什么是少人机坪？深度解密花湖机场有多智能

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2022-05-22 17:46 来源: 鄂州融媒

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　　湖北鄂州
　　一个距离省会武汉
　　约80公里的城市
　　在这里
　　一座崭新的机场
　　鄂州花湖机场
　　正在紧锣密鼓地进行行业验收
　　为今年6月正式通航作最后准备

　　作为亚洲第一座
　　专业性货运枢纽机场
　　鄂州机场自立项以来就备受关注
　　与客运枢纽机场相比，专业的货运枢纽机场在全球范围内并不多见。尽管数量不多，但作为国际航空物流集散地，每一座货运枢纽机场的价值都不容小觑。

　　随着投运时间的临近，鄂州机场的关注度也在不断提升。人们不仅期待这座机场能够为航空货运市场注入新活力，更好奇这座“科技感满满”的货运机场将给民航业带来哪些耳目一新的改变。事实上，建设伊始，科技的基因就被植入设计之中，此后几年间，鄂州机场的建设理念不断更新迭代。
　　由此带来的成果之一
　　就是鄂州机场正在让“少人机坪”
　　从概念变成现实

　　少人机坪
　　一座货运枢纽机场的自主探索
　　积极探索新技术应用，是因为我们本身就存在业务需求，信息化、数字化和智能化只是解决问题、满足需求的手段而已。
　　少人机坪，顾名思义就是在满足机坪功能的情况下，由更少的工作人员参与机坪运行与维护。
　　随着科技的发展以及人力成本的增加，少人化甚至无人化在很多行业已经是大势所趋。然而，对安全要求高、涉及人员多、生产链条长的民航业来说，对机场运维进行系统的少人化探索仍是一件新鲜事，而鄂州机场算得上是“第一个吃螃蟹的人”。

　　测试场自动驾驶车辆编排
　　2021年，全国民用机场建设管理工作会议期间，鄂州机场工作人员向与会者展示了少人机坪的研究成果——
　　当飞机进入机位后，升降平台车如同算好时间一样来到飞机旁，自动完成升降对接；待货物被运送到地面后，看上去结构简单的平板车已经行驶到平台车前就位……

　　当时，以作业保障流程为基准的自动化作业车辆和设备联合演示在到访宾客面前进行了多次。接受记者采访时，湖北国际物流机场有限公司少人机坪领导小组办公室负责人告诉记者，“这只是少人机坪建设的一部分”。事实上，从2018年至今，短短3年多时间，鄂州机场在智慧化方面的建设理念已经几经迭代，但是方向始终没有改变——立足自身，面向未来。
　　“从最初的‘无人车构想’到之后的‘车路协同构想’，再到现在的‘云场车’一体化、全场统一调度建设，我们不断探索、不断优化智慧机场建设方案，最根本的原因在于有内生需求。其实很多技术已经存在，但更重要的是要有需求，信息化、数字化和智能化只是解决问题、满足需求的手段而已”。

　　测试场模拟转运中心
　　与其他枢纽机场相比
　　鄂州机场有很多不同
　　⇊
　　鄂州机场是货运枢纽机场
　　这代表其同时具备两个特点
　　01
　　以货运为主，夜间作业比较多； 02
　　枢纽定位，这意味着其高峰作业量很大。
　　“在鄂州机场建设过程中，我们曾派团队到美国孟菲斯机场进行考察。一个明显的感受是，那里的夜间作业非常多。这样一来，有些问题就比较突出——地勤人员的夜间操作风险比较大。比如说，人在夜间容易疲劳。此外，夜间视线不佳，再加上高峰作业，人更容易出错，这就对安全提出了挑战。不仅如此，货运机场另一个有别于客运机场之处是更加注重时效。无论对机场还是对驻场单位来说，效率提升所带来的收益都是非常明显的。基于上述因素，我们开始考虑如何在保障运行安全的前提下最大化提升运行效率，是不是可以通过解决人员问题化解矛盾？在一些特定作业环境中，与人员操作相比，机器更可靠——它只会执行命令。正是基于这一点，我们注意到了无人驾驶技术，希望通过它尝试解决人的问题。”该负责人表示。

　　迭代升级
　　基于现有技术制订“鄂州方案”
　　早在2019年，我们就通过空侧自动驾驶方案征集研究过单车智能方案。然而，通过对机场作业场景进行细致梳理，我们发现只用车进行自动驾驶的方案还是不够优秀的。
　　在科技浪潮席卷全球的当下，以智慧塑造民航业全新未来，势在必行、迫在眉睫。近年来，民航局高度重视智慧民航建设，印发了《智慧民航建设路线图》《推动新型基础设施建设促进高质量发展实施意见》《中国民航新一代航空宽带通信技术路线图》等智慧民航建设顶层架构文件。

