基于射頻識別的登機橋靠橋定位系統研究

施穎東

上海機場建設指揮部 上海 201207

活動登機橋靠橋時擦碰航空器的事故約占活動登機橋失誤的99%，并將最終導致航班延誤。2005年，廣州白云國際機場的登機橋廊橋垮塌，原因是客艙清潔人員將垃圾放在客艙門口的感應器旁，導致感應器向登機橋發出信號。活動登機橋接收到信號，即向飛機門靠攏，發生碰觸，使得門艙與機身分離，登機橋下沉。另上海浦東國際機場也于2014年發生過飛機與活動登機橋的碰擦事件，所幸飛機速度較慢未造成嚴重后果。

1 活動登機橋的操作規程分析與存在的問題

1.1 活動登機橋靠橋操作規范

為降低登機橋碰擦航空器的風險，目前國內的登機橋操作規范要求操作員必須在航班到達前10 min到崗，進行靠橋測試。待航空器停穩，先目視及通過監控屏幕觀察有無人員、車輛等障礙物妨礙登機橋運行，然后調整輪架角度，緩慢接近航空器。在接近航空器50 cm處停橋，并精調橋頭角度、高度，最后低速前進靠橋。若在距離航空器50 cm內發現角度不符，則必須后縮至50 cm之外調整。靠接完畢后，需保證平臺與機門下沿有10～15 cm的高低間隙、5～10 cm的水平間隙，輪位表保持在0～12.5°。待遮篷放倒在航空器上后，通過開關轉向“自動”模式，再次通過調平輪檢查橋身狀態。整個靠橋過程需在2 min內完成。

活動登機橋現均配備視頻探頭、測距雷達、紅外線探測儀、防撞探針、行走機構保險杠等設備，輔助操作員避免登機橋發生碰撞事故。

1.2 活動登機橋靠橋存在的問題

活動登機橋靠橋作業自動化程度低。就操作規范而言，絕大多數情況下依賴經驗判斷，規范中的“50 cm” “10～15 cm”等登機橋定位數值僅憑操作員目測，極易受經驗、天氣、飛機涂裝及環境照明影響。而多種輔助設備主要包括雷達、紅外、視頻攝像、預警探針等卻只能提供相對位置關系及障礙物的預警信息，無法給出定位信息。由此可把實際操作過程中的問題歸納為：

1）培養難。靠橋操作難度高，操作煩瑣，需要對操作員進行專項培訓后方可上崗，并且經過培訓的熟練工非常稀缺。

2）無法定位。登機橋防撞設備多為被動預警，只提供有障礙物的防撞或防撞保護，仍無法提供登機橋或飛機艙門的定位信息，定位過程依舊靠人工肉眼判斷。

3）到崗慢。由于機場面積大，橋位眾多，橋與橋之間間隔一般有50 m左右，加之航班量大，造成操作員在工作中每日的步行距離大，到崗響應速度慢。

4）誤判多。目前航空器外表面有各種不同的噴涂，深色系在夜間造成肉眼通過監視器識別困難，淺色系在強烈的陽光下也會對距離判斷造成一定的干擾。很多操作都必須通過經驗的積累才能使操作員判斷準確。

5）易干擾。雷達和紅外線也極易受天氣，如雨雪和機艙表面附著物的影響，進而給操作員帶來不準確的信息。

目前每年在制度完備、設備先進的樞紐型機場，依舊會有0.5～1起該類事故的發生，對比北京、上海、廣州和深圳等城市的機場每年的航班量與近機位靠橋的比例，其實該事故率已經非常低了，但由于一旦發生事故，影響很大，所以仍然是目前機場運營方面關注的重點。

2 RFID定位原理及機場應用現狀

2.1 RFID定位技術簡介

射頻識別（radio frequency identification，RFID）電子標簽技術分為有源和無源兩類，有源RFID是指其標簽有主動發送信號的功能，而無源RFID是指其標簽只有接收到信號時，才會發出反饋信息給信號發射器。同時，RFID電子標簽按讀寫功能可分為一次性RFID標簽和反復擦寫RFID標簽。一次性RFID標簽即寫入后不可更改信息的標簽，反復擦寫RFID標簽則可通過信號發射器反復將信息寫入。

