您现在的位置:民航资源网>>民航专业文章

智慧机场之全域协同运行

来源:民航资源网 作者: 邓松武 2022-04-22 20:40:59

专业分类机场运营

  

  曾几何时,《机械公敌》、《创战纪》、《头号玩家》等好莱坞大片为我们畅想了未来智慧世界的场景。在数字技术高速发展的今天,未来的智慧世界似乎离我们并不遥远。智慧是生命具有的一种创造思维能力,体现在感知、分析、判断、创造、思考等方面。机场作为一个复杂的生态系统,它包含了旅客、航空公司、货主货代、商业、广告、地面运输、航空服务、基础建设、运维、机场运营、空管、联检、政府、行业监管等要素。在机场这个智慧生态系统内,如何按照预设机理来维持安全、高效、智慧、稳定运行,是智慧机场建设需要考虑的核心问题。

  关于智慧机场的建设,民航局在《智慧民航建设路线图》中提出了“全域协同运行、作业与服务智能化、智慧建造与运维”这三个方面的内容,明确了智慧机场建设发展方向。针对智慧机场的全域协同运行问题,本文从协同规则、算法模型、信息感知来进行探讨。

  一、建立全域协同运行规则,是确保机场生态系统能够智慧运行的关键

  规则是协调个体、自然和社会之间关系以维持共同利益而形成的基本约定。对于机场而言,既要维持这个智慧生命体自身的有效运转,又要使其运转结果符合人类的意志要求,那么定义科学的运转规则是关键。就如同电影《机械公敌》一样,科学家给机器人定义了三大定律:定律一是机器人必须保护人类;定律二是在满足定律一的条件下,机器人必须听命于人类;定律三是在满足定律一和定律二的条件下,机器人必须自保。对于智慧机场的全域协同规则,本文认为应当从以下三个方面入手:

  首先是要定义机场加入全国民航运行系统的空地协同规则。机场作为国家民航运输系统的节点,要明确机场这个智慧生命体与国家民航运输系统之间的协同关系。随着我国民航业的快速发展,我国民航运输系统建设不断完善,国家民航协同运行体系和全国流量管理系统日趋成熟,全国千万级以上的机场都建立了机场运管委和协同决策系统(A-CDM),这些都为智慧机场加入全国民航的协同运行奠定了坚实基础。空地协同的主要任务在于实现空中流量和地面需求之间的互为供给,保持供需平衡。智慧空管建立的基于4D航迹的运行,能够对于航班的空中运行进行精准预测和规划,最优化利用空域容量;智慧机场能够对航班在地面的周转运行进行精确的时空规划,对保障作业进程实施精准控制,并预测航班作业完成时间;而两个系统之间的智慧交互,实现空中和地面高效协同运行。实际上,空地协同的交互机理在于地面向空中提供每个航班精准的目标撤轮挡时间(TOBT),空中向地面提供经过流量计算得出的每个航班的计算起飞时间(CTOT)。

  其次是要定义航班在机场地面阶段的飞机、旅客、货物、行李等作业流程之间的协同规则。航班在机场地面从落地到起飞的一个周转过程涉及的作业项目众多,细分节点可能多达100个以上,犹如工厂生产流水线上的一道道工序,如何让这些工序能够完美、智慧的结合起来,就需要定义清楚每道工序的上下游关系、协作规则、作业标准(SOP)。从机场运行角度,实际上就是要建立航班地面运行流程标准,将旅客、行李和货物流程与之关联。上面第一点已经提到了,空地协同的结果是确定进港航班的预计落地时间(ELDT)和离港航班的计算起飞时间(CTOT),在此基础上,机场地面运行协同规则的核心任务是要依照航班地面运行流程标准对这两个时间进行分解,对航班的进港、离港作业项目按照流程管理要求进行排程,为每个作业项目分配目标时间,同时,通过资源调度系统,为飞机、旅客、货物和行李的保障作业项目分配资源,使得这些资源能够在恰当的时间、到达恰当的位置、按照目标时间和目标任务开展恰当的操作。上述基于进港航班保障作业的正排序和离港航班保障作业的倒排序实际上就是地面各个保障作业流程之间智慧协同的关键机理,有了这个机理,才能实现智慧机场对于机场内部各个运行要素进行时空规划。

