智慧机场建设,永远在路上

2019-04-11 21:41:51 by 责任编辑

来源:中国民航网

前言

习近平总书记在中央政治局第九次集体学习时强调,加快发展新一代人工智能是我们赢得全球科技竞争主动权的重要战略抓手,要加强基础理论研究,加强人工智能和产业发展融合,加强人工智能同保障和改善民生的结合。

民航局局长冯正霖在加快民航基础设施建设工作会议上,要求机场业全力推进“平安机场、绿色机场、智慧机场、人文机场”建设,这是民航局首次明确提出建设智慧机场的任务。

笔者按照民航局提出的建设“平安机场、绿色机场、智慧机场、绿色机场”的要求,对什么是智慧机场进行了初步探索,认为智慧机场建设不是一蹴而就,毕其功于一役的事情,智慧机场建设是一个过程,而是随着科学技术的不断进步,逐渐进化。智慧机场建设,永远在路上。

一、什么是智慧机场

智慧机场到底应该是什么样子的,也是仁者见仁,智者见智。笔者以为:机场智慧化首先应该实现机场的自动化,智慧机场应该是“AI+auto”。当然也可以合二为一,同步实施。

1、智慧机场含义

按百度词条解释:智慧(狭义的),它是生物所具有的基于神经器官(物质基础)一种高级的综合能力,包含有:感知、记忆、理解、逻辑、辨别、计算、分析、判断、决定等多种能力。

早期机场运行非常简单,步行上下飞机,人工搬运货物,逐步发展到现在实现了机械化、半自动化。当前,大部分机场运行仍处于机械化、半自动化,自动化程度不高,机场运行很多工作处于人工操作阶段,智慧化道路依然漫长。

智慧机场应该是机场的最高境界了。机场智慧化应该是以A-CDM为核心,以大数据、云计算、移动互联网、物联网为支撑,实现机场自动化运行。简单的说,智慧化就是“AI+auto”,人工操作应逐渐退出机场的运行,人不再直接参与运行,人的作用就是监控系统的工作,并在系统发生故障的时候进行干预,恢复系统的正常运行。

如果认为机场实现了自助值机、自助行李托运、人脸识别通关、毫米波安检等设施就是智慧机场,那是将智慧机场简单化,降低了智慧机场的含意。

二、智慧机场前提

随着新技术不断应用到机场的运行当中,如:自助值机、人脸识别、自助行李托运,指纹识别、毫米波安检等,但仅有这些是不够的,还需一些其他的,才能使智慧机场更加完善。

1、室内导航

导航系统应用已经非常普及,几乎所有手机都有这个功能,而且使用非常方便。但有一个问题就是机场候机楼、停车场内等室内往往没有导航信号,虽然停车场、候机楼有wifi、4G、5G信号可以导航,但误差较大,不能满足使用要求。虽然还有其他定位技术,但普通手机、导航仪无法使用,因为不同的机场采用的定位系统可能不一样,不能到一个机场,装一个系统。

因此,可以在候机楼、停车场等室内没有导航信号地方安装卫星导航信号转发器,实现导航信号全覆盖、无死角。

现在的卫星导航提供的是米级定位服务,精度太低,因此,机场范围内要采用高精度导航系统,至少是分米级。目前,浙江省已经开始提供厘米级卫星定位免费服务。

2、三维导航地图

现在大多数机场候机楼、停车场等交通都是立体的,不仅有地上、地下,而且还有二层、三层,错综复杂。普通的导航地图只能把你引导到机场,一旦进入内部空间位置,就无法导航了。因此,可以开发机场范围内的三维导航地图,借助厘米级导航定位信号全覆盖的优势,无论乘客、车辆就候机楼内、停车库等空间范围内不会在迷失方向,可以准确的到达需要去的地方。

3、移动登机桥、或登机车

传统的登机模式是,飞机都滑行的到候机楼,这种模式不利用实现机场的自动化运行,可以改变登机模式,便于实现登机自动化,为此需要引入特种设备。

一种是移动登机桥(廊桥+登机梯图一)。移动登机桥是一种新型的特种设备,其功能可以看成是廊桥和登机梯的结合物。移动登机桥是全封闭的,内置自动扶梯,不受气候的影响,其功能类似固定登机桥,对接飞机舱门一端可以上下自由升降,以适合不同类型的飞机;移动登机桥的另一端,对接摆渡车。移动登机桥还可以前后、左右移动,可以实现与飞机舱门自动对接。

