时空大数据在机坪车辆运行管理的应用

王松杰 杨付贵

（东部机场集团 江苏省南京市 211113）

1 机坪运行管理所面临困难

在机坪运行管理场景中主要有以下几方面痛点难点：

（1）航班信息不透明，机坪运行管理作业是以航班保障为目的的，实时航班信息是机坪保障作业资源准备和派工的重要前提条件，无论是在作业场景还是在管理场景，地服部门迫切需要可视化视图对航班动态信息进行掌控。

（2）机坪车辆精细化管理难，机坪车辆多种多样，例如行李牵引车、电源车、加油车、食品车等，分属于不同单位和部门，车辆种类多、数量大，管理责任主体不明确，管理难度大，机务部门迫切需要可视化手段对车辆进行精细化管理。

（3）协同作业难，车辆作业状态不直观，机坪车辆管理人员对车辆工作状态和运行状态管理基本依靠传统的对讲机、通讯工具等进行掌握，工单的派发为纸质工单，管理者无法对机坪作业车辆有效监管，机坪车辆驾驶员也无法实时掌握任务信息，在航班保障过程中、飞行区道面管理部门、地服以及机务部门协同作业难度大。

（4）安全风险管理难，尽管民航行业有完善的机坪运行标准和各类规章管理制度，但是由于机坪车辆作业与航空器距离较近，驾驶员难免出现疲劳驾驶、注意力笔记中等显现，难以避免机坪车辆驾驶出现超速、越界、航空器剐蹭等行为，机坪管理者和驾驶员迫切需要一套可视化系统，实现风险苗头的风险预警，在管理端和驾驶端同时对危险驾驶行为进行实时报警预警。

因此，南京禄口国际机场牢守安全底线，通过引入时空大数据手段，实现机坪作业车辆精细化管控，为智慧机场建设奠定了坚实的基础。

2 时空大数据简介

时空大数据顾名思义，共分为两个层面，由空间大数据和时序大数据组合而成，其中空间大数据以地理信息系统为基础，是静态数据，整体基于机场物理空间布局，实现机坪物理空间布局的还原和呈现，包括停机位、道路、廊桥等空间信息组成，通过对机场竣工图纸的加工和规整，实现地图服务的发布，提供物理空间视图，是机坪航空器、车辆、人员等要素运行状态呈现的载体。

时序大数据是动态数据，是以时间和位置两个维度为核心的，是动态数据，通过集成物理传感装置的位置捕获能力，实时获取航空器、车辆等机坪运行要素的位置信息，通过地理信息系统的接口集成，在数字孪生场景实时还原机坪航空器、车辆等要素运行状态信息。

综上所述，时空大数据在机坪运行管理应用即通过地理信息服务、位置服务，实现在数字孪生场景对机坪运行状态的实时还原和呈现，改变过去纸质拍单、对讲协同作业的方式，以可视化视图实现机坪运行的精细化、智慧化安全管理。

3 实现原理

如图1所示，通过对人、车等场面活动对象装载高精度定位终端设备，与北斗卫星通讯，实时获取人员或车辆位置信息，位置信息通过运营商移动网络或机场专线向机场云进行实时位置传输；

图1：实现原理图

通过与空管等单位对接，使用对接专线，获取航班位置信息；

机场云环境部署地图、应用以及数据库服务器；

位置信息在机场云环境接收后，进行解算，并与地图接口对接；

运行监控管理人员可在大屏幕、笔记本、台式机等设备上，以地图的方式，实时查看航班、车、人的实时位置信息，并进行监控。

机坪车辆运行管理系统主要是通过时空大数据的应用，实现对机坪生产作业车辆在数字孪生场景进行实时运行状态监控，异常运行状态报警、作业任务指派等功能协助机场管理部门对车辆进行安全管理、调度和监控，提高了机场内各种车辆的安全管理水平。

4 时空大数据建设和管理内容

4.1 空间大数据建设和管理内容

空间大数据主要负责承载航班、车辆、人等运行资源的运行状态信息，因此，建设内容应该涵盖以下几个方面：

（1）基础地理信息建设：主要包括机场的航站楼、飞行区围界等信息，以上内容是运行资源的活动范围圈定和相对空间位置参考信息。

（2）运行要素类信息：主要包括跑道、滑行道、服务车道、机位、标识线等信息，此类信息是承载运行资源活动的运行要素类信息。

（3）管控要素类信息：主要基于地理信息的图层和要素管理能力，绘制虚拟电子围界，并赋予管理规则，此类事运行资源管控类要素信息。

空间大数据基准体系应该由以下几部分组成：

（1）空间坐标体系：无论地图建设亦或位置信息，都应该遵循统一坐标体系标准，两种坐标体系在地图服务上融合，会出现较大偏差现象，甚至会出现车辆正常行驶在服务车道，而在地图上显示的位置信息是车辆行驶在大海中。