  再次是要定义机场生态圈内其他要素与机场核心流程之间的关联关系。机场生态圈内除了有飞机、旅客、货物、地面交通的活动之外,还包含了商业、设施、能源、弱电、航空维修以及其他相关航空产业的活动。机场生态圈内其他要素与核心流程的关联规则就是要最大程度满足机场在安全、效率、收益、环境等方面的价值目标。

  二、建立全域协同运行算法,是确保机场生态系统能够智慧运行的核心

  算法是根据给定的输入条件,在有限的时间内能够得到输出结果。算法是智慧机场的核心,也是智慧机场的最强大脑,它能够根据机场内外部运行环境、条件的变化,通过其强大的分析、计算能力,快速判断并做出决策,向机场运行各个模块发出控制指令,以维持机场的有序运转。当前,民航运输在各个领域关于优化算法的研究成果颇多,应用效果也比较明显,例如基于空中流量管理的优化算法、基于航空器地面滑行路径规划的优化算法、基于停机位分配的优化算法、基于航班保障调度的优化算法以及其他相关运行领域的优化算法,但是,目前这些算法仅能够做到单个域或者说是局部的运行优化,还无法做到全域最优。

  所谓局部最优并不等于全局最优。当我们让机场运行的各个业务板块各自去独立计算其最优结果,然后将这个结果合并起来成为一个整体运行方案时,这种“拼凑”方式本身很难协同,最终结果也未必是最优的。因此,当智慧机场建设中要实现全域最优协同时,就必须消除局部优化算法,统一由一个“大脑”来进行全局计算,这样才有可能实现全域最优。而要做到这一点,对机场这个“最强大脑”的计算能力提出了极高要求。我们还应当看到,机场始终是民航协同运行的一个组成部分,也许有一天,当我们智慧民航建设达到一定程度后,机场的“智慧大脑”也将不复存在了,统一由全国民航的“最强大脑”来计算了,在这个时候,真正意义上的全域协同运行也许就实现了。

  三、建立全域信息感知能力,是确保机场生态系统能够智慧运行的基础

  信息是决策的基础。所谓“知己知彼,百战不殆”,现代军事领域极为重视情报信息的收集和分析,《指挥与控制原理》书中作者指出,军事领域C2(Command and Control)系统过程包括:感知、判断、产生、选择、规划、命令、兵力部署再到感知的闭环过程,感知是C2系统的重要一环。对于智慧机场而言,信息感知能力同样重要。

  智慧机场要加强信息感知能力建设,要让机场运行的车辆、设备以及其他运行要素都具有感知能力,例如,安装在保障车辆和设备上的传感器能够采集车辆或设备与飞机对接信息、泊位系统能够采集飞机进入机位和离开机位的信息、通过视频分析技术能够采集各类车辆和人员的行为信息、安装在车辆和设备上的定位装置能够采集位置信息等等。这些信息可以通过标准化格式转化为计算机可以识别的数据,统一汇集到机场的智慧大脑。同时,通过全域信息共享,建立机场生态圈内各类信息交互共享机制,扩大智慧机场信息感知的范围,使得机场信息感知的神经网络能够伸向机场的各个领域。

  对于信息感知能力建设,白云机场做了一些尝试,目前正在使用的生产可视化分析决策系统已经有了全域信息感知的雏形。该系统按照“三大区域、五大流程”的运行理念,集成了来自机场各区域、各流程的核心业务数据,运用大数据与可视分析技术,对机场内外部各个业务环节的运行情况进行态势感知,通过实时分析提供辅助决策支持。我们可以预想到,当这套系统的信息感知能力不断提升,全域协同规则不断深入完善,全域优化算法建设逐步实现时,它将成为能够指挥机场全域协同运行的“最强大脑”。

  智慧机场建设发展规划的内容虽然已经确定,但是我们应当清醒地认识到要完成真正意义上的智慧机场建设,我们仍然有较长的路要走,特别是在机场运行的流程化、标准化和精益化管理方面仍需提升。十四五时期,在国家大力倡导数字化转型和四型机场建设的政策背景下,我国机场将迎来全面建设智慧机场的最佳时期,基于此,智慧机场也许距离我们就不再遥远了。

0荐闻榜

延伸阅读:民航局