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机场运行智能化新技术应用探讨

发布日期:2015-09-24 来源:未知 下载此文章

  现在中国民航高速发展,机场规模越来越大,布局越来越复杂,机场的交通流量和密度逐渐增加。机场面临的安全和效率的运行压力也非常大。今年民航安全工作会上,李局长提到的三大影响民航安全的问题,都跟机场有关。第一个就是航空器的地面碰撞的事故,现在这种事故时有发生,特别影响机场的安全和运行效率;第二个跑道入侵的事情,很多机场压力非常大,跑道上一年下来有上千起的FOD的事件,缺乏有效的手段进行监测;第三个鸟击,鸟击一直是危害民航航空安全的重大安全隐患。剩下的还有一些像节能的压力、环保的压力,还有旅客服务质量提升的压力,因此我们迫切需要采用先进的信息技术、移动互联网技术,先进的智能控制技术解决机场面临的挑战。

  二所近十年来,一直致力于在这个方面来为民航提供先进的技术和方案。以下我就从六个方面讲讲我们的一些研究成果:

  第一个就是场面运行管理,大型机场在高峰时场面有数十架飞机、上百个车辆运行,如何有效安全的对他们进行监管,这是一个很重要的问题。

  第二个机场的智能灯光系统,现在都有节能的压力,传统的卤素灯寿命短又不节能,给机场的维护和运行造成很大的成本压力,大家都在想采用新的灯具取代传统的,也介绍一下二所这方面的成功。

  第三个跑道异物探测方面我们也有很好的一些研究成果。

  第四个驱鸟也有一些新的设备。

  第五个围界监控也有新的尝试。

  最后是机场旅客的移动服务方面。

  首先是场面监视运行管理,现在机场面临的一个很大的压力就是场面的运行,过去飞机少、车辆少,现在非常多,地面的碰撞事故时有发生就是因为流量大。所以我们现在最关键的是要对地面的目标进行有效的感知,目前来上车辆可以感知,车辆属于我们自己的,我们可以改装,改装完以后加GPS,可以对车辆进行有效的感知,精度到纳米级,飞机没办法感知,必须通过别的手段感知。

  所以现在国外的很多公司,包括国外的很多机场已经用了一些先进的监视手段和探测手段,现在最成熟的一个监视手段是场面监测雷达,但是它有很大的问题:成本高、有盲区、不能识别,这些问题都是影响了它的推广和发展。特别是对于今后咱们在站停这个区域从空管移交给机场管理,机场方面看不到站坪上的飞机如何管理。

  民航二所通过十年的努力,我们研制成功了这样一套高精度的监视和场景系统,现在得到了有效的推广。它最核心的技术叫做场面多点定位技术,它的原理是通过地面布置多个远端的接受站接受飞机发射的应答信号,这个应答信号不是必须发你的位置,不用发,监测到信号以后通过计算到达的时间差,来有效的确定飞机的位置,所以说这个不用改装任何飞机的设备,所以可以有效的监控。同时还有一套全景的视频增强监视系统,有八路高清的1080P的摄像机装在塔台或者航站楼高处进行监控,这个我们的技术在国内也是最好的之一。有了这些监视的数据可以有有效的智能控制对它进行融合,显示到我们的界面上,同时可以对飞机和飞机之间,飞机与车辆之间的冲突进行有效的探测和报警。因此这个系统一可以接入机场的其他监视数据,还可以接入空管的数据,可以成功的坚决监管。

  我们系统已经应用到双流、桂林、武汉、重庆,这是重庆江北机场的指挥中心用我们系统的界面,上面是监控的布站的情况,右上角是一些天线。右下角是冲突告警的界面。也获得了民航局的一等奖和国家的发明专利和民航的使用许可证。特别值得一提的现在国内民航唯一的一张场面多点定位的使用许可证是二所获得的,迄今为止唯一的一张,国外的厂商也没有获得。

  下一步的发展趋势,刚才说了咱们的系统可以对有效的飞机,对它进行定位,那么精度可以到多少?我们现在通过第三方的测试,我们对飞机的定位精度可以达到5米,95%的精度,国际民航组织规定的是7.5米、95%的精确度,比它高了50%,也是在国际上处于先进的地位。但是有个问题,5米的精度在站坪还是不够的,站坪上飞机和飞机之间的刮蹭,机翼和机翼之间的距离只有7.5米,我的精度5米要如何判断,判断出来来不及了,因此还要更多的一些先进技术,比如微功耗的雷达、物联网技术对站坪的定位精度进一步的提高。这是第一个发展趋势。

