機場空間信息服務平臺研究與應用

張立斌　劉文龍

【摘 要】 機場空間信息服務平臺集定位信息、地理信息、業務信息等于一體，是構建機場空間實體的透明化管理體系，提升機場服務水平的核心，也是機場信息化發展的根本需求和必然趨勢。本文首先介紹了機場業務的需求，其次介紹了機場空間信息服務平臺架構，指出了其中的關鍵技術，最后介紹機場空間信息服務平臺當前的應用情況，并進行了總結。

【關鍵詞】 地理信息系統 機場 業務數據 空間數據 融合

0 引言

近年來，我國民航事業取得了巨大發展，航空成為人們出行的重要途徑。而客流量的快速增長也對機場的現代化管理與服務提出了巨大挑戰。以智能化為特征的新一代信息技術正在引發民航事業發展方式的深刻變革，智慧發展成為落實科學發展觀，提升機場管理與服務水平，加快發展方式轉變，建設世界一流航空港，實現跨越發展的新思路、新方法和新路徑。全面、深入地拓展機場空間信息資源，構建機場空間實體的透明化管理體系，增強機場“空中、地上、地表、地下、室內、室外”四縱兩橫六位一體全生命周期空間實體信息資源的集成、融合、共享與應用水平，實現機場的動態感知、精細管理、防范預警、前瞻決策，是機場信息化發展的根本需求和必然趨勢。為此，集定位信息、地理信息、業務信息等于一體的機場空間信息服務平臺成為機場信息化建設重要內容和前沿領域[1]-[3]。本文以首都機場為例，首先介紹了機場對空間信息服務的需求，其次介紹了機場空間信息服務平臺架構及關鍵技術，最后介紹了首都機場LBS的應用情況。

1 機場業務需求分析

在國際上，世界各國都在加強機場空間信息基礎設施建設和應用，美國等已制定了相對系統的國家規范標準，并啟動了一系列的大型空間信息相關的建設計劃。在我國航空及相應的基礎設施事業飛速發展的今天，抓住戰略機遇，建設機場空間信息基礎設施，是促進機場朝著國際一流航空樞紐發展的重要支撐。

北京首都機場已發展成為國際第二大機場，每天1600架次航班進出港，每天進出的社會車輛有10余萬輛、場內運行的車輛近3700輛，每天進出首都機場旅客以及接送人員將近36萬、在航站區服務的人員接近3萬，15萬行李輸送。同時，機場區域內聚集了大量的、種類各異、復雜程度和安全系數很高的各類公共設施設備、各類管線，這些基礎設施資源在地上、地下星羅棋布，錯綜復雜。因此，迫切需要利用現代地理信息系統技術實現對機場的航空器、人員、貨物、車輛等機場四大業務實體的管理，促使機場減少和規避安全隱患，提高基礎設施、資產設備的保障能力，增強機場運營和監管體系。

因此，研究機場空間信息服務的關鍵技術、研發業務化的機場空間信息服務平臺，成為機場研究的重點問題，機場空間信息服務服務平臺及關鍵技術正在引發民航事業發展方式的深刻變革，提升機場管理與服務水平，加快發展方式轉變，建設世界一流航空港，實現跨越發展的新思路、新方法和新路徑。全面、深入地拓展機場空間信息資源，增強機場“空中、地上、地表、地下、室內、室外”四縱兩橫六位一體全生命周期空間實體信息資源的集成、融合、共享與應用水平，實現機場的動態感知、精細管理、防范預警、前瞻決策，是機場信息化發展的根本需求和必然趨勢。

2 平臺架構

機場空間信息服務平臺主要面向“航空器、人流、貨物流、車輛流”機場四大業務實體，針對“空中、地上、地表、地下、室內、室外”六類機場空間。該平臺從機場地理信息系統（Geographic Information System，GIS）總圖系統出發，建立了全覆蓋的機場地理空間信息機場設施，構建面向機場凈空管理、飛行區資源管理、飛行區車輛調度與監控、旅客個性化位置服務等重大需求的業務運行系統。機場地理信息系統建設的總體架構見圖1，可滿足機場運行管理與服務的以下功能：

（1）增強機場空間信息獲取與處理能力。

（2）建設全覆蓋的機場空間數據庫管理與服務體系。

（3）提升機場空間信息綜合利用與科學決策水平。

（4）協助開拓機場空間信息應用服務領域。

3 機場空間信息服務平臺關鍵技術

3.1 機場GIS關鍵技術

GIS是機場空間信息服務平臺的核心，隨著機場各類業務的發展，GIS作為現代化機場管理的重要技術平臺已經逐步融入到各個業務系統當中。機場GIS不單單只提供地理信息，而是將地理信息與其它位置信息、業務信息融合，進而挖掘出更具意義的信息。機場GIS的關鍵技術如下：

（1）大型樞紐機場多源業務數據與空間數據融合方法。安全、高效、順暢的機場運營需要先進的技術手段將航班流、人流、車流、物流進行有效地集成，實現精細化的管理。大型樞紐機場多源業務數據與空間數據融合方法需實現業務數據空間屬性與空間基礎地理信息的融合、業務主題信息與空間基礎地理信息的融合、業務數據時間信息與空間基礎信息的融合。

