飛行區車輛定位監控系統架構及關鍵技術研究

張道玲

飛行區內作業車輛數量種類多，易發生碰撞，管理困難等問題顯著，有效定位監控飛行區車輛十分必要。文章調研分析了國內機場的飛行區車輛定位系統應用狀況，系統闡述了飛行區車輛定位監控系統模塊、功能以及架構，認為地基增加（差分）技術、無線數據鏈技術與大數據分析技術是實現該系統高效運行的關鍵技術。研究成果對飛行區車輛定位監控系統的發展具有借鑒意義。

飛行區;車輛;定位監控系統;架構

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0?引言

在我國航空運輸發展迅速的同時，相匹配的機場飛行區保障設備也快速增加。2014年，北京首都國際機場每天有1 600架次航班，場內運行車輛達到3 700輛[1]。在機場業務量急劇增加的情況下，飛行區內作業的車輛數量也越來越多，而提高飛行區車輛的安全管理十分迫切。目前，建立飛行區車輛定位監控系統是提高機場飛行區安全保障的有效措施，通過實時精確定位飛行區車輛的位置，主動提供預警和評估碰撞風險，并匹配高清晰度的可視化平臺，將有效提高機場運營安全等級與管理效率，提升機場的現代化、信息化、智能化管理水平。

本文系統闡述了飛行區車輛定位監控技術，調研了國內典型機場的定位監控系統的應用情況，并分析了系統模塊、功能以及架構，明確地面增強（差分）技術、無線數據鏈技術、大數據分析技術是車輛定位監控的關鍵技術。本文研究對機場開發飛行區車輛定位監控系統具有一定的借鑒意義。

1?國內機場應用實例

飛行區車輛定位監控系統是綜合應用全球北斗定位系統BDS和通訊、智能控制等技術開發的，服務于機場車輛的集定位、安全監測、控制和管理于一體的綜合信息處理系統[2]。歐美國家將飛行區運行車輛當作飛行區內移動目標的一部分，對車輛的監控主要采用場面監視雷達、多點定位技術或者廣播式自動相關監視系統等技術。我國民航機場主要是基于BDS高精度定位系統來實現對飛行區運行車輛的實時監控。

1.1?首都機場

首都機場通過建設差分基準站等逐步建成了“機坪車輛高精度GPS跟蹤管理系統”。該系統通過抗干擾高靈敏度接收機、聯合慣性導航、后臺軟件算法優化等多種手段解決衛星信號不穩、車輛定位位置漂移等問題，實現了對場內機動車的高精度實時定位跟蹤、軌跡記錄、超速報警和越界報警等功能。

1.2?重慶江北機場

該機場最早由民航二所承建其車載調度系統，實時采集發布動態航班信息、車輛保障任務分派、工作完成情況反饋系統，從而實現車輛保障任務的實時監控。但由于定制的車載終端功耗較大，該系統已停用，規劃建設的新系統將采用重慶機場TD-LTE無線專網作為無線數據鏈承載平臺。

1.3?天津機場、呼和浩特機場

這兩個機場均采用北京智能航空系統公司的車載定位監控解決方案，其最大特點是提供一個無線專網作為數據鏈承載平臺，并有0.1 m、1.5 m和5 m三個不同等級的車載定位終端可選。

1.4?昆明機場

昆明機場在地面運行管理系統中集成了車輛定位監控功能，使用BDS技術跟蹤車輛速度和位置，設置電子圍欄，實時通過車輛終端進行語音通知和使用危險區域提示功能。該系統使用運營商4G網絡作為無線數據鏈承載平臺。

2?系統介紹

2.1?系統模塊

基于BDS的車輛監控系統主要由三個模塊組成：第一模塊是安裝在車輛上的車載終端設備，用于及時發送和接收衛星傳播數據;第二模塊是差分基準站，用于對衛星信號的補償和測算，可以提高GPS 終端設備的定位精度;第三模塊是后臺監控系統，通過系統軟件能夠實現對車輛的監控、預警和調度等。

