近期，在竹內(nèi)亮導(dǎo)演的【華為的100張面孔】第二集中，我們跟隨著鏡頭來(lái)到了深圳機(jī)場(chǎng)。通過(guò)華為工程師于家河的介紹，我們看到了深圳機(jī)場(chǎng)與華為深入數(shù)字化轉(zhuǎn)型的成功實(shí)踐。
本期，我們分享華為全球交通業(yè)務(wù)部資深架構(gòu)師于家河的文章《機(jī)場(chǎng)協(xié)同忙，智慧助航燈來(lái)導(dǎo)航》。
圖片圖片來(lái)源：【華為的100張面孔】第二集
數(shù)據(jù)顯示，自2005年起，我國(guó)航空運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量已連續(xù)14年位居世界第二。而另一方面，隨著機(jī)場(chǎng)持續(xù)高位超負(fù)荷運(yùn)行，管制員數(shù)量不足、工作負(fù)荷大等因素，國(guó)內(nèi)外都曾出現(xiàn)過(guò)因機(jī)場(chǎng)管制員遺忘動(dòng)態(tài)、指揮失誤差點(diǎn)導(dǎo)致事故。
國(guó)際民航組織（ICAO）早在2004年就提出了A-SMGCS（Advanced Surface Movement Guidance & Control System高級(jí)場(chǎng)面活動(dòng)引導(dǎo)和控制系統(tǒng)）的概念，可有效避免場(chǎng)面活動(dòng)目標(biāo)沖突的發(fā)生，顯著增強(qiáng)機(jī)場(chǎng)安全保障的能力。
中國(guó)民航局也于2019年4月下發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)A-SMGCS系統(tǒng)及配套設(shè)施設(shè)備建設(shè)應(yīng)用工作的意見(jiàn)》，要求各機(jī)場(chǎng)、地區(qū)空管局等單位加快推進(jìn)A-SMGCS系統(tǒng)的建設(shè)，充分發(fā)揮A-SMGCS在提升機(jī)場(chǎng)運(yùn)行安全、效率和效益方面的作用。
A-SMGCS對(duì)機(jī)場(chǎng)安全和效率提升有何重要意義？難點(diǎn)在哪？今后如何發(fā)展？是每個(gè)機(jī)場(chǎng)管理者都需要思考的問(wèn)題。
讓機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行可視、可管、可控
偌大的機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)，各種飛機(jī)、車輛川流不息，如何讓這些目標(biāo)有序行進(jìn)、互不干擾，實(shí)現(xiàn)高效的協(xié)同運(yùn)行，是一件考驗(yàn)智慧的事，而A-SMGCS則是幫助管理者提供整體解決方案的智能管理系統(tǒng)。
A-SMGCS作為為機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面航空器、車輛等目標(biāo)提供監(jiān)測(cè)、控制、滑行路徑規(guī)劃及引導(dǎo)服務(wù)的綜合集成信息處理系統(tǒng)，可通過(guò)處理機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面各監(jiān)測(cè)源信息及控制燈光系統(tǒng)，為空管塔臺(tái)管制與機(jī)坪管制提供服務(wù)。
為提供上述功能，A-SMGCS一般需配備相關(guān)設(shè)備，包括監(jiān)測(cè)信息源和機(jī)場(chǎng)燈光系統(tǒng)等。例如，為實(shí)現(xiàn)A-SMGCS的監(jiān)測(cè)和告警功能，需引接空管一/二次監(jiān)測(cè)雷達(dá)、場(chǎng)面監(jiān)測(cè)雷達(dá)、ADS-B、多點(diǎn)相關(guān)定位等監(jiān)測(cè)信息源；為實(shí)現(xiàn)A-SMGCS IV級(jí)對(duì)機(jī)場(chǎng)活動(dòng)的自動(dòng)引導(dǎo)功能，需引接并控制機(jī)場(chǎng)燈光系統(tǒng)。
A-SMGCS IV級(jí)運(yùn)行的核心是燈光滑行引導(dǎo)，即飛機(jī)落地后跟隨綠色的中線燈的引導(dǎo)滑行，直至停機(jī)位。這期間，需要在飛機(jī)前方保持一個(gè)由多盞燈形成的燈帶：隨著飛機(jī)的位置變化，在飛機(jī)前方逐個(gè)點(diǎn)亮，飛機(jī)滑過(guò)以后燈自動(dòng)熄滅。
