張道玲

飛行區(qū)內(nèi)作業(yè)車輛數(shù)量種類多，易發(fā)生碰撞，管理困難等問題顯著，有效定位監(jiān)控飛行區(qū)車輛十分必要。文章調(diào)研分析了國內(nèi)機(jī)場的飛行區(qū)車輛定位系統(tǒng)應(yīng)用狀況，系統(tǒng)闡述了飛行區(qū)車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)模塊、功能以及架構(gòu)，認(rèn)為地基增加（差分）技術(shù)、無線數(shù)據(jù)鏈技術(shù)與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。研究成果對飛行區(qū)車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展具有借鑒意義。

飛行區(qū);車輛;定位監(jiān)控系統(tǒng);架構(gòu)

U491A441453

0?引言

在我國航空運(yùn)輸發(fā)展迅速的同時(shí)，相匹配的機(jī)場飛行區(qū)保障設(shè)備也快速增加。2014年，北京首都國際機(jī)場每天有1 600架次航班，場內(nèi)運(yùn)行車輛達(dá)到3 700輛[1]。在機(jī)場業(yè)務(wù)量急劇增加的情況下，飛行區(qū)內(nèi)作業(yè)的車輛數(shù)量也越來越多，而提高飛行區(qū)車輛的安全管理十分迫切。目前，建立飛行區(qū)車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)是提高機(jī)場飛行區(qū)安全保障的有效措施，通過實(shí)時(shí)精確定位飛行區(qū)車輛的位置，主動(dòng)提供預(yù)警和評估碰撞風(fēng)險(xiǎn)，并匹配高清晰度的可視化平臺，將有效提高機(jī)場運(yùn)營安全等級與管理效率，提升機(jī)場的現(xiàn)代化、信息化、智能化管理水平。

本文系統(tǒng)闡述了飛行區(qū)車輛定位監(jiān)控技術(shù)，調(diào)研了國內(nèi)典型機(jī)場的定位監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用情況，并分析了系統(tǒng)模塊、功能以及架構(gòu)，明確地面增強(qiáng)（差分）技術(shù)、無線數(shù)據(jù)鏈技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)是車輛定位監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)。本文研究對機(jī)場開發(fā)飛行區(qū)車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)具有一定的借鑒意義。

1?國內(nèi)機(jī)場應(yīng)用實(shí)例

飛行區(qū)車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)是綜合應(yīng)用全球北斗定位系統(tǒng)BDS和通訊、智能控制等技術(shù)開發(fā)的，服務(wù)于機(jī)場車輛的集定位、安全監(jiān)測、控制和管理于一體的綜合信息處理系統(tǒng)[2]。歐美國家將飛行區(qū)運(yùn)行車輛當(dāng)作飛行區(qū)內(nèi)移動(dòng)目標(biāo)的一部分，對車輛的監(jiān)控主要采用場面監(jiān)視雷達(dá)、多點(diǎn)定位技術(shù)或者廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)等技術(shù)。我國民航機(jī)場主要是基于BDS高精度定位系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對飛行區(qū)運(yùn)行車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.1?首都機(jī)場

首都機(jī)場通過建設(shè)差分基準(zhǔn)站等逐步建成了“機(jī)坪車輛高精度GPS跟蹤管理系統(tǒng)”。該系統(tǒng)通過抗干擾高靈敏度接收機(jī)、聯(lián)合慣性導(dǎo)航、后臺軟件算法優(yōu)化等多種手段解決衛(wèi)星信號不穩(wěn)、車輛定位位置漂移等問題，實(shí)現(xiàn)了對場內(nèi)機(jī)動(dòng)車的高精度實(shí)時(shí)定位跟蹤、軌跡記錄、超速報(bào)警和越界報(bào)警等功能。

1.2?重慶江北機(jī)場

該機(jī)場最早由民航二所承建其車載調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集發(fā)布動(dòng)態(tài)航班信息、車輛保障任務(wù)分派、工作完成情況反饋系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)車輛保障任務(wù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。但由于定制的車載終端功耗較大，該系統(tǒng)已停用，規(guī)劃建設(shè)的新系統(tǒng)將采用重慶機(jī)場TD-LTE無線專網(wǎng)作為無線數(shù)據(jù)鏈承載平臺。

1.3?天津機(jī)場、呼和浩特機(jī)場

這兩個(gè)機(jī)場均采用北京智能航空系統(tǒng)公司的車載定位監(jiān)控解決方案，其最大特點(diǎn)是提供一個(gè)無線專網(wǎng)作為數(shù)據(jù)鏈承載平臺，并有0.1 m、1.5 m和5 m三個(gè)不同等級的車載定位終端可選。

