基于RFID的登機橋靠橋定位系統(tǒng)研究

　　活動登機橋靠橋時擦碰航空器的事故約占活動登機橋失誤的99%，并將最終導(dǎo)致航班延誤。2005年某機場登機橋廊橋垮塌，原因是客艙清潔人員將垃圾放在客艙門口的感應(yīng)器旁，導(dǎo)致感應(yīng)器向登機橋發(fā)出信號?；顒拥菣C橋接收到信號，即向飛機門靠攏，發(fā)生碰觸，使得門艙與機身分離，登機橋下沉。另浦東機場也于2014年發(fā)生過飛機與活動登機橋的碰擦事件，所幸速度飛機速度較慢，檢查人員、飛機都未發(fā)生損傷。

　　1 活動登機橋的操作規(guī)程分析與存在的問題

　　1.1 活動登機橋靠橋操作規(guī)范

　　為降低登機橋碰擦航空器的風(fēng)險，目前國內(nèi)的登機橋操作規(guī)范要求操作員必須在航班到達前10分鐘到崗，進行靠橋測試。待航空器挺穩(wěn)，先目視及通過監(jiān)控屏幕觀察有無人員、車輛等障礙物妨礙登機橋運行。然后調(diào)整輪架角度，緩慢接近航空器。在接近航空器50cm處停橋，并精調(diào)橋頭角度、高度，最后低速前進靠橋。若在距離航空器50cm內(nèi)發(fā)現(xiàn)角度不符，則必須后縮至50cm之外作調(diào)整。靠接完畢后，需保證平臺與機門下沿有10-15cm的高低間隙，5-10cm的水平間隙，輪位表保持在0-12.5°。待遮篷放倒在航空器上后，通過開關(guān)轉(zhuǎn)向“自動”模式，再次通過調(diào)平輪檢查橋身狀態(tài)。整個靠橋過程需在兩分鐘內(nèi)完成。

　　活動登機橋現(xiàn)均配備視頻探頭、測距雷達、紅外線探測儀、防撞探針、行走機構(gòu)保險杠等設(shè)備輔助操作員避免登機橋發(fā)生碰撞事故。

　　1.2 活動登機橋靠橋存在的問題

　　活動登機橋靠橋作業(yè)自動化程度低。就操作規(guī)范而言，絕大多數(shù)情況下依賴經(jīng)驗判斷，規(guī)范中的“50cm”、“10-15cm”等登機橋定位數(shù)值僅憑操作員目測，極易受經(jīng)驗、天氣、飛機涂裝及環(huán)境照明影響。而多種輔助設(shè)備主要包括雷達、紅外、視頻攝像、預(yù)警探針等卻只能提供相對位置關(guān)系及障礙物的預(yù)警信息，無法給出定位信息。由此可把實際操作過程中的問題歸納為：

　　1）培養(yǎng)難?？繕虿僮麟y度高，操作繁瑣，需對操作員進行專項培訓(xùn)方可上崗，并且經(jīng)過培訓(xùn)的熟練工非常稀缺。

　　2）無法定位。登機橋防撞設(shè)備多為被動預(yù)警，只提供有障礙物的防撞或防撞保護，仍無法提供登機橋或飛機艙門的定位信息，定位過程依舊靠人工肉眼判斷。

　　3）到崗慢。由于機場面積大，橋位眾多，橋與橋之間間隔一般有50m左右，加之航班量大，造成操作員在工作中每日的步行距離大，到崗響應(yīng)速度慢。

　　4）誤判多。目前航空器外表面有各種不同的噴涂，深色系在夜間造成肉眼尤其通過監(jiān)視器識別困難，淺色系在強烈的陽光下也會對距離判斷造成一定的干擾。很多操作都必須通過經(jīng)驗的積累才能使操作員判斷準確。

　　5）易干擾。雷達和紅外線也極易受天氣比如雨雪和機艙表面附著物的影響，進而給操作員帶來不準確的信息。

　　目前每年在制度完備、設(shè)備先進的樞紐型機場，依舊會有0.5-1起該類事故的發(fā)生，對比北京、上海、廣州和深圳這些機場每年的航班量與近機位靠橋的比例，其實該事故率已經(jīng)非常低了，但由于一旦發(fā)生事故，影響很大，所以仍然是目前機場運營方面關(guān)注的重點。

　　2 RFID定位原理及機場應(yīng)用現(xiàn)狀

　　2.1 RFID定位技術(shù)簡介

　　RFID電子標簽技術(shù)分為有源和無源兩類，有源RFID是指其標簽有主動發(fā)送信號的功能，而無源RFID是指其標簽只有接收到信號時，才會發(fā)出反饋給信號發(fā)射器。同時，RFID電子標簽按讀寫功能可分為一次性RFID標簽，即寫入后不可更改信息的標簽，另一種則是可反復(fù)通過信號發(fā)射器寫入信息的RFID標簽。