多個RFID信號發射器在接收到同一個標簽發出的反饋后，可經過反饋的時延，判斷標簽距信號發射器的遠近，進而通過計算得出標簽的具體位置。若單個信號發射器，在發出的信號被RFID標簽接收到后，標簽將反饋單個信號給信號發射器，信號發射器通過計算發出與反饋信號的時間差，并與電磁波在空氣中傳播的速度相乘，即可得出標簽距離信號發射器的遠近。若空間中有2個信號發射器同時對1個標簽發出了信號，則系統通過計算，即可定位該標簽位于平面上的2點，在三維空間中，則可確定在1個圓形的圓殼上。若空間中有3個信號發射器同時對1個標簽發出信號，則可將該標簽的位置確定在平面上的1點上，或三維空間的3個球形的2個交點上。若空間中有4個信號發射器同時對1個標簽發出信號，則能將該標簽的位置確定在三維空間的1點上。通過不斷發射信號，可以不斷修正位置信息，使得標簽的位置實時更新。空間內已知3點可確定一條直線的位置，已知3點則可確定一個平面。

2.2 RFID定位技術在機場的應用現狀

RFID定位技術目前廣泛應用于物流領域，在機場則應用于旅客行李的追蹤上[1]。其通過將RFID電子標簽整合進紙質行李條碼內，為每一件行李提供綁定的電子標簽，進而在出發機場、飛機、目的地機場通過RFID信號發射器對電子標簽進行追蹤識別。但由于各地機場發展階段的不同，目前絕大多數機場都未配備RFID系統。同時，雖然單個電子標簽價格低廉，但為一次性使用的標簽，額外的使用成本也令一些大型航空公司及幾乎所有廉價航空公司望而卻步，所以RFID定位技術在行李系統的應用并未得到全面拓展與認可。

3 建立基于RFID的登機橋靠橋定位系統

3.1 基于RFID的登機橋靠橋定位系統

3.1.1 RFID定位系統設置

飛機機身一般為圓柱形，其艙門形狀為圓柱形外表面的一部分，其中上下邊沿為直線，左右邊沿為圓弧形。可將RFID標簽分別設置在上、下邊沿與左側邊沿的夾角上（A、B），以及右側邊沿的中心位置（C），如圖1所示。這樣通過3枚標簽即可確定艙門位置。在3個RFID標簽內可同時寫入3個標簽各自的編碼以及互相的位置關系。

在活動登機橋的接機口、轉臺設置4個RFID信號發射器，如圖2所示。發射器W布置在轉臺水泥底座上，發射器X布置在轉臺頂，發射器Y布置在行走機構兩輪中間的馬達位置，發射器Z布置在接機口底端。確保4個發射器不在同一個平面內，否則同一個標簽會有2個定位信息。

3.1.2 RFID定位系統定位及操作

在具體定位過程中，4個發射器根據行走機構及轉動機構更新自己的位置信息后，對飛機艙門上的3個RFID標簽分別定位，同時對RFID標簽內的位置信息進行讀取，然后修正自己的定位結果。這樣即使某個RFID標簽無法正常工作，原則上只需要任意2枚標簽即可完成對艙門的定位。其定位精確度可在1～10 mm之間，符合操作規范的要求。

在確定艙門位置后，可通過控制系統自動將活動登機橋伸展至艙門位置與飛機對接，同樣根據艙門位置，先調整輪架角度，然后低速靠橋。待到距離航空器50 cm處需再次驗證位置信息以及檢查活動登機橋自身位置狀態，該步驟可通過人工授權確認位置，最后精調橋頭角度、高度后，低速靠橋，完成靠接。

在靠橋操作過程中，依然需要其他設施或人工輔助以確保在登機橋移動過程中地面沒有障礙物，否則將自動終止靠橋作業，需人工授權后返回初始位置重新靠橋。

3.2 RFID登機橋定位系統的特點分析

1）成本低廉。目前RFID技術已十分成熟，電子標簽的價格約為0.1元人民幣，而且安裝在飛機上的電子標簽可反復讀取信息。

2）安全性高。RFID信號不受障礙物影響，不受天氣及可見光影響。其系統頻率也與其他民用系統錯開。

3）定位精確。RFID的定位精度可在1～10 mm之間，遠高于人工肉眼判斷。

4）耐用性好。RFID標簽結構簡單，可耐受飛機飛行時的極端天氣，不易損壞。

5）系統冗余高。安裝在多個活動登機橋上的RFID發射器可構成RFID網絡，在實際定位過程中，可協助鄰近登機橋完成定位。

4 結語

本文主要利用RFID定位技術，嘗試解決實際在運營過程中遇到的活動登機橋靠橋難的問題，為相關生產人員提供了可靠的定位航空器及活動登機橋的手段，輔以其他防撞預警設施，可大幅縮減對熟練操作經驗的需求，減少事故的發生。