智慧機場建設，永遠在路上

2019年04月12日

       前言

       習近平總書記在中央政治局第九次集體學習時強調，加快發展新一代人工智能是我們贏得全球科技競爭主動權的重要戰略抓手，要加強基礎理論研究，加強人工智能和産業發展融合，加強人工智能同保障和改善民生的結合。

       民航局局長馮正霖在加快民航基礎設施建設工作會議上,要求機場業全力推進“平安機場、綠色機場、智慧機場、人文機場”建設，這是民航局首次明確提出建設智慧機場的任務。

       筆者按照民航局提出的建設“平安機場、綠色機場、智慧機場、綠色機場”的要求，對什麽是智慧機場進行了初步探索，認為智慧機場建設不是一蹴而就，畢其功于一役的事情，智慧機場建設是一個過程，而是隨著科學技術的不斷進步，逐漸進化。智慧機場建設，永遠在路上。

       一、什麽是智慧機場

       智慧機場到底應該是什麽樣子的，也是仁者見仁，智者見智。筆者以為：機場智慧化首先應該實現機場的自動化，智慧機場應該是“AI＋auto”。當然也可以合二為一，同步實施。

       1、智慧機場含義

       按百度詞條解釋：智慧(狹義的)，它是生物所具有的基于神經器官(物質基礎)一種高級的綜合能力，包含有:感知、記憶、理解、邏輯、辨別、計算、分析、判斷、決定等多種能力。

       早期機場運行非常簡單，步行上下飛機，人工搬運貨物，逐步發展到現在實現了機械化、半自動化。當前，大部分機場運行仍處于機械化、半自動化，自動化程度不高，機場運行很多工作處于人工操作階段，智慧化道路依然漫長。

       智慧機場應該是機場的最高境界了。機場智慧化應該是以A－CDM為核心，以大數據、雲計算、移動互聯網、物聯網為支撐，實現機場自動化運行。簡單的說，智慧化就是“AI＋auto”，人工操作應逐漸退出機場的運行，人不再直接參與運行，人的作用就是監控系統的工作，並在系統發生故障的時候進行幹預，恢複系統的正常運行。

       如果認為機場實現了自助值機、自助行李托運、人臉識別通關、毫米波安檢等設施就是智慧機場，那是將智慧機場簡單化，降低了智慧機場的含意。

       二、智慧機場前提

       隨著新技術不斷應用到機場的運行當中，如：自助值機、人臉識別、自助行李托運，指紋識別、毫米波安檢等，但僅有這些是不夠的，還需一些其他的，才能使智慧機場更加完善。

       1、室內導航

       導航系統應用已經非常普及，幾乎所有手機都有這個功能，而且使用非常方便。但有一個問題就是機場候機樓、停車場內等室內往往沒有導航信號，雖然停車場、候機樓有wifi、4G、5G信號可以導航，但誤差較大，不能滿足使用要求。雖然還有其他定位技術，但普通手機、導航儀無法使用，因為不同的機場采用的定位系統可能不一樣，不能到一個機場，裝一個系統。

       因此，可以在候機樓、停車場等室內沒有導航信號地方安裝衛星導航信號轉發器，實現導航信號全覆蓋、無死角。

       現在的衛星導航提供的是米級定位服務，精度太低，因此，機場範圍內要采用高精度導航系統，至少是分米級。目前，浙江省已經開始提供厘米級衛星定位免費服務。

       2、三維導航地圖

       現在大多數機場候機樓、停車場等交通都是立體的，不僅有地上、地下，而且還有二層、三層，錯綜複雜。普通的導航地圖只能把你引導到機場，一旦進入內部空間位置，就無法導航了。因此，可以開發機場範圍內的三維導航地圖，借助厘米級導航定位信號全覆蓋的優勢，無論乘客、車輛就候機樓內、停車庫等空間範圍內不會在迷失方向，可以准確的到達需要去的地方。

       3、移動登機橋、或登機車

       傳統的登機模式是，飛機都滑行的到候機樓，這種模式不利用實現機場的自動化運行，可以改變登機模式，便于實現登機自動化，為此需要引入特種設備。

       一種是移動登機橋（廊橋＋登機梯圖一）。移動登機橋是一種新型的特種設備，其功能可以看成是廊橋和登機梯的結合物。移動登機橋是全封閉的，內置自動扶梯，不受氣候的影響，其功能類似固定登機橋，對接飛機艙門一端可以上下自由升降，以適合不同類型的飛機；移動登機橋的另一端，對接擺渡車。移動登機橋還可以前後、左右移動，可以實現與飛機艙門自動對接。

