浅谈智慧机场的发展技术及其应用

一、前言

(一)智慧机场的提出

我国机场在经历了“电子机场”、“数字机场”、“智能机场”阶段的同时，随着物联网、大数据、云计算、移动互联网等技术的发展，国内民航专业人员根据已提出的“智慧地球”和“智慧城市”的概念提出了“智慧机场”的发展理念。

2008年11月，IBM公司首席执行官彭明盛最早提出“智慧地球”的概念。2009年8月，IBM公司发布了《智慧地球赢在中国》计划书，计划书中指出“智慧城市”作为IBM为中国量身打造的六大智慧之一。随后，IBM的智慧解决方案陆续在我国各个领域得到推进。到目前为止，我国已有上百个地区提出建设“智慧城市”。2014年8月29日，经国务院同意，发改委、工信部等八部委印发了《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》。意见中提出，到2020年建成一批特色鲜明的智慧城市，聚集和辐射带动作用大幅增强，综合竞争优势明显提高，在保障和改善民生服务、创新社会管理、维护网络安全等方面取得显著成效。民用航空机场作为城市交通中的重要组成部分，甚至可以说机场本身就是一个微型城市，随着对“智慧城市”重视程度提高，“智慧机场”概念的提出和发展也逐渐得到认可和推广。

(二)民航局政策和发展规划

2017年9月在成都召开的“加快推进民航基础设施建设工作会议”上，中国民用航空局党组书记、局长冯正霖出席会议并强调，要加快民航基础设施建设，推进建设平安机场、绿色机场、智慧机场、人文机场，大力推进民航强国发展战略，为国家和地方经济社会发展作出新的更大贡献。

在2017年11月召开的民航局党组中心组学习会上，董志毅副局长讲到“我们要加强顶层设计，制定行业标准规范，深入研究包括智慧空管、智慧机场、智慧航空等在内的智慧民航建设。2018年，我们要制定新技术产品名录指南和工作路线图，重点推动智慧机场建设。”

在“十三五”期间，我国将新建机场33座，包括北京新机场、成都天府国际机场等一批超大型民用运输枢纽机场，并将完成51个枢纽机场的扩建，与此同时，随着京津冀、长三角、珠三角各区域机场的发展，将形成三大世界级区域多机场群落，我国机场将迎来一个全新、高速的发展阶段。《民航科技发展“十三五”规划》中明确提出，将着力提升信息化水平作为主要任务之一，推进民航公共云服务、新一代空管基础设施、智慧机场、民航互联网+行动计划、网络安全等方面的工程建设，为民航持续安全、科学发展提供强有力的信息支撑。

二、智慧机场的理解与定义

“智慧机场”概念被提出的这几年来，在民航业内尚未有一个统一的定义。其原因在于随着当前信息技术的迅猛发展，不断有新的技术和理念应用于机场，使得“智慧机场”的内涵和实现不断延展;同时，由于机场是一个涉及多方作业人员的庞大复杂基础服务设施，拥有空侧、航站楼、陆侧等多方面的复杂业务场景，不同的作业人员、不同的业务场景对“智慧机场”的需求和理解也不尽相同。图1展示了机场航班、旅客、行李等方面的业务流程示意图。

在航班进港和出港的过程中，主要涉及航空器着陆、进/出港滑行、地面服务保障和航空器起飞等业务流程;以旅客为业务对象主要包括旅客进/出港、值机、边检、安检、摆渡、登机等业务流程;在行李的角度，涉及进/出港行李机下保障、运输、提取、分拣等环节。可以发现，不同的业务对象涉及到不同的业务流程。机场各个业务对象的流程全部覆盖了机场空侧、航站楼和陆侧三大区域。因此，全面实现“智慧机场”就必须实现“智慧空侧”、“智慧航站楼”和“智慧陆侧”的建设和发展，如图2所示。

机场空侧以保障航空器安全、高效的运行为核心工作，通过对气象数据、空管数据、场面雷达数据、跑道异物监测系统数据、自动泊位与引导数据、特种车辆调度数据、围界安全监控数据等多源异构信息进行实时的获取，实现对空侧安全的监控和预警;再通过对相关数据的整合、分析、挖掘，实现对跑道滑行道运行能力、特种车辆调度、跑滑结构的智能化评估与优化建议，从而实现为空侧高效的运行提供合理的资源保障和配置。

机场航站楼是旅客航空出行的首要场所和重要场景，旅客对服务的高满意度和商业的高经济创收是航站楼运营的核心工作。旅客在航站楼内实现自助化服务是智慧航站楼的重要体现，例如自助值机、自助行李托运、自助安检等服务。各种自助设备有助于对旅客的值机、行李、安检、购物、登机等关键信息进行采集，从而成为构建面向旅客服务的大数据体系的重要信息源。为旅客提供个性化、精准化的服务也是智慧航站楼的重要应用场景，利用构建的旅客大数据体系进行深度分析和挖掘，可以为旅客个体提供个性化的楼内引导、航显提醒、广告推送等应用。