2.2?系統功能

分析國內機場開發的飛行區運行車輛監控系統，其大致的功能分為實時報警、實時顯示、后臺自動記錄、多功能查詢、數據統計與狀態記憶等功能。

（1）實時報警：超速、超通行范圍、危險區域處靜止狀態等預設定管控項目的違規自動報警和語音提示功能。

（2）實時顯示：實時顯示所需監控對象運行狀況。包括車輛所屬單位、車輛類型、車號、實時位置、動靜態情況和自動報警信息。

（3）后臺自動記錄：所有車輛不間斷記錄運行動態軌跡和靜態信息。記錄數據保存不少于一年。

（4）多功能查詢：可以按單位、車型、車類、車號等查詢即時狀況和一定時間范圍內的歷史軌跡。中文查詢界面，操作簡易、便捷。

（5）數據統計、輸出、打印：各類數據統計表及數據輸出（Excel）和相關打印。

（6）不間斷電源或狀態記憶：綜合考慮車載終端不間斷電源或后臺狀態記憶等方式，保證系統能始終準確掌握車輛的位置信息。

（7）圖像縮放：后臺監控圖像根據需要進行縮放查看和截圖。

2.3?系統架構

飛行區車輛定位監控系統在各部分協調工作的基礎上，對信息進行采集、傳輸、儲存、分析反饋和可視化處理等。

2.3.1?信息的采集

主要通過BDS的車載終端設備采集飛行區內運行車輛的速度、位置等信息，用于及時發送和接受衛星傳播數據。車載定位盒如圖1所示。

2.3.2?信息的傳輸

要想獲取高精度的位置信息，需要依靠差分基準站對衛星信號的補償和測算，提高BDS終端設備的定位精度。目前，主要有運營商4G網絡及無線專網作為數據鏈承載的通訊平臺。

2.3.3?信息的儲存

采集的數據需要實時傳輸到監視平臺。由于飛行區車輛眾多，數據量較大，一般常采用大型Oricle數據庫或者云數據庫進行儲存。

2.3.4?信息的分析和反饋

通過后臺監控系統軟件可實現對車輛的預警和調度。依靠大數據技術對車輛運動的位置、速度、碰撞事故等進行綜合分析，形成相應的決策庫。基于目前采集的車輛信息，實時預判車輛運動趨勢，并預估碰撞風險，設置車輛運行的電子圍欄。同時，通過車輛終端實現語音通知和危險區域提示功能，實時反饋給車輛駕駛員。

2.3.5?信息的可視化

車輛位置信息的可視化需要基于整個飛行區的地圖，因此，飛行區的車輛監控系統需要配套的飛行區GIS地圖，并對其進行相應的二次開發，如圖2所示。

3?車輛定位監控系統關鍵技術

實現飛行區車輛監控和調度，離不開精確的定位及數據分析。目前，實現飛行區車輛定位監控系統的關鍵技術包括地基增強（差分）技術、無線數據鏈技術和大數據分析技術。

3.1?地基增強（差分）技術

地基增強（差分）技術的工作原理是將一臺接收機置于基準臺上，另一臺接收機置于運動載體（稱為移動臺）上，基準臺和移動臺同時接受同一時間、同一衛星發射的信號，基準臺所獲得的觀測值與已知精確位置信息進行比較，得到差分改正值，然后將這個改正值通過無線數據鏈及時傳遞給共視衛星的移動臺精化其觀測值，從而得到經差分改正后移動臺較準確的實時位置。見圖3。

地基增強（差分）技術的突出優點表現在兩個方面：（1）高精度。采用高性能雙頻機可達到2 cm+2 ppmXD，性能差的也能達到亞米級。（2）實時處理。對車輛的經緯度和高度三維坐標的刷新頻率可高達20 Hz。

3.2?無線數據鏈技術

實現地基增強（差分）技術的關鍵之一是無線數據鏈技術。基準臺要持續地將差分校正值傳送到移動臺，差分定位精度的好壞與差分校正值的更新率與數據傳輸的準確性密切相關，因此對無線數據鏈的要求是數據傳輸準確可靠，速度快。一般要求數據傳輸的波特率≥9 600，誤碼率應<10-7，差分數據的更新間隔應<10 s。

無線數據鏈目前已發展了3代：第一代為VHF/UHF數據廣播電臺及CDMA/GSM撥號數據連接;第二代為自2000年以來基于公網2.5 G的GPRS技術承載;第三代為近年來無線網絡技術的迅猛發展而催生的各種高速率的無線網絡制式。

3.3?大數據分析技術

飛行區車輛定位系統可采集海量的車輛位置、速度、軌跡等數據，通過匹配這些數據與車輛超界或碰撞等安全事故信息，可對飛行區車輛運行的安全和非安全狀態特征進行識別。依靠大數據技術將大量的狀態-結果進行綜合分析，可形成相應的飛行區車輛運行決策庫。在此基礎上，可根據目前采集的車輛信息實時預判車輛運動趨勢，并預估超界碰撞風險[3]。

4?結語

飛行區內車輛數量大、種類多，面臨碰撞沖突、運營安全隱患、管理困難等問題。我國民用機場飛行區車輛定位監控系統主要是基于BDS定位系統，可提供車輛的實時精準定位監控及調度服務。其中，地基增加（差分）技術、無線數據鏈技術與大數據分析技術是實現該系統高效運行的關鍵技術。未來，人工智能、物聯網及多源數據融合等技術也將在飛行區車輛定位監控上發揮更為廣泛的作用。

[1]張立斌. 機場空間信息服務平臺研究與應用[J]. 信息技術，2014（8）：29-31.

[2]陳?君. 車輛跟蹤管理信息系統在信息化機場的應用[J].計算機軟件光盤與應用，2013（1）：38-39.

[3]汪?偉，李向明. 淺談大數據在機場運行管理中的運用[J]. 民航管理，2018（1）：60-62.