根據(jù)SESAR（單一歐洲天空空中交通管理研究項(xiàng)目）在德國(guó)慕尼黑機(jī)場(chǎng)的測(cè)試證明，無(wú)論是在“良好可見(jiàn)度”，還是在“低可見(jiàn)度”條件下，燈光滑行引導(dǎo)都有非常明顯的效果，可有效提升機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行效率和安全性。
A-SMGCS IV級(jí)運(yùn)行可全面提升機(jī)場(chǎng)的效率、容量、安全和自動(dòng)化水平，是現(xiàn)代化大型機(jī)場(chǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
民航局在《意見(jiàn)》中明確提出，對(duì)于多跑道大型繁忙樞紐機(jī)場(chǎng)，在新建或改擴(kuò)建時(shí)，建議助航燈都按照 A-SMGCS 的IV級(jí)運(yùn)行要求配置。
目前，全球已有迪拜機(jī)場(chǎng)和北京大興機(jī)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了A-SMGCS 的IV級(jí)運(yùn)行。國(guó)內(nèi)目前新建的成都天府機(jī)場(chǎng)、順豐鄂州機(jī)場(chǎng)，改擴(kuò)建的深圳機(jī)場(chǎng)、浦東機(jī)場(chǎng)、首都機(jī)場(chǎng)等都明確以A-SMGCS IV級(jí)運(yùn)行為目標(biāo)。
可實(shí)現(xiàn)燈光滑行引導(dǎo)的單燈通信技術(shù)急需突破
A-SMGCS IV級(jí)燈光滑行引導(dǎo)依賴于對(duì)單個(gè)燈具的可靠通信，以實(shí)現(xiàn)精確的單燈控制。長(zhǎng)期以來(lái)，業(yè)界一直在復(fù)用供電回路，使用窄帶PLC（電力線載波通信）方式進(jìn)行單燈通信，但效果不夠理想，主要原因是窄帶PLC的通信時(shí)延為2秒以上，而ICAO要求延時(shí)應(yīng)控制在500毫秒以內(nèi)。此外，載波信號(hào)需要穿過(guò)隔離變壓器，而變壓器作為感性器件，對(duì)信號(hào)衰減嚴(yán)重且易老化而導(dǎo)致效果變差。
基于上述原因，窄帶PLC沒(méi)有被廣泛應(yīng)用，目前全球僅有迪拜機(jī)場(chǎng)和大興機(jī)場(chǎng)基于窄帶PLC實(shí)現(xiàn)了常態(tài)化運(yùn)行。窄帶PLC因時(shí)延仍不能滿足要求，只能采用分段引導(dǎo)的方式，即將回路總體分成多個(gè)燈光段。但分段引導(dǎo)的靈活性差，需進(jìn)行復(fù)雜的路徑設(shè)定，無(wú)法進(jìn)行靈活調(diào)整。
更重要的是，在多架飛機(jī)同時(shí)滑行時(shí)，燈光段都點(diǎn)亮，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)回路亮成一片，進(jìn)而失去引導(dǎo)效果。此外，線纜、隔離變壓器老化后，會(huì)導(dǎo)致通信效果進(jìn)一步變差，甚至不可用。
國(guó)內(nèi)外也有廠家采用光纖實(shí)現(xiàn)助航燈通信，但燈桶式布設(shè)光纖的難度極大——由于燈桶內(nèi)容易積水，且電纜盤根錯(cuò)節(jié)布置，導(dǎo)致日常維護(hù)和工作環(huán)境非常不適合光纖應(yīng)用，因此幾乎沒(méi)有應(yīng)用案例。
寬帶解決方案：一條回路可同時(shí)引導(dǎo)10架飛機(jī)
面對(duì)燈具通信的痛點(diǎn)，華為基于自身通信經(jīng)驗(yàn)的積累，針對(duì)不同的部署需求，創(chuàng)新地提出了寬帶PLC和5G兩種單燈通信方案，兩種方案的通信能力都均可滿足燈光引導(dǎo)的需求。
寬帶PLC通信方案在實(shí)際部署時(shí)具備典型值≤200ms，最差值＜400ms的通信時(shí)延，不僅完全滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，還可為系統(tǒng)處理預(yù)留冗余量；同時(shí)具備百K級(jí)別的通信帶寬，可滿足一條回路上同時(shí)有10架飛機(jī)同時(shí)滑行的極限需求。
