基于北斗高精度的機(jī)場(chǎng)車輛人員調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹寒松 宋海濤

摘要：基于北斗高精度的大型機(jī)場(chǎng)車輛人員調(diào)度系統(tǒng)，通過(guò)加裝收集機(jī)場(chǎng)地面服務(wù)人員、車輛司機(jī)、車輛等狀態(tài)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將這些基礎(chǔ)信息進(jìn)行整合，建立定位、監(jiān)控、對(duì)講、數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)分析等智能化為一體的車輛人員調(diào)度云平臺(tái)，結(jié)合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等技術(shù)手段，完成了機(jī)坪車輛亞米級(jí)位置監(jiān)控和基于位置的超速、未按指定路線行駛等功能，系統(tǒng)有效解決了跑道入侵問(wèn)題，提升了機(jī)場(chǎng)整體運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)能力。

關(guān)鍵詞：北斗；高精度定位；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；跑道入侵；機(jī)場(chǎng)管理

中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2022）04-58-4

0引言

伴隨航空運(yùn)輸業(yè)的迅速發(fā)展，機(jī)場(chǎng)安全問(wèn)題日益凸顯，跑道入侵是機(jī)場(chǎng)終端區(qū)域影響飛行器安全的主要威脅事件之一。通過(guò)對(duì)中小機(jī)場(chǎng)和千萬(wàn)級(jí)以及全國(guó)機(jī)場(chǎng)各類不安全事件的事故征候類型的萬(wàn)架次率橫向?qū)Ρ?，中小機(jī)場(chǎng)基本均比千萬(wàn)級(jí)機(jī)場(chǎng)及全國(guó)機(jī)場(chǎng)平均水平低，但跑道侵入事件和事故征候的萬(wàn)架次率均明顯高出千萬(wàn)級(jí)機(jī)場(chǎng)和全國(guó)平均水平的30%～80%。同時(shí)，按事件類型劃分，在中小機(jī)場(chǎng)發(fā)生頻率排在前3位的事故征候類型依次是鳥擊、外來(lái)物損傷航空器和跑道侵入，而千萬(wàn)級(jí)機(jī)場(chǎng)發(fā)生頻率排在前3位的事故征候類型依次是外來(lái)物損傷航空器、機(jī)坪刮碰和鳥擊。說(shuō)明中小機(jī)場(chǎng)雖然不安全事件和事故征候發(fā)生的概率相對(duì)較少，總量也較小，但高風(fēng)險(xiǎn)的跑道侵入?yún)s多發(fā)、高發(fā)，對(duì)中國(guó)民用運(yùn)輸航空提升安全與效率提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1]，機(jī)場(chǎng)在人員車輛任務(wù)調(diào)度等仍缺少系統(tǒng)層面的宏觀調(diào)度。為此，Andreatta G等[2]基于車輛位置、狀態(tài)和操作的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，建立了停機(jī)坪交通管理決策系統(tǒng)，優(yōu)化機(jī)坪作業(yè)車輛分配；潘一桐[3]設(shè)計(jì)了基于GPS和遺傳算法的特種車輛綜合調(diào)度系統(tǒng)，但目前仍存在定位精度差的問(wèn)題。

機(jī)場(chǎng)人員車輛任務(wù)指派及路線規(guī)劃調(diào)度是機(jī)場(chǎng)地面資源協(xié)同保障的重要一環(huán)[4]，機(jī)場(chǎng)人員車輛調(diào)度需致力于滿足地面及航班保障服務(wù)約束的前提下，對(duì)人員車輛進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，以降低機(jī)場(chǎng)事故發(fā)生率并提高航班保障效率[5]。針對(duì)上述問(wèn)題，北斗高精度定位和慣導(dǎo)等技術(shù)被引入到機(jī)場(chǎng)管理中，就利用北斗高精度定位技術(shù)對(duì)機(jī)場(chǎng)車輛、人員的精細(xì)化管理進(jìn)行了探討，提出了一種解決方案，并就方案中高精度差分服務(wù)如何融入機(jī)場(chǎng)車輛人員調(diào)度系統(tǒng)等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了研究。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)架構(gòu)

基于北斗高精度的機(jī)場(chǎng)車輛人員調(diào)度系統(tǒng)重點(diǎn)針對(duì)機(jī)場(chǎng)的特種車輛、管理人員部署高精度北斗車載終端、物聯(lián)網(wǎng)傳感器終端設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)地勤、機(jī)務(wù)保障車輛的高精度位置采集和車輛調(diào)度，結(jié)合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等技術(shù)手段，完成了機(jī)坪車輛亞米級(jí)位置監(jiān)控和基于位置的超速、未按指定路線行駛等功能，從而完成對(duì)人、車的定位跟蹤，并將飛行區(qū)相關(guān)的各類資源的可視化進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些資源的可視化巡檢、維修的精細(xì)化實(shí)時(shí)管理，全面提升管理效率和資源利用效率。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

