基于物聯(lián)網(wǎng)的智能航空地面設(shè)備安全運(yùn)行管理系統(tǒng)

殷向東

(上海民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院,上海 200232)

0 引言

2020年,民航局發(fā)布了建設(shè)“平安、綠色、智慧、人文”四型機(jī)場的五年綱要,其中“智慧機(jī)場”是指建設(shè)生產(chǎn)要素全面物聯(lián)、數(shù)據(jù)共享、協(xié)同高效、智能運(yùn)行的機(jī)場[1]。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對智慧機(jī)場建設(shè)至關(guān)重要[2]。物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等的信息承載體,可實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的連接,在許多領(lǐng)域都有著重要的作用。近年來,隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)已越來越多地被運(yùn)用于航空運(yùn)輸?shù)母鱾€環(huán)節(jié),也必將對航空運(yùn)輸?shù)陌踩\(yùn)行管理模式產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。航空地面設(shè)備是用于保障飛機(jī)地面運(yùn)行的地面支援設(shè)備,主要包括各類特種車輛,是航空運(yùn)輸不可或缺的重要組成部分,其運(yùn)行的安全和效率直接關(guān)系到航空運(yùn)輸?shù)陌踩c效率。航空地面設(shè)備投資大、種類多、技術(shù)含量高、安全性能要求高,而機(jī)坪運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜、工作流程復(fù)雜、信息種類多且傳遞渠道復(fù)雜,對管理要求較高。

1 傳統(tǒng)航空地面設(shè)備運(yùn)行管理方法介紹

航空地面設(shè)備安全運(yùn)行管理的傳統(tǒng)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(shè)備技術(shù)檔案,如以記紙質(zhì)臺賬的方式記錄航空地面設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù),再根據(jù)數(shù)據(jù)來確定保養(yǎng)期限。在這種數(shù)據(jù)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(jié)束后對各類車型的工作時間進(jìn)行估算,再手工記錄在臺賬上。其缺點(diǎn)如下:(1)臺賬的存放地點(diǎn)不同,記錄數(shù)據(jù)的時間、方式、標(biāo)準(zhǔn)也不一樣,不利于數(shù)據(jù)的集中管理;(2)由于每個人的估算標(biāo)準(zhǔn)不同,導(dǎo)致數(shù)據(jù)存在滯后、有人工誤差的缺點(diǎn)。隨著新能源航空地面設(shè)備的普及,傳統(tǒng)手工記錄僅能記錄航空地面設(shè)備的工作時長,存在數(shù)據(jù)種類單一的缺點(diǎn),遠(yuǎn)不能滿足新能源航空地面設(shè)備的維修保養(yǎng)需要。此外,填寫在紙質(zhì)臺賬上的運(yùn)行數(shù)據(jù)難以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。若要把長期紙質(zhì)臺賬所登記的數(shù)據(jù)輸入電腦再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,必將耗費(fèi)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(tǒng)方法通常是通過預(yù)先排班來確定航空地面設(shè)備的航班保障任務(wù)分配,并通過使用對講機(jī)報(bào)告航空地面設(shè)備的工作進(jìn)程和所在位置。由于缺乏實(shí)時性,這種管理方式缺點(diǎn)如下:(1)無法持續(xù)獲得航空地面設(shè)備的行駛軌跡、航班保障進(jìn)度等信息,航空地面設(shè)備的利用率比較低;(2)無法持續(xù)監(jiān)控駕駛員工作狀態(tài)和車輛技術(shù)狀態(tài),既不能預(yù)防事故發(fā)生,也難以有效調(diào)查事故原因。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能航空地面設(shè)備安全運(yùn)行管理系統(tǒng)

針對傳統(tǒng)運(yùn)行管理方式的不足,在新能源航空地面設(shè)備逐步普及的背景下,國內(nèi)某大型機(jī)場利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立了新一代專業(yè)、智能航空地面設(shè)備安全運(yùn)行管理系統(tǒng),大幅提升了航空地面設(shè)備的信息化管理水平、運(yùn)行安全和效率[3],并運(yùn)用大數(shù)據(jù)為投資決策提供科學(xué)分析依據(jù)、降低車輛投資和運(yùn)行成本,形成規(guī)?；茖W(xué)管理效益。

