(jìn)行報警。

3 總結(jié)與展望

基于北斗高精度技術(shù)機(jī)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(qiáng)、展示方式多、系統(tǒng)可定制的特點(diǎn)。隨著航空運(yùn)輸需求的逐年增長，機(jī)場安全監(jiān)控系統(tǒng)的智能化將更為關(guān)鍵，需要將機(jī)場的基礎(chǔ)零組件到服務(wù)器，到所有的影響監(jiān)控設(shè)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(shí)時掌握機(jī)場安全不停機(jī)。

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