（2）高程基准体系：高程基准体系主要用来统一各类资源海拔位置信息，避免原本在同一海拔高度行驶的不同车辆，会出现不同海拔信息。

（3）地图精度：机场场面运行活动管制具有特殊性，安全运行是底线和红线条件，因此地图精度误差尽量控制在厘米级，高精度地图匹配高精度定位终端，才能实现运行位置信息的精准还原，实现精细化管理和运行监控的目标。

（4）定制标准体系：标准体系主要是空间数据的建设和运行维护标准，是为保证在空间数据变更的同时，更好的进行更新和维护，保证空间要素的准确性和一致性；另外，当其他应用有共享需求时，可统一进行对接、运行、维护管理。

4.2 时序大数据建设和管理内容

时序大数据建设主要内容如下：

通过与空管系统对接，实现航班基本信息、运行位置、速度、高度等信息的获取；

通过安装北斗卫星车载终端高精度定位设备，实现车辆位置的精准获取；

通过便携式北斗卫星人员定位终端设备，实现人员位置信息的获取。

时序大数据的基准体系应该由以下几部分组成：

统一的坐标体系、高程基准体系，具体原因请参照空间大数据建设和管理内容阐述部分；

不同位置数据的融合体系：时序大数据包含航班、车辆、人员等多种时序要素，各个要素之间时序大数据关联密切，因此，需要对不同位置数据进行充分融合，真实呈现时序大数据所描述的信息；

位置数据共享交换体系：机场的本质是对不同要素，例如航班、人、车辆等要素的位置信息的管理，因此，其他机场专业性运行管理应用系统也会有迫切的位置需求，时序大数据建设不仅仅为机坪安全运行管理提供服务，应该统一封装，并以统一的标准进行共享，促进机场的智慧化转型。

5 时空大数据的应用

针对航班信息不透明、机坪车辆精细化管理难、三是协同作业难、安全风险管理难等机坪安全运行管理过程中的痛点难点问题，时空大数据应用的基本逻辑架构如图2所示。

图2：基本逻辑架构

总体逻辑架构为五层两翼：

感知层：利用系统对接交换、物联网的北斗卫星定位终端的方式，实现航班、车辆、人员等动态资源感知；利用地理信息，实现静态的机场运行物理环境的感知；

数据层：包括静态物理环境的空间大数据、采集的动态资源的时序大数据、动态运行资源运行调度作业产生的运行大数据、以及安全管制产生的安全大数据；

服务层：包括为支撑机坪安全运行管理的静态的空间服务和动态的时序服务，并可共享给其他系统进行应用；

应用层：对航班、车辆、人员等动态资源运行状态监控的运行状态监控应用；结合机场管理规定和国家、行业法律法规和标准规范产生的安全运行管制应用；对航班、车辆、人员等动态资源运行状态进行还原的运行轨迹复盘应用；便于管理者进行作业派工等方面进行服务的生产作业调度应用以及对运行违规行为查处的违规运行查处应用。

标准规范体系：包括时空大数据建设、运行、维护的标准规范体系；数据共享交换规范体系、系统应用规范体系、用户权限体系、信息安全体系等内容，以上标准规范根据国家、行业相关规定，结合机场实际情况进行制定、推广和实施；

运行管理体系：在运行管理过程中所遵循的国家法律法规、行业标准规范和机场管理规定以及系统运行管理规定。

5.1 运行状态监控

南京禄口国际机场运控指挥中心充分利用时空大数据结合，在一张图中实现航班、车辆、作业人员和管制违章信息可视化呈现。如图3所示。

图3：时空数据在运行状态监控应用的示意图

5.1.1 位置信息可视化

在高精度地图服务中，可真实呈现航班、车辆、人员的位置信息，例如航班的起降、滑行、车辆停止、运行等信息，解决因车辆多无法进行精细化管控的需求。

5.1.2 作业信息可视化

基于空间大数据的要素管理能力，可呈现航班、车辆、人员的具体属性信息，例如航班号、起降时间、车辆牌照号码、车辆行驶时速、作业状态信息等，实现对作业信息精细化管控，为作业指挥调度和安全运行管理奠定基础。

