Introduction of Wireless intelligent command and dispatch system for large airport based on TD-LTE private network technology
摘要：国内大型机场通过高效的信息化手段和管理工具,能够及时准确地全面监控运行和保障资源的状态从而提高通信和生产指挥调度效率。基于TD-LTE专网技术的无线智能指挥调度系统项目将使机场在能力提升、效率提升、科学决策和成本降低等方面做出极大改善。本文主要介绍重庆江北国际机场基于TD-LTE专网技术的无线智能指挥调度系统的建设和功能。
关键词：生产调度，信息化，无线，专网
Abstract:Domestic large-scale airports can monitor the status of operation and support resources timely and accurately through efficient information means and management tools, so as to improve the efficiency of communication and production command and scheduling. The project of wireless intelligent command and dispatch system based on TD-LTE private network technology will greatly improve the airport's ability, efficiency, scientific decision-making and cost reduction. This paper mainly introduces the construction and function of wireless intelligent command and dispatching system based on TD-LTE private network technology in Chongqing Jiangbei International Airport.
Key Words: Production scheduling, Information, Wireless, Private network
一、系统背景：
航班生产调度工作是由机场各部门间环环相扣完成的，各保障部门通信联系必须稳定顺畅，无论联络在哪一个环节中断，都有可能导致航班延误或不安全事件的发生。随着民航运输的发展，机场业务量快速增长，提高航班正点率、降低安全隐患、提升旅客和航空公司对机场服务满意度等方面都需要机场的地面保障高效而有序。为了有效解决运行压力，机场有必要采用更加高效的信息化手段和管理工具，需要一套完善的无线地面服务指挥和调度智能管理系统，以适应不断变化的业务需要和机场运营保障需求。
（一）管理难题
在地面服务指挥和调度管理上主要面临以下问题：
1、调度工作量大：语音调度工作强度大、效率低、生产信息容易漏传误传。
2、管理被动：哪里出现了问题？人和设备在哪？有什么影响？什么资源可用？进展如何？
3、问题定位困难：资源不足，指令是否传达到一线？信息传递过程不规范，存在公网传输信息泄露等安全问题。
4、业务优化困难：资源配置是否合理？保障过程是否规范？哪些环节急需改进？
5、通讯方式过多：生产调度用的通讯方式有常规固定电话、内通电话、窄带集群对讲机，各网络架构、信令差别极大，系统级互联尚未出现完美的解决方案，可实现的语音级互联通话组个数受限，个别岗位需配备三四个分属不同网络的终端，这给机场运行和应急救援造成了不便和隐患。
因此面对上述问题，重庆机场需要采取有效措施突破当前发展困局。
（二）技术参考
上述难题的关键点在于生产数据无法高效快速交互，传统的窄带数字集群以其优质的语音质量、强大的调度功能表现出旺盛的生命力，但带宽的限制使单一时隙传输速率仅7.2kb/s，系统中的GPS定位、短消息、分组数传等数据功能开发应用后不尽如人意。同时驻场各单位对专网大数据的传送提出了更多的应用需求，如航班信息接收、生产调度系统数据交互、车辆定位信息回传、GIS可视化调度、无线视频监控等多媒体调度生产场景等。因此窄带数字集群系统已经不能满足机场日益增长的宽带业务需求。
常用的无线宽带专网技术的应用场景及对比分析如下表所示：
无线宽带专网制式对比如下表所示：
通过上述比较分析，无线宽带TD-LTE具有高上行带宽、终端种类丰富等特点，同时其“上、下行带宽可调，最大上行比下行可达3：1”的特点能够满足视频回传等上行高带宽并发业务应用需求，因此建设无线专网是解决专网大数据传输难题的有效方案。
