高精度地圖在機(jī)場(chǎng)空側(cè)管理工作中的應(yīng)用研究

張海洋

（民航成都電子技術(shù)有限責(zé)任公司，成都611430）

1 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和流動(dòng)人口的增加， 航空成為現(xiàn)代社會(huì)中不可或缺的交通方式。 機(jī)場(chǎng)作為航空運(yùn)輸?shù)闹匾獦屑~，承載著大量的航班、旅客和貨物流動(dòng)。 機(jī)場(chǎng)的安全運(yùn)行和高效管理對(duì)于保障航空器的順利運(yùn)行至關(guān)重要[1]。民航局于2019 年發(fā)布了《中國(guó)民航四型機(jī)場(chǎng)建設(shè)行動(dòng)綱要（2020—2035年）》，提出了在機(jī)場(chǎng)建設(shè)中應(yīng)落實(shí)“平安、綠色、智慧、人文”4個(gè)基本特征，其中，平安、智慧機(jī)場(chǎng)是推進(jìn)“四型機(jī)場(chǎng)”建設(shè)的關(guān)鍵支撐和實(shí)施路徑。 此外，交通運(yùn)輸部于2022 年發(fā)布了《運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)運(yùn)行安全管理規(guī)定》，以保障機(jī)場(chǎng)的安全運(yùn)行，并強(qiáng)調(diào)了安全在機(jī)場(chǎng)運(yùn)行中的重要地位[2]。

空側(cè)的管理是機(jī)場(chǎng)管理中的重要部分。 但機(jī)場(chǎng)空側(cè)管理工作面臨一系列的挑戰(zhàn)。 例如，飛行區(qū)業(yè)務(wù)種類繁多，作業(yè)精確度要求較高，管理協(xié)調(diào)工作復(fù)雜[3]；現(xiàn)行的調(diào)度流程缺乏綜合的考慮和協(xié)調(diào)，導(dǎo)致決策不夠科學(xué)和全面，造成資源浪費(fèi)及飛機(jī)的滯留、延誤，影響航班的準(zhǔn)點(diǎn)率和運(yùn)行效率；其次，機(jī)場(chǎng)地面車輛和設(shè)備的調(diào)度與管理也具有一定的復(fù)雜性；此外，隨著機(jī)場(chǎng)的不斷擴(kuò)容和設(shè)備的增多，如何實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)控設(shè)備的位置和狀態(tài)也成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題[4]。

因此， 本研究評(píng)估高精度地圖在提升機(jī)場(chǎng)運(yùn)行效率和安全性方面的效果， 為機(jī)場(chǎng)空側(cè)管理提供可行的解決方案和決策支持， 希望能為機(jī)場(chǎng)空側(cè)管理工作的現(xiàn)代化和信息化進(jìn)程提供有益的指導(dǎo)和借鑒。

2 高精度地圖概述

高精度地圖是一種以高精度地理數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提供準(zhǔn)確、詳細(xì)的地理信息的地圖。 它通過(guò)使用各種測(cè)量技術(shù)和傳感器獲取、收集和處理地理信息，以實(shí)現(xiàn)地圖的高精度化[5]。其總體架構(gòu)如圖1 所示。

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層：可以實(shí)現(xiàn)CAD、BIM、傾斜攝影、激光點(diǎn)云等空間成果數(shù)據(jù)的統(tǒng)一納管。

2）平臺(tái)支撐層依托于機(jī)場(chǎng)私有云等進(jìn)行建設(shè)，以及實(shí)現(xiàn)高精度地圖數(shù)據(jù)匯聚、管理、瀏覽、服務(wù)共享能力的高精度地圖服務(wù)引擎。

3）數(shù)據(jù)管理層是對(duì)納管的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、公共專題數(shù)據(jù)、機(jī)場(chǎng)通用、獨(dú)有以及三維模型數(shù)據(jù)，基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，建立高精度地圖大數(shù)據(jù)庫(kù)， 并基于數(shù)據(jù)管理體系， 提供數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)分析等時(shí)空數(shù)據(jù)管理功能。