1.4?昆明機(jī)場

昆明機(jī)場在地面運(yùn)行管理系統(tǒng)中集成了車輛定位監(jiān)控功能，使用BDS技術(shù)跟蹤車輛速度和位置，設(shè)置電子圍欄，實(shí)時(shí)通過車輛終端進(jìn)行語音通知和使用危險(xiǎn)區(qū)域提示功能。該系統(tǒng)使用運(yùn)營商4G網(wǎng)絡(luò)作為無線數(shù)據(jù)鏈承載平臺。

2?系統(tǒng)介紹

2.1?系統(tǒng)模塊

基于BDS的車輛監(jiān)控系統(tǒng)主要由三個(gè)模塊組成：第一模塊是安裝在車輛上的車載終端設(shè)備，用于及時(shí)發(fā)送和接收衛(wèi)星傳播數(shù)據(jù);第二模塊是差分基準(zhǔn)站，用于對衛(wèi)星信號的補(bǔ)償和測算，可以提高GPS 終端設(shè)備的定位精度;第三模塊是后臺監(jiān)控系統(tǒng)，通過系統(tǒng)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對車輛的監(jiān)控、預(yù)警和調(diào)度等。

2.2?系統(tǒng)功能

分析國內(nèi)機(jī)場開發(fā)的飛行區(qū)運(yùn)行車輛監(jiān)控系統(tǒng)，其大致的功能分為實(shí)時(shí)報(bào)警、實(shí)時(shí)顯示、后臺自動(dòng)記錄、多功能查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與狀態(tài)記憶等功能。

（1）實(shí)時(shí)報(bào)警：超速、超通行范圍、危險(xiǎn)區(qū)域處靜止?fàn)顟B(tài)等預(yù)設(shè)定管控項(xiàng)目的違規(guī)自動(dòng)報(bào)警和語音提示功能。

（2）實(shí)時(shí)顯示：實(shí)時(shí)顯示所需監(jiān)控對象運(yùn)行狀況。包括車輛所屬單位、車輛類型、車號、實(shí)時(shí)位置、動(dòng)靜態(tài)情況和自動(dòng)報(bào)警信息。

（3）后臺自動(dòng)記錄：所有車輛不間斷記錄運(yùn)行動(dòng)態(tài)軌跡和靜態(tài)信息。記錄數(shù)據(jù)保存不少于一年。

（4）多功能查詢：可以按單位、車型、車類、車號等查詢即時(shí)狀況和一定時(shí)間范圍內(nèi)的歷史軌跡。中文查詢界面，操作簡易、便捷。

（5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、輸出、打?。焊黝悢?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表及數(shù)據(jù)輸出（Excel）和相關(guān)打印。

（6）不間斷電源或狀態(tài)記憶：綜合考慮車載終端不間斷電源或后臺狀態(tài)記憶等方式，保證系統(tǒng)能始終準(zhǔn)確掌握車輛的位置信息。

（7）圖像縮放：后臺監(jiān)控圖像根據(jù)需要進(jìn)行縮放查看和截圖。

2.3?系統(tǒng)架構(gòu)

飛行區(qū)車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)在各部分協(xié)調(diào)工作的基礎(chǔ)上，對信息進(jìn)行采集、傳輸、儲存、分析反饋和可視化處理等。

2.3.1?信息的采集

主要通過BDS的車載終端設(shè)備采集飛行區(qū)內(nèi)運(yùn)行車輛的速度、位置等信息，用于及時(shí)發(fā)送和接受衛(wèi)星傳播數(shù)據(jù)。車載定位盒如圖1所示。

2.3.2?信息的傳輸

要想獲取高精度的位置信息，需要依靠差分基準(zhǔn)站對衛(wèi)星信號的補(bǔ)償和測算，提高BDS終端設(shè)備的定位精度。目前，主要有運(yùn)營商4G網(wǎng)絡(luò)及無線專網(wǎng)作為數(shù)據(jù)鏈承載的通訊平臺。

2.3.3?信息的儲存

采集的數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)視平臺。由于飛行區(qū)車輛眾多，數(shù)據(jù)量較大，一般常采用大型Oricle數(shù)據(jù)庫或者云數(shù)據(jù)庫進(jìn)行儲存。

2.3.4?信息的分析和反饋

通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)軟件可實(shí)現(xiàn)對車輛的預(yù)警和調(diào)度。依靠大數(shù)據(jù)技術(shù)對車輛運(yùn)動(dòng)的位置、速度、碰撞事故等進(jìn)行綜合分析，形成相應(yīng)的決策庫?；谀壳安杉能囕v信息，實(shí)時(shí)預(yù)判車輛運(yùn)動(dòng)趨勢，并預(yù)估碰撞風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)置車輛運(yùn)行的電子圍欄。同時(shí)，通過車輛終端實(shí)現(xiàn)語音通知和危險(xiǎn)區(qū)域提示功能，實(shí)時(shí)反饋給車輛駕駛員。

