劉瑞豐

摘要：新時(shí)期下，社會(huì)經(jīng)濟(jì)在高速發(fā)展的同時(shí)，我國(guó)民航事業(yè)發(fā)展進(jìn)程也得到了大幅度推進(jìn)，對(duì)機(jī)場(chǎng)智能化特種車(chē)輛的需求逐漸增大。建設(shè)“平安、綠色、智慧、人文”的四型機(jī)場(chǎng)，是推進(jìn)民航行業(yè)治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要抓手，所以，在這種背景下，需要機(jī)場(chǎng)對(duì)特種車(chē)輛具備極高的監(jiān)控以及調(diào)度能力，強(qiáng)化對(duì)現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)手段的利用，逐漸加強(qiáng)特種車(chē)輛運(yùn)行向智能化方向應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)一步提升機(jī)場(chǎng)地面保障運(yùn)行的安全和效率。

關(guān)鍵詞：機(jī)場(chǎng)智能化特種車(chē)輛;運(yùn)行調(diào)度;仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)

一、機(jī)場(chǎng)布局分析

（一）2021年初，交通運(yùn)輸部印發(fā)了《關(guān)于服務(wù)構(gòu)建新發(fā)展格局的指導(dǎo)意見(jiàn)》，意見(jiàn)指出三年內(nèi)將新增民用機(jī)場(chǎng)30個(gè)以上，屆時(shí)全國(guó)運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)將超過(guò)500個(gè)，容量達(dá)到20億人次。2014年到2109年我國(guó)民航機(jī)場(chǎng)旅客吞吐量、貨物吞吐量逐年快速增長(zhǎng)，只有在2020年因新冠疫情管制原因有所下降，這對(duì)機(jī)場(chǎng)地面服務(wù)保障工作提出了更高的安全、環(huán)保和效率要求。

（二）目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)機(jī)場(chǎng)特種車(chē)輛運(yùn)行指揮一般采用塔臺(tái)監(jiān)視模式，地服管理人員通過(guò)語(yǔ)音通訊設(shè)備來(lái)調(diào)度管理機(jī)場(chǎng)各種地服車(chē)輛，但對(duì)于吞吐量較大的機(jī)場(chǎng)，這種傳統(tǒng)的運(yùn)行方式不僅溝通成本高，需要消耗大量人力，同時(shí)存在視野盲區(qū)，車(chē)輛與車(chē)輛刮碰、車(chē)輛阻礙航空器、車(chē)輛與飛機(jī)碰撞、跑道入侵等事件時(shí)有發(fā)生;尤其，在有大霧、黃沙、暴雨等惡劣天氣下，司機(jī)能見(jiàn)度低會(huì)導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)地面交通安全受到嚴(yán)重威脅，甚至可能危害乘客生命安全。故而，在對(duì)路線進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)置過(guò)程中，堅(jiān)決不可以有對(duì)飛機(jī)以及其他車(chē)輛、人員造成任何的傷害情況，然后在此前提下，穩(wěn)定且安全的運(yùn)行特種車(chē)輛。機(jī)場(chǎng)內(nèi)部，大多路面平整且路況沒(méi)有阻礙，較少斜坡現(xiàn)象存在。車(chē)輛在行駛期間，從停車(chē)位啟動(dòng)，沿著規(guī)定的路線進(jìn)行，整個(gè)過(guò)程平穩(wěn)且勻速，一直到達(dá)任務(wù)機(jī)位。在行駛期間，車(chē)輛用來(lái)完成任務(wù)的裝置不能啟動(dòng)，尤其是食品車(chē)、客梯車(chē)等升降裝置行駛時(shí)一定要降到最低。當(dāng)在任務(wù)機(jī)位就位之后，車(chē)輛需要依照特定的要求來(lái)開(kāi)展相關(guān)工作[1]。任務(wù)結(jié)束后，車(chē)輛需要回到本來(lái)的位置。以某機(jī)場(chǎng)為研究對(duì)象，結(jié)合衛(wèi)星地圖，借助3ds Max，對(duì)機(jī)場(chǎng)展開(kāi)3D建模，并將得出機(jī)場(chǎng)布局簡(jiǎn)化圖。緊接著，將簡(jiǎn)化圖作為基礎(chǔ)，對(duì)Auto CAD進(jìn)行科學(xué)的使用，合理地繪制出機(jī)場(chǎng)平面簡(jiǎn)化圖。