該管理系統(tǒng)以模塊化的方式應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),這些模塊主要包括:二次雷達(dá)多點(diǎn)定位系統(tǒng)、設(shè)備身份識別系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳感器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、廣播式自動相關(guān)監(jiān)視裝置(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)、中央控制系統(tǒng)以及預(yù)警系統(tǒng)等[4]。每個模塊即分系統(tǒng)都承擔(dān)相應(yīng)的任務(wù)功能:二次雷達(dá)多點(diǎn)定位和設(shè)備身份識別系統(tǒng)用于航空地面設(shè)備的身份識別和大概方位,衛(wèi)星定位系統(tǒng)用于對航空地面設(shè)備的精確定位,數(shù)據(jù)傳感器用于實(shí)時采集航空地面設(shè)備的各種運(yùn)行數(shù)據(jù),視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于管理人員實(shí)時監(jiān)控航空地面設(shè)備的運(yùn)行情況及其操作人員的操作過程,無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)將所有各類數(shù)據(jù)和視頻信息實(shí)時傳輸至中央控制系統(tǒng)以及預(yù)警系統(tǒng),中央控制系統(tǒng)以及預(yù)警系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析、預(yù)警[5],廣播式自動相關(guān)監(jiān)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(shè)備與地面飛機(jī)存在的嚴(yán)重危險(如碰撞、氣流沖擊和損壞等)[6]。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下,智能管理系統(tǒng)能夠使每個模塊充分協(xié)調(diào)發(fā)揮功能,對航空地面設(shè)備進(jìn)行全方位的監(jiān)控與管理,實(shí)現(xiàn)對航空地面設(shè)備作業(yè)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時管控,同時通過大數(shù)據(jù)分析、處理,實(shí)現(xiàn)車輛業(yè)務(wù)流程的可視化、信息實(shí)時顯示、數(shù)據(jù)在線查詢、維護(hù)保養(yǎng)自動提醒、自動故障報(bào)警等。

2.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

對不同類別的航空地面設(shè)備,根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作方式實(shí)施精細(xì)化分類管理。對于長時間對接飛機(jī)或?？匡w機(jī)旁的氣源車、電源車、空調(diào)車、除冰車、升降平臺車、行李傳送車等航空地面設(shè)備,重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)和監(jiān)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(yè)時對接飛機(jī)時間較短的食品車、行李牽引車、飛機(jī)牽引車、清水車、污水車、垃圾車等,重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)和監(jiān)控其使用次數(shù)和行駛距離。通過精細(xì)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(xué)減少航空地面設(shè)備的數(shù)量配置。

2.2 可靠性分析

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能航空地面設(shè)備安全運(yùn)行管理系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)分析每輛航空地面設(shè)備的首次故障發(fā)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(shè)備的技術(shù)狀態(tài)管理提供了基本保證,同時可計(jì)算出各種航空地面設(shè)備的耐久性、可維修性、設(shè)計(jì)可靠性、單位時間成本。這些數(shù)據(jù)將成為采購選型和投資決策的重要依據(jù)。

2.3 安全管理

2.3.1 操作人員授權(quán)資質(zhì)的聯(lián)網(wǎng)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(wù)、航空器活動區(qū)駕駛資格等信息。在操作任何航空地面設(shè)備之前,操作人員進(jìn)入駕駛室后必須使用身份識別卡刷卡后才可以激活相應(yīng)航空地面設(shè)備,這樣可自動檢測操作人員是否具備相應(yīng)航空地面設(shè)備的操作資格,防止任何未授權(quán)人員擅自操作航空地面設(shè)備,同時管理部門也可實(shí)時監(jiān)控、管理操作人員,如圖1—2所示。

圖1 駕駛室攝像頭監(jiān)控畫面

圖2 機(jī)坪攝像頭監(jiān)控畫面

2.3.2 可視化監(jiān)控

利用無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)航空地面設(shè)備工作流程全過程的可視化監(jiān)控,尤其是關(guān)鍵操作步驟的可視化監(jiān)控。安裝在航空地面設(shè)備上的視頻監(jiān)控裝置把實(shí)時監(jiān)控畫面?zhèn)魉椭琳{(diào)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(shè)備駕駛室內(nèi)外的工作場景。對于需要對接飛機(jī)作業(yè)的航空地面設(shè)備,如客梯車、食品車、飛機(jī)牽引車等,可通過視頻監(jiān)控裝置實(shí)時監(jiān)控、記錄司機(jī)的日常駕駛、操作行為,為管理者監(jiān)督操作人員嚴(yán)格按章操作提供了條件,并通過這些監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析和考核操作人員的工作。如果出現(xiàn)設(shè)備刮碰飛機(jī)等安全事故,保存的監(jiān)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(bào)警

