基于物联网的智能航空地面设备安全运行管理系统

殷向东

(上海民航职业技术学院,上海 200232)

0 引言

2020年,民航局发布了建设“平安、绿色、智慧、人文”四型机场的五年纲要,其中“智慧机场”是指建设生产要素全面物联、数据共享、协同高效、智能运行的机场[1]。随着计算机网络技术的不断发展,物联网技术对智慧机场建设至关重要[2]。物联网是基于互联网、传统电信网等的信息承载体,可实现物与物、物与人的连接,在许多领域都有着重要的作用。近年来,随着物联网技术的发展,物联网已越来越多地被运用于航空运输的各个环节,也必将对航空运输的安全运行管理模式产生深远影响。航空地面设备是用于保障飞机地面运行的地面支援设备,主要包括各类特种车辆,是航空运输不可或缺的重要组成部分,其运行的安全和效率直接关系到航空运输的安全与效率。航空地面设备投资大、种类多、技术含量高、安全性能要求高,而机坪运行环境复杂、工作流程复杂、信息种类多且传递渠道复杂,对管理要求较高。

1 传统航空地面设备运行管理方法介绍

航空地面设备安全运行管理的传统方式主要包括维修管理和使用管理。

1.1 在维修管理方面

采取人工填写的方法编写设备技术档案,如以记纸质台账的方式记录航空地面设备的运行数据,再根据数据来确定保养期限。在这种数据记录工作中,一般由车辆操作人员在交接班时或每天工作结束后对各类车型的工作时间进行估算,再手工记录在台账上。其缺点如下:(1)台账的存放地点不同,记录数据的时间、方式、标准也不一样,不利于数据的集中管理;(2)由于每个人的估算标准不同,导致数据存在滞后、有人工误差的缺点。随着新能源航空地面设备的普及,传统手工记录仅能记录航空地面设备的工作时长,存在数据种类单一的缺点,远不能满足新能源航空地面设备的维修保养需要。此外,填写在纸质台账上的运行数据难以进行统计和分析。若要把长期纸质台账所登记的数据输入电脑再进行统计和分析,必将耗费大量人力和时间成本,其可行性较差。

1.2 在使用管理方面

传统方法通常是通过预先排班来确定航空地面设备的航班保障任务分配,并通过使用对讲机报告航空地面设备的工作进程和所在位置。由于缺乏实时性,这种管理方式缺点如下:(1)无法持续获得航空地面设备的行驶轨迹、航班保障进度等信息,航空地面设备的利用率比较低;(2)无法持续监控驾驶员工作状态和车辆技术状态,既不能预防事故发生,也难以有效调查事故原因。

2 基于物联网的智能航空地面设备安全运行管理系统

针对传统运行管理方式的不足,在新能源航空地面设备逐步普及的背景下,国内某大型机场利用物联网技术建立了新一代专业、智能航空地面设备安全运行管理系统,大幅提升了航空地面设备的信息化管理水平、运行安全和效率[3],并运用大数据为投资决策提供科学分析依据、降低车辆投资和运行成本,形成规模化科学管理效益。

该管理系统以模块化的方式应用物联网技术,这些模块主要包括:二次雷达多点定位系统、设备身份识别系统、卫星定位系统、数据传感器、视频监控系统、无线网络通信系统、广播式自动相关监视装置(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)、中央控制系统以及预警系统等[4]。每个模块即分系统都承担相应的任务功能:二次雷达多点定位和设备身份识别系统用于航空地面设备的身份识别和大概方位,卫星定位系统用于对航空地面设备的精确定位,数据传感器用于实时采集航空地面设备的各种运行数据,视频监控系统用于管理人员实时监控航空地面设备的运行情况及其操作人员的操作过程,无线网络通信系统将所有各类数据和视频信息实时传输至中央控制系统以及预警系统,中央控制系统以及预警系统对数据进行存储、分析、预警[5],广播式自动相关监视装置(ADS-B)为驾驶员提供可视化图形的辅助和指示,可有效地降低航空地面设备与地面飞机存在的严重危险(如碰撞、气流冲击和损坏等)[6]。在物联网技术的支持下,智能管理系统能够使每个模块充分协调发挥功能,对航空地面设备进行全方位的监控与管理,实现对航空地面设备作业的关键节点进行实时管控,同时通过大数据分析、处理,实现车辆业务流程的可视化、信息实时显示、数据在线查询、维护保养自动提醒、自动故障报警等。

2.1 数据统计

对不同类别的航空地面设备,根据其结构特点和工作方式实施精细化分类管理。对于长时间对接飞机或停靠飞机旁的气源车、电源车、空调车、除冰车、升降平台车、行李传送车等航空地面设备,重点统计和监控其使用时间(摩托小时)、平均使用时间、停用时间(月度/季度/年度);对于作业时对接飞机时间较短的食品车、行李牵引车、飞机牵引车、清水车、污水车、垃圾车等,重点统计和监控其使用次数和行驶距离。通过精细化分类管理,减少了车辆空置、降低闲置率,提升车辆使用效率、科学减少航空地面设备的数量配置。