5.1.3 航班预达信息推演

根据航班前站起飞时间、时速、航线、航路和高度信息，结合其他航班起降信息，对航班预达时间进行推演预测，并将预达时间向运控、机务以及地服部门进行共享，避免因无法掌握航班预达时间，航班保障服务资源提前等待，闲置现象导致的保障资源浪费。

5.2 运行轨迹复盘

如图4，基于感知层获取的时序数据在数据层进行存储，在空间服务中可对航班、车辆、人员等动态资源的运行轨迹进行复盘呈现，不仅仅对运行时速、运行路线等信息进行复盘，也可结合运行大数据，对作业信息进行复盘呈现，基于运行轨迹复盘，进行如下分析研判和安全管理场景应用：

图4：时空数据在运行轨迹复盘应用的示意图

（1）对滑行道的利用效率进行分析，提高滑行道的利用效率；

（2）对机位的利用效率进行分析，提高机位资源的利用率；

（3）结合一定时间内的时序数据，复盘多个航班运行轨迹，对滑行路径合理性进行复盘分析，从而提高航班运行效率，降低航班油耗；

（4）结合一定时间内的时序数据，对车辆运行轨迹进行复盘，掌握车辆急刹车、增速等情况，一方面可以保障车辆资源的持久健康运行，另一方面为节能减排提供分析依据；

（5）对车辆超速、越界、与航班距离过近等行为进行复盘，作为违规驾驶作业查处的证据链条。

5.3 安全运行管制

如图5，基于空间大数据提供的图层管理能力，可对不同的图层设置不同的管制条件，并结合报警策略，进行报警提示设置，当获取到的时序数据不符合空间数据管理规范时，进行报警提示，以解决运控中心在机坪生产作业安全管理难的痛点，确保安全运行底线条件，以下是几个示例场景：

图5：时空数据在安全运行管制应用的示意图

（1）跑道周边可进行图层绘制，并设置为车辆禁入区、并通过时序运行数据进行自动计算，如车辆运行速度，当车辆即将接近跑道管制区域时，管理者和作业者终端设备分别进行报警提醒，避免跑道入侵事件发生；

（2）车辆活动区域根据服务车道进行图层绘制，并对行驶时速进行设置，并通过时序运行数据进行实时监控，当车辆行驶速度超过此区域设置的速度限制时，管理者和作业者终端设备分别进行报警提醒，避免因超速驾驶产生安全风险；

（3）获取航班位置数据，并为通用机型设置电子围界，对航班移动和静止状态设置不同的管制规则，当航班移动时，可视为一个移动围界，当航班静止时，则可视为一个静止的围界，也可考虑针对不同的车型设置不同的管制规则，如行李车接近航班作业距离与客梯车作业距离限制规则不同，基于时序大数据的获取，结合车辆速度进行计算，当车辆即将过超过航班接近距离时，管理者和作业者终端设备分别进行报警提醒，避免因车辆距离航班过近产生车辆剐蹭航班行为；

（4）对道路设置停止等待线，基于时序大数据获取的车辆运行数据，当车辆接近停止等待线时，对驾驶员进行提醒，避免因不遵守交通规则产生过的安全风险。

以上安全运行管制产生的数据均在数据库中进行记录，一是作为违章驾驶查处的依据，二十作为分析研判的数据来源，对于一些经常违规的驾驶者和驾驶场景进行分析，提高机坪安全生产作业能力，也可结合车内视频监控设备，进行视频边缘计算，进行人工智能分析，对于驾驶者疲劳驾驶等行为进行提醒，将安全风险苗头前置，防患于未然。

5.4 违规运行查处

如图6，基于时序大数据记录的车辆、人员的运行状态信息，可在地图服务上进行实时还原，结合安全运行管制数据，可以对违规运行行为进行自动提取，并填充到违规运行电子台账中，通过加入人工干预策略，管理者可以在违规运行电子台账中查看违规运行数据，并通过时空大数据在运行轨迹复盘的应用，进行运行轨迹复盘，核实车辆或人员是否有违规行为，当核实确定后，可关联违章的运行轨迹，作为证据链的一环，并关联机场具体的违章管理和扣分规定，对驾驶员或工作人员进行违规运行查处，基于业务闭环的考虑，应增添如下应用场景：