一种是登机车(廊桥+摆渡车图二)。登机车为双层结构,下层为小型行李传输系统,上层载客。登机车将行李和摆渡车和二为一,效率更高。同样,登机车同样有自动升降功能,以适用不同的机型。

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图一移动登机桥示意图

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图二登机车示意图

二者都是电力驱动,具有自动驾驶、自动对接等功能,可以实现全自动化运行。

5、三维立体显示器

空间三维显示器是由oled平面显示器构成的成的三维显示器。三维显示器可以实时、动态显示进近机场管制区、机场管制带范围内所有航空器的空间的位置、计划航线、实时航线等,相比电脑平面显示,管制员可以非常直观的看见航空器在空间、地面的位置关系、从而防止航空飞行器之间在空中、地面发生相遇的危险。

如果有不明航空器、车辆进入管制范围,显示器将以红灯闪烁提醒管制员去处理。

6、行李标签

目前,航空行李标普遍签采用的是条形码。为了便于不同交通方式联程中转,铁路、公路、轮船客运等的行李标签应逐步采用空客运输标准规范设计,以方便不同交通方式中转的需要。行李标签应包括乘客全程换乘所必须的各种信息,乘客第一次在填写的时候需填写全部信息,联程中转信息等。机场行李处理识别系统应有编译功能,不同格式的信息可以互相转换,以便实现行李全程实时分拣、追踪。

条形码具有方向性,也不能读写、更改上面的信息,现在的发展趋势是很多机场都开始使用电子标签,预计今后很快在航空运输中使用电子标签(RFID)。电子标签没有方向性,而且可以进行读写、更新行李标签信息。

7、值机新模式

现在的候机楼的普遍采用固定自助值机,但都没有自动称重、尺寸测量功能。乘客完成自助值机后,还要到行李自助托运处进行尺寸测量和行李称重,打印行李标签等,这个过程是需要一定的时间。在大型枢纽机场,由于吞吐量较大,如果乘客操作不熟练,很容易造成行李托运处拥挤。

为避免这种情况发生,改进机场自助值机模式,即固定值机增加自动称重、自动尺寸测量功能,并增加移动值机功能。

移动值机就是将目前机场使用的行李车智能化。智能行李车有很多功能,其中三个功能:可以自动称重、自动测量尺寸、自助值机,也具有自动导航、自动充电等功能,自动复位功能,即无需用人收集后再推到行李提取处。

移动值机终端作为自助值机的选择之一,乘客需要的时候,可以使用手机APP软件呼叫智能行李车,类似叫车软件,智能行李车可以自动行驶的乘客身边,供乘客有偿选择使用。乘客完成自助值机后,无须去行李托运处托运,智能行李车会自动行驶的行李托运处,将行李放上行李转盘。

移动值机可以为行动不便,或者不想去固定值机点的值机人选择使用(如:VIP),也作当固定自助值机柜在高峰时段不够用时候的一种补充,也可以实现分散拥堵点,避免固定值机处拥挤。

采用这种模式,乘客完成自助值机后,只需要把行李放上行李转盘即可(类似机场取行李的转盘),托运过程只需要几秒钟即可完成,无须等待。行李处理中心将对乘客行李进行复核,如有问题会提醒乘客前往行李处理中心处理。

如遇证件失效、行李有过大、超重、超规定等问题,行李处理中心提示乘客到人工柜台办理值机。

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图三 某机场使用的行李车,功能太少,没有导航功能

8、无底坑自动人行步道

对于智慧机场,为实现乘客登机、中转换乘步行“零距离”,候机楼可以使用自动人行步道,便于乘客在候机楼内行走。

蒂森克虏伯公司开发了一种叫iwalk自动人行步道。iwalk将井道底坑深度由原来的1.15米减少到0.38米,无底坑配置的iwalk更是完全省掉了底坑,可以直接在楼层地面上进行安装,无需土建。

