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基于RFID的登机桥靠桥定位系统研究

来源:民航基建公众号  2020-10-10

  活动登机桥靠桥时擦碰航空器的事故约占活动登机桥失误的99%,并将最终导致航班延误。2005年某机场登机桥廊桥垮塌,原因是客舱清洁人员将垃圾放在客舱门口的感应器旁,导致感应器向登机桥发出信号。活动登机桥接收到信号,即向飞机门靠拢,发生碰触,使得门舱与机身分离,登机桥下沉。另浦东机场也于2014年发生过飞机与活动登机桥的碰擦事件,所幸速度飞机速度较慢,检查人员、飞机都未发生损伤。

  1 活动登机桥的操作规程分析与存在的问题

  1.1 活动登机桥靠桥操作规范

  为降低登机桥碰擦航空器的风险,目前国内的登机桥操作规范要求操作员必须在航班到达前10分钟到岗,进行靠桥测试。待航空器挺稳,先目视及通过监控屏幕观察有无人员、车辆等障碍物妨碍登机桥运行。然后调整轮架角度,缓慢接近航空器。在接近航空器50cm处停桥,并精调桥头角度、高度,最后低速前进靠桥。若在距离航空器50cm内发现角度不符,则必须后缩至50cm之外作调整。靠接完毕后,需保证平台与机门下沿有10-15cm的高低间隙,5-10cm的水平间隙,轮位表保持在0-12.5°。待遮篷放倒在航空器上后,通过开关转向“自动”模式,再次通过调平轮检查桥身状态。整个靠桥过程需在两分钟内完成。

  活动登机桥现均配备视频探头、测距雷达、红外线探测仪、防撞探针、行走机构保险杠等设备辅助操作员避免登机桥发生碰撞事故。

  1.2 活动登机桥靠桥存在的问题

  活动登机桥靠桥作业自动化程度低。就操作规范而言,绝大多数情况下依赖经验判断,规范中的“50cm”、“10-15cm”等登机桥定位数值仅凭操作员目测,极易受经验、天气、飞机涂装及环境照明影响。而多种辅助设备主要包括雷达、红外、视频摄像、预警探针等却只能提供相对位置关系及障碍物的预警信息,无法给出定位信息。由此可把实际操作过程中的问题归纳为:

  1)培养难。靠桥操作难度高,操作繁琐,需对操作员进行专项培训方可上岗,并且经过培训的熟练工非常稀缺。

  2)无法定位。登机桥防撞设备多为被动预警,只提供有障碍物的防撞或防撞保护,仍无法提供登机桥或飞机舱门的定位信息,定位过程依旧靠人工肉眼判断。

  3)到岗慢。由于机场面积大,桥位众多,桥与桥之间间隔一般有50m左右,加之航班量大,造成操作员在工作中每日的步行距离大,到岗响应速度慢。

  4)误判多。目前航空器外表面有各种不同的喷涂,深色系在夜间造成肉眼尤其通过监视器识别困难,浅色系在强烈的阳光下也会对距离判断造成一定的干扰。很多操作都必须通过经验的积累才能使操作员判断准确。

  5)易干扰。雷达和红外线也极易受天气比如雨雪和机舱表面附着物的影响,进而给操作员带来不准确的信息。

  目前每年在制度完备、设备先进的枢纽型机场,依旧会有0.5-1起该类事故的发生,对比北京、上海、广州和深圳这些机场每年的航班量与近机位靠桥的比例,其实该事故率已经非常低了,但由于一旦发生事故,影响很大,所以仍然是目前机场运营方面关注的重点。

  2 RFID定位原理及机场应用现状

  2.1 RFID定位技术简介

  RFID电子标签技术分为有源和无源两类,有源RFID是指其标签有主动发送信号的功能,而无源RFID是指其标签只有接收到信号时,才会发出反馈给信号发射器。同时,RFID电子标签按读写功能可分为一次性RFID标签,即写入后不可更改信息的标签,另一种则是可反复通过信号发射器写入信息的RFID标签。

  多个RFID信号发射器在接收到同一个标签发出的反馈后,可经过反馈的时延,判断标签距信号发射器的远近,进而通过计算得出标签的具体位置。若单个信号发射器,在发出的信号被RFID标签接收到后,标签将反馈单个信号给信号发射器,信号发射器通过计算发出与反馈信号的时间差,并与电磁波在空气中传播的速度相乘,即可得出标签距离信号发射器的远近。若空间中有两个信号发射器同时对一个标签发出了信号,则系统通过计算,即可定位该标签位于平面上的两点,在三维空间中,则可确定在一个圆形的圆壳上。若空间中有三个信号发射器同时对一个标签发出信号,则可将该标签的位置确定在平面上的一点上,三维空间的3个球形的2个交点上。若空间中有四个信号发射器同时对一个标签发出信号,则能将该标签的位置确定在三维空间的一点上。通过不断的发射信号,可以不断的修正位置信息,使得标签的位置做到实时更新。空间内已知两点可定义一条直线的位置,已知三点则可定义一个平面。

