近期，在竹內(nèi)亮導(dǎo)演的【華為的100張面孔】第二集中，我們跟隨著鏡頭來到了深圳機場。通過華為工程師于家河的介紹，我們看到了深圳機場與華為深入數(shù)字化轉(zhuǎn)型的成功實踐。
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《機場協(xié)同忙，智慧助航燈來導(dǎo)航》。
圖片圖片來源：【華為的100張面孔】第二集
數(shù)據(jù)顯示，自2005年起，我國航空運輸總周轉(zhuǎn)量已連續(xù)14年位居世界第二。而另一方面，隨著機場持續(xù)高位超負(fù)荷運行，管制員數(shù)量不足、工作負(fù)荷大等因素，國內(nèi)外都曾出現(xiàn)過因機場管制員遺忘動態(tài)、指揮失誤差點導(dǎo)致事故。
國際民航組織（ICAO）早在2004年就提出了A-SMGCS（Advanced Surface Movement Guidance & Control System高級場面活動引導(dǎo)和控制系統(tǒng)）的概念，可有效避免場面活動目標(biāo)沖突的發(fā)生，顯著增強機場安全保障的能力。
中國民航局也于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》，要求各機場、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在提升機場運行安全、效率和效益方面的作用。
A-SMGCS對機場安全和效率提升有何重要意義？難點在哪？今后如何發(fā)展？是每個機場管理者都需要思考的問題。
讓機場場面運行可視、可管、可控
偌大的機場飛行區(qū)，各種飛機、車輛川流不息，如何讓這些目標(biāo)有序行進(jìn)、互不干擾，實現(xiàn)高效的協(xié)同運行，是一件考驗智慧的事，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作為為機場場面航空器、車輛等目標(biāo)提供監(jiān)測、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)，可通過處理機場場面各監(jiān)測源信息及控制燈光系統(tǒng)，為空管塔臺管制與機坪管制提供服務(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)測信息源和機場燈光系統(tǒng)等。例如，為實現(xiàn)A-SMGCS的監(jiān)測和告警功能，需引接空管一/二次監(jiān)測雷達(dá)、場面監(jiān)測雷達(dá)、ADS-B、多點相關(guān)定位等監(jiān)測信息源；為實現(xiàn)A-SMGCS IV級對機場活動的自動引導(dǎo)功能，需引接并控制機場燈光系統(tǒng)。
A-SMGCS IV級運行的核心是燈光滑行引導(dǎo)，即飛機落地后跟隨綠色的中線燈的引導(dǎo)滑行，直至停機位。這期間，需要在飛機前方保持一個由多盞燈形成的燈帶：隨著飛機的位置變化，在飛機前方逐個點亮，飛機滑過以后燈自動熄滅。
根據(jù)SESAR（單一歐洲天空空中交通管理研究項目）在德國慕尼黑機場的測試證明，無論是在“良好可見度”，還是在“低可見度”條件下，燈光滑行引導(dǎo)都有非常明顯的效果，可有效提升機場的運行效率和安全性。
A-SMGCS IV級運行可全面提升機場的效率、容量、安全和自動化水平，是現(xiàn)代化大型機場發(fā)展的必然趨勢。
民航局在《意見》中明確提出，對于多跑道大型繁忙樞紐機場，在新建或改擴建時，建議助航燈都按照 A-SMGCS 的IV級運行要求配置。
目前，全球已有迪拜機場和北京大興機場實現(xiàn)了A-SMGCS 的IV級運行。國內(nèi)目前新建的成都天府機場、順豐鄂州機場，改擴建的深圳機場、浦東機場、首都機場等都明確以A-SMGCS IV級運行為目標(biāo)。
可實現(xiàn)燈光滑行引導(dǎo)的單燈通信技術(shù)急需突破
A-SMGCS IV級燈光滑行引導(dǎo)依賴于對單個燈具的可靠通信，以實現(xiàn)精確的單燈控制。長期以來，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的通信時延為2秒以上，而ICAO要求延時應(yīng)控制在500毫秒以內(nèi)。此外，載波信號需要穿過隔離變壓器，而變壓器作為感性器件，對信號衰減嚴(yán)重且易老化而導(dǎo)致效果變差。
基于上述原因，窄帶PLC沒有被廣泛應(yīng)用，目前全球僅有迪拜機場和大興機場基于窄帶PLC實現(xiàn)了常態(tài)化運行。窄帶PLC因時延仍不能滿足要求，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，無法進(jìn)行靈活調(diào)整。
更重要的是，在多架飛機同時滑行時，燈光段都點亮，會導(dǎo)致整個回路亮成一片，進(jìn)而失去引導(dǎo)效果。此外，線纜、隔離變壓器老化后，會導(dǎo)致通信效果進(jìn)一步變差，甚至不可用。
國內(nèi)外也有廠家采用光纖實現(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，因此幾乎沒有應(yīng)用案例。
寬帶解決方案：一條回路可同時引導(dǎo)10架飛機
面對燈具通信的痛點，華為基于自身通信經(jīng)驗的積累，針對不同的部署需求，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通信方案在實際部署時具備典型值≤200ms，最差值＜400ms的通信時延，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；同時具備百K級別的通信帶寬，可滿足一條回路上同時有10架飛機同時滑行的極限需求。