華為與合作伙伴中國(guó)民航局第二研究所聯(lián)合創(chuàng)新的項(xiàng)目，目前已在深圳機(jī)場(chǎng)東南貨運(yùn)機(jī)坪落地測(cè)試。項(xiàng)目中，由華為提供寬帶PLC通信方案中的頭尾端模組和核心板，民航二所負(fù)責(zé)總體集成。
除了寬帶方案外，能不能更進(jìn)一步讓燈具實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信功能？遺憾的是，長(zhǎng)期以來(lái)業(yè)界一直沒(méi)有找到合適的助航燈無(wú)線通信方案：
- 一是機(jī)場(chǎng)助航燈數(shù)量眾多且需實(shí)時(shí)控制，對(duì)基站在線用戶數(shù)及覆蓋范圍有較高要求（否則飛行區(qū)內(nèi)要建設(shè)眾多基站），當(dāng)前微波、Wi-Fi、4G等無(wú)線方案均不能滿足要求；
- 二是無(wú)線控制器需要安裝在帶鐵蓋的密封鐵質(zhì)燈桶中，需要解決天線如何伸出燈桶進(jìn)行通信的問(wèn)題。
為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線方案的快速驗(yàn)證，項(xiàng)目首先選用了華為成熟的eLTE-U無(wú)線通信方案，通過(guò)初步測(cè)試驗(yàn)證了技術(shù)可行性，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)eLTE-U無(wú)線模組存在工作溫度不符合工業(yè)集成要求、基站容量仍然不足等問(wèn)題。
5G的到來(lái)為無(wú)線助航燈指明了方向：5G的廣連接、低時(shí)延特性非常契合助航燈的通信需求；網(wǎng)絡(luò)切片、切頻可充分保證助航燈通信業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)和可靠性，這是4G所不具備的。助航燈通信是5G在交通行業(yè)一個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景。
華為推出的基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的行業(yè)5G模組，在工作高低溫要求等方面完全滿足集成要求，可基于其進(jìn)行5G通信方案的集成開(kāi)發(fā)。
為便于其他廠商快速集成，華為還提供了5G CPE，自帶多種通信接口。可以基于CPE的通信功能，通過(guò)網(wǎng)口等方式與現(xiàn)有控制器進(jìn)行通信，快速搭建系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。
華為與民航二所合作開(kāi)發(fā)的5G助航燈整體方案已經(jīng)完成方案設(shè)計(jì)和集成開(kāi)發(fā)，目前正在深圳機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)部分區(qū)域測(cè)試中。
對(duì)比寬帶和無(wú)線通信兩種解決方案，寬帶PLC助航燈的部署不受條件限制，但需在一次纜回路上進(jìn)行加裝，要求安裝后不能對(duì)回路電氣特性造成影響，因此對(duì)施工的要求高。
而無(wú)線方案只需在二次纜側(cè)進(jìn)行加裝，不會(huì)對(duì)回路造成影響。其天線問(wèn)題在當(dāng)前已有實(shí)踐的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步采用燈桶附近硬化、共形天線設(shè)計(jì)、天線和桶蓋一體化設(shè)計(jì)等方式進(jìn)一步優(yōu)化。
但對(duì)于深桶燈場(chǎng)景，飛機(jī)輪胎會(huì)直接碾壓，無(wú)法伸出天線，仍需使用寬帶PLC方案。因此，專家認(rèn)為在未來(lái)的大規(guī)模部署中，會(huì)采用寬帶PLC與無(wú)線組合使用的模式。
寬帶PLC與5G無(wú)線方案對(duì)比無(wú)線是機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面通信發(fā)展方向
5091~5150MHz是國(guó)際電信組織分配給民航機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面通信的專用頻段，目前使用的是基于WiMAX推出的AeroMACS標(biāo)準(zhǔn)。