二、機(jī)場(chǎng)智能化特種車(chē)輛的深度優(yōu)先探索

（一）深度優(yōu)先探索算法簡(jiǎn)述

在早期的探索算法中，對(duì)深度優(yōu)先探索算法的應(yīng)用較為廣泛，針對(duì)這種算法，在實(shí)際應(yīng)用階段，如果是沒(méi)有超鏈接的HTML文件，通常也叫葉節(jié)點(diǎn)，可以在很短的時(shí)間內(nèi)將其找到，效率很高。與其他的算法相比，在借助這種方式來(lái)進(jìn)行仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)勢(shì)十分明顯，可以?xún)?yōu)先對(duì)文件中的某一個(gè)超鏈接展開(kāi)探索，深層次地進(jìn)行剖析，并且，在搜索結(jié)束以后，會(huì)自動(dòng)返回，然后對(duì)其他的HTML文件繼續(xù)進(jìn)行鏈接搜索，整個(gè)過(guò)程效率和精準(zhǔn)度都非常高。一般情況下，當(dāng)對(duì)全部的鏈接都搜索結(jié)束以后，表明搜索工作也開(kāi)展完畢[2]。

（二）深度優(yōu)先探索算法的基本原理分析

對(duì)于深度優(yōu)先探索算法來(lái)說(shuō)，主要是將最近剛剛出現(xiàn)的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)先擴(kuò)展，一直深入到相應(yīng)的深度限制為止。在此期間，如果沒(méi)有找到明確的目標(biāo)，或者沒(méi)有辦法再繼續(xù)擴(kuò)展的時(shí)候，需要回溯到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)繼續(xù)對(duì)擴(kuò)展工作加以開(kāi)展。具體如圖1所示，A作為初始狀態(tài)，屬于起始點(diǎn)，利用規(guī)則來(lái)對(duì)搜索樹(shù)的下一層任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)生成。之后，檢查目標(biāo)狀態(tài)D1有沒(méi)有出現(xiàn)，如果沒(méi)有出現(xiàn)，在這一環(huán)節(jié)，可以在遵循規(guī)則的前提下，對(duì)再下一層任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行生成，仔細(xì)地檢查目標(biāo)狀態(tài)D1，對(duì)于所得出的結(jié)果，若還是不能滿(mǎn)足既定需求，則要按照相同的方式來(lái)操作，一直進(jìn)行到葉結(jié)點(diǎn)。當(dāng)沒(méi)有出現(xiàn)目標(biāo)狀態(tài)D1的時(shí)候，應(yīng)該回溯到上一層結(jié)果，取另外一個(gè)可能擴(kuò)展搜索的分支，對(duì)有可能生成新?tīng)顟B(tài)的分支進(jìn)行擴(kuò)展。依靠這種方式持續(xù)進(jìn)行，直到將目標(biāo)狀態(tài)D1找出來(lái)為止。

（三）深度優(yōu)先探索的特點(diǎn)分析

通過(guò)對(duì)深度優(yōu)先探索的進(jìn)一步分析和研究可知，與其他的算法不同，其優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)極為顯著，在對(duì)搜索操作進(jìn)行實(shí)施的時(shí)候，很多情況下都會(huì)將圖的連通分量當(dāng)做最終的結(jié)果[3]。一般而言，在對(duì)該方式進(jìn)行利用期間，假設(shè)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)搜索期間，其結(jié)束的時(shí)間可以被精準(zhǔn)地記錄下來(lái)，并在節(jié)點(diǎn)結(jié)尾添加list。最后，全部節(jié)點(diǎn)搜索完成搜索，對(duì)整個(gè)鏈表進(jìn)行逆轉(zhuǎn)，最終形成topological sort，即拓?fù)渑判颉?/p>

三、機(jī)場(chǎng)智能化特種車(chē)輛行駛路徑仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)