由于民航运输是依靠航空器起降和飞行的自身特点，城市机场通常选择离城市中心较远的地带，这便使得旅客搭乘飞机出行通常会付出较高的时间代价，并且随着城市交通的不断发展，机场从以往的单一交通发展成为如今综合高速、高铁、地铁等多交通复杂枢纽，如何保障旅客和车辆在机场与城市之间快速、便捷、舒适地通行已成为机场陆侧运行与管理的重要任务。智慧陆侧的发展可依靠建设机场综合交通，实现民航运输与地面交通运输的无缝衔接，多交通方式及多区域通行的智能调度与资源分配，不但能满足旅客不同的出行需求，还可为旅客节约出行时间和降低出行成本。

随着信息技术的不断发展以及民航机场业务的不断扩展，对智慧机场的需求和理解也在不断的认识和更新。从现阶段看来，智慧机场可定义为：运用物联网、大数据、云计算、移动互联网等新一代信息技术，全面覆盖机场空侧、航站楼、陆侧区域实现对航班、旅客、行李、车辆的精细化、协同化、可视化、智能化的运行与管理。

三、智慧机场技术特征

为保障航空器安全、高效的运行，智慧空侧技术需具备以下技术功能：(1)飞行区航空器、特种车辆的精确测量与定位;(2)空侧全景视频监控，并在低能见度时对图像增强处理;(3)集成多种监视系统数据，实现跑道、滑行道、停机坪在内的飞行区全覆盖监视，并具备飞行区范围的完备告警功能。建设智慧空侧必须形成一个综合了多种传感器的复杂系统，各传感器由于其功能定位的不同，获取的信息之间存在极大的互补性和冗余性，必须对各传感器的接收信号和数据依据一定的规则进行多源数据融合处理，才能获得比单一传感器数据更为精确可靠的活动目标信息。冲突检测技术也是智慧空侧的核心技术之一，利用获取到的活动目标监视数据，对场面运行态势进行分析并及时发布冲突告警，以防止活动目标之间、以及活动目标与其他物体之间出现违背管制规则的情形。机场场面作为航空器运行的主要场景，路径规划技术可实现对航空器场面滑行的路由规划，为场面上所有航班提出合理的滑行路由，并考虑当前场面运行态势、管制指令、场面资源占用冲突等，实时动态地提供合理路由，从而保障空侧安全高效的运行。

自“真情服务”的理念被提出以来，为旅客提供便捷的登机服务是机场航站楼运行的重要目标。利用视频智能分析技术对旅客在航站楼内的全流程进行跟踪和服务，获得航站楼内旅客人流实时分布情况，实现航站楼内旅客密度、排队情况的智能监测和预警;大数据和云计算技术可用于对旅客航空信息及消费信息进行深度挖掘，为旅客推送个性化、精准化的商业广告服务;网络舆情技术可运用于对旅客在网络媒体上表达的异常情绪甚至是不安全隐患进行侦察和情感分析，为旅客服务满意度提升和机场安全预警提供依据;借助移动互联网技术改善机场商业经营模式，将传统的线下商业与“互联网+”结合在一起，形成机场线上与线下商业融合发展的新模式。机场除了为旅客的出行提供便捷舒适的服务以外，还负责对旅客行李进行高效准确的分拣、运输和提取。机场行李处理系统是机场最庞大最复杂的系统之一，行李高速自动分拣技术可实现行李的精准、快速分拣和运输，RFID识别及追踪技术对行李进行全流程节点追踪，防止行李错装、漏装，提高行李装运准确率，并将相关信息实时推送至机场、航空公司和旅客。视频智能分析技术、大数据与云计算技术、网络舆情技术、移动互联网技术、行李高速自动分拣技术和RFID识别及追踪技术都将助力于智慧航站楼的发展，成为智慧机场建设的重要组成部分。

机场陆侧是集公交、地铁、高铁、私家车等不同交通方式运行为一体的综合交通枢纽，其涉及的业务场景不仅包括旅客和车辆的到达聚集，还包括旅客和车辆的分流以及多交通资源的配置和调度。因此，智慧陆侧的建设体现在综合交通的智慧监测、智慧调度、智慧服务等方面。开展公共区域旅客人流监测技术、综合交通运行状态检测技术和运力仿真评估与动态推演预测预警技术的研究，可感知综合交通的运行态势;利用旅客疏解与交通运力匹配技术、交通运力柔性调度与应急调度技术、旅客应急疏散技术实现交通的协同运行与管理;在综合交通区域增设多交通方式一体化智慧安检系统、智能导乘导航和多交通方式换乘自助设备可为旅客提供智能化的便捷服务。