       一種是登機車（廊橋＋擺渡車圖二）。登機車為雙層結構，下層為小型行李傳輸系統，上層載客。登機車將行李和擺渡車和二為一，效率更高。同樣，登機車同樣有自動升降功能，以適用不同的機型。

圖一移動登機橋示意圖

圖二登機車示意圖

       二者都是電力驅動，具有自動駕駛、自動對接等功能，可以實現全自動化運行。

       5、三維立體顯示器

       空間三維顯示器是由oled平面顯示器構成的成的三維顯示器。三維顯示器可以實時、動態顯示進近機場管制區、機場管制帶範圍內所有航空器的空間的位置、計劃航線、實時航線等，相比電腦平面顯示，管制員可以非常直觀的看見航空器在空間、地面的位置關系、從而防止航空飛行器之間在空中、地面發生相遇的危險。

       如果有不明航空器、車輛進入管制範圍，顯示器將以紅燈閃爍提醒管制員去處理。

       6、行李標簽

       目前，航空行李標普遍簽采用的是條形碼。為了便于不同交通方式聯程中轉，鐵路、公路、輪船客運等的行李標簽應逐步采用空客運輸標准規範設計，以方便不同交通方式中轉的需要。行李標簽應包括乘客全程換乘所必須的各種信息，乘客第一次在填寫的時候需填寫全部信息，聯程中轉信息等。機場行李處理識別系統應有編譯功能，不同格式的信息可以互相轉換，以便實現行李全程實時分揀、追蹤。

       條形碼具有方向性，也不能讀寫、更改上面的信息，現在的發展趨勢是很多機場都開始使用電子標簽，預計今後很快在航空運輸中使用電子標簽（RFID）。電子標簽沒有方向性，而且可以進行讀寫、更新行李標簽信息。

       7、值機新模式

       現在的候機樓的普遍采用固定自助值機，但都沒有自動稱重、尺寸測量功能。乘客完成自助值機後，還要到行李自助托運處進行尺寸測量和行李稱重，打印行李標簽等，這個過程是需要一定的時間。在大型樞紐機場，由于吞吐量較大，如果乘客操作不熟練，很容易造成行李托運處擁擠。

       為避免這種情況發生，改進機場自助值機模式，即固定值機增加自動稱重、自動尺寸測量功能，並增加移動值機功能。

       移動值機就是將目前機場使用的行李車智能化。智能行李車有很多功能，其中三個功能：可以自動稱重、自動測量尺寸、自助值機，也具有自動導航、自動充電等功能，自動複位功能，即無需用人收集後再推到行李提取處。

       移動值機終端作為自助值機的選擇之一，乘客需要的時候，可以使用手機APP軟件呼叫智能行李車，類似叫車軟件，智能行李車可以自動行駛的乘客身邊，供乘客有償選擇使用。乘客完成自助值機後，無須去行李托運處托運，智能行李車會自動行駛的行李托運處，將行李放上行李轉盤。

       移動值機可以為行動不便，或者不想去固定值機點的值機人選擇使用（如：VIP），也作當固定自助值機櫃在高峰時段不夠用時候的一種補充，也可以實現分散擁堵點，避免固定值機處擁擠。

       采用這種模式，乘客完成自助值機後，只需要把行李放上行李轉盤即可（類似機場取行李的轉盤），托運過程只需要幾秒鍾即可完成，無須等待。行李處理中心將對乘客行李進行複核，如有問題會提醒乘客前往行李處理中心處理。

       如遇證件失效、行李有過大、超重、超規定等問題，行李處理中心提示乘客到人工櫃臺辦理值機。

圖三　某機場使用的行李車，功能太少，沒有導航功能

       8、無底坑自動人行步道

       對于智慧機場，為實現乘客登機、中轉換乘步行“零距離”，候機樓可以使用自動人行步道，便于乘客在候機樓內行走。

       蒂森克虜伯公司開發了一種叫iwalk自動人行步道。iwalk將井道底坑深度由原來的1.15米減少到0.38米，無底坑配置的iwalk更是完全省掉了底坑,可以直接在樓層地面上進行安裝，無需土建。

