机场空间信息服务平台研究与应用

张立斌　刘文龙

【摘 要】 机场空间信息服务平台集定位信息、地理信息、业务信息等于一体，是构建机场空间实体的透明化管理体系，提升机场服务水平的核心，也是机场信息化发展的根本需求和必然趋势。本文首先介绍了机场业务的需求，其次介绍了机场空间信息服务平台架构，指出了其中的关键技术，最后介绍机场空间信息服务平台当前的应用情况，并进行了总结。

【关键词】 地理信息系统 机场 业务数据 空间数据 融合

0 引言

近年来，我国民航事业取得了巨大发展，航空成为人们出行的重要途径。而客流量的快速增长也对机场的现代化管理与服务提出了巨大挑战。以智能化为特征的新一代信息技术正在引发民航事业发展方式的深刻变革，智慧发展成为落实科学发展观，提升机场管理与服务水平，加快发展方式转变，建设世界一流航空港，实现跨越发展的新思路、新方法和新路径。全面、深入地拓展机场空间信息资源，构建机场空间实体的透明化管理体系，增强机场“空中、地上、地表、地下、室内、室外”四纵两横六位一体全生命周期空间实体信息资源的集成、融合、共享与应用水平，实现机场的动态感知、精细管理、防范预警、前瞻决策，是机场信息化发展的根本需求和必然趋势。为此，集定位信息、地理信息、业务信息等于一体的机场空间信息服务平台成为机场信息化建设重要内容和前沿领域[1]-[3]。本文以首都机场为例，首先介绍了机场对空间信息服务的需求，其次介绍了机场空间信息服务平台架构及关键技术，最后介绍了首都机场LBS的应用情况。

1 机场业务需求分析

在国际上，世界各国都在加强机场空间信息基础设施建设和应用，美国等已制定了相对系统的国家规范标准，并启动了一系列的大型空间信息相关的建设计划。在我国航空及相应的基础设施事业飞速发展的今天，抓住战略机遇，建设机场空间信息基础设施，是促进机场朝着国际一流航空枢纽发展的重要支撑。

北京首都机场已发展成为国际第二大机场，每天1600架次航班进出港，每天进出的社会车辆有10余万辆、场内运行的车辆近3700辆，每天进出首都机场旅客以及接送人员将近36万、在航站区服务的人员接近3万，15万行李输送。同时，机场区域内聚集了大量的、种类各异、复杂程度和安全系数很高的各类公共设施设备、各类管线，这些基础设施资源在地上、地下星罗棋布，错综复杂。因此，迫切需要利用现代地理信息系统技术实现对机场的航空器、人员、货物、车辆等机场四大业务实体的管理，促使机场减少和规避安全隐患，提高基础设施、资产设备的保障能力，增强机场运营和监管体系。

因此，研究机场空间信息服务的关键技术、研发业务化的机场空间信息服务平台，成为机场研究的重点问题，机场空间信息服务服务平台及关键技术正在引发民航事业发展方式的深刻变革，提升机场管理与服务水平，加快发展方式转变，建设世界一流航空港，实现跨越发展的新思路、新方法和新路径。全面、深入地拓展机场空间信息资源，增强机场“空中、地上、地表、地下、室内、室外”四纵两横六位一体全生命周期空间实体信息资源的集成、融合、共享与应用水平，实现机场的动态感知、精细管理、防范预警、前瞻决策，是机场信息化发展的根本需求和必然趋势。

2 平台架构

机场空间信息服务平台主要面向“航空器、人流、货物流、车辆流”机场四大业务实体，针对“空中、地上、地表、地下、室内、室外”六类机场空间。该平台从机场地理信息系统（Geographic Information System，GIS）总图系统出发，建立了全覆盖的机场地理空间信息机场设施，构建面向机场净空管理、飞行区资源管理、飞行区车辆调度与监控、旅客个性化位置服务等重大需求的业务运行系统。机场地理信息系统建设的总体架构见图1，可满足机场运行管理与服务的以下功能：

