基于北斗高精度的机场车辆人员调度系统设计

曹寒松 宋海涛

摘要：基于北斗高精度的大型机场车辆人员调度系统，通过加装收集机场地面服务人员、车辆司机、车辆等状态数据和实时数据，将这些基础信息进行整合，建立定位、监控、对讲、数据交换和数据分析等智能化为一体的车辆人员调度云平台，结合惯性导航系统等技术手段，完成了机坪车辆亚米级位置监控和基于位置的超速、未按指定路线行驶等功能，系统有效解决了跑道入侵问题，提升了机场整体运营效率和服务能力。

关键词：北斗；高精度定位；惯性导航系统；跑道入侵；机场管理

中图分类号：TP391文献标志码：A文章编号：1008-1739（2022）04-58-4

0引言

伴随航空运输业的迅速发展，机场安全问题日益凸显，跑道入侵是机场终端区域影响飞行器安全的主要威胁事件之一。通过对中小机场和千万级以及全国机场各类不安全事件的事故征候类型的万架次率横向对比，中小机场基本均比千万级机场及全国机场平均水平低，但跑道侵入事件和事故征候的万架次率均明显高出千万级机场和全国平均水平的30%～80%。同时，按事件类型划分，在中小机场发生频率排在前3位的事故征候类型依次是鸟击、外来物损伤航空器和跑道侵入，而千万级机场发生频率排在前3位的事故征候类型依次是外来物损伤航空器、机坪刮碰和鸟击。说明中小机场虽然不安全事件和事故征候发生的概率相对较少，总量也较小，但高风险的跑道侵入却多发、高发，对中国民用运输航空提升安全与效率提出严峻挑战[1]，机场在人员车辆任务调度等仍缺少系统层面的宏观调度。为此，Andreatta G等[2]基于车辆位置、状态和操作的实时数据，建立了停机坪交通管理决策系统，优化机坪作业车辆分配；潘一桐[3]设计了基于GPS和遗传算法的特种车辆综合调度系统，但目前仍存在定位精度差的问题。

机场人员车辆任务指派及路线规划调度是机场地面资源协同保障的重要一环[4]，机场人员车辆调度需致力于满足地面及航班保障服务约束的前提下，对人员车辆进行统筹规划，以降低机场事故发生率并提高航班保障效率[5]。针对上述问题，北斗高精度定位和惯导等技术被引入到机场管理中，就利用北斗高精度定位技术对机场车辆、人员的精细化管理进行了探讨，提出了一种解决方案，并就方案中高精度差分服务如何融入機场车辆人员调度系统等关键问题进行了研究。

1系统设计

1.1系统架构

基于北斗高精度的机场车辆人员调度系统重点针对机场的特种车辆、管理人员部署高精度北斗车载终端、物联网传感器终端设备等，实现地勤、机务保障车辆的高精度位置采集和车辆调度，结合惯性导航系统等技术手段，完成了机坪车辆亚米级位置监控和基于位置的超速、未按指定路线行驶等功能，从而完成对人、车的定位跟踪，并将飞行区相关的各类资源的可视化进行管理，实现对这些资源的可视化巡检、维修的精细化实时管理，全面提升管理效率和资源利用效率。系统架构如图1所示。

①数据层：主要存储系统的各类数据。

②服务层：系统各类关键运行处理模块以服务的形式存在，面向应用层开放访问，包括车辆注册服务、地图服务、数据采集服务、实时位置服务、视频服务等。

③应用层：根据系统使用对象以及业务特点划分各应用逻辑处理模块，包括车辆位置监控、车辆运行状态监控、车辆维修保养管理、视频监控等。

④访问层：通过客户端（浏览器）、移动设备进行系统访问。

⑤通信与接口层：包括面向各终端设备的无线通信网关以及面向外部系统的数据接口，如指挥调度系统。

1.2系统功能

系统功能组成如图2所示。系统主要由电子地图、车辆监控、可视通信、告警记录和历史记录5部分组成。其中电子地图由模糊检索区、用户列表区、电子地图区、告警/线路/围栏区组成，实现人员车辆检索、用户组织结构分布查看、人员车辆状态动态显示、告警详情、线路显示以及围栏显示。车辆监控提供监控实时预览、车辆状态查询和布局切换。可视通信可对成员快捷发起音视频单呼、单人聊天，并在需要的情况下进行通话强插、强拆。告警记录和历史记录则记录车辆告警情况、历史车载录像等。

1.3关键技术

系统建设的重点是机坪人员车辆设备北斗高精度定位、惯导技术、机坪行车风险智能识别、全局最优化机场特种车辆调度算法等技术手段。

1.3.1高精度位置服务

机场高精度位置服务主要由北斗CORS差分基准站、机场高精度地图、高精度定位智能终端和亚米级差分服务组成。首先在机场建设北斗CORS差分基站，通过对机坪人员、车辆加装高精度定位智能终端，接入亚米级差分服务，实现北斗室内外一体化高精度定位。

1.3.2惯性导航系统

惯性导航系统是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。惯性导航系统的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。当机坪人员、车辆丢失卫星信号时，可以通过惯性导航系统进行轨迹点、速度等信息的弥补。gzslib202204041354