4）共享服務(wù)層是通過(guò)對(duì)納管的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、公共專題數(shù)據(jù)、機(jī)場(chǎng)通用、 獨(dú)有以及三維模型數(shù)據(jù)按照時(shí)空標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行規(guī)整，基于時(shí)空數(shù)據(jù)管理能力與共享服務(wù)能力，對(duì)外部應(yīng)用提供專題支撐服務(wù)，包括行業(yè)專題圖、應(yīng)用服務(wù)、二三維API 等，統(tǒng)一在線上進(jìn)行服務(wù)發(fā)布、申請(qǐng)、審批、監(jiān)控等流程，由共享服務(wù)門戶統(tǒng)一集成， 基于機(jī)場(chǎng)總線為頂層可視化應(yīng)用提供時(shí)空大數(shù)據(jù)服務(wù)。

3 機(jī)場(chǎng)與高精度地圖

民航業(yè)在近年發(fā)展建設(shè)中離不開高精度地圖的參與。 航空交通運(yùn)輸領(lǐng)域的本質(zhì)其實(shí)是位移服務(wù)，因此，作為承載航空器起降運(yùn)行的空側(cè)區(qū)域，其管理最注重位置感知能力，同時(shí)由于民航具有安全要求高、業(yè)務(wù)種類多的特點(diǎn)，所以，在位置服務(wù)上需要精細(xì)化、專業(yè)化，機(jī)場(chǎng)的高精度地圖服務(wù)包含資源整合、空間分析及路徑導(dǎo)航等多種服務(wù)項(xiàng)，因此，成為民航領(lǐng)域持續(xù)發(fā)展所不可或缺的服務(wù)模塊。

機(jī)場(chǎng)的高精度地圖服務(wù)包含以下模塊。

3.1 資源目錄服務(wù)

機(jī)場(chǎng)高精度地圖服務(wù)中所有資源按類型或?qū)ｎ}以目錄形式進(jìn)行多維度展示，提供資源目錄分類檢索服務(wù)，用于通過(guò)便捷查找高精度地圖服務(wù)資源服務(wù)清單得到業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)所需的服務(wù)內(nèi)容。

二三維電子地圖服務(wù)： 提供二維電子地圖加載顯示和三維模型加載顯示的服務(wù)，可用于其他應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用顯示二維/三維地圖。

3.2 空間數(shù)據(jù)服務(wù)

涉及空間位置信息的機(jī)場(chǎng)內(nèi)部應(yīng)用、 外部單位應(yīng)用或互聯(lián)網(wǎng)接入應(yīng)用需要訪問(wèn)和使用機(jī)場(chǎng)地理信息系統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的空間數(shù)據(jù)，作為其業(yè)務(wù)應(yīng)用的一部分。

3.3 空間分析服務(wù)

提供基于GIS 空間分析服務(wù)， 包括點(diǎn)/ 線/ 面空間查詢、距離量測(cè)、面積周長(zhǎng)量測(cè)、緩沖區(qū)分析、周邊查詢、幾何拓?fù)浞治?、疊加分析、網(wǎng)絡(luò)分析、通視分析、可視域分析等。 結(jié)合其他應(yīng)用的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)具體與空間相關(guān)的分析。

3.4 路徑導(dǎo)航服務(wù)

提供基于機(jī)場(chǎng)室內(nèi)外電子地圖的導(dǎo)航路徑規(guī)劃及顯示服務(wù)，支持跨樓、跨層路徑導(dǎo)航。 可用于應(yīng)用系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛及人員路徑導(dǎo)航。

3.5 位置融合服務(wù)

能將通過(guò)調(diào)用高精度綜合定位系統(tǒng)的位置服務(wù)獲取的位置信息疊加到電子地圖上， 為第三方應(yīng)用系統(tǒng)提供地圖位置融合服務(wù)。

第三方應(yīng)用系統(tǒng)需要將高精度綜合定位系統(tǒng)的位置服務(wù)疊加到電子地圖上的地圖位置融合服務(wù)， 實(shí)現(xiàn)基于位置可視化的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

4 高精度地圖在空側(cè)管理中的應(yīng)用

4.1 設(shè)備設(shè)施以及資源管理

高精度地圖應(yīng)用于場(chǎng)內(nèi)設(shè)備和資源的管理， 通過(guò)頁(yè)面展示靜態(tài)資源，如道面、停機(jī)區(qū)、助航設(shè)備、應(yīng)急資源、管線等的位置和狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)可視化管理。 這有助于提高管理效率，保障資源安全，并優(yōu)化設(shè)備和資源管理。