  第二个现在我们所有的场面监视的系统我们显示的界面都是二维化的,一个飞机一个点,一个车辆一个点,这个到了站坪,飞机和飞机之间,飞机和车辆之间距离非常近,甚至车辆为飞机加油、送旅客的,那么这个时候距离非常近,飞机近在以二维的方式判断飞机和飞机之间的冲突、飞机和车辆的冲突是不现实的,最好能够把三围形状表现到系统,这样可以更好的判断冲突的发生。

  第三现在有各种各样的监视设备和系统,能不能有效的集成?现在机场有无数的摄象头,几千个,这个机会中心不停的切换才能看到每一个镜头的画面,能不能有效的集成,我想看哪个地方一点就有了,能不能跟监视的其他设备,雷达的、多点定位等等结合在一起,一个大屏幕全部显示,这是大的一个趋势。

  第二个部分讲讲基于LED的机场的灯光系统。现在国内外正在希望用LED的灯具代替传统的卤素灯的灯具,寿命长、节约成本,完了又节能。现在美国FA也在推荐使用,在国外的机场已经使用LED灯具。国内特别是环形道的边灯在使用,中线灯逐步推广,跑道没有采用LED灯具。这是二所整个研制的系统,包括了调光器和各种各样的LED的灯具。我们拿到了民航的专利和许可证。我们二所的研制的跟其他厂商的灯具有区别,现在为了机场安装的方便都是一个LED灯具,把传统的灯取下来换上LED灯具可以了,供电方式没有改变,这种情况造成一个什么问题?节能效果并不明显,大家知道LED灯具不需要那么多能量,你还是那样供电,更多的能量消耗在回路和隔离变压器上,所以现在提出了一个新型的供电体系,最大2安供电,整体节能效果达到70%以上。所以说下面这个LED灯具的灯光系统的发展趋势是灯具要全面的改,不管滑行道还是跑道,同时采用小电流的供电体系,达到更好的节能效果。更重要的一点是灯光的智能控制,哪个灯具坏了可以智能探测,同时对整个单灯,每一个灯具进行自动的智能的控制,最后实现飞机在滑道上滑行的自动引导。

  第三个部分FOD的探索,现在FOD探测不用说,每年的轮胎的损害非常多。跑道FOD直接造成的损失30到40亿,中国也不例外。现在国外的现状,咱们有四套典型的FOD自动化的探测系统,国内还没有一个在用。一个纯光学塔架式的新加坡的,通过长焦距的镜头探测跑道上的异物,纯光学的,白天晚上可以用,这种设备的好处成本低,一个跑道布10到12个可以,维护成本、安装成本低,但是由于纯光学受到天气的影响严重,如果是雾天或者雨雪天,恶劣环境下就不好用;第二种是以色列的X线模式,在边灯旁边装一个雷达,加一个光学的摄象头还有红外的集成在一块,每个边灯装一个,这样的好处距离近,就在跑道边上,距离越近看的越好,美国FA也认为这种性能是最好的。但是问题是安装的很多,成本上去了,一个点四五十万,几十个点,维护成本也高,就在跑道边上,你维护要停航,或者别的,而且安装比较久,那么多传感器要安装,几个月到半年安好,这是他面临的问题;还有车载移动和英国塔架式的。现在国际商最多的是新加坡的,它已经在章鱼机场、香港机场、台湾机场、迪拜机场提供。以色列也是在美国的像西雅图,自己的以色列的机场和曼谷机场推广。在国内咱们二所在塔架市的光学和光电附和方面有非常好的研究成果进展,但是无外乎就是采用多种传感器融合的方式来检测跑道的异物。

  我们希望综合固定式的优点,把塔架市和边灯式融合在一块,形成一个最好用的FOD探测系统。这就是我们整个系统的方案。为什么这么使用?就是现在来说,塔架式的系统虽然成本低,但是有个问题:性能不够好,通过由于要搭五六米高的塔架,很多机场条件不满足,所以安不了边灯式贵,安完成本在一般的机场接受不了。能不能用这两种方式融合在一块,这就是二所现在研制的新的东西。我认为关键的区域用边灯式的最好,我们在这三百米安边灯式的雷达光驱,成本降低了。不能安装塔架式的安这种,其他是塔架式的方式,成本下来了,性能也没有降低,这样的系统对机场来说部署起来最灵活方便。这就是我们整个的这样一个系统的情况。