图6：时空数据在安全运行管制应用的示意图

（1）基于时空大数据，对违规多发区域进行分析研判，当发现多发区域时，对此区域进行管理，并进一步核实安全运行大数据，分析此区域多发违规作业行为的根因；

（2）基于时空大数据，对违规多发的人员和部门进行分析，对于违规作业行为排行榜前列的人员、部门进行重点关注，并加强培训考试和安全意识宣贯；

（3）增加违规运行管理预警应用，当某一驾驶员或工作人员违规行为扣分达到阈值时，重点进行培训、考试以及安全意识宣贯，必要时进行停工培训；

（4）增加线上培训考试应用，增强业务能力和安全运行能力。

5.5 生产作业调度

南京禄口国际机场机坪作业生产调度主要思路基于PDCA闭环管理理念，基于WEB端和移动端结合，WEB指挥调度通过WEB端，利用时空大数据筛选能力，对空闲和作业车辆进行筛选，并指派指挥调度任务，在任务执行过程中在一张图中对车辆的运行轨迹、任务执行情况进行监控，并对任务执行情况进行确认回复，移动端通过手持终端或平板等作业设备对任务进行接收，并查看保障任务位置信息，利用时空大数据导航能力，进行导航，并对周边航空器接近、超速、越界等进行报警提醒，实时上报任务执行情况，实现生产作业调度任务的闭环管理。

5.5.1 作业区域划分

基于空间大数据的图层管理能力，在机坪作业区进行图层绘制，划分不同的区域，并根据区域对不同的人员、车辆赋予作业职责权限，使空间信息与作业信息进行绑定。

5.5.2 自动作业调度

基于时空大数据对航班信息进行绑定，当航班指派停航区域时，进行作业人员车辆匹配，并基于时序大数据进行作业状态检测，筛选当前空闲资源进行过航班保障作业，并进行提示。

5.5.3 手工作业调度

当有紧急调度任务场景出现时，且当前运行保障资源已经无法满足保障需求，可基于时序大数据计算能力，筛选当前空闲的作业资源，并基于空间大数据的计算能力，计算此时最近的计算资源，进行推荐，后续可实现端到端的任务派发、接收、上报、跟踪的闭环管理。

5.5.4 除冰雪指挥调度的应用

南京禄口国际机场结合实际业务情况，在除冰雪指挥调度作业过程中，基于web端，整合机场需要除冰雪航空器、机位信息、作业车辆、作业车辆除冰液等信息，在可视化页面进行除冰机位分配、引导车引导飞机调度指挥、除冰雪作业任务分配、除冰雪任务监控、除冰雪资源监控，将任务过程中的资源进行可视化信息共享与监控，实现了时空大数据在除冰雪指挥调度过程中的深度应用。

5.5.5 航情通告调度的应用

南京禄口国际机场在航情通告中，依据时空一张图，实现对机坪、跑道等资源施工作业需求收集、审批、航情通告发布、施工过程监控的线上流程一体化运行管控；当航情通告发布后，所施工维修区域自动生成电子围界并进行共享发布，当车辆等资源接近电子围界自动进行报警提示，加强了安全运行管理。

5.5.6 作业调度分析研判

基于时空大数据强大的分析研判能力，可结合以下场景进行分析研判：

基于时序大数据存储的运行作业信息，可对车辆、人员的工作时间进行分析研判，计算作业时间靠前的运行保障车辆、人员信息；

基于时空大数据记录的位置信息，可对车辆、人员的移动距离进行分析研判，作为工作量考核的一个参考条件；

对于航班保障流程，基于时序大数据记录的保障时间，匹配不同的航班保障类型，进行标准保障时间分析研判，并匹配每个车辆、人员在该环节的保障时间，作为工作效率考核的一个参考条件；

基于以上几个条件，进行综合计算分析，同时结合工作时长和工作效率两个向量，进行分析研判，作为考核的最终指标。

6 结束语

基于时空大数据在机坪车辆运行管理的应用，主要实现了以下几方面价值：

信息整合：实现车辆信息全方位、全链条数字化管理。

统一管理：实现不同单位、部门、车种的统一管理。

数据共享：打破系统壁垒，实现车辆运行管理数据的交互与共享。

提升效率：线上沟通指挥调度的方式提升工作效率。

安全作业：避免跑道入侵、航空器剐蹭等大型事故发生。

在未来可以结合时空大数据，基于机场的物理构造，例如跑滑道布局；资源规则，例如机位的停靠规则；航班运行数据，如航班跑滑的时速以及安全距离，结合航班计划，对机场未来的航班运行效率进行推演预测，实现时空大数据的高阶推演能力。