       在候機樓采用人行步道，再配合移動登機橋、或登機車等設備，乘客可以實現登機、中轉換乘步行“零距離”，將大大改善乘客的旅行體驗。

圖四　無底坑自動人行步道應用示意圖

圖五　有底坑、小底坑、無底坑自動人行步道對比圖

       9、自動流量（通道）控制

       對一個繁忙的樞紐機場而言，即使有最完美的標識系統，仍然避免不了排隊現象，機場所能做的，就是盡量減少擁堵區域。因此，大型樞紐機場設置流量監控系統是必須的，如果發現某個區域、或者通道擁擠，則系統應該自動變換導向標識，或者關閉擁擠的通道，讓乘客轉向其他區域或通道。

       機場裏有衆多的通道，諸如自助通關、自助安檢，自助托運等等，因此，候機廳應視野寬闊，讓乘客可以看見遠距離通道擁擠情況，或者用手機app可以獲悉各通道情況，而不是等乘客到了跟前才發現這個通道非常擁擠。

       三、智慧機場結構

       大型樞紐機場，通常由衆多的機場系統的構成，其中主要有下列幾部分組成：

       1、空中交通管制中心（AirTrafficControlCenter，簡稱ATCC），現在開始普及輔助系統ADS－B，；

       2、機場運行指揮中心（AirportOperationCenter，簡稱AOC）；現在開始普及機坪管制由空管向機場移交；

       3、航站樓運行中心（TerminalOperationCenter，簡稱TOC）；現在開始普及A－CDM，該系統包括提供機場運行統計報告；

       在智慧機場應讓上述系統自動化運行，這裏只假定在智慧機場運行中，可以得到這些系統的支持，讀者可以參閱相關內容。

       四、布局

       1、候機樓布局

       為了便于大型樞紐候機樓自動化運行，機場候機樓功能布局應整體化、平面化、無障礙化。就是將機場候機樓出發、到達、中轉、行李提取等候機樓主要功能都集中在一個平面上，這樣設計就便于實現候機樓的自動化運行。

       由于采用新型登機模式，登機口共享，而不是被某個航班長時間占用，通行效率大幅度提升。候機樓無須幾十個、上百個登機口。無須長長的指廊，無須第二候機樓，無須衛星廳，無須複雜的捷運系統、無須設置國際、國內轉換機務等等。

       這種設置，使中轉變得非常便捷，無論是國際中轉、國內中轉，還是國際、國內互轉；也無論是同一航空公司、同一聯盟，還是跨航空公司的聯程中轉。

       對于由基地航空、航空聯盟主導的中轉，可以由他們自己設計中轉流程。而對于跨航司聯程中轉則由機場來做銜接，設計中轉流程，航空公司無須簽訂複雜中轉協議和提供相關的服務。

圖六　候機樓二層主要功能布局乘客密度分布示意圖

圖七　二層候機樓中間通道示意圖

       對于這種采用混流設計，會不會造成擁堵和混亂？答案否定的，如果各種標識妥當，混流區不設置引起乘客停留的設施，混流區有足夠的空間，再加上有自動流量控制系統，是不會造成擁堵和混亂的。

       P機場T1，T2雖然機場國際、國內都只有一個出口，有誰見過出口處擁擠的？那是因為乘客無須在出口處停留，所以不會發生擁堵。擁堵的地方是那些需要時間通過地方，如：值機、安檢、登機等處。

       2、跑道布局

       對于大型樞紐機場，往往規劃設計有多條跑道，為了便于機場的自動化運行，大型樞紐機場應采用獨立平行跑道布局。獨立平行跑道容量大，如果采用移動登機橋、或者登機車模式，飛機無須滑行到候機樓，則跑道運行規則變得相對簡單，沒有繞滑、沒有等待、也無須穿越等等。

       當然，候機樓還將保持部分固定登機橋，主要用于400座以上的大型飛機靠橋，如：波音747，空客380等使用。

由于獨立平行跑道間距達1035米，為了提高土地利用率，可以在跑道之間可以設置一些必要的服務設施，對于一些無須到候機樓的服務，可以在跑道附近就地處理，可以提高機場土地利用率和機場的運行效率。

