飞行区车辆定位监控系统架构及关键技术研究

张道玲

飞行区内作业车辆数量种类多，易发生碰撞，管理困难等问题显著，有效定位监控飞行区车辆十分必要。文章调研分析了国内机场的飞行区车辆定位系统应用状况，系统阐述了飞行区车辆定位监控系统模块、功能以及架构，认为地基增加（差分）技术、无线数据链技术与大数据分析技术是实现该系统高效运行的关键技术。研究成果对飞行区车辆定位监控系统的发展具有借鉴意义。

飞行区;车辆;定位监控系统;架构

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0 引言

在我国航空运输发展迅速的同时，相匹配的机场飞行区保障设备也快速增加。2014年，北京首都国际机场每天有1 600架次航班，场内运行车辆达到3 700辆[1]。在机场业务量急剧增加的情况下，飞行区内作业的车辆数量也越来越多，而提高飞行区车辆的安全管理十分迫切。目前，建立飞行区车辆定位监控系统是提高机场飞行区安全保障的有效措施，通过实时精确定位飞行区车辆的位置，主动提供预警和评估碰撞风险，并匹配高清晰度的可视化平台，将有效提高机场运营安全等级与管理效率，提升机场的现代化、信息化、智能化管理水平。

本文系统阐述了飞行区车辆定位监控技术，调研了国内典型机场的定位监控系统的应用情况，并分析了系统模块、功能以及架构，明确地面增强（差分）技术、无线数据链技术、大数据分析技术是车辆定位监控的关键技术。本文研究对机场开发飞行区车辆定位监控系统具有一定的借鉴意义。

1 国内机场应用实例

飞行区车辆定位监控系统是综合应用全球北斗定位系统BDS和通讯、智能控制等技术开发的，服务于机场车辆的集定位、安全监测、控制和管理于一体的综合信息处理系统[2]。欧美国家将飞行区运行车辆当作飞行区内移动目标的一部分，对车辆的监控主要采用场面监视雷达、多点定位技术或者广播式自动相关监视系统等技术。我国民航机场主要是基于BDS高精度定位系统来实现对飞行区运行车辆的实时监控。

1.1 首都机场

首都机场通过建设差分基准站等逐步建成了“机坪车辆高精度GPS跟踪管理系统”。该系统通过抗干扰高灵敏度接收机、联合惯性导航、后台软件算法优化等多种手段解决卫星信号不稳、车辆定位位置漂移等问题，实现了对场内机动车的高精度实时定位跟踪、轨迹记录、超速报警和越界报警等功能。

1.2 重庆江北机场

该机场最早由民航二所承建其车载调度系统，实时采集发布动态航班信息、车辆保障任务分派、工作完成情况反馈系统，从而实现车辆保障任务的实时监控。但由于定制的车载终端功耗较大，该系统已停用，规划建设的新系统将采用重庆机场TD-LTE无线专网作为无线数据链承载平台。

1.3 天津机场、呼和浩特机场

这两个机场均采用北京智能航空系统公司的车载定位监控解决方案，其最大特点是提供一个无线专网作为数据链承载平台，并有0.1 m、1.5 m和5 m三个不同等级的车载定位终端可选。

1.4 昆明机场

昆明机场在地面运行管理系统中集成了车辆定位监控功能，使用BDS技术跟踪车辆速度和位置，设置电子围栏，实时通过车辆终端进行语音通知和使用危险区域提示功能。该系统使用运营商4G网络作为无线数据链承载平台。

2 系统介绍

2.1 系统模块

基于BDS的车辆监控系统主要由三个模块组成：第一模块是安装在车辆上的车载终端设备，用于及时发送和接收卫星传播数据;第二模块是差分基准站，用于对卫星信号的补偿和测算，可以提高GPS 终端设备的定位精度;第三模块是后台监控系统，通过系统软件能够实现对车辆的监控、预警和调度等。