2.2 可靠性分析

基于物联网的智能航空地面设备安全运行管理系统通过大数据分析每辆航空地面设备的首次故障发生时间、平均故障间隔时间、平均维修时间、平均故障停场时间、故障种类等,对设备的技术状态管理提供了基本保证,同时可计算出各种航空地面设备的耐久性、可维修性、设计可靠性、单位时间成本。这些数据将成为采购选型和投资决策的重要依据。

2.3 安全管理

2.3.1 操作人员授权资质的联网管理

所有操作人员都配备了身份识别卡,这张卡汇集了身份、职务、航空器活动区驾驶资格等信息。在操作任何航空地面设备之前,操作人员进入驾驶室后必须使用身份识别卡刷卡后才可以激活相应航空地面设备,这样可自动检测操作人员是否具备相应航空地面设备的操作资格,防止任何未授权人员擅自操作航空地面设备,同时管理部门也可实时监控、管理操作人员,如图1—2所示。

图1 驾驶室摄像头监控画面

图2 机坪摄像头监控画面

2.3.2 可视化监控

利用无线网络实现航空地面设备工作流程全过程的可视化监控,尤其是关键操作步骤的可视化监控。安装在航空地面设备上的视频监控装置把实时监控画面传送至调度中心的大屏幕上,管理人员可以随时查看每一辆航空地面设备驾驶室内外的工作场景。对于需要对接飞机作业的航空地面设备,如客梯车、食品车、飞机牵引车等,可通过视频监控装置实时监控、记录司机的日常驾驶、操作行为,为管理者监督操作人员严格按章操作提供了条件,并通过这些监控数据分析和考核操作人员的工作。如果出现设备刮碰飞机等安全事故,保存的监控录像将成为最重要的事故原因分析材料。

2.3.3 自动故障报警

为提高工作可靠性,航空地面设备的日常保养措施包括定期维护和使用前检查,这些措施无法及时把故障信息传送至调度中心。使用该系统后,航空地面设备在使用出现故障或故障征候时,不仅可以给操作人员报警,还能立刻对调度中心发出预警。例如,对于新能源航空地面设备,主要系统预警参数为电流值、电压值、液压压力值等,一旦出现参数异常,操作人员和管理人员均可得到报警。

2.4 自动调度

利用高精度卫星定位技术和二次雷达技术,航空地面设备的精确位置信息可实时传回调度中心,车身安装的各类可传感器可实时传回航空地面设备的技术状态信息,管理系统可自动检测航空地面设备是否处于工作状态,根据当天航班保障计划任务自动分配航空地面设备,有效解决航空地面设备在航班繁忙时的“挤兑”现象[7]。

2.5 维护管理

维护管理是保证设备良好技术状态的根本措施。对于传统燃油式航空地面设备,底盘的内燃式发动机和变速箱结构极为复杂,工作时处于高温、振动或摩擦状态,为保证有效、及时的冷却和润滑,通过安装在设备底盘上的数据传感器、无线信号发射器将机油温度、冷却液温度和空滤压差等关键数据即时传输给监控中心,并对设备运行时间自动累计计时,一旦数据达到设定值,监控中心将对驾驶员和管理人员发出警报。对于新能源航空地面设备,通过监控平台对航空地面设备的电池状态、充电桩及充电过程实施远程智能监控管理。通过无线传输的方式,结合充电桩形成的管理网络,将车辆运行和充电过程中的电池参数、位置、速度、车辆状态、故障等信息实时上传到监控管理平台,做到随时监控到每一台车、每一根桩的实时状况,实现电动车辆和充电桩的信息化、动态化管理,确保机坪车辆运行安全,防止出现过充电、过放电等电池损耗。

2.6 操作人员违章管理

建立每个航空地面设备操作人员的电子档案,档案不仅仅包含了其年龄、驾驶资质等常规信息,更详细记录了操作人员的机坪违章信息。当设备出现超速和未按规定路线行驶等违章行为时,二次雷达多点定位系统、卫星定位系统和设备身份识别系统将自动识别设备并记录违章行为。违章行为的扣分自动计入操作人员分值管理系统。该系统大大增加了操作人员严格遵守操作规则的自觉性和积极性,显著提高了航空地面设备的运行安全。

3 结语

在机场的复杂运行环境下,对于航空地面设备种类与数量众多的大型机场,基于物联网的智能航空地面设备安全运行管理系统可既可监控设备的技术状态又可以监控设备的位置和工作流程等信息,从而显著提升了航空地面设备运行的安全与效率。