（1）增强机场空间信息获取与处理能力。

（2）建设全覆盖的机场空间数据库管理与服务体系。

（3）提升机场空间信息综合利用与科学决策水平。

（4）协助开拓机场空间信息应用服务领域。

3 机场空间信息服务平台关键技术

3.1 机场GIS关键技术

GIS是机场空间信息服务平台的核心，随着机场各类业务的发展，GIS作为现代化机场管理的重要技术平台已经逐步融入到各个业务系统当中。机场GIS不单单只提供地理信息，而是将地理信息与其它位置信息、业务信息融合，进而挖掘出更具意义的信息。机场GIS的关键技术如下：

（1）大型枢纽机场多源业务数据与空间数据融合方法。安全、高效、顺畅的机场运营需要先进的技术手段将航班流、人流、车流、物流进行有效地集成，实现精细化的管理。大型枢纽机场多源业务数据与空间数据融合方法需实现业务数据空间属性与空间基础地理信息的融合、业务主题信息与空间基础地理信息的融合、业务数据时间信息与空间基础信息的融合。

（2）基于机场业务深度扩展线分类法的地理信息分类与编码。根据机场业务特色和地理信息知识，结合国家相关的国土地理信息分类代码、国际民用航空公约技术附件和民用航空业行业标准，发展深度扩展线分类法。深度扩展线分类法，是对现有的线分类法进行扩展，容量在不进行横向扩充的前提下，能够容纳比原有规模更大的内容，保证分类扩展性，能够充分地容纳目前和将来一段时间内机场业务的地理信息分类需求。

（3）基于位置信息的机场大人流群体行为动态监测与分析技术。机场大人流群体行为动态监测与分析可对安检区、出租车区等关键地区的人流数量与排队时间进行预测与估计，提升旅客服务质量。该技术结合机场实际应用需求和发展态势，从行为轨迹特征分析、群体移动规律发现和社会活动模式挖掘等三方面出发，采用统计学习、行为动力学、时间序列分析、空间数据分析以及多维分析等技术方法，在用户兴趣发现、检测群体行为、服务改进和异常行为检测等方面进行研究。endprint

3.2 基于Wi-Fi的室内精确定位技术与平台

定位信息是空间信息中的核心信息。在停机坪等室外空间，可采用成熟的卫星定位技术，而机场大量的室内空间也需要进行精确定位。由于在手机用户方面，Wi-Fi使用比例最高，因此机场采用Wi-Fi进行精确的室内定位。

室内位置信息平台构架如图2所示，在无线局域网络访问点（AP）扫描人员携带的终端（手机、定位卡或腕带）的信号，将数据传送给定位服务器，定位服务器根据信号的强弱或信号到达时差计算出人员的位置。

4 机场空间信息服务应用

基于机场空间信息服务平台，首都机场实现了飞行区资源管理、车辆运营精确监控、飞机场旅客个性化推送与服务等多项应用。

4.1 飞行区资源管理应用

为了进一步提高飞行区管理的效率，基于首都机场已经建有的差分基准站（差分改正数据支持下的GPS系统定位精度达到亚米级），通过GPRS网络实时广播推送差分改正校准信号，研发了高精度手持服务终端，如图3所示。现场作业人员利用手持终端，实现了室外现场办公。通过手持终端，现场值班人员能及时将采集到的数据发回管理中心，也通过手持终端接受相应的数据，相关数据展现在手持终端地图上面，使现场人员可以实时进行可视化操作，极大的提高了现场人员的工作效率和作业半径。

4.2 高精度车辆调度跟踪

根据机场飞行区高度安全的需要，合应用GPS定位监控技术、通信、智能控制等技术，研制了高精度车辆调度与跟踪用户终端，如图4所示。基于终端上报的信息，通过后台实现对首都机场飞行区内部及车辆进行实时监控和管理，包括车辆实时跟踪定位、车辆历史轨迹回放、车辆超速越界报警等功能，平均误差小于1米。同时，增加了信号处理和野值剔除等处理方法，排除了在复杂环境下（信号传播、遮挡、多路径等）造成的定位信号漂移情况。

5 结语

本文以首都机场为例，介绍了机场空间信息服务平台与应用的情况，包括机场空间信息服务平台的总体架构、关键技术及目前的应用情况等。机场空间信息服务平台是GIS在现代机场运营管理与服务中的应用，集成了机场总图管理、场内复杂环境下的实时定位、精确地理信息服务推送等多项关键技术，在大型机场地理空间数据库平台和净空管理、飞行区资源图形化管理、飞行区车辆调度与监控、旅客个性化机场位置地图服务等方面取得了良好的应用效果。随着机场现代化服务需求的不断提升，基于该平台，还有更多的应用系统值得机场去探索、开发。

参考文献：

[1]毕俊.基于GIS技术的机场基础设施管理[J].测绘科学，2006，S1：1.