（2）基于機場業務深度擴展線分類法的地理信息分類與編碼。根據機場業務特色和地理信息知識，結合國家相關的國土地理信息分類代碼、國際民用航空公約技術附件和民用航空業行業標準，發展深度擴展線分類法。深度擴展線分類法，是對現有的線分類法進行擴展，容量在不進行橫向擴充的前提下，能夠容納比原有規模更大的內容，保證分類擴展性，能夠充分地容納目前和將來一段時間內機場業務的地理信息分類需求。

（3）基于位置信息的機場大人流群體行為動態監測與分析技術。機場大人流群體行為動態監測與分析可對安檢區、出租車區等關鍵地區的人流數量與排隊時間進行預測與估計，提升旅客服務質量。該技術結合機場實際應用需求和發展態勢，從行為軌跡特征分析、群體移動規律發現和社會活動模式挖掘等三方面出發，采用統計學習、行為動力學、時間序列分析、空間數據分析以及多維分析等技術方法，在用戶興趣發現、檢測群體行為、服務改進和異常行為檢測等方面進行研究。endprint

3.2 基于Wi-Fi的室內精確定位技術與平臺

定位信息是空間信息中的核心信息。在停機坪等室外空間，可采用成熟的衛星定位技術，而機場大量的室內空間也需要進行精確定位。由于在手機用戶方面，Wi-Fi使用比例最高，因此機場采用Wi-Fi進行精確的室內定位。

室內位置信息平臺構架如圖2所示，在無線局域網絡訪問點（AP）掃描人員攜帶的終端（手機、定位卡或腕帶）的信號，將數據傳送給定位服務器，定位服務器根據信號的強弱或信號到達時差計算出人員的位置。

4 機場空間信息服務應用

基于機場空間信息服務平臺，首都機場實現了飛行區資源管理、車輛運營精確監控、飛機場旅客個性化推送與服務等多項應用。

4.1 飛行區資源管理應用

為了進一步提高飛行區管理的效率，基于首都機場已經建有的差分基準站（差分改正數據支持下的GPS系統定位精度達到亞米級），通過GPRS網絡實時廣播推送差分改正校準信號，研發了高精度手持服務終端，如圖3所示。現場作業人員利用手持終端，實現了室外現場辦公。通過手持終端，現場值班人員能及時將采集到的數據發回管理中心，也通過手持終端接受相應的數據，相關數據展現在手持終端地圖上面，使現場人員可以實時進行可視化操作，極大的提高了現場人員的工作效率和作業半徑。

4.2 高精度車輛調度跟蹤

根據機場飛行區高度安全的需要，合應用GPS定位監控技術、通信、智能控制等技術，研制了高精度車輛調度與跟蹤用戶終端，如圖4所示。基于終端上報的信息，通過后臺實現對首都機場飛行區內部及車輛進行實時監控和管理，包括車輛實時跟蹤定位、車輛歷史軌跡回放、車輛超速越界報警等功能，平均誤差小于1米。同時，增加了信號處理和野值剔除等處理方法，排除了在復雜環境下（信號傳播、遮擋、多路徑等）造成的定位信號漂移情況。

5 結語

本文以首都機場為例，介紹了機場空間信息服務平臺與應用的情況，包括機場空間信息服務平臺的總體架構、關鍵技術及目前的應用情況等。機場空間信息服務平臺是GIS在現代機場運營管理與服務中的應用，集成了機場總圖管理、場內復雜環境下的實時定位、精確地理信息服務推送等多項關鍵技術，在大型機場地理空間數據庫平臺和凈空管理、飛行區資源圖形化管理、飛行區車輛調度與監控、旅客個性化機場位置地圖服務等方面取得了良好的應用效果。隨著機場現代化服務需求的不斷提升，基于該平臺，還有更多的應用系統值得機場去探索、開發。

參考文獻：

[1]畢俊.基于GIS技術的機場基礎設施管理[J].測繪科學，2006，S1：1.

[2]秦言磊.基于VSAT/GIS的機場場面監視與管理系統的研究與開發 [D].南京航空航天大學，2007.

[3]丁立虎，王治.GIS在機場規劃中的應用研究[J].基建優化，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的室內精確定位技術與平臺

定位信息是空間信息中的核心信息。在停機坪等室外空間，可采用成熟的衛星定位技術，而機場大量的室內空間也需要進行精確定位。由于在手機用戶方面，Wi-Fi使用比例最高，因此機場采用Wi-Fi進行精確的室內定位。

室內位置信息平臺構架如圖2所示，在無線局域網絡訪問點（AP）掃描人員攜帶的終端（手機、定位卡或腕帶）的信號，將數據傳送給定位服務器，定位服務器根據信號的強弱或信號到達時差計算出人員的位置。