1.3.3机坪行车风险智能识别

在边缘端通过图像AI算法识别车道区域及行车是否便宜，在云端结合限速信息进行分析，识别是否按车道限速行驶。依据云端地图表示停车位，结合车载亚米级定位及场景算法实现将车停放在固定车位，利用ADAS，DSM，BSD摄像头，第一时间收集环境数据进行物体识别、侦测，从而让驾驶员在最短时间察觉可能发生的危險，完成特定场景的识别报警。

1.3.4全局最优化机场特种车辆调度算法

算法以车数量最小、总距离最少、任务差异最小为核心计算指标，调度结果表明该算法比单一的C-W算法或邻近算法更优，最终用车总量平均减少12%，行车总里程平均减少15%。

2系统实现

系统利用Java，JavaScript等语言进行开发，研制精准定位子系统、主动安全防范子系统、可视化调度子系统。

2.1精准定位子系统

机场北斗高精度位置服务子系统由北斗高精度定位、高精度定位设备和高精度导航地图组成。

通过三维激光采集车，对机场区域进行高精度地图采集，对所采集数据进行抽稀以去除重复无效数据，同时采用自研数据生产工具完成高精度地图数据制作。在机场区域自主建设北斗CORS差分基站，接入亚米级差分服务，采用双基站和监控服务建设、主机准服务、副基站热备份，服务覆盖机场全域，精准定位子系统界面如图3所示，系统实现机坪人员、车辆高精度定位监控。

2.2主动安全防范子系统

主动安全防范子系统主要由车载监控系统、360°环视和安全驾驶辅助设备组成。前视摄像机采集的视频用于ADAS主机执行前向碰撞预警（FCW）、车道偏离预警（LDW）等智能算法，预先让驾驶员察觉到可能发生的危险，有效增加汽车驾驶的舒适性和安全性；内视摄像机采集的视频用于ADAS主机执行危险驾驶行为分析智能算法，例如开车打电话、打瞌睡等，及时提醒司机做到主动安全驾驶，通过右侧盲区的视频覆盖与主动侦测，能够帮助驾驶者在变道或者转向时，预警提示盲区内的其他道路参与者，减少事故发生、提高行驶安全。

主动安全防范子系统界面如图4所示，系统可提供对车队或车辆报警和行驶情况、轨迹有效性、用户操作行为等丰富的数据分析统计报表。平台除了满足部标要求的报表功能外，还具备轨迹不完整统计、车辆异常数据统计、轨迹漂移数据统计、疑似故障车辆查询、报警处理率统计等丰富的统计分析报表。

2.3可视化调度子系统

可视化调度子系统界面如图5所示，分为人员位置可视化、位置监控可视化、事件场景可视化和工作任务可视化4部分。

人员位置可视化依托移动通信网络，构建融合对讲群组，不受地域、距离限制，可实现远程实时调度。位置监控可视化则实现地图汇聚显示、轨迹回放和预设路线查看等功能，实现对人员、车辆的实时监控；时间场景可视化部分将现场视频、编辑信息回传给指挥中心，形成电子档案，随时调用备查；工作任务可视化部分可以有效进行车辆管理、外设管理、车辆运行状态的可视化查询。

2.4系统应用

系统在国内机场进行部署应用，已完成80套机场车载高精度位置模块、车载视频的AI分析及告警模块的安装，设备和平台均平稳高效运行。

3结束语

依托北斗卫星导航系统、GIS、物联网等技术，借助“四型机场”建设契机[7]，建设了基于北斗高精度的机场车辆人员调度管理系统，系统实现了大型机场机坪管理人员、车辆的北斗高精度定位，对地勤、车辆进行实时管理调度，实现全天候动态监控，辅助指挥调度，提高了运行效率，有效降低了事故隐患，有更高的安全性[8]。系统的成功运行标志北斗高精度位置应用在机坪安全管理和调度这一细分领域示范应用的成功。

参考文献

[1]范世雄，潘路平，马颖.基于北斗导航的民航技术应用体系[J].民航学报，2021，5（1）：9-15.

[2] ANDREATTA G， CAPANNA L， GIOVANNI D， et al. Efficiency and Robustness in a Support Platform for Intelligent Airport Ground Handling[J]. Journal of Intelligent Transportation Systems，2014，18（1）：121-130.

[3]潘一桐.机场特种车辆综合调度管理系统[J].山东工业技术， 2018（18）：143.

[4]张朝倩，崔艳雨.机场特种车辆优化调度问题研究现状及展望[J].计算机科学与应用，2019，9（5）：1012-1019.

[5]高伟，王俊义.机场特种服务保障车辆优化调度研究[J].计算机仿真，2019，36（4）：17-23.

[6]张建同，冯子炎.求解车辆路径问题的改进CW节约算法[C]第十届中国不确定系统年会、第十四届中国青年信息与管理学者大会论文集银川：中国运筹学会不确定系统分会，2012： 92-100.

[7]阚劲军，周中雨.四型机场与四强空管有机统一浅谈[J].民航学报，2021，5（4）：29-31.