  2.2 RFID定位技术在机场的应用现状

  RFID定位技术目前广泛应用于物流领域,在机场则应用于旅客行李的追踪上。其通过将RFID电子标签整合进纸质行李条码内,为每一件行李提供绑定的电子标签,进而在出发机场、飞机、目的地机场通过RFID信号发射器对电子标签进行追踪识别。但由于各地机场发展阶段的不同,目前绝大多数机场都未配备RFID系统。同时虽然单个电子标签价格低廉,但为一次性使用的标签,额外的使用成本也另一些大型航空公司及几乎所有廉价航空公司望而却步。所以其RFID定位技术在行李系统的应用并未得到全面拓展与认可。

  3 建立基于RFID的登机桥靠桥定位系统

  3.1 基于RFID的登机桥靠桥定位系统

  3.1.1 RFID定位系统设置

 

  飞机机身一般为圆柱形,其舱门形状为圆柱形外表面的一部分,其中上下边沿为直线,左右边沿为圆弧形。可将RFID标签分别设置在上、下边沿与左侧边沿的夹角上(A、B),以及右侧边沿的中心位置(C),如图1所示。这样3枚标签即可确定舱门位置。同时,在3个RFID标签内同时写入3个标签的各自的编码以及互相的位置关系。

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  在活动登机桥的接机口、转台设置4个RFID信号发射器,如图2所示。发射器W布置在转台水泥底座上,发射器X布置在转台顶,发射器Y布置在行走机构两轮中间的马达位置,发射器Z布置在接机口底端。确保4个发射器不在同一个平面内,否则同一个标签会有2个定位信息。

  3.1.2 RFID定位系统定位及操作

  在具体定位过程中,4个发射器根据行走机构及转动机构跟新自己的位置信息后,对飞机舱门上的3个RFID标签分别定位,同时对RFID标签内的位置信息进行读取,然后修正自己的定位结果。这样即使某个RFID标签无法正常工作,原则上只需要任意两枚标签即可完成对舱门的定位。其定位精确度可在1mm-10mm内,符合操作规范的要求。

  在确定舱门位置后,可通过控制系统自动将活动登机桥伸展至舱门位置与飞机对接,同样根据舱门位置,先调整轮架角度,然后低速靠桥,待到距离航空器50cm处需再次验证位置信息以及检查活动登机桥自身位置状态,该步骤可通过人工授权确认位置,最后精调桥头角度、高度后,低速靠桥,完成靠接。

  在靠桥操作过程中,依然需要其他设施或人工辅助确保在登机桥移动过程中地面没有障碍物,否则将自动终止靠桥作业,需人工授权后返回初始位置重新靠桥。

  3.2 RFID登机桥定位系统的特点分析

  1)成本低廉。目前RFID技术已十分成熟,电子标签的价格约在0.1元人民币左右,而且安装在飞机上的电子标签可反复读取信息。

  2)安全性高。RFID信号不受障碍物影响,不受天气及可见光影响。其系统频率也与其他民用系统错开

  3)定位精确。RFID的定位精度可达1mm-10mm之间,远高于人工肉眼判断。

  4)耐用性好。RFID标签结构简单,可耐受飞机飞行时的极端天气,不易损坏。

  5)系统冗余高。安装在多个活动登机桥上的RFID发射器可构成RFID网络,在实际定位过程中,可协助临近登机桥完成定位。

  4 结语

  本文主要利用RFID定位技术,尝试解决实际在运营过程中遇到的活动登机桥靠桥难的问题,为相关生产人员提供了可靠的定位航空器及活动登机桥的手段,辅以其他防撞预警设施,可大幅缩减对熟练操作经验的需求,减少事故的发生。

  参考文献

  【1】曾学,王新颖.RFID标签在机场行李系统中的应用【J】.科技创新与生产力,2017(5)90-94

  【2】胡博.基于射频识别(RFID)技术的定位系统初探【J】.卷宗,2017(29)

  【3】肖颖.基于RFID技术的无线定位系统【J】.物联网技术,2012(6)

  【4】江苏东大集成电路有限公司.RFID技术在航空领域的应用【E】.百度文库

  【5】苏全程.RFID在定位方面的技术应用【R】.百度文库,2017

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