　　调试塔台空管部门电话录音系统
　　在经历着新一轮科技革命和产业变革的当下，以新一代信息技术融合应用为主要特征的智慧民航建设正全方位重塑民航业的形态、模式和格局。在鄂州机场建设过程中，新一代信息技术的融合应用表现得尤为突出。从技术应用方面看，鄂州机场的新技术主要分为两种。第一种是为建设而采用的新技术。简而言之，就是与建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）有关的智慧建设技术。第二种则是与运行有关的新技术，包括智慧道面、泊位引导、少人机坪自动驾驶等。

　　场端智能监控、通讯等设备安装
　　“为建设而采用的新技术推动了建设体系和标准的成熟，为机场智慧运行奠定了坚实的基础。”鄂州机场相关技术人员表示。据悉，在看似平平无奇的鄂州机场跑道下方，共埋设了5万多个光纤传感器，能够帮助机场实现跑道全时、全域信息感知。
　　新基建为鄂州机场的智慧化提供了有力支撑。在此基础上，构建怎样的少人机坪运行体系就成了下一个重要问题。
　　“2019年，我们考虑的方案是自动驾驶。当时，我们进行了一轮空侧自动驾驶方案征集，主要面向自动驾驶车辆。我们也筛选出了一批优秀的技术方案，包括拖头车、摆渡车、清扫车等，希望能够打造每个智能体都有足够强大智慧的群体智能空港。在这个阶段，我们的探索方向是以车为主的”。
　　然而，在不断深入了解自身需求以及空港运行特点的过程中，鄂州机场的建设者们发现，对机场来说，单车智能技术还是不够优秀的。这并不是鄂州机场的一家之言。随着技术的不断发展，很多专家也认为，单车智能无法满足机场站坪复杂作业场景相互协同以及防相撞要求。华为政企全球航空解决方案总监肖挺莉表示， “在单车智能之外，还要强调整体的车路系统、车与航空器系统，以及车与各个保障设施的协同”。

　　鄂州花湖机场数字化中心
　　在第二阶段，鄂州机场开始寻找更适合自身发展的“鄂州方案”。 “大概是在2020年，我们发现在智能交通领域，除自动驾驶技术外，还有一种车路协同技术”。自动驾驶技术是通过在车辆上加装传感器替代驾驶员对道路情况进行感知，并在算法决策系统的支持下实现有效避让。而车路协同技术则可以简单理解为，将同样的传感设备固定在一个高点，从而实现更大范围的有效感知。“就好比倒车入库时，驾驶员不清楚车后方的情况，就会让别人在旁边帮忙看着。他的视角比你的更大、更全面，可以告诉你‘倒倒倒，向左转，再右转’。车路协同技术与之类似，能够注意到车载传感器感知不到的区域。”鄂州机场相关技术人员介绍。
　　除视野更大外，车路协同技术还有更重要的优势——与自动驾驶技术相比，在移动条件下，车路协同技术的感知能力更强。“我们判断，未来车路协同技术能够成为车辆自动驾驶技术的一种替代。同时，它也是对现有自动驾驶技术的一种补充，是一种安全冗余。因此，2020年，我们开始将自动驾驶技术方向从单车智能升级为车路协同”。
　　车路协同是一种广泛智慧交通技术。在特定生产环境中，鄂州机场的建设者们对“路”作出了更细化的定义——“场”。考虑到机场内道路与公开道路有所区别，因此“场”更符合运行场景，“场车”理念由此诞生。
　　在鄂州机场少人机坪建设过程中，“变化”“迭代”“升级”是贯穿始终的关键词。进入2021年，鄂州机场的建设者们又发现了一个新的优化点。“当你深入了解车路协同技术以及自动驾驶技术并决定进行应用时，就会发现车路协同技术在公开道路上的应用并没有把技术优势发挥到最大”。

　　飞机轨迹跟踪示意图
　　这个判断要从道路和传感器说起。“我们都知道，道路不论弯或直都是线性的。但实际上，传感器的覆盖范围是一个面。像我们最常用的激光雷达，其覆盖面是圆形中心点向外300米左右的范围。因此，如果仅仅将其应用在线性场景中，传感器覆盖到的很多范围就被浪费了。之所以注意到这一点，是因为我们发现机场与公开道路以及港口等场景有很大不同，机场是一个典型的以作业为目标的工业级场景。如果只有车路协同系统，那么车辆可以完成点到点的移动，但脱离道路之后，它就无法进行后续技术延伸了”。