圖八　跑道之間布局示意圖

       如：機坪管制（分塔臺）負責跑道機坪運行管理；

       腹艙貨物待裝區，其目的是方便客機腹艙帶貨，由于有些客機停留時間較短，如果貨物短駁距離較長，會造成貨物來不及裝上飛機的現象。

       技術經停、備降、迫降、同機中轉乘客休息區由于這些乘客無須去候機樓，因此可以在此進行短暫休息；如過境中轉、技術經停，備降、迫降的航班。

       航班服務設施、設備，機務維修等等。

       3、總塔臺與機坪管制員設置

       對于有多條獨立平行多跑道大型樞紐機場，塔臺指揮調度可以采用亞特蘭大機場塔臺指揮模式，1個塔臺總調度，下設6個分調度（如有6條跑道同時使用），各負責一條跑道飛機的進近管制，負責和機坪管制員的銜接。六個分調度，通過三維顯示器，對機場管制區範圍內、各條跑道、機坪上航空器、地面車輛進行實時、動態監控，並對可能發生是危險像駕駛員提供預警。

       4、航路、航線

       對于空中交通管制自動化，首先應規劃設計好航路、航線，便于實現自動化運行

       對應采用第六條遠距獨立平行跑道大型樞紐機場，必須詳細規劃好航路、航線，避免航空器在同一平面上出現交叉現象，並保持安全距離。

       下圖是達拉斯機場的航路圖，東面來的飛機就在東面降，西面來的飛機西面降。起來後馬上可以飛走，不用繞行。

圖九　達拉斯機場航迹圖

圖十　P機場向北起降示航路意圖

       以北航向為例，航路如圖所示，但每一條跑道怎麽用，飛機怎麽飛，規劃必須做得非常詳細。當然。六條跑道不是平均使用的，可以根據機場的航班的運行統計數據確定使用方法，其中的某條跑道可以作為延誤的航班、備降航班等的使用。

       5、兩場空側高速聯絡道

       對于有兩個機場的城市，空側高速聯絡道是必須的。建設聯絡道目的是方便客、貨在兩場之間快速中轉、銜接，減少貨物的裝載環節，避免二次安檢等。

圖十一　一市二場聯絡道示意圖

       快速聯絡道設如圖，兩場之間沒有上下匝道。快速聯絡道實際上是兩個機場虛擬成為一個機場。設置收費社會車道是為了回收投資，如果不考慮投資回收，可以不設置。

       設置蓄車池的目的是避免下匝道發生擁堵，車輛無法及時下匝道，進而堵塞高速聯絡道。蓄車池建在地面一層，蓄車池上面空間可以進行商業開發，避免浪費土地資源。

       如果兩個機場相距較遠，則空側聯絡道可以采用高鐵方案。

       五、相關設施

       1、一次安檢（候機樓大廳）

       為提升自動化效率，設置一次安檢是必要的。實踐證明，乘客進候機樓的第一次人工安檢其好處在于可以大幅度減少行李在分揀線上的被下線檢查的概率，減少呼叫乘客前來開箱檢查的麻煩，保持行李處理中心高效運作。

       2、二次安檢（登機）

       機場安檢“人臉識別”輔助驗證系統，通過攝像頭對現場旅客的人臉視屏圖像的捕捉，使人臉識別系統與安檢信息系統在一個電腦界面內顯示。旅客過檢時，該系統將自動、快速、連續抓拍旅客臉部圖像用于和旅客所出示的身份證相比對，實現“人證合一”的輔助判斷決策。除了便捷，人臉識別系統還承擔著“安全護衛”的職能。

       安檢“人臉識別”輔助驗證系統，有效提高了機場安檢過檢效率和機場空防安全裕度，節約了旅客安檢驗證時間，使得安檢更加便捷。

       3、自助通關、無紙化通關

       機場還將啓用“無紙化”通關流程，優化網上值機旅客的出港流程，實現在安檢驗證櫃臺和登機口的手機二維碼掃碼驗證識別，旅客不用再打印登機牌即可快速通關，實現旅客更加優質、便捷、智慧出行。

       自助通關。如今國內不少機場已陸續安裝了具有人臉識別功能的自助通關機，比如目前在P機場的國際到達區，就已安裝自助查驗通道，旅客通過自己刷護照等幾個簡單的步驟，就能自行通關，可以大幅度提高通關效率。