①數(shù)據(jù)層：主要存儲(chǔ)系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)。

②服務(wù)層：系統(tǒng)各類關(guān)鍵運(yùn)行處理模塊以服務(wù)的形式存在，面向應(yīng)用層開放訪問(wèn)，包括車輛注冊(cè)服務(wù)、地圖服務(wù)、數(shù)據(jù)采集服務(wù)、實(shí)時(shí)位置服務(wù)、視頻服務(wù)等。

③應(yīng)用層：根據(jù)系統(tǒng)使用對(duì)象以及業(yè)務(wù)特點(diǎn)劃分各應(yīng)用邏輯處理模塊，包括車輛位置監(jiān)控、車輛運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、車輛維修保養(yǎng)管理、視頻監(jiān)控等。

④訪問(wèn)層：通過(guò)客戶端（瀏覽器）、移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)訪問(wèn)。

⑤通信與接口層：包括面向各終端設(shè)備的無(wú)線通信網(wǎng)關(guān)以及面向外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，如指揮調(diào)度系統(tǒng)。

1.2系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能組成如圖2所示。系統(tǒng)主要由電子地圖、車輛監(jiān)控、可視通信、告警記錄和歷史記錄5部分組成。其中電子地圖由模糊檢索區(qū)、用戶列表區(qū)、電子地圖區(qū)、告警/線路/圍欄區(qū)組成，實(shí)現(xiàn)人員車輛檢索、用戶組織結(jié)構(gòu)分布查看、人員車輛狀態(tài)動(dòng)態(tài)顯示、告警詳情、線路顯示以及圍欄顯示。車輛監(jiān)控提供監(jiān)控實(shí)時(shí)預(yù)覽、車輛狀態(tài)查詢和布局切換。可視通信可對(duì)成員快捷發(fā)起音視頻單呼、單人聊天，并在需要的情況下進(jìn)行通話強(qiáng)插、強(qiáng)拆。告警記錄和歷史記錄則記錄車輛告警情況、歷史車載錄像等。

1.3關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)是機(jī)坪人員車輛設(shè)備北斗高精度定位、慣導(dǎo)技術(shù)、機(jī)坪行車風(fēng)險(xiǎn)智能識(shí)別、全局最優(yōu)化機(jī)場(chǎng)特種車輛調(diào)度算法等技術(shù)手段。

1.3.1高精度位置服務(wù)

機(jī)場(chǎng)高精度位置服務(wù)主要由北斗CORS差分基準(zhǔn)站、機(jī)場(chǎng)高精度地圖、高精度定位智能終端和亞米級(jí)差分服務(wù)組成。首先在機(jī)場(chǎng)建設(shè)北斗CORS差分基站，通過(guò)對(duì)機(jī)坪人員、車輛加裝高精度定位智能終端，接入亞米級(jí)差分服務(wù)，實(shí)現(xiàn)北斗室內(nèi)外一體化高精度定位。

1.3.2慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。工作環(huán)境不僅包括空中、地面，還可以在水下。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本工作原理是以牛頓力學(xué)定律為基礎(chǔ)，通過(guò)測(cè)量載體在慣性參考系的加速度，將它對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，且把它變換到導(dǎo)航坐標(biāo)系中，就能得到在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的速度、偏航角和位置等信息。當(dāng)機(jī)坪人員、車輛丟失衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，可以通過(guò)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行軌跡點(diǎn)、速度等信息的彌補(bǔ)。gzslib202204041354

1.3.3機(jī)坪行車風(fēng)險(xiǎn)智能識(shí)別

在邊緣端通過(guò)圖像AI算法識(shí)別車道區(qū)域及行車是否便宜，在云端結(jié)合限速信息進(jìn)行分析，識(shí)別是否按車道限速行駛。依據(jù)云端地圖表示停車位，結(jié)合車載亞米級(jí)定位及場(chǎng)景算法實(shí)現(xiàn)將車停放在固定車位，利用ADAS，DSM，BSD攝像頭，第一時(shí)間收集環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行物體識(shí)別、偵測(cè)，從而讓駕駛員在最短時(shí)間察覺可能發(fā)生的危險(xiǎn)，完成特定場(chǎng)景的識(shí)別報(bào)警。

1.3.4全局最優(yōu)化機(jī)場(chǎng)特種車輛調(diào)度算法

算法以車數(shù)量最小、總距離最少、任務(wù)差異最小為核心計(jì)算指標(biāo)，調(diào)度結(jié)果表明該算法比單一的C-W算法或鄰近算法更優(yōu)，最終用車總量平均減少12%，行車總里程平均減少15%。

2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)利用Java，JavaScript等語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，研制精準(zhǔn)定位子系統(tǒng)、主動(dòng)安全防范子系統(tǒng)、可視化調(diào)度子系統(tǒng)。