  今后的发展趋势肯定是综合各种技术体制的优势,采取复合的探测优势。同时这个可以监测到面裂纹、探伤。

  第四个关于驱鸟方面,驱鸟来说,我们民航的一个最大的事物,很重要。现在的手段还是比较落后的,包括枪、化学、视觉、听觉等等,实际上每个机场来说都是不太好弄的。

  二所做了一套这样的系统,这是一个雾气一样的东西,叫定向声波驱鸟系统,它的原理是大家知道声波,我想把一个鸟用很大的声音驱走,声波你喊一声,声音是没有方向的,出去之后没有定向指向,所以根本传不到鸟的耳朵里,能量就消耗掉了。所以必须定向声波里。什么东西可以定向?超声波可以定向,所以我们要把我们传的声波调成超声波发出去,超声波鸟类听不见,我们发另外一个同频道的超声波,两个超声波在空中重叠,有一个差屏的信号正好是我们要的信号,鸟类可以听到了,这个系统已经研制成功了,在机场做测试和应用,推广出去了。我们现在声波的指向性正负15度,300米外还可以达到120个D的分贝。现在在双流、拉萨、深圳机场测试。这是一些效果。

  最后的发展趋势,我们现在有雾气,但是还是人工去看鸟类在哪?天上地上,拿着定向声波的驱鸟的东西攻击一公里外的鸟类。但是我们要人看,没有智能化的手段,怎么来做?首先要装个雷达,我在机场周围我有探索雷达,雷达跟定向声波驱鸟的装置联动,就可以对鸟类进行驱逐。但是还有个问题,这个鸟飞的方向你控制不了,有可能飞向你不愿意他飞的航线,所以你还得要有一个多个定向声波驱鸟,引导鸟类飞向我希望他飞的方向,这是今后综合的驱鸟方案。

  第五个是机场的围界监控的系统。目前现在有各种各样的围界的探索和系统,所有的系统在某些方面都有自己的优势,但是最大的问题在于说是什么呢?虚警率过高,很多一安一天上百次的通报,实际上没有任何围界事情发生就报警,很多机场会看看有没有入侵,有些机场没有要人工看,带来很大的麻烦。这一块是现在咱们围界报警系统最大的问题。

  二所做了一套基于电容扰动型的围界报警系统,最大的是解决误报率的问题,把误报率降低到机场可以接受的范围。原理是有一个筛选的体制,上下的两根信号发生线,中间是先生感应线,新生法发生线上加载信号,感应线上有信号,有风或者振动的入侵靠近的时候,这个信号发生变化,这种变化是非常微小的,要感知这个信号的变化感知这个是人还是别的小动物,还是别的什么振动。怎么来判断?我们有一个非常高阶的128G的滤波器,我通过设定数字来判断你是人还是其他东西,如果是人就判定确实是围界入侵,如果是风或者别的振动我就不会报警,所以有效的减少误报率。我们已经在延吉、呼和浩特、三亚机场运用,正常情况下每天的误报率在30次以内。

  今后来说这个发展趋势是什么?还是应该多种技术体制的融合,30次估计机场来说还觉得高,我们控制在10次甚至5次,我们希望通过比如说一报警以后有一个视频的系统过去对着它,代替人眼,这个视频可以分析判断是不是确实是围界入侵,如果是围界入侵再报警,这样更进一步的减少误报率。

  最后一个方面机场旅客移动服务领域。现在旅客到了机场,最主要的要看的是我们的标志牌,航站楼是几号口,进去以后登机口在什么地方,我的卫生间、餐馆在什么地方都可以看。人一多以后,可能看不清楚航班信息或者不愿意看,这个时候旅客觉得服务质量不高,同时也不愿意消费。我们现在所有的人去坐飞机的都有手机,那么能不能利用手机的APP解决这个问题?现在国外的很多公司也在研究这个东西,包括像哥本哈根机场已经把机场的很多电子地图放到网上,通过下一个APP可以分析,一看图知道登机口在什么地方,不用拿一个机场的什么介绍,看一下说明才知道,但是这个还不够智能。

  现在我们二所开发了旅客智能乘机助手的应用,首先能感知到旅客所处的位置,通过WIFI,通过几个AP可以对你手机只要接收WIFI信号就能定位,通过蓝牙以及二级条码可以定位,定位到两到三米,然后配上机场的电子地图,知道登机口在什么地方,餐馆什么地方,洗手间什么地方,旅客就知道现在从我这儿到我要去的,输入我的航班号就知道这儿到登机口要多少米,会途径多少的商场,有哪些商店,有没有洗手间,这样服务质量有充分的提高。

  我们很有幸,我们的系统在杭州萧山机场正在进行测试,也给了用户报告、用户证明,觉得还不错。

  今后的发展趋势是什么?要深度的把旅客乘机个性化。我们知道旅客乘机购物更容易了,旅客能看到自己在哪儿,商场在哪儿,登机口在哪儿。如果一年下来机场有了一个几千万的旅客大数据分析,就知道所有旅客走过的足迹,愿意在哪些商场停留,他们从这儿到登机口走了多少距离,平均多少,非常精确的数据,可以做精细化的分析,为今后机场服务质量的提升提供有益的帮助。

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