       六、自動化運行簡要流程

       機場的自動化運行，主要包括空中交通管制自動化，和候機樓運行自動化。自動化流程基本上和現在的流程一樣。只是整個過程都由AI控制。

       1、出發，（移動登機橋＋擺渡車模式）

       1）提示　乘客到達機場，手機將收到一條短信，提示乘客登機流程。流程如下：值機－托運行李－－候機－登機。

       2）值機　乘客去值機處自助值機、或呼叫智能行李車進行自助值機，完成行李稱重、尺寸測量、辦理登機牌（電子登機牌在手機上即可完成）；

       3）行李托運　完成上述後，乘客到行李托運處，自助將行李放上轉盤完成行李托運。乘客如果沒有行李，則這無此環節。

       4）通關（邊檢，國內無此環節）

       乘客在邊檢處，按系統動畫提示，自助完成登機牌掃描（僅出境）、證件資料自助采集、人臉自動識別和指紋信息自動核驗等四個環節後，辦結出、入境邊檢手續，無須人工幹預。

       5）安檢　在安檢通道內，毫米波人體安檢系統對乘客及隨身隱藏物品進行非脫衣式探測，顯示槍支、刀具、炸藥等危險可疑物品位置，工作人員視情況決定是否需要進一步查驗。無須人工幹預

       6）登機　旅客掃描身份證或登機牌後，設備人臉識別系統再次驗證旅客信息後，屏幕上出現旅客航班號、姓名和座位，閘機開門，乘客上擺渡車。

       乘客上車完畢，擺渡車自動關閉車門，按照預先設定的運行線路，自動行駛到設定的跑道、停機位，自動對接移動登機橋。乘客登機完畢，擺渡車自動行駛到預先設定的停機位，等待到港航班。

       2、到達（移動登機橋＋擺渡車模式）

       1）飛機滑行到指定機位，移動登機橋完成自動對接後，機艙門打開，乘客經移動登機橋上登機車。登機車經隧道，自動行駛到候機樓指定的達到口，車門自動打開，乘客下車。全過程無須人工幹預，

       2）乘客有行李乘客至行李提取處提取行李，如無行李或中轉乘客則直接經人行步道從國際到達區、國際出發區、檢驗檢疫、海關、邊檢（指國際達到），進入國內出區，經國內候機區離港。國內乘客到達後，經國內出發區、國內候機區離港。

圖十二　候機樓內流程示意圖

       3、行李

       1)出發

       乘客完成自助值機後(注：已經完成稱重、和尺寸測量)，直接將行李放置在轉盤上即可。行李然後進入機場國際、國內行李處理中心進行分揀。先進行國際、國內分揀，然後按航班進行分揀，國際行李還需要進行海關查驗、放行，放行的行李進入國際行李分揀中心，按航班號進行分揀。

       對于不同交通方式中轉的行李，因為已經按航空安全標准檢查過，並且行李標簽已包含航班信息等內容，則按中轉模式送入行李處理中心進行分揀。

       2)到達

       行李到達流程。和現在機場流程基本一致，只是基本無須人工處理，全部實現自動化。特殊行李則由人工處理

       4、中轉

       1）乘客

       乘客中轉見圖十三

       2）行李

       國內轉國際，中轉行李直接送入國內行李處理中心進行一級分揀，即國內、國際分揀，然後進入二級分揀，即進入國內行李分揀中心分揀；國際行李則先經海關查驗，然後進入國際行李分揀中心分揀。

       國際轉國內，則先進入國際行李處理中心進行一級分揀，即甄別國際、國內行李，然後進入二級分揀，國際行李進入國際分揀中心，轉國內行李，先經海關查驗，然後進入國內行李分揀中心

       “一市二場”中轉

       如果一個城市有兩個機場，則按兩個機場行李中轉流程處理。

       5、貨物

       1)全貨機　載貨在北貨區進行處理。一般貨物貨艙直接推上avg車上，avg自動將貨物送到貨站，推進貨站，進行理貨。如果是整板中轉的貨物，則在機坪直接中轉，不進貨站。

       2)腹艙貨　則先在機坪上，將貨物轉載在avg車上，avg車輛沿著服務通道，自動行駛的北貨運區貨站。由于采用獨立平行跑道，飛機不滑行到候機樓模式，avg車輛與飛機跑道、滑行道沒有交叉，不會發生相遇危險，車速可以提高大幅度提升。

       3）中轉　貨站中轉、集拼都集中在北貨區進行。整板貨直接在貨機坪完成中轉，散貨則在貨站完成理貨後，或者裝上貨機，或者短駁到跑道之間的貨物待裝區，等待裝上客機腹艙。

       七、結束語

       智慧機場建設是一個過程，隨著科學技術的不斷發展，越來越多的新技術將不斷引入機場的運行，機場智慧化程度不斷提高，航空旅行將變成一種實實在在享受，而不是像現在，依然有許多奔波，依然有許多抱怨。

       筆者在此只對機場實現自動化運行需要的主要設施和過程進行初步探索，籍以與同行共同探討機場如何實現智慧化。 

 

       新聞來源：中國民航網