2.1精準(zhǔn)定位子系統(tǒng)

機(jī)場(chǎng)北斗高精度位置服務(wù)子系統(tǒng)由北斗高精度定位、高精度定位設(shè)備和高精度導(dǎo)航地圖組成。

通過(guò)三維激光采集車，對(duì)機(jī)場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行高精度地圖采集，對(duì)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行抽稀以去除重復(fù)無(wú)效數(shù)據(jù)，同時(shí)采用自研數(shù)據(jù)生產(chǎn)工具完成高精度地圖數(shù)據(jù)制作。在機(jī)場(chǎng)區(qū)域自主建設(shè)北斗CORS差分基站，接入亞米級(jí)差分服務(wù)，采用雙基站和監(jiān)控服務(wù)建設(shè)、主機(jī)準(zhǔn)服務(wù)、副基站熱備份，服務(wù)覆蓋機(jī)場(chǎng)全域，精準(zhǔn)定位子系統(tǒng)界面如圖3所示，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)坪人員、車輛高精度定位監(jiān)控。

2.2主動(dòng)安全防范子系統(tǒng)

主動(dòng)安全防范子系統(tǒng)主要由車載監(jiān)控系統(tǒng)、360°環(huán)視和安全駕駛輔助設(shè)備組成。前視攝像機(jī)采集的視頻用于ADAS主機(jī)執(zhí)行前向碰撞預(yù)警（FCW）、車道偏離預(yù)警（LDW）等智能算法，預(yù)先讓駕駛員察覺到可能發(fā)生的危險(xiǎn)，有效增加汽車駕駛的舒適性和安全性；內(nèi)視攝像機(jī)采集的視頻用于ADAS主機(jī)執(zhí)行危險(xiǎn)駕駛行為分析智能算法，例如開車打電話、打瞌睡等，及時(shí)提醒司機(jī)做到主動(dòng)安全駕駛，通過(guò)右側(cè)盲區(qū)的視頻覆蓋與主動(dòng)偵測(cè)，能夠幫助駕駛者在變道或者轉(zhuǎn)向時(shí)，預(yù)警提示盲區(qū)內(nèi)的其他道路參與者，減少事故發(fā)生、提高行駛安全。

主動(dòng)安全防范子系統(tǒng)界面如圖4所示，系統(tǒng)可提供對(duì)車隊(duì)或車輛報(bào)警和行駛情況、軌跡有效性、用戶操作行為等豐富的數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)報(bào)表。平臺(tái)除了滿足部標(biāo)要求的報(bào)表功能外，還具備軌跡不完整統(tǒng)計(jì)、車輛異常數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、軌跡漂移數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、疑似故障車輛查詢、報(bào)警處理率統(tǒng)計(jì)等豐富的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。

2.3可視化調(diào)度子系統(tǒng)

可視化調(diào)度子系統(tǒng)界面如圖5所示，分為人員位置可視化、位置監(jiān)控可視化、事件場(chǎng)景可視化和工作任務(wù)可視化4部分。

人員位置可視化依托移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建融合對(duì)講群組，不受地域、距離限制，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)度。位置監(jiān)控可視化則實(shí)現(xiàn)地圖匯聚顯示、軌跡回放和預(yù)設(shè)路線查看等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員、車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控；時(shí)間場(chǎng)景可視化部分將現(xiàn)場(chǎng)視頻、編輯信息回傳給指揮中心，形成電子檔案，隨時(shí)調(diào)用備查；工作任務(wù)可視化部分可以有效進(jìn)行車輛管理、外設(shè)管理、車輛運(yùn)行狀態(tài)的可視化查詢。

2.4系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)進(jìn)行部署應(yīng)用，已完成80套機(jī)場(chǎng)車載高精度位置模塊、車載視頻的AI分析及告警模塊的安裝，設(shè)備和平臺(tái)均平穩(wěn)高效運(yùn)行。

3結(jié)束語(yǔ)

依托北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、GIS、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，借助“四型機(jī)場(chǎng)”建設(shè)契機(jī)[7]，建設(shè)了基于北斗高精度的機(jī)場(chǎng)車輛人員調(diào)度管理系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了大型機(jī)場(chǎng)機(jī)坪管理人員、車輛的北斗高精度定位，對(duì)地勤、車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)管理調(diào)度，實(shí)現(xiàn)全天候動(dòng)態(tài)監(jiān)控，輔助指揮調(diào)度，提高了運(yùn)行效率，有效降低了事故隱患，有更高的安全性[8]。系統(tǒng)的成功運(yùn)行標(biāo)志北斗高精度位置應(yīng)用在機(jī)坪安全管理和調(diào)度這一細(xì)分領(lǐng)域示范應(yīng)用的成功。

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