　　多個RFID信號發(fā)射器在接收到同一個標簽發(fā)出的反饋后，可經(jīng)過反饋的時延，判斷標簽距信號發(fā)射器的遠近，進而通過計算得出標簽的具體位置。若單個信號發(fā)射器，在發(fā)出的信號被RFID標簽接收到后，標簽將反饋單個信號給信號發(fā)射器，信號發(fā)射器通過計算發(fā)出與反饋信號的時間差，并與電磁波在空氣中傳播的速度相乘，即可得出標簽距離信號發(fā)射器的遠近。若空間中有兩個信號發(fā)射器同時對一個標簽發(fā)出了信號，則系統(tǒng)通過計算，即可定位該標簽位于平面上的兩點，在三維空間中，則可確定在一個圓形的圓殼上。若空間中有三個信號發(fā)射器同時對一個標簽發(fā)出信號，則可將該標簽的位置確定在平面上的一點上，三維空間的3個球形的2個交點上。若空間中有四個信號發(fā)射器同時對一個標簽發(fā)出信號，則能將該標簽的位置確定在三維空間的一點上。通過不斷的發(fā)射信號，可以不斷的修正位置信息，使得標簽的位置做到實時更新。空間內(nèi)已知兩點可定義一條直線的位置，已知三點則可定義一個平面。

　　2.2 RFID定位技術(shù)在機場的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　RFID定位技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于物流領(lǐng)域，在機場則應(yīng)用于旅客行李的追蹤上。其通過將RFID電子標簽整合進紙質(zhì)行李條碼內(nèi)，為每一件行李提供綁定的電子標簽，進而在出發(fā)機場、飛機、目的地機場通過RFID信號發(fā)射器對電子標簽進行追蹤識別。但由于各地機場發(fā)展階段的不同，目前絕大多數(shù)機場都未配備RFID系統(tǒng)。同時雖然單個電子標簽價格低廉，但為一次性使用的標簽，額外的使用成本也另一些大型航空公司及幾乎所有廉價航空公司望而卻步。所以其RFID定位技術(shù)在行李系統(tǒng)的應(yīng)用并未得到全面拓展與認可。

　　3 建立基于RFID的登機橋靠橋定位系統(tǒng)

　　3.1 基于RFID的登機橋靠橋定位系統(tǒng)

　　3.1.1 RFID定位系統(tǒng)設(shè)置

　　飛機機身一般為圓柱形，其艙門形狀為圓柱形外表面的一部分，其中上下邊沿為直線，左右邊沿為圓弧形?？蓪FID標簽分別設(shè)置在上、下邊沿與左側(cè)邊沿的夾角上（A、B），以及右側(cè)邊沿的中心位置（C），如圖1所示。這樣3枚標簽即可確定艙門位置。同時，在3個RFID標簽內(nèi)同時寫入3個標簽的各自的編碼以及互相的位置關(guān)系。

　　在活動登機橋的接機口、轉(zhuǎn)臺設(shè)置4個RFID信號發(fā)射器，如圖2所示。發(fā)射器W布置在轉(zhuǎn)臺水泥底座上，發(fā)射器X布置在轉(zhuǎn)臺頂，發(fā)射器Y布置在行走機構(gòu)兩輪中間的馬達位置，發(fā)射器Z布置在接機口底端。確保4個發(fā)射器不在同一個平面內(nèi)，否則同一個標簽會有2個定位信息。

　　3.1.2 RFID定位系統(tǒng)定位及操作

　　在具體定位過程中，4個發(fā)射器根據(jù)行走機構(gòu)及轉(zhuǎn)動機構(gòu)跟新自己的位置信息后，對飛機艙門上的3個RFID標簽分別定位，同時對RFID標簽內(nèi)的位置信息進行讀取，然后修正自己的定位結(jié)果。這樣即使某個RFID標簽無法正常工作，原則上只需要任意兩枚標簽即可完成對艙門的定位。其定位精確度可在1mm-10mm內(nèi)，符合操作規(guī)范的要求。

　　在確定艙門位置后，可通過控制系統(tǒng)自動將活動登機橋伸展至艙門位置與飛機對接，同樣根據(jù)艙門位置，先調(diào)整輪架角度，然后低速靠橋，待到距離航空器50cm處需再次驗證位置信息以及檢查活動登機橋自身位置狀態(tài)，該步驟可通過人工授權(quán)確認位置，最后精調(diào)橋頭角度、高度后，低速靠橋，完成靠接。

　　在靠橋操作過程中，依然需要其他設(shè)施或人工輔助確保在登機橋移動過程中地面沒有障礙物，否則將自動終止靠橋作業(yè)，需人工授權(quán)后返回初始位置重新靠橋。

　　3.2 RFID登機橋定位系統(tǒng)的特點分析

　　1）成本低廉。目前RFID技術(shù)已十分成熟，電子標簽的價格約在0.1元人民幣左右，而且安裝在飛機上的電子標簽可反復(fù)讀取信息。

　　2）安全性高。RFID信號不受障礙物影響，不受天氣及可見光影響。其系統(tǒng)頻率也與其他民用系統(tǒng)錯開

　　3）定位精確。RFID的定位精度可達1mm-10mm之間，遠高于人工肉眼判斷。

　　4）耐用性好。RFID標簽結(jié)構(gòu)簡單，可耐受飛機飛行時的極端天氣，不易損壞。

　　5）系統(tǒng)冗余高。安裝在多個活動登機橋上的RFID發(fā)射器可構(gòu)成RFID網(wǎng)絡(luò)，在實際定位過程中，可協(xié)助臨近登機橋完成定位。

　　4 結(jié)語

　　本文主要利用RFID定位技術(shù)，嘗試解決實際在運營過程中遇到的活動登機橋靠橋難的問題，為相關(guān)生產(chǎn)人員提供了可靠的定位航空器及活動登機橋的手段，輔以其他防撞預(yù)警設(shè)施，可大幅縮減對熟練操作經(jīng)驗的需求，減少事故的發(fā)生。

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