未來(lái)，可在兼容AeroMACS標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，使用華為最新的無(wú)線通訊技術(shù)建設(shè)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面AeroMACS無(wú)線專網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)A-SMGCS IV級(jí)燈光控制和V級(jí)的機(jī)載/車載引導(dǎo)。
除場(chǎng)面引導(dǎo)外，AeroMACS作為ICAO唯一標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面寬帶通信技術(shù)，在其他場(chǎng)景下也有巨大的應(yīng)用價(jià)值：
- 作為站坪區(qū)的光纖替代，可在機(jī)場(chǎng)多點(diǎn)定位系統(tǒng)中利用AeroMACS作為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸通路替代傳統(tǒng)地面光纖，解決不停航施工窗口短，光纖施工鋪設(shè)困難的問(wèn)題，還可將跑道防入侵系統(tǒng)、鳥防系統(tǒng)等飛行區(qū)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)全部納入到AeroMACS專網(wǎng)中；
- 可用于站坪視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳和分析，地服、機(jī)務(wù)等可依靠此網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)回傳視頻，通過(guò)AI實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)機(jī)位旅客復(fù)核、發(fā)動(dòng)機(jī)探傷檢測(cè)等；
- 還可用于航空器飛行數(shù)據(jù)的回傳，新型航空器每小時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)達(dá)TB級(jí)，回傳的數(shù)據(jù)可用于預(yù)測(cè)性維護(hù)，降低航司機(jī)務(wù)的維修成本。
- 需要注意的是，按照ICAO的定義，A-SMGCS V級(jí)是對(duì)IV級(jí)的一個(gè)補(bǔ)充，也就是V級(jí)需通過(guò)在飛機(jī)駕駛艙內(nèi)增加顯示屏來(lái)提供補(bǔ)充信息，是在IV級(jí)“跟隨綠燈”系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升，而不是替代IV級(jí)。
- V級(jí)需要在飛機(jī)上加裝的設(shè)備，需要與各飛機(jī)制造商及航空機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)解決，并制定統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前華為正在與民航業(yè)各方一起，探索應(yīng)用最新無(wú)線通訊技術(shù)對(duì)AeroMACS行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行兼容性重耕，并盡快實(shí)現(xiàn)商用落地。
集中式新燈桶建設(shè)方案帶來(lái)新機(jī)會(huì)
目前，國(guó)內(nèi)使用的均為單個(gè)燈桶連續(xù)布置式建設(shè)方案。華為寬帶PLC和無(wú)線助航燈方案，對(duì)于改造或新建機(jī)場(chǎng)場(chǎng)景，都可滿足單燈通信需求，且相對(duì)于窄帶PLC或光纖方案有很大優(yōu)勢(shì)。
同時(shí)，國(guó)外廠商提出了新的集中式燈桶建設(shè)方案：即把原來(lái)分散在各燈桶內(nèi)的設(shè)備集中放置在下沉式集中箱，箱體內(nèi)可保持干燥。燈光通信控制模塊在此箱體內(nèi)操作，可實(shí)現(xiàn)通信與供電回路分離以及通信模塊的集中運(yùn)維。
集中式部署方案尤其適用于無(wú)線和光纖通信方案：無(wú)線天線部署在集中式箱體的上部，解決原先部署在燈桶上難以部署和維護(hù)的難題；對(duì)于光纖通信方案，光纖可以與供電纜獨(dú)立部署，使光纖易損的問(wèn)題得以解決。對(duì)于新建場(chǎng)景，華為已與這些廠商開(kāi)展了光纖通信方案的合作。
文章來(lái)源：《ICT新視界/智慧交通特輯》