　　对一座货运机场来说
　　作业是无人驾驶的终极目标
　　这一次
　　鄂州机场的建设者们
　　将视线锁定在了“云”上
　　作为新基建，“云”已经被广泛应用在各行业的生产中，扮演调度者的角色。然而，机场特殊的生产环境对“云”提出了更高要求。“很多生产场景不像机场这么复杂——机场内不仅有大量作业任务，路端协调设备，还有人、车、飞机。加入这些需求之后，我们的系统不仅变得更大了，功能也变得更强了”。至此，鄂州机场在几经探索之后，终于树立了属于自己的“云场车”一体化建设理念。
　　面向未来
　　让机场引领自动作业产业变革
　　在技术发展到一定阶段后，车辆本身可以是个“盲人”，我们通过强大的云端调度系统告诉它怎么走、往哪儿走，前面有没有飞机、有没有车、有没有人，它通过指令规避风险，完成自己的任务。
　　在鄂州机场“云场车”设计理念中，“云”是排在第一位的。“‘云’既需要与现有的民航生产业务系统对接，成为其庞大业务的支撑，又可以为车路协同系统和自动驾驶系统发展预留空间。在我们看来，云端是重要且庞大的调度系统；场端是安全冗余，是用来支撑整个自动驾驶和交通指挥的关键系统；车辆则是执行任务、坚守安全底线的终端”。
　　全场统一调度是云端重要且被放在首位的关键原因。通过通信技术和云技术实现整体的云控，不仅能够解决单车引导和单车规则的控制问题，而且可以解决目前站坪上多种类特种车在实现单车智能过程中的整体协同问题。通过云控平台，各类设施设备不同的标准可以得到统一。在此基础上，原来违规驾驶、疲劳驾驶等人为原因导致的不安全事件就会大大减少。

　　机场无人驾驶行李牵引车
　　事实上，大多数不安全事件都是没有计划、没有规划的事件相互碰撞引发的。以公开道路为例，目前评判自动驾驶车辆安全与否的关键场景是能否处理“鬼探头”情况，即当行人从遮挡物中突然冲出时，车辆传感器能不能及时识别，系统能不能及时刹车。“突发事件是最大的安全风险，民航运行也是如此。如果我们想降低安全风险，最关键的是要让全场物体的移动，也就是时间和空间的变化全部在计划内。我们现在做的是把通知频率、信息交互频率提升到0.1秒一次。在场所有单元每0.1秒就会交流一次，相互通知位置。也就是说，在全场统一调度的支持下，不管是拖头车、油料车要通过，还是引导车后面有飞机要通过，所有信息都在统一的系统里进行交流。如果我们能够保证飞机、车辆、人员以及舷梯等无动力设备的位置全部在掌控中，那么碰撞就很难发生。我们预测，在技术发展到一定阶段后，车辆本身可以是个‘盲人’，我们通过强大的云端调度系统告诉它怎么走、往哪儿走，前面有没有飞机、有没有车、有没有人，它通过指令规避风险，完成自己的任务”。

　　在目前的技术条件下，想要实现全场可控仍旧存在一定挑战。肖挺莉表示，目前，作为协同运行的核心场景，飞行区内很多地方网络覆盖不到。因此，一些无动力设备其实是很难做到精准定位的。
　　不过，随着技术的迭代和进步，这个问题有望得到解决。去年4月，民航局出台了《新一代航空宽带通信技术路线图》，明确到2025年底，完成基于5G AeroMACS技术的“机—车—场道—设施”协同运行应用示范并在行业推广。由此可见，未来，随着民航专有频段5G AeroMACS网络的应用，自动驾驶和车路协同所面临的技术问题将有望得到解决。
　　在不断探索少人机坪建设方案的过程中，鄂州机场的建设者们还有一项更重要的发现—— 未来，少人机坪建设不仅有望引领封闭场景内的自动作业产业变革，还有可能推动自动驾驶技术加速成熟落地。

　　“随着深入了解机场运行环境，我们逐渐发现，这是一个最贴近真实公开道路的封闭场景。首先，机场内的运行环境很复杂，有人、车、飞机，而且车辆类型非常多。在进行自动驾驶车型选择的时候，我们统计过，民航机场内的车辆有80多种。其次，我们要考虑到有人驾驶的情况，比如将消防车、救护车纳入系统。最后，机场内的交通运行规则基本上是参照公开道路制定的。与之相比，物流园区、矿山、港口等场景要简单得多。因此，在我们看来，少人机坪建设不仅能够帮助鄂州机场提升运行效率，还能为智慧民航建设以及社会进步贡献一份力量”。
　　如今，鄂州机场的少人机坪建设正在持续推进。截至2022年4月底，鄂州机场已完成“云场车”建设的一系列技术条件预留。同时，为了对新产品的功能、性能进行测试，鄂州机场基于已建成的基础设施设置了真实场景环境测试区域，并完成了对5种车型的基本能力测试以及联合演练。
　　不久后
　　随着鄂州机场投运和
　　少人机坪建设
　　如火如荼地展开
　　一座高效、现代的货运枢纽机场
　　将展现在公众面前