[2]秦言磊.基于VSAT/GIS的机场场面监视与管理系统的研究与开发 [D].南京航空航天大学，2007.

[3]丁立虎，王治.GIS在机场规划中的应用研究[J].基建优化，2005，26（1）：47-49.

[4]DENG Z， YU Y， YUAN X， et al. Situation and development tendency of indoor positioning[J]. Communications， China， 2013，10（3）：42-55.

[5]NERGUIZIAN C，DESPINS C， AFFES S. Geolocation in Mines with an Impulse Response Fingerprinting Technique and Neural Networks[J].IEEE Transactions on Wireless Communications，2006，5（3）：603-611.

[6][XU Yubin， DENG Zhian， MA Lin. WLAN Indoor Positioning Algorithm Based on KDDA and SVR[J].Journal of Electronics & Information Technology， 2011，33（4）：876-901.endprint

3.2 基于Wi-Fi的室内精确定位技术与平台

定位信息是空间信息中的核心信息。在停机坪等室外空间，可采用成熟的卫星定位技术，而机场大量的室内空间也需要进行精确定位。由于在手机用户方面，Wi-Fi使用比例最高，因此机场采用Wi-Fi进行精确的室内定位。

室内位置信息平台构架如图2所示，在无线局域网络访问点（AP）扫描人员携带的终端（手机、定位卡或腕带）的信号，将数据传送给定位服务器，定位服务器根据信号的强弱或信号到达时差计算出人员的位置。

4 机场空间信息服务应用

基于机场空间信息服务平台，首都机场实现了飞行区资源管理、车辆运营精确监控、飞机场旅客个性化推送与服务等多项应用。

4.1 飞行区资源管理应用

为了进一步提高飞行区管理的效率，基于首都机场已经建有的差分基准站（差分改正数据支持下的GPS系统定位精度达到亚米级），通过GPRS网络实时广播推送差分改正校准信号，研发了高精度手持服务终端，如图3所示。现场作业人员利用手持终端，实现了室外现场办公。通过手持终端，现场值班人员能及时将采集到的数据发回管理中心，也通过手持终端接受相应的数据，相关数据展现在手持终端地图上面，使现场人员可以实时进行可视化操作，极大的提高了现场人员的工作效率和作业半径。

4.2 高精度车辆调度跟踪

根据机场飞行区高度安全的需要，合应用GPS定位监控技术、通信、智能控制等技术，研制了高精度车辆调度与跟踪用户终端，如图4所示。基于终端上报的信息，通过后台实现对首都机场飞行区内部及车辆进行实时监控和管理，包括车辆实时跟踪定位、车辆历史轨迹回放、车辆超速越界报警等功能，平均误差小于1米。同时，增加了信号处理和野值剔除等处理方法，排除了在复杂环境下（信号传播、遮挡、多路径等）造成的定位信号漂移情况。

5 结语

本文以首都机场为例，介绍了机场空间信息服务平台与应用的情况，包括机场空间信息服务平台的总体架构、关键技术及目前的应用情况等。机场空间信息服务平台是GIS在现代机场运营管理与服务中的应用，集成了机场总图管理、场内复杂环境下的实时定位、精确地理信息服务推送等多项关键技术，在大型机场地理空间数据库平台和净空管理、飞行区资源图形化管理、飞行区车辆调度与监控、旅客个性化机场位置地图服务等方面取得了良好的应用效果。随着机场现代化服务需求的不断提升，基于该平台，还有更多的应用系统值得机场去探索、开发。

参考文献：

[1]毕俊.基于GIS技术的机场基础设施管理[J].测绘科学，2006，S1：1.

[2]秦言磊.基于VSAT/GIS的机场场面监视与管理系统的研究与开发 [D].南京航空航天大学，2007.

[3]丁立虎，王治.GIS在机场规划中的应用研究[J].基建优化，2005，26（1）：47-49.