2.3.5?信息的可視化

車輛位置信息的可視化需要基于整個(gè)飛行區(qū)的地圖，因此，飛行區(qū)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)需要配套的飛行區(qū)GIS地圖，并對其進(jìn)行相應(yīng)的二次開發(fā)，如圖2所示。

3?車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

實(shí)現(xiàn)飛行區(qū)車輛監(jiān)控和調(diào)度，離不開精確的定位及數(shù)據(jù)分析。目前，實(shí)現(xiàn)飛行區(qū)車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括地基增強(qiáng)（差分）技術(shù)、無線數(shù)據(jù)鏈技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)。

3.1?地基增強(qiáng)（差分）技術(shù)

地基增強(qiáng)（差分）技術(shù)的工作原理是將一臺接收機(jī)置于基準(zhǔn)臺上，另一臺接收機(jī)置于運(yùn)動(dòng)載體（稱為移動(dòng)臺）上，基準(zhǔn)臺和移動(dòng)臺同時(shí)接受同一時(shí)間、同一衛(wèi)星發(fā)射的信號，基準(zhǔn)臺所獲得的觀測值與已知精確位置信息進(jìn)行比較，得到差分改正值，然后將這個(gè)改正值通過無線數(shù)據(jù)鏈及時(shí)傳遞給共視衛(wèi)星的移動(dòng)臺精化其觀測值，從而得到經(jīng)差分改正后移動(dòng)臺較準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)位置。見圖3。

地基增強(qiáng)（差分）技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）高精度。采用高性能雙頻機(jī)可達(dá)到2 cm+2 ppmXD，性能差的也能達(dá)到亞米級。（2）實(shí)時(shí)處理。對車輛的經(jīng)緯度和高度三維坐標(biāo)的刷新頻率可高達(dá)20 Hz。

3.2?無線數(shù)據(jù)鏈技術(shù)

實(shí)現(xiàn)地基增強(qiáng)（差分）技術(shù)的關(guān)鍵之一是無線數(shù)據(jù)鏈技術(shù)?；鶞?zhǔn)臺要持續(xù)地將差分校正值傳送到移動(dòng)臺，差分定位精度的好壞與差分校正值的更新率與數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性密切相關(guān)，因此對無線數(shù)據(jù)鏈的要求是數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確可靠，速度快。一般要求數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈省? 600，誤碼率應(yīng)<10-7，差分?jǐn)?shù)據(jù)的更新間隔應(yīng)<10 s。

無線數(shù)據(jù)鏈目前已發(fā)展了3代：第一代為VHF/UHF數(shù)據(jù)廣播電臺及CDMA/GSM撥號數(shù)據(jù)連接;第二代為自2000年以來基于公網(wǎng)2.5 G的GPRS技術(shù)承載;第三代為近年來無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展而催生的各種高速率的無線網(wǎng)絡(luò)制式。

3.3?大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

飛行區(qū)車輛定位系統(tǒng)可采集海量的車輛位置、速度、軌跡等數(shù)據(jù)，通過匹配這些數(shù)據(jù)與車輛超界或碰撞等安全事故信息，可對飛行區(qū)車輛運(yùn)行的安全和非安全狀態(tài)特征進(jìn)行識別。依靠大數(shù)據(jù)技術(shù)將大量的狀態(tài)-結(jié)果進(jìn)行綜合分析，可形成相應(yīng)的飛行區(qū)車輛運(yùn)行決策庫。在此基礎(chǔ)上，可根據(jù)目前采集的車輛信息實(shí)時(shí)預(yù)判車輛運(yùn)動(dòng)趨勢，并預(yù)估超界碰撞風(fēng)險(xiǎn)[3]。

4?結(jié)語

飛行區(qū)內(nèi)車輛數(shù)量大、種類多，面臨碰撞沖突、運(yùn)營安全隱患、管理困難等問題。我國民用機(jī)場飛行區(qū)車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)主要是基于BDS定位系統(tǒng)，可提供車輛的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位監(jiān)控及調(diào)度服務(wù)。其中，地基增加（差分）技術(shù)、無線數(shù)據(jù)鏈技術(shù)與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。未來，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)及多源數(shù)據(jù)融合等技術(shù)也將在飛行區(qū)車輛定位監(jiān)控上發(fā)揮更為廣泛的作用。

[1]張立斌. 機(jī)場空間信息服務(wù)平臺研究與應(yīng)用[J]. 信息技術(shù)，2014（8）：29-31.

[2]陳?君. 車輛跟蹤管理信息系統(tǒng)在信息化機(jī)場的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)軟件光盤與應(yīng)用，2013（1）：38-39.

[3]汪?偉，李向明. 淺談大數(shù)據(jù)在機(jī)場運(yùn)行管理中的運(yùn)用[J]. 民航管理，2018（1）：60-62.