智慧机场的建设离不开物联网、大数据、云计算、移动互联网等新一代信息技术以及智能化、自动化的设施设备作为支撑，从而实现机场空侧、航站楼和陆侧的精细化、协同化、可视化、智能化的运行与管理。

四、智慧机场相关系统产品

中国民航局第二研究所(以下简称“民航二所”)紧跟信息技术发展的步伐，研发了一系列建设智慧机场的系统及服务，并在各大机场得到了广泛的应用。民航二所关于建设智慧机场的系统产品全面覆盖了机场的空侧、楼内、陆侧三大板块，从机场生产作业层到业务管理层到管理决策层均提供了不同产品进行信息化支撑，同时不同产品之间依照业务流程的时序性、作业区域的关联性、生产管理的层级性建立起了有机联系，形成了针对机场运行与管理的整体解决方案。图3为系统产品的整体解决方案体系架构。

民航二所系统产品的整体解决方案从下至上依次为大数据中心层、生产作业层、业务管理层和管理决策层。大数据中心层主要包括机场云计算中心和大数据应用。机场云计算中心实现机场业务数据的汇集和存储，利用对机场大数据价值的挖掘和分析，形成了一系列基于机场大数据的系统产品和评估服务。其中，机场舆情监控系统通过对各类互联网信息进行自动抓取和收集，利用大数据技术进行挖掘和分析，实现民航服务质量、机场交通和项目招投标的分析和预警，以及为民航政策方针和产业发展提供决策支持;机场旅客服务质量评估方案可找出机场服务质量的痛点和关键点，并根据评估结果为机场提供服务质量提升建议;机场仿真模拟运行评估方案利用机场业务数据结合自定义的仿真模型，实现机场业务全流程的仿真还原;机场运行保障能力评估方案围绕机场生产运行信息，利用数学模型和数据挖掘方法实现对各业务环节的指标评估。

生产作业层的相关系统产品覆盖了机场空侧、航站楼和陆侧三大区域。空侧安全运行管理系统可实现空侧多点定位监视功能、全景视频增强监视功能和综合指挥运行功能，并可为机场空侧提供监视服务、安全服务和信息服务;地面服务管理系统是面向民航机场地面服务指挥调度及运营监控的生产作业管理系统，该系统在实现生产信息集成与融合、保障流程及服务标准规范化管理基础上，为用户提供生产信息查询、保障计划制定、服务数据采集、服务流程监控、生产信息统计分析等功能。行李全程追踪系统是一套集离港、进港、中转行李实时追踪、确认并提供数据中心相关服务的综合系统;旅客分布实时监测系统对旅客在航站楼内实现全流程的跟踪和服务，获得航站楼内旅客人流实时分布情况，实现航站楼内旅客密度、排队情况的智能监测和预警;GTC交通运输管理平台是对机场综合交通实施运行监测、信息服务、资源调配、应急处置、协同管理的综合运输管理服务平台，该平台整合各种交通方式班次与旅客信息，实现陆侧交通的引导、调度和流量监控，管理多交通方式的协同运行和资源调配，为旅客和交通方式提供高效运行的保障。

在业务管理层中，新一代智能信息集成系统主要服务于机场航班运行保障业务板块的生产运营核心系统，该系统支撑了机场航班信息的管理和发布业务、机场动态运营资源的分配和管理业务以及地面服务保障的监控和保障业务;航班正常监测系统引接管理局时刻协调管理系统及机场、空管局、航信等运输保障单位有关航班运行的数据，经过融合、处理后形成航班正常监测系统的数据模型，实现了航班动态实时监控、延误原因判定、航班统计分析、航线航班核查、监督检查以及系统管理等六大功能模块。

对于管理决策层，A-CDM协同决策管理系统是以机场为中心协同空管、航空公司，以民航大数据共享为驱动，以统一的信息化平台为基础，以可视化决策为手段，并实现机场整体态势感知功能、不利条件下机场容量协调功能、航班里程碑监控功能、可变滑行时间计算功能、航班离港排序功能和数据可视化决策功能。

五、结束语

民航机场作为以运输旅客出行为目的的重要场所，智慧机场的建设必须以旅客为核心，是当代民航“以人为本”发展的必要趋势，并通过对机场运行、航班保障、商业推广等业务和服务的精细化、协同化、可视化、智能化运行与管理，确保旅客出行过程中的安全性、高效性、便捷性和舒适性。运用物联网、大数据、云计算、移动互联网等新一代信息技术建设智慧机场是建设我国智能综合交通运输管理的需要，也是假设我国民航智慧运行管理的需要，更是我国从民航大国向民航强国的必经之路。