在候机楼采用人行步道,再配合移动登机桥、或登机车等设备,乘客可以实现登机、中转换乘步行“零距离”,将大大改善乘客的旅行体验。

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图四 无底坑自动人行步道应用示意图

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图五 有底坑、小底坑、无底坑自动人行步道对比图

9、自动流量(通道)控制

对一个繁忙的枢纽机场而言,即使有最完美的标识系统,仍然避免不了排队现象,机场所能做的,就是尽量减少拥堵区域。因此,大型枢纽机场设置流量监控系统是必须的,如果发现某个区域、或者通道拥挤,则系统应该自动变换导向标识,或者关闭拥挤的通道,让乘客转向其他区域或通道。

机场里有众多的通道,诸如自助通关、自助安检,自助托运等等,因此,候机厅应视野宽阔,让乘客可以看见远距离通道拥挤情况,或者用手机app可以获悉各通道情况,而不是等乘客到了跟前才发现这个通道非常拥挤。

三、智慧机场结构

大型枢纽机场,通常由众多的机场系统的构成,其中主要有下列几部分组成:

1、空中交通管制中心(AirTrafficControlCenter,简称ATCC),现在开始普及辅助系统ADS-B,;

2、机场运行指挥中心(AirportOperationCenter,简称AOC);现在开始普及机坪管制由空管向机场移交;

3、航站楼运行中心(TerminalOperationCenter,简称TOC);现在开始普及A-CDM,该系统包括提供机场运行统计报告;

在智慧机场应让上述系统自动化运行,这里只假定在智慧机场运行中,可以得到这些系统的支持,读者可以参阅相关内容。

四、布局

1、候机楼布局

为了便于大型枢纽候机楼自动化运行,机场候机楼功能布局应整体化、平面化、无障碍化。就是将机场候机楼出发、到达、中转、行李提取等候机楼主要功能都集中在一个平面上,这样设计就便于实现候机楼的自动化运行。

由于采用新型登机模式,登机口共享,而不是被某个航班长时间占用,通行效率大幅度提升。候机楼无须几十个、上百个登机口。无须长长的指廊,无须第二候机楼,无须卫星厅,无须复杂的捷运系统、无须设置国际、国内转换机务等等。

这种设置,使中转变得非常便捷,无论是国际中转、国内中转,还是国际、国内互转;也无论是同一航空公司、同一联盟,还是跨航空公司的联程中转。

对于由基地航空、航空联盟主导的中转,可以由他们自己设计中转流程。而对于跨航司联程中转则由机场来做衔接,设计中转流程,航空公司无须签订复杂中转协议和提供相关的服务。

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图六 候机楼二层主要功能布局乘客密度分布示意图

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图七 二层候机楼中间通道示意图

对于这种采用混流设计,会不会造成拥堵和混乱?答案否定的,如果各种标识妥当,混流区不设置引起乘客停留的设施,混流区有足够的空间,再加上有自动流量控制系统,是不会造成拥堵和混乱的。

P机场T1,T2虽然机场国际、国内都只有一个出口,有谁见过出口处拥挤的?那是因为乘客无须在出口处停留,所以不会发生拥堵。拥堵的地方是那些需要时间通过地方,如:值机、安检、登机等处。

2、跑道布局

对于大型枢纽机场,往往规划设计有多条跑道,为了便于机场的自动化运行,大型枢纽机场应采用独立平行跑道布局。独立平行跑道容量大,如果采用移动登机桥、或者登机车模式,飞机无须滑行到候机楼,则跑道运行规则变得相对简单,没有绕滑、没有等待、也无须穿越等等。

当然,候机楼还将保持部分固定登机桥,主要用于400座以上的大型飞机靠桥,如:波音747,空客380等使用。

由于独立平行跑道间距达1035米,为了提高土地利用率,可以在跑道之间可以设置一些必要的服务设施,对于一些无须到候机楼的服务,可以在跑道附近就地处理,可以提高机场土地利用率和机场的运行效率。

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图八 跑道之间布局示意图

如:机坪管制(分塔台)负责跑道机坪运行管理;