（一）地圖構(gòu)建

通常，為了可以將機(jī)場(chǎng)智能化特種車(chē)輛所行駛的最短路徑模擬出來(lái)，在實(shí)際的仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)期間，一定要強(qiáng)化重視，從多個(gè)層面進(jìn)行分析和考量，不同機(jī)型的停靠位置不一樣，導(dǎo)致不同機(jī)型接機(jī)的時(shí)候，有些保障車(chē)輛的行駛路徑和具體保障位置是不一樣的，對(duì)機(jī)場(chǎng)的平面簡(jiǎn)化圖進(jìn)行高效精確的利用，并將其作為主要的參考依據(jù)，在MATLAB中，將由0和1構(gòu)成的70×70矩陣準(zhǔn)確的在系統(tǒng)中輸入。

（二）RTK定位

RTK（Real-time kinematic）是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，歷時(shí)不足一秒鐘。

智能化特種車(chē)輛上上安裝一個(gè)RTK接收模塊（流動(dòng)站），在特種車(chē)輛活動(dòng)范圍內(nèi)，布置3個(gè)基站（基準(zhǔn)站），如圖2所示。這樣流動(dòng)站就可以在一定的時(shí)間頻率內(nèi)，得到RTK的定位數(shù)據(jù)[X，Y]以及姿態(tài)數(shù)據(jù)[A]。這種定位方式適合在室外，空曠的場(chǎng)景，非常適合機(jī)場(chǎng)的地面保障作業(yè)環(huán)境。

（三）機(jī)場(chǎng)智能化特種車(chē)輛路徑規(guī)劃仿真與修正

為了可以提升設(shè)計(jì)有效性、精準(zhǔn)性，讓車(chē)輛能夠在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定且安全的狀態(tài)下高效安全運(yùn)行，應(yīng)該將機(jī)坪實(shí)際通行現(xiàn)狀作為基礎(chǔ)，借助相對(duì)科學(xué)且先進(jìn)的技術(shù)手段，對(duì)機(jī)場(chǎng)智能化特種車(chē)輛路徑規(guī)劃進(jìn)行仿真，合理地加以修正，路徑規(guī)劃包含以下兩方面，一方面是指如何基于地圖系統(tǒng)規(guī)劃特種車(chē)輛的行駛路徑，同一個(gè)停機(jī)坪有不同的機(jī)型，所以特種車(chē)輛行駛路徑會(huì)有對(duì)應(yīng)的多種情況。另一方面是指特種車(chē)輛移動(dòng)路徑的動(dòng)態(tài)規(guī)劃，需要保證行駛路徑精度，同時(shí)保證運(yùn)行的平緩性能，確保車(chē)輛在行駛的時(shí)候，不會(huì)有任何的異常問(wèn)題出現(xiàn)。在具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，將構(gòu)造的二維地圖矩陣作為基礎(chǔ)，然后對(duì)深度優(yōu)先探索算法進(jìn)行高效的利用，將機(jī)場(chǎng)智能化特種車(chē)輛行駛路徑初始最短的路徑模擬仿真出來(lái)。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)該圍繞機(jī)場(chǎng)智能化特種車(chē)輛展開(kāi)，對(duì)具體的航班保障需求進(jìn)行綜合分析，按照所設(shè)定保障飛機(jī)停泊的位置，之后根據(jù)保障機(jī)型停機(jī)位置選定車(chē)輛的起點(diǎn)和終點(diǎn)，將坐標(biāo)輸入到系統(tǒng)中。在輸入完之后，能夠?qū)⒆顬楹线m的車(chē)輛行駛路徑計(jì)算出來(lái)。同時(shí)，為了能夠降低相關(guān)問(wèn)題出現(xiàn)的概率，還應(yīng)該分析路面可能出現(xiàn)的問(wèn)題，諸如有障礙物、避讓航空器、高度受限等特殊情況，然后結(jié)合機(jī)場(chǎng)航班運(yùn)行態(tài)勢(shì)有針對(duì)性制定解決措施，并將航空管制禁行的路段輸入到矩陣中，精準(zhǔn)且快速地計(jì)算。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，最終能夠明確，對(duì)深度優(yōu)先探索算法進(jìn)行利用，能夠保證在有通道的條件下找到一條最合適的車(chē)輛行駛線路，在沒(méi)有路障以及道路禁行的情況下，依照機(jī)場(chǎng)智能化特種車(chē)輛用途不同來(lái)對(duì)起點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行規(guī)定的時(shí)候，規(guī)劃出來(lái)的最優(yōu)行駛路徑。