為提高工作可靠性,航空地面設(shè)備的日常保養(yǎng)措施包括定期維護(hù)和使用前檢查,這些措施無法及時把故障信息傳送至調(diào)度中心。使用該系統(tǒng)后,航空地面設(shè)備在使用出現(xiàn)故障或故障征候時,不僅可以給操作人員報(bào)警,還能立刻對調(diào)度中心發(fā)出預(yù)警。例如,對于新能源航空地面設(shè)備,主要系統(tǒng)預(yù)警參數(shù)為電流值、電壓值、液壓壓力值等,一旦出現(xiàn)參數(shù)異常,操作人員和管理人員均可得到報(bào)警。

2.4 自動調(diào)度

利用高精度衛(wèi)星定位技術(shù)和二次雷達(dá)技術(shù),航空地面設(shè)備的精確位置信息可實(shí)時傳回調(diào)度中心,車身安裝的各類可傳感器可實(shí)時傳回航空地面設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)信息,管理系統(tǒng)可自動檢測航空地面設(shè)備是否處于工作狀態(tài),根據(jù)當(dāng)天航班保障計(jì)劃任務(wù)自動分配航空地面設(shè)備,有效解決航空地面設(shè)備在航班繁忙時的“擠兌”現(xiàn)象[7]。

2.5 維護(hù)管理

維護(hù)管理是保證設(shè)備良好技術(shù)狀態(tài)的根本措施。對于傳統(tǒng)燃油式航空地面設(shè)備,底盤的內(nèi)燃式發(fā)動機(jī)和變速箱結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜,工作時處于高溫、振動或摩擦狀態(tài),為保證有效、及時的冷卻和潤滑,通過安裝在設(shè)備底盤上的數(shù)據(jù)傳感器、無線信號發(fā)射器將機(jī)油溫度、冷卻液溫度和空濾壓差等關(guān)鍵數(shù)據(jù)即時傳輸給監(jiān)控中心,并對設(shè)備運(yùn)行時間自動累計(jì)計(jì)時,一旦數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定值,監(jiān)控中心將對駕駛員和管理人員發(fā)出警報(bào)。對于新能源航空地面設(shè)備,通過監(jiān)控平臺對航空地面設(shè)備的電池狀態(tài)、充電樁及充電過程實(shí)施遠(yuǎn)程智能監(jiān)控管理。通過無線傳輸?shù)姆绞?結(jié)合充電樁形成的管理網(wǎng)絡(luò),將車輛運(yùn)行和充電過程中的電池參數(shù)、位置、速度、車輛狀態(tài)、故障等信息實(shí)時上傳到監(jiān)控管理平臺,做到隨時監(jiān)控到每一臺車、每一根樁的實(shí)時狀況,實(shí)現(xiàn)電動車輛和充電樁的信息化、動態(tài)化管理,確保機(jī)坪車輛運(yùn)行安全,防止出現(xiàn)過充電、過放電等電池?fù)p耗。

2.6 操作人員違章管理

建立每個航空地面設(shè)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(zhì)等常規(guī)信息,更詳細(xì)記錄了操作人員的機(jī)坪違章信息。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)超速和未按規(guī)定路線行駛等違章行為時,二次雷達(dá)多點(diǎn)定位系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)和設(shè)備身份識別系統(tǒng)將自動識別設(shè)備并記錄違章行為。違章行為的扣分自動計(jì)入操作人員分值管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)大大增加了操作人員嚴(yán)格遵守操作規(guī)則的自覺性和積極性,顯著提高了航空地面設(shè)備的運(yùn)行安全。

3 結(jié)語

在機(jī)場的復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境下,對于航空地面設(shè)備種類與數(shù)量眾多的大型機(jī)場,基于物聯(lián)網(wǎng)的智能航空地面設(shè)備安全運(yùn)行管理系統(tǒng)可既可監(jiān)控設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)又可以監(jiān)控設(shè)備的位置和工作流程等信息,從而顯著提升了航空地面設(shè)備運(yùn)行的安全與效率。