[4]DENG Z， YU Y， YUAN X， et al. Situation and development tendency of indoor positioning[J]. Communications， China， 2013，10（3）：42-55.

[5]NERGUIZIAN C，DESPINS C， AFFES S. Geolocation in Mines with an Impulse Response Fingerprinting Technique and Neural Networks[J].IEEE Transactions on Wireless Communications，2006，5（3）：603-611.

[6][XU Yubin， DENG Zhian， MA Lin. WLAN Indoor Positioning Algorithm Based on KDDA and SVR[J].Journal of Electronics & Information Technology， 2011，33（4）：876-901.endprint

3.2 基于Wi-Fi的室内精确定位技术与平台

定位信息是空间信息中的核心信息。在停机坪等室外空间，可采用成熟的卫星定位技术，而机场大量的室内空间也需要进行精确定位。由于在手机用户方面，Wi-Fi使用比例最高，因此机场采用Wi-Fi进行精确的室内定位。

室内位置信息平台构架如图2所示，在无线局域网络访问点（AP）扫描人员携带的终端（手机、定位卡或腕带）的信号，将数据传送给定位服务器，定位服务器根据信号的强弱或信号到达时差计算出人员的位置。

4 机场空间信息服务应用

基于机场空间信息服务平台，首都机场实现了飞行区资源管理、车辆运营精确监控、飞机场旅客个性化推送与服务等多项应用。

4.1 飞行区资源管理应用

为了进一步提高飞行区管理的效率，基于首都机场已经建有的差分基准站（差分改正数据支持下的GPS系统定位精度达到亚米级），通过GPRS网络实时广播推送差分改正校准信号，研发了高精度手持服务终端，如图3所示。现场作业人员利用手持终端，实现了室外现场办公。通过手持终端，现场值班人员能及时将采集到的数据发回管理中心，也通过手持终端接受相应的数据，相关数据展现在手持终端地图上面，使现场人员可以实时进行可视化操作，极大的提高了现场人员的工作效率和作业半径。

4.2 高精度车辆调度跟踪

根据机场飞行区高度安全的需要，合应用GPS定位监控技术、通信、智能控制等技术，研制了高精度车辆调度与跟踪用户终端，如图4所示。基于终端上报的信息，通过后台实现对首都机场飞行区内部及车辆进行实时监控和管理，包括车辆实时跟踪定位、车辆历史轨迹回放、车辆超速越界报警等功能，平均误差小于1米。同时，增加了信号处理和野值剔除等处理方法，排除了在复杂环境下（信号传播、遮挡、多路径等）造成的定位信号漂移情况。

5 结语

本文以首都机场为例，介绍了机场空间信息服务平台与应用的情况，包括机场空间信息服务平台的总体架构、关键技术及目前的应用情况等。机场空间信息服务平台是GIS在现代机场运营管理与服务中的应用，集成了机场总图管理、场内复杂环境下的实时定位、精确地理信息服务推送等多项关键技术，在大型机场地理空间数据库平台和净空管理、飞行区资源图形化管理、飞行区车辆调度与监控、旅客个性化机场位置地图服务等方面取得了良好的应用效果。随着机场现代化服务需求的不断提升，基于该平台，还有更多的应用系统值得机场去探索、开发。

参考文献：

[1]毕俊.基于GIS技术的机场基础设施管理[J].测绘科学，2006，S1：1.

[2]秦言磊.基于VSAT/GIS的机场场面监视与管理系统的研究与开发 [D].南京航空航天大学，2007.

[3]丁立虎，王治.GIS在机场规划中的应用研究[J].基建优化，2005，26（1）：47-49.

[4]DENG Z， YU Y， YUAN X， et al. Situation and development tendency of indoor positioning[J]. Communications， China， 2013，10（3）：42-55.

[5]NERGUIZIAN C，DESPINS C， AFFES S. Geolocation in Mines with an Impulse Response Fingerprinting Technique and Neural Networks[J].IEEE Transactions on Wireless Communications，2006，5（3）：603-611.

[6][XU Yubin， DENG Zhian， MA Lin. WLAN Indoor Positioning Algorithm Based on KDDA and SVR[J].Journal of Electronics & Information Technology， 2011，33（4）：876-901.endprint