4 機場空間信息服務應用

基于機場空間信息服務平臺，首都機場實現了飛行區資源管理、車輛運營精確監控、飛機場旅客個性化推送與服務等多項應用。

4.1 飛行區資源管理應用

為了進一步提高飛行區管理的效率，基于首都機場已經建有的差分基準站（差分改正數據支持下的GPS系統定位精度達到亞米級），通過GPRS網絡實時廣播推送差分改正校準信號，研發了高精度手持服務終端，如圖3所示。現場作業人員利用手持終端，實現了室外現場辦公。通過手持終端，現場值班人員能及時將采集到的數據發回管理中心，也通過手持終端接受相應的數據，相關數據展現在手持終端地圖上面，使現場人員可以實時進行可視化操作，極大的提高了現場人員的工作效率和作業半徑。

4.2 高精度車輛調度跟蹤

根據機場飛行區高度安全的需要，合應用GPS定位監控技術、通信、智能控制等技術，研制了高精度車輛調度與跟蹤用戶終端，如圖4所示。基于終端上報的信息，通過后臺實現對首都機場飛行區內部及車輛進行實時監控和管理，包括車輛實時跟蹤定位、車輛歷史軌跡回放、車輛超速越界報警等功能，平均誤差小于1米。同時，增加了信號處理和野值剔除等處理方法，排除了在復雜環境下（信號傳播、遮擋、多路徑等）造成的定位信號漂移情況。

5 結語

本文以首都機場為例，介紹了機場空間信息服務平臺與應用的情況，包括機場空間信息服務平臺的總體架構、關鍵技術及目前的應用情況等。機場空間信息服務平臺是GIS在現代機場運營管理與服務中的應用，集成了機場總圖管理、場內復雜環境下的實時定位、精確地理信息服務推送等多項關鍵技術，在大型機場地理空間數據庫平臺和凈空管理、飛行區資源圖形化管理、飛行區車輛調度與監控、旅客個性化機場位置地圖服務等方面取得了良好的應用效果。隨著機場現代化服務需求的不斷提升，基于該平臺，還有更多的應用系統值得機場去探索、開發。

參考文獻：

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[2]秦言磊.基于VSAT/GIS的機場場面監視與管理系統的研究與開發 [D].南京航空航天大學，2007.

[3]丁立虎，王治.GIS在機場規劃中的應用研究[J].基建優化，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的室內精確定位技術與平臺

定位信息是空間信息中的核心信息。在停機坪等室外空間，可采用成熟的衛星定位技術，而機場大量的室內空間也需要進行精確定位。由于在手機用戶方面，Wi-Fi使用比例最高，因此機場采用Wi-Fi進行精確的室內定位。

室內位置信息平臺構架如圖2所示，在無線局域網絡訪問點（AP）掃描人員攜帶的終端（手機、定位卡或腕帶）的信號，將數據傳送給定位服務器，定位服務器根據信號的強弱或信號到達時差計算出人員的位置。

4 機場空間信息服務應用

基于機場空間信息服務平臺，首都機場實現了飛行區資源管理、車輛運營精確監控、飛機場旅客個性化推送與服務等多項應用。

4.1 飛行區資源管理應用

為了進一步提高飛行區管理的效率，基于首都機場已經建有的差分基準站（差分改正數據支持下的GPS系統定位精度達到亞米級），通過GPRS網絡實時廣播推送差分改正校準信號，研發了高精度手持服務終端，如圖3所示。現場作業人員利用手持終端，實現了室外現場辦公。通過手持終端，現場值班人員能及時將采集到的數據發回管理中心，也通過手持終端接受相應的數據，相關數據展現在手持終端地圖上面，使現場人員可以實時進行可視化操作，極大的提高了現場人員的工作效率和作業半徑。

4.2 高精度車輛調度跟蹤

根據機場飛行區高度安全的需要，合應用GPS定位監控技術、通信、智能控制等技術，研制了高精度車輛調度與跟蹤用戶終端，如圖4所示。基于終端上報的信息，通過后臺實現對首都機場飛行區內部及車輛進行實時監控和管理，包括車輛實時跟蹤定位、車輛歷史軌跡回放、車輛超速越界報警等功能，平均誤差小于1米。同時，增加了信號處理和野值剔除等處理方法，排除了在復雜環境下（信號傳播、遮擋、多路徑等）造成的定位信號漂移情況。

5 結語

本文以首都機場為例，介紹了機場空間信息服務平臺與應用的情況，包括機場空間信息服務平臺的總體架構、關鍵技術及目前的應用情況等。機場空間信息服務平臺是GIS在現代機場運營管理與服務中的應用，集成了機場總圖管理、場內復雜環境下的實時定位、精確地理信息服務推送等多項關鍵技術，在大型機場地理空間數據庫平臺和凈空管理、飛行區資源圖形化管理、飛行區車輛調度與監控、旅客個性化機場位置地圖服務等方面取得了良好的應用效果。隨著機場現代化服務需求的不斷提升，基于該平臺，還有更多的應用系統值得機場去探索、開發。

參考文獻：

[1]畢俊.基于GIS技術的機場基礎設施管理[J].測繪科學，2006，S1：1.

[2]秦言磊.基于VSAT/GIS的機場場面監視與管理系統的研究與開發 [D].南京航空航天大學，2007.

[3]丁立虎，王治.GIS在機場規劃中的應用研究[J].基建優化，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