通過(guò)對(duì)算法的科學(xué)應(yīng)用，在起點(diǎn)（3，55）和終點(diǎn)（18，36）之間，展現(xiàn)出來(lái)的路況相對(duì)復(fù)雜，并且，在中間位置，有的路段還出現(xiàn)了受航空器推出影響限制通行路段的現(xiàn)象。但是，對(duì)深度優(yōu)先探索算法進(jìn)行科學(xué)的利用，能夠?qū)C(jī)場(chǎng)智能化特種車(chē)輛最佳行駛路線找出來(lái)。針對(duì)這一情況，進(jìn)一步表明了，即使所處的條件比較復(fù)雜，但是對(duì)深度優(yōu)先探索算法進(jìn)行高效的應(yīng)用，所獲得的效果依舊非常良好。

四、機(jī)場(chǎng)智能化特種車(chē)輛運(yùn)行調(diào)度仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題及對(duì)策分析

現(xiàn)階段，在對(duì)機(jī)場(chǎng)智能化特種車(chē)輛運(yùn)行調(diào)度仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，雖然已經(jīng)取得了非常好的成效，但是由于受到的干擾因素偏多，使得在具體設(shè)計(jì)階段，仍然存在了很多的問(wèn)題。

第一，在早期對(duì)機(jī)場(chǎng)智能化特種車(chē)輛運(yùn)行調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行研究過(guò)程中，對(duì)機(jī)場(chǎng)加油車(chē)的調(diào)度問(wèn)題比較關(guān)注，只是側(cè)重對(duì)加油車(chē)行駛路徑仿真與優(yōu)化，對(duì)車(chē)輛行駛的總路程數(shù)量、任務(wù)分配均衡等進(jìn)行了充分考量，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)，力求航班延誤的概率可以全面降低。但是，針對(duì)機(jī)場(chǎng)內(nèi)部大量的其他特種車(chē)輛，例如牽引車(chē)、拖頭車(chē)、平臺(tái)車(chē)、擺渡車(chē)、客梯車(chē)、通勤車(chē)等廣泛應(yīng)用的機(jī)坪保障車(chē)輛，則沒(méi)有給予太多關(guān)注，考慮不到位，沒(méi)有借助相對(duì)高效的方式，對(duì)綜合調(diào)度模型進(jìn)行構(gòu)建。

第二，針對(duì)同一服務(wù)種類(lèi)多車(chē)型的特種車(chē)輛的綜合調(diào)度模型考慮不周到、精準(zhǔn)，將會(huì)導(dǎo)致?tīng)恳?chē)、客梯車(chē)、拖頭車(chē)等擁有多個(gè)型號(hào)車(chē)輛的運(yùn)行效率不高，不能將自身的價(jià)值和作用充分體現(xiàn)出來(lái)。所以，在今后的機(jī)場(chǎng)智能化特種車(chē)輛運(yùn)行調(diào)度仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要加強(qiáng)對(duì)這一方面的重視，對(duì)機(jī)坪運(yùn)行所有車(chē)輛調(diào)度優(yōu)化模型進(jìn)行詳細(xì)、精準(zhǔn)科學(xué)構(gòu)建。

第三，與典型的車(chē)輛路徑相比，機(jī)場(chǎng)特種車(chē)輛的調(diào)度存在的差異之處非常明顯。通常情況下，對(duì)于機(jī)場(chǎng)航班計(jì)劃來(lái)說(shuō)，其是動(dòng)態(tài)變化的，有非常大的變數(shù)，隨機(jī)性特點(diǎn)比較明顯，不同機(jī)型的?？课恢貌灰粯樱瑢?dǎo)致不同機(jī)型接機(jī)的時(shí)候，路徑是不一樣的，同時(shí)特種車(chē)輛行駛必須避讓航空器;同時(shí)，客梯車(chē)、食品車(chē)等超高特種車(chē)輛不允許通過(guò)廊橋下方服務(wù)車(chē)道。所以，某些機(jī)場(chǎng)內(nèi)的道路通行要經(jīng)過(guò)機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)的批準(zhǔn)，因而在對(duì)車(chē)輛進(jìn)行實(shí)際調(diào)度過(guò)程中存在的難度非常大。部分機(jī)場(chǎng)特種車(chē)輛比如平臺(tái)車(chē)、牽引車(chē)、客梯車(chē)、行李傳送帶、食品車(chē)等要直接對(duì)接航空器，所要求行駛路線和過(guò)程要確保航空器安全和精準(zhǔn)對(duì)接，難度也很大。