華為與合作伙伴中國民航局第二研究所聯(lián)合創(chuàng)新的項目，目前已在深圳機場東南貨運機坪落地測試。項目中，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)一步讓燈具實現(xiàn)無線通信功能？遺憾的是，長期以來業(yè)界一直沒有找到合適的助航燈無線通信方案：
- 一是機場助航燈數(shù)量眾多且需實時控制，對基站在線用戶數(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等無線方案均不能滿足要求；
- 二是無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)行通信的問題。
為了實現(xiàn)無線方案的快速驗證，項目首先選用了華為成熟的eLTE-U無線通信方案，通過初步測試驗證了技術(shù)可行性，同時也發(fā)現(xiàn)eLTE-U無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題。
5G的到來為無線助航燈指明了方向：5G的廣連接、低時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)一個典型的應(yīng)用場景。
華為推出的基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的行業(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�？梢曰贑PE的通信功能，通過網(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)行驗證。
華為與民航二所合作開發(fā)的5G助航燈整體方案已經(jīng)完成方案設(shè)計和集成開發(fā)，目前正在深圳機場飛行區(qū)部分區(qū)域測試中。
對比寬帶和無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，要求安裝后不能對回路電氣特性造成影響，因此對施工的要求高。
而無線方案只需在二次纜側(cè)進(jìn)行加裝，不會對回路造成影響。其天線問題在當(dāng)前已有實踐的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步采用燈桶附近硬化、共形天線設(shè)計、天線和桶蓋一體化設(shè)計等方式進(jìn)一步優(yōu)化。
但對于深桶燈場景，飛機輪胎會直接碾壓，無法伸出天線，仍需使用寬帶PLC方案。因此，專家認(rèn)為在未來的大規(guī)模部署中，會采用寬帶PLC與無線組合使用的模式。
寬帶PLC與5G無線方案對比無線是機場場面通信發(fā)展方向
5091~5150MHz是國際電信組織分配給民航機場場面通信的專用頻段，目前使用的是基于WiMAX推出的AeroMACS標(biāo)準(zhǔn)。
未來，可在兼容AeroMACS標(biāo)準(zhǔn)的同時，使用華為最新的無線通訊技術(shù)建設(shè)機場場面AeroMACS無線專網(wǎng)，實現(xiàn)A-SMGCS IV級燈光控制和V級的機載/車載引導(dǎo)。
除場面引導(dǎo)外，AeroMACS作為ICAO唯一標(biāo)準(zhǔn)化的機場場面寬帶通信技術(shù)，在其他場景下也有巨大的應(yīng)用價值：
- 作為站坪區(qū)的光纖替代，可在機場多點定位系統(tǒng)中利用AeroMACS作為無線數(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)實時回傳和分析，地服、機務(wù)等可依靠此網(wǎng)絡(luò)實時回傳視頻，通過AI實現(xiàn)遠(yuǎn)機位旅客復(fù)核、發(fā)動機探傷檢測等；
- 還可用于航空器飛行數(shù)據(jù)的回傳，新型航空器每小時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)達(dá)TB級，回傳的數(shù)據(jù)可用于預(yù)測性維護(hù)，降低航司機務(wù)的維修成本。
- 需要注意的是，按照ICAO的定義，A-SMGCS V級是對IV級的一個補充，也就是V級需通過在飛機駕駛艙內(nèi)增加顯示屏來提供補充信息，是在IV級“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。
- V級需要在飛機上加裝的設(shè)備，需要與各飛機制造商及航空機構(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)用最新無線通訊技術(shù)對AeroMACS行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行兼容性重耕，并盡快實現(xiàn)商用落地。
集中式新燈桶建設(shè)方案帶來新機會
目前，國內(nèi)使用的均為單個燈桶連續(xù)布置式建設(shè)方案。華為寬帶PLC和無線助航燈方案，對于改造或新建機場場景，都可滿足單燈通信需求，且相對于窄帶PLC或光纖方案有很大優(yōu)勢。
同時，國外廠商提出了新的集中式燈桶建設(shè)方案：即把原來分散在各燈桶內(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，可實現(xiàn)通信與供電回路分離以及通信模塊的集中運維。
集中式部署方案尤其適用于無線和光纖通信方案：無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；對于光纖通信方案，光纖可以與供電纜獨立部署，使光纖易損的問題得以解決。對于新建場景，華為已與這些廠商開展了光纖通信方案的合作。
文章來源：《ICT新視界/智慧交通特輯》