4.2 施工管理

利用高精度地圖進(jìn)行施工管理，可針對(duì)跑道、滑行道、機(jī)位等資源，采用閉環(huán)管理方法實(shí)現(xiàn)施工需求收集、計(jì)劃編制、停航通知、進(jìn)程管理等的可視化流程。 通過(guò)高精度地圖平臺(tái)的管理，能有效整合施工與運(yùn)行，提升資源利用效率，優(yōu)化工作流程，從而提升施工管理的效能。

4.3 機(jī)場(chǎng)環(huán)境管理

4.3.1 凈空管理

高精度地圖可以構(gòu)建機(jī)場(chǎng)三維凈空限制面模型， 將障礙物和凈空限制面模型置于三維場(chǎng)景中， 對(duì)凈空限制面與凈空范圍內(nèi)的障礙物數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加評(píng)定分析， 輔助管理人員完成日常巡查、評(píng)定和審批管理，提高管理人員工作效率和凈空監(jiān)管水平[6]。 在巡檢業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，高精度地圖可以基于大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)疊加，通過(guò)衛(wèi)星影像圖，周期性觀察、評(píng)定是否有障礙物出現(xiàn)，降低工作人員巡檢工作壓力，提高工作效率。

4.3.2 鳥情管理

鳥情管理借助于機(jī)場(chǎng)周邊生態(tài)環(huán)境研究，利用多目相機(jī)、雷達(dá)、激光等技術(shù)，繪制機(jī)場(chǎng)鳥情活動(dòng)平面圖作為基礎(chǔ)，并以高精度地圖為核心搭建鳥情知識(shí)庫(kù)。 通過(guò)疊加處置規(guī)則，實(shí)現(xiàn)鳥情管理的全過(guò)程閉環(huán)，包括“探、識(shí)、驅(qū)、放”。 管理人員可以根據(jù)鳥情活動(dòng)平面圖制訂巡鳥和驅(qū)鳥計(jì)劃， 依據(jù)計(jì)劃執(zhí)行工作，獲取鳥情信息并對(duì)其進(jìn)行分析、處理、評(píng)價(jià)[7]，從而有效提高鳥情管理的效果，控制鳥擊風(fēng)險(xiǎn)[8]。

4.4 空側(cè)業(yè)務(wù)管理

4.4.1 除冰雪管理

機(jī)場(chǎng)除冰雪管理主要工作包含除雪和除冰作業(yè)、 規(guī)劃和調(diào)度、天氣監(jiān)測(cè)和預(yù)警、設(shè)備和物資管理、其他單位協(xié)調(diào)與溝通等[9]。 結(jié)合高精度地圖和任務(wù)管理系統(tǒng)，對(duì)機(jī)場(chǎng)除雪車等機(jī)場(chǎng)特種車輛進(jìn)行指揮調(diào)度，合理安排除冰作業(yè)的時(shí)間和資源，最大限度地減少對(duì)航班正常運(yùn)行的影響。

4.4.2 拖飛機(jī)管理

拖飛機(jī)管理系統(tǒng)依托于高精度地圖和車載定位終端，提供計(jì)劃制訂、預(yù)案管理、事項(xiàng)檢查、任務(wù)監(jiān)控和報(bào)警預(yù)警等功能，全面管理和監(jiān)控機(jī)場(chǎng)拖飛機(jī)工作的安全運(yùn)行。 系統(tǒng)可將這些地理數(shù)據(jù)以地圖形式進(jìn)行可視化展示，包括飛機(jī)停機(jī)位、滑行道、跑道、航線等信息[10]。 結(jié)合車載定位終端，可以在地圖上實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)場(chǎng)牽引車的位置、速度、行駛軌跡等參數(shù)，以便對(duì)任務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

4.5 空側(cè)運(yùn)行監(jiān)控

高精度地圖能夠?qū)崟r(shí)對(duì)航空器位置、 航路信息、 空域地圖、天氣信息、航班動(dòng)態(tài)信息、區(qū)域管制等信息進(jìn)行集合整理，為機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行決策提供有效支撐[11]。

結(jié)合北斗定位技術(shù)， 機(jī)場(chǎng)可以實(shí)時(shí)掌握航班進(jìn)出港的位置、高度、速度等運(yùn)行數(shù)據(jù)。 將航班的運(yùn)行狀態(tài)真實(shí)數(shù)字化還原，讓機(jī)場(chǎng)人員清晰地了解航班的運(yùn)行情況，并實(shí)現(xiàn)對(duì)空側(cè)活動(dòng)的車輛和人員進(jìn)行全場(chǎng)景、全要素的一體化運(yùn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控空側(cè)的運(yùn)行情況，并進(jìn)行全面的管理控制，確保空側(cè)活動(dòng)的順利進(jìn)行。