腹舱货物待装区,其目的是方便客机腹舱带货,由于有些客机停留时间较短,如果货物短驳距离较长,会造成货物来不及装上飞机的现象。

技术经停、备降、迫降、同机中转乘客休息区由于这些乘客无须去候机楼,因此可以在此进行短暂休息;如过境中转、技术经停,备降、迫降的航班。

航班服务设施、设备,机务维修等等。

3、总塔台与机坪管制员设置

对于有多条独立平行多跑道大型枢纽机场,塔台指挥调度可以采用亚特兰大机场塔台指挥模式,1个塔台总调度,下设6个分调度(如有6条跑道同时使用),各负责一条跑道飞机的进近管制,负责和机坪管制员的衔接。六个分调度,通过三维显示器,对机场管制区范围内、各条跑道、机坪上航空器、地面车辆进行实时、动态监控,并对可能发生是危险像驾驶员提供预警。

4、航路、航线

对于空中交通管制自动化,首先应规划设计好航路、航线,便于实现自动化运行

对应采用第六条远距独立平行跑道大型枢纽机场,必须详细规划好航路、航线,避免航空器在同一平面上出现交叉现象,并保持安全距离。

下图是达拉斯机场的航路图,东面来的飞机就在东面降,西面来的飞机西面降。起来后马上可以飞走,不用绕行。

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图九 达拉斯机场航迹图

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图十 P机场向北起降示航路意图

以北航向为例,航路如图所示,但每一条跑道怎么用,飞机怎么飞,规划必须做得非常详细。当然。六条跑道不是平均使用的,可以根据机场的航班的运行统计数据确定使用方法,其中的某条跑道可以作为延误的航班、备降航班等的使用。

5、两场空侧高速联络道

对于有两个机场的城市,空侧高速联络道是必须的。建设联络道目的是方便客、货在两场之间快速中转、衔接,减少货物的装载环节,避免二次安检等。

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图十一 一市二场联络道示意图

快速联络道设如图,两场之间没有上下匝道。快速联络道实际上是两个机场虚拟成为一个机场。设置收费社会车道是为了回收投资,如果不考虑投资回收,可以不设置。

设置蓄车池的目的是避免下匝道发生拥堵,车辆无法及时下匝道,进而堵塞高速联络道。蓄车池建在地面一层,蓄车池上面空间可以进行商业开发,避免浪费土地资源。

如果两个机场相距较远,则空侧联络道可以采用高铁方案。

五、相关设施

1、一次安检(候机楼大厅)

为提升自动化效率,设置一次安检是必要的。实践证明,乘客进候机楼的第一次人工安检其好处在于可以大幅度减少行李在分拣线上的被下线检查的概率,减少呼叫乘客前来开箱检查的麻烦,保持行李处理中心高效运作。

2、二次安检(登机)

机场安检“人脸识别”辅助验证系统,通过摄像头对现场旅客的人脸视屏图像的捕捉,使人脸识别系统与安检信息系统在一个电脑界面内显示。旅客过检时,该系统将自动、快速、连续抓拍旅客脸部图像用于和旅客所出示的身份证相比对,实现“人证合一”的辅助判断决策。除了便捷,人脸识别系统还承担着“安全护卫”的职能。

安检“人脸识别”辅助验证系统,有效提高了机场安检过检效率和机场空防安全裕度,节约了旅客安检验证时间,使得安检更加便捷。

3、自助通关、无纸化通关

机场还将启用“无纸化”通关流程,优化网上值机旅客的出港流程,实现在安检验证柜台和登机口的手机二维码扫码验证识别,旅客不用再打印登机牌即可快速通关,实现旅客更加优质、便捷、智慧出行。

自助通关。如今国内不少机场已陆续安装了具有人脸识别功能的自助通关机,比如目前在P机场的国际到达区,就已安装自助查验通道,旅客通过自己刷护照等几个简单的步骤,就能自行通关,可以大幅度提高通关效率。

六、自动化运行简要流程

机场的自动化运行,主要包括空中交通管制自动化,和候机楼运行自动化。自动化流程基本上和现在的流程一样。只是整个过程都由AI控制。

1、出发,(移动登机桥+摆渡车模式)

1)提示 乘客到达机场,手机将收到一条短信,提示乘客登机流程。流程如下:值机-托运行李--候机-登机。

2)值机 乘客去值机处自助值机、或呼叫智能行李车进行自助值机,完成行李称重、尺寸测量、办理登机牌(电子登机牌在手机上即可完成);