面對(duì)上述的問(wèn)題，要想高效解決，必須要從設(shè)計(jì)層面著手，加大優(yōu)化力度，對(duì)機(jī)場(chǎng)內(nèi)部的各種特種車(chē)輛調(diào)度接航班、加油充電、維修保養(yǎng)等詳細(xì)需求進(jìn)行科學(xué)詳盡分析，然后以此為基礎(chǔ)，有針對(duì)性地進(jìn)行建模和求解。在實(shí)際建模的時(shí)候，應(yīng)該將不同機(jī)型對(duì)不同地面保障車(chē)輛的服務(wù)能力和位置要求加以明確，并將其納入到約束范圍，同時(shí)加入時(shí)間窗約束，以便能夠更好地滿(mǎn)足機(jī)場(chǎng)航班保障的變化需求。需要注意的是：在設(shè)計(jì)優(yōu)化期間，如果航班延誤、調(diào)整的情況比較頻繁，一定要對(duì)特種車(chē)輛的調(diào)度方案進(jìn)行及時(shí)調(diào)整和修改。

結(jié)束語(yǔ)：

綜合而言，本項(xiàng)目的研究結(jié)合北斗、GPS RTK等定位技術(shù)，能夠很大程度上滿(mǎn)足今后平安、綠色、智慧的機(jī)場(chǎng)發(fā)展需求，可以對(duì)機(jī)場(chǎng)植入人工智能技術(shù)的智能化特種車(chē)輛精準(zhǔn)監(jiān)控車(chē)輛位置，實(shí)施科學(xué)的調(diào)度，提升機(jī)場(chǎng)地面車(chē)輛安全保障裕度。在本文研究的某機(jī)場(chǎng)中，對(duì)機(jī)坪平面進(jìn)行科學(xué)的構(gòu)建，結(jié)合實(shí)際情況，合理劃分其區(qū)域功能，同時(shí)借助先進(jìn)的云計(jì)算、5G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，對(duì)機(jī)場(chǎng)智能化特種車(chē)輛行駛路徑等建立數(shù)學(xué)模型，然后合理的對(duì)優(yōu)化算法加以利用，科學(xué)地進(jìn)行仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)場(chǎng)分區(qū)域車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)控以及行駛路徑實(shí)時(shí)追蹤，同時(shí)結(jié)合場(chǎng)面運(yùn)行態(tài)勢(shì)與禁區(qū)設(shè)置，實(shí)時(shí)預(yù)警，進(jìn)而從整體的角度上促進(jìn)機(jī)場(chǎng)安全保障、節(jié)能減排、運(yùn)行效率的穩(wěn)定提升。初步統(tǒng)計(jì)，本項(xiàng)目的有效推廣后將為民航機(jī)場(chǎng)一年節(jié)約特種車(chē)輛燃油930萬(wàn)升，約減少碳排放13600噸，同時(shí)降低機(jī)場(chǎng)和航空公司人工成本，智能駕駛一年將可節(jié)約飛行區(qū)內(nèi)駕駛員2萬(wàn)名以上，節(jié)約直接經(jīng)濟(jì)成本約20億元，必將助力我國(guó)打造安全基礎(chǔ)扎實(shí)、交通銜接順暢高效、信息系統(tǒng)集成共享、綠色低碳的現(xiàn)代化機(jī)場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]殷向東，張東陽(yáng)，張曉麗.大型機(jī)場(chǎng)航空地面設(shè)備“油改電”探索和分析思考[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2019，16（07）：116-117+119.