2.2 系统功能

分析国内机场开发的飞行区运行车辆监控系统，其大致的功能分为实时报警、实时显示、后台自动记录、多功能查询、数据统计与状态记忆等功能。

（1）实时报警：超速、超通行范围、危险区域处静止状态等预设定管控项目的违规自动报警和语音提示功能。

（2）实时显示：实时显示所需监控对象运行状况。包括车辆所属单位、车辆类型、车号、实时位置、动静态情况和自动报警信息。

（3）后台自动记录：所有车辆不間断记录运行动态轨迹和静态信息。记录数据保存不少于一年。

（4）多功能查询：可以按单位、车型、车类、车号等查询即时状况和一定时间范围内的历史轨迹。中文查询界面，操作简易、便捷。

（5）数据统计、输出、打印：各类数据统计表及数据输出（Excel）和相关打印。

（6）不间断电源或状态记忆：综合考虑车载终端不间断电源或后台状态记忆等方式，保证系统能始终准确掌握车辆的位置信息。

（7）图像缩放：后台监控图像根据需要进行缩放查看和截图。

2.3 系统架构

飞行区车辆定位监控系统在各部分协调工作的基础上，对信息进行采集、传输、储存、分析反馈和可视化处理等。

2.3.1 信息的采集

主要通过BDS的车载终端设备采集飞行区内运行车辆的速度、位置等信息，用于及时发送和接受卫星传播数据。车载定位盒如图1所示。

2.3.2 信息的传输

要想获取高精度的位置信息，需要依靠差分基准站对卫星信号的补偿和测算，提高BDS终端设备的定位精度。目前，主要有运营商4G网络及无线专网作为数据链承载的通讯平台。

2.3.3 信息的储存

采集的数据需要实时传输到监视平台。由于飞行区车辆众多，数据量较大，一般常采用大型Oricle数据库或者云数据库进行储存。

2.3.4 信息的分析和反馈

通过后台监控系统软件可实现对车辆的预警和调度。依靠大数据技术对车辆运动的位置、速度、碰撞事故等进行综合分析，形成相应的决策库。基于目前采集的车辆信息，实时预判车辆运动趋势，并预估碰撞风险，设置车辆运行的电子围栏。同时，通过车辆终端实现语音通知和危险区域提示功能，实时反馈给车辆驾驶员。

2.3.5 信息的可视化

车辆位置信息的可视化需要基于整个飞行区的地图，因此，飞行区的车辆监控系统需要配套的飞行区GIS地图，并对其进行相应的二次开发，如图2所示。

3 车辆定位监控系统关键技术

实现飞行区车辆监控和调度，离不开精确的定位及数据分析。目前，实现飞行区车辆定位监控系统的关键技术包括地基增强（差分）技术、无线数据链技术和大数据分析技术。

3.1 地基增强（差分）技术

地基增强（差分）技术的工作原理是将一台接收机置于基准台上，另一台接收机置于运动载体（称为移动台）上，基准台和移动台同时接受同一时间、同一卫星发射的信号，基准台所获得的观测值与已知精确位置信息进行比较，得到差分改正值，然后将这个改正值通过无线数据链及时传递给共视卫星的移动台精化其观测值，从而得到经差分改正后移动台较准确的实时位置。见图3。

地基增强（差分）技术的突出优点表现在两个方面：（1）高精度。采用高性能双频机可达到2 cm+2 ppmXD，性能差的也能达到亚米级。（2）实时处理。对车辆的经纬度和高度三维坐标的刷新频率可高达20 Hz。

3.2 无线数据链技术

实现地基增强（差分）技术的关键之一是无线数据链技术。基准台要持续地将差分校正值传送到移动台，差分定位精度的好坏与差分校正值的更新率与数据传输的准确性密切相关，因此对无线数据链的要求是数据传输准确可靠，速度快。一般要求数据传输的波特率≥9 600，误码率应<10-7，差分数据的更新间隔应<10 s。

无线数据链目前已发展了3代：第一代为VHF/UHF数据广播电台及CDMA/GSM拨号数据连接;第二代为自2000年以来基于公网2.5 G的GPRS技术承载;第三代为近年来无线网络技术的迅猛发展而催生的各种高速率的无线网络制式。

3.3 大数据分析技术

飞行区车辆定位系统可采集海量的车辆位置、速度、轨迹等数据，通过匹配这些数据与车辆超界或碰撞等安全事故信息，可对飞行区车辆运行的安全和非安全状态特征进行识别。依靠大数据技术将大量的状态-结果进行综合分析，可形成相应的飞行区车辆运行决策库。在此基础上，可根据目前采集的车辆信息实时预判车辆运动趋势，并预估超界碰撞风险[3]。

4 结语

飞行区内车辆数量大、种类多，面临碰撞冲突、运营安全隐患、管理困难等问题。我国民用机场飞行区车辆定位监控系统主要是基于BDS定位系统，可提供车辆的实时精准定位监控及调度服务。其中，地基增加（差分）技术、无线数据链技术与大数据分析技术是实现该系统高效运行的关键技术。未来，人工智能、物联网及多源数据融合等技术也将在飞行区车辆定位监控上发挥更为广泛的作用。

[1]张立斌. 机场空间信息服务平台研究与应用[J]. 信息技術，2014（8）：29-31.

[2]陈 君. 车辆跟踪管理信息系统在信息化机场的应用[J].计算机软件光盘与应用，2013（1）：38-39.

[3]汪 伟，李向明. 浅谈大数据在机场运行管理中的运用[J]. 民航管理，2018（1）：60-62.