3)行李托运 完成上述后,乘客到行李托运处,自助将行李放上转盘完成行李托运。乘客如果没有行李,则这无此环节。

4)通关(边检,国内无此环节)

乘客在边检处,按系统动画提示,自助完成登机牌扫描(仅出境)、证件资料自助采集、人脸自动识别和指纹信息自动核验等四个环节后,办结出、入境边检手续,无须人工干预。

5)安检 在安检通道内,毫米波人体安检系统对乘客及随身隐藏物品进行非脱衣式探测,显示枪支、刀具、炸药等危险可疑物品位置,工作人员视情况决定是否需要进一步查验。无须人工干预

6)登机 旅客扫描身份证或登机牌后,设备人脸识别系统再次验证旅客信息后,屏幕上出现旅客航班号、姓名和座位,闸机开门,乘客上摆渡车。

乘客上车完毕,摆渡车自动关闭车门,按照预先设定的运行线路,自动行驶到设定的跑道、停机位,自动对接移动登机桥。乘客登机完毕,摆渡车自动行驶到预先设定的停机位,等待到港航班。

2、到达(移动登机桥+摆渡车模式)

1)飞机滑行到指定机位,移动登机桥完成自动对接后,机舱门打开,乘客经移动登机桥上登机车。登机车经隧道,自动行驶到候机楼指定的达到口,车门自动打开,乘客下车。全过程无须人工干预,

2)乘客有行李乘客至行李提取处提取行李,如无行李或中转乘客则直接经人行步道从国际到达区、国际出发区、检验检疫、海关、边检(指国际达到),进入国内出区,经国内候机区离港。国内乘客到达后,经国内出发区、国内候机区离港。

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图十二 候机楼内流程示意图

3、行李

1)出发

乘客完成自助值机后(注:已经完成称重、和尺寸测量),直接将行李放置在转盘上即可。行李然后进入机场国际、国内行李处理中心进行分拣。先进行国际、国内分拣,然后按航班进行分拣,国际行李还需要进行海关查验、放行,放行的行李进入国际行李分拣中心,按航班号进行分拣。

对于不同交通方式中转的行李,因为已经按航空安全标准检查过,并且行李标签已包含航班信息等内容,则按中转模式送入行李处理中心进行分拣。

2)到达

行李到达流程。和现在机场流程基本一致,只是基本无须人工处理,全部实现自动化。特殊行李则由人工处理

4、中转

1)乘客

乘客中转见图十三

2)行李

国内转国际,中转行李直接送入国内行李处理中心进行一级分拣,即国内、国际分拣,然后进入二级分拣,即进入国内行李分拣中心分拣;国际行李则先经海关查验,然后进入国际行李分拣中心分拣。

国际转国内,则先进入国际行李处理中心进行一级分拣,即甄别国际、国内行李,然后进入二级分拣,国际行李进入国际分拣中心,转国内行李,先经海关查验,然后进入国内行李分拣中心

“一市二场”中转

如果一个城市有两个机场,则按两个机场行李中转流程处理。

5、货物

1)全货机 载货在北货区进行处理。一般货物货舱直接推上avg车上,avg自动将货物送到货站,推进货站,进行理货。如果是整板中转的货物,则在机坪直接中转,不进货站。

2)腹舱货 则先在机坪上,将货物转载在avg车上,avg车辆沿着服务通道,自动行驶的北货运区货站。由于采用独立平行跑道,飞机不滑行到候机楼模式,avg车辆与飞机跑道、滑行道没有交叉,不会发生相遇危险,车速可以提高大幅度提升。

3)中转 货站中转、集拼都集中在北货区进行。整板货直接在货机坪完成中转,散货则在货站完成理货后,或者装上货机,或者短驳到跑道之间的货物待装区,等待装上客机腹舱。

七、结束语

智慧机场建设是一个过程,随着科学技术的不断发展,越来越多的新技术将不断引入机场的运行,机场智慧化程度不断提高,航空旅行将变成一种实实在在享受,而不是像现在,依然有许多奔波,依然有许多抱怨。

笔者在此只对机场实现自动化运行需要的主要设施和过程进行初步探索,籍以与同行共同探讨机场如何实现智慧化。