4.6 空側(cè)安全管理

基于電子圍界的繪制與車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控信息，系統(tǒng)對(duì)于車輛超速、逆行、越界、未按規(guī)定行車等實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警提示，杜絕安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)涉及機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)的網(wǎng)格化巡檢流程時(shí)， 會(huì)結(jié)合高精度地圖將飛行區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，制訂巡檢任務(wù)計(jì)劃。 通過(guò)網(wǎng)格化巡檢流程，機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)域可以得到全面的監(jiān)測(cè)和管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決潛在問(wèn)題，以確保航空運(yùn)營(yíng)的安全和順暢。

4.7 空側(cè)應(yīng)急演練

機(jī)場(chǎng)利用高精度地圖進(jìn)行空側(cè)應(yīng)急演練， 在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建數(shù)字化、流程化的節(jié)點(diǎn)預(yù)案，與機(jī)場(chǎng)應(yīng)急預(yù)案相對(duì)照。 當(dāng)發(fā)生應(yīng)急救援事件時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)案快速發(fā)布和填報(bào)信息，并監(jiān)控各流程狀態(tài)、車輛位置和天氣等情況，從而提高應(yīng)急處置效果的系統(tǒng)能力。

4.7.1 典型應(yīng)用場(chǎng)景定制

使用高精度地圖，可以根據(jù)機(jī)場(chǎng)的實(shí)際業(yè)務(wù)需求，對(duì)定制化的應(yīng)急處置應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行快速切換和啟動(dòng)。 這些場(chǎng)景可以包括劫機(jī)事件、飛機(jī)失火等情況。 系統(tǒng)會(huì)根據(jù)配置條件自動(dòng)生成相應(yīng)的場(chǎng)景配置，并在高精度地圖的三維虛擬世界中呈現(xiàn)。

4.7.2 預(yù)案管理

面對(duì)機(jī)場(chǎng)區(qū)內(nèi)外發(fā)生的應(yīng)急事件， 可在高精度地圖中進(jìn)行預(yù)案增加、維護(hù)等操作，當(dāng)需求下達(dá)時(shí)，可快速啟動(dòng)相應(yīng)預(yù)案，選擇相應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景，在高精度地圖三維場(chǎng)景中進(jìn)行模擬演練。

4.7.3 多視角協(xié)同演練

高精度地圖的三維虛擬場(chǎng)景支持不同機(jī)場(chǎng)角色的參與。為每個(gè)角色提供不同的視角， 使他們能夠在自己的視角下選擇合適的資源進(jìn)行投放和管控。 這樣，不同角色的操作可以在虛擬世界中實(shí)時(shí)融合呈現(xiàn)， 角色之間可以互相觀察和感知彼此的操作，并做出相應(yīng)的協(xié)調(diào)和響應(yīng)。

4.8 空側(cè)運(yùn)行推演

通過(guò)與高精度地圖的結(jié)合， 機(jī)場(chǎng)可根據(jù)機(jī)場(chǎng)飛機(jī)運(yùn)行規(guī)則（飛機(jī)計(jì)劃制訂、跑道分配規(guī)則、機(jī)位分配規(guī)則、最優(yōu)滑行路線）對(duì)運(yùn)行態(tài)勢(shì)進(jìn)行模擬推算并出具報(bào)告，并根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)經(jīng)濟(jì)、旅客服務(wù)、靠橋率等指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)資源合理分配，保障飛機(jī)運(yùn)行， 對(duì)滑行路徑和需要投入特種車等資源的數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化建議。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于高精度地圖的服務(wù)特點(diǎn)和機(jī)場(chǎng)空側(cè)各項(xiàng)業(yè)務(wù)探究了高精度地圖在空側(cè)管理中的應(yīng)用可行性及應(yīng)用方法，詳細(xì)介紹了包括設(shè)備設(shè)施以及資源管理、施工管理、空側(cè)業(yè)務(wù)管理、運(yùn)行監(jiān)控、安全管理、應(yīng)急演練等八大類空側(cè)管理相關(guān)業(yè)務(wù)， 為保障空側(cè)作業(yè)安全與提升空側(cè)管理運(yùn)行效率提供可行性依據(jù)。