2015年3月，工信部无线电管理局发布《关于重新发布1785-1805MHz频段无线接入系统频率使用事宜的通知》，为交通（城市轨道交通等）、电力、石油等行业用户使用1.8G频段建设专用通信网提供了保证。在这张无线专网上，重庆机场将搭建一个统一指挥、生产调度和信息交互的平台，它和机场的相关信息系统紧密结合，支持站坪生产保障资源的实时指挥调度和监控协调，信息化调度管理贯穿于航班落地到离地期间服务保障和运行控制整个流程中，它具有以下特点和优势：
1、能够及时准确的全面监控运行状态；
2、能够及时准确的了解保障资源的状态；
3、 提高通信和生产指挥调度的效率，促进资源的生产效率提高；
4、在生产过程中收集数据，为生产运行统计分析、大数据分析提供决策依据。
二．系统建设和功能介绍
（一）成立项目团队，明确需求和目标
基于TD-LTE专网技术的无线智能指挥调度系统项目立项后，成立了无线宽带专网建设推进项目组全面启动无线智能指挥调度系统的建设工作。
1、需求调研
（1）硬件需求：建设一张1.8GHz无线通信专网
（2）软件需求：建立一套智能融合指挥调度平台
机场航班运行实时监控功能。基于无线宽带专网，支持机场生产指挥中心能够监控各个保障单位的执行情况,现场作业人员可以实时上传现场航班保障数据、航班信息查询、机坪违规等信息。
资源定位监控功能。能对车辆和现场人员的 GPS 位置进行实时监控，支持车辆超速报警和越界报警，支持车辆和现场人员历史轨迹的回放。
业务数据统计分析功能。包括航班运行数据、任务数据、服务保障节点数据、车辆运行数据都是在生产过程中采集得到的关键业务数据， 这些数据需要提供给重庆机场实现统计分析功能。
外部系统数据源接入功能。系统能与机载系统、雷达系统、机场数据相关系统进行对接，获取航班、旅客、等相关数据。
融合通讯功能。初步实现常规固定电话、内通电话、手持终端语音通话的互联互通。
2、建设目标
（1）建设一张1.8GHz无线通信专网，为机场提供地勤调度、宽带集群和宽带数据提供无线接入通道，实现机场包括远机坪、近机坪、行李分拣大厅的无线专网覆盖。
（2）整合机载数据、雷达数据、航班保障节点数据、飞机动态信息数据、场监信息数据的接口，并对获取的数据进行处理，保障数据的可靠性。
（3）建立地面保障的统一控制平台，通过信息化手段实现航班保障全程调度和监控管理，实现公司级的全面监控管理及辅助决策。
（4）满足生产指挥中心航班保障运行监控、生产指挥、应急指挥、资源监控、信息发布等一级指挥监控功能。
（5）实现站坪车辆实时定位和监控管理，车辆行驶区域监控、历史轨迹查询，提升站坪安全生产能力。
（6）通过SIP协议实现1.8GHz专网、固定电话网络以及内通电话网络多网融合，调度坐席只需要一个通话终端就能完成调度。
（二）方案设计
1、1.8GHz无线通信专网设计
建设机场TD-LTE无线宽带网络承载机场包括近机位和远机位站坪业务,以及室内分布部分，考虑到网络可靠性，TD-LTE网络作为主用系统，承载所有业务，WLAN作为备用系统，在TD-LTE网络出现问题的时候使用WLAN承载。充分利用WLAN的公共频段资源优势以及TD-LTE覆盖距离远的优势。方案的逻辑示意如下：
图1 1.8GHz无线通信专网逻辑图
机场停机坪分为近机位、远机位以及跑道/滑行道三个区域：
近机位通过部署LTE，实现终端业务接入，同时部署WLAN，满足手持终端接入需求；
远机位通过部署LTE做数据的回传，AP做最后终端接入覆盖，解决传统WLAN无法远距离覆盖的问题
整个停机坪采用LTE做完整覆盖，解决语音业务的接入需求以及移动视频监控的需求
此外，机场无线覆盖方案考虑到终端接入的安全性的问题，采用防火墙与安全网关保证接入安全，使用统一策略管理平台来管理用户和终端设备。
机场覆盖的主要区域：
近机位：T1、T2A、T2B航站楼的近机位共计37个近机位；新建T3A航站楼近机位约66个。
远机位：T1、T2A、T2B航站楼配套的远机位共计68个；新建T3A航站楼配套的远机位共计12个，另外还包括16个货运专用机位。
航站楼区域：航站楼覆盖主要涉及新建T3A航站楼行李分拣大厅的覆盖，约53万平米。
跑道及滑行区域：覆盖三条跑道及滑行区域。
货库区域：北货运货库、保税港区货库进行室内和周边区域覆盖。
地服办公区域：东区地服办公楼、西区地服办公楼。
2、软件逻辑架构
无线智能指挥调度系统采用分层架构的方式进行建设，以达到高内聚低耦合。各层分工明确，在互不干扰的同时相互协作，共同实现各种业务功能。系统分为三层，分别是数据层、应用服务层、客户端层。
数据层：
数据层负责系统与数据库间各种交互的事务，将系统运行中生成类与数据库间各种交互的事务，将系统运行中生成类 数据保存到库中。该层由数据库管理系统和应用共同组成。
数据库包括数据库管理系统和应用。数据库管理系统完成对应用数据库的各项管理工作。应用数据库是系统的数据核心，保存运行中生成各类数据。
应用服务层：
应用服务层基于数据所提供的各类数据，结合系统处理的各种业务逻辑，形成抽象的业务对象及相应的方法调用，为客户端应用层提供多种服务和业务支持。该层由各类业务逻辑实现、消息中间件平台、无线调度服务器及应用服务器等共同构成。
应用服务器是客户端与数据库交互的桥梁和中介，负责各类数据的存取操作，完成合约保障规则逻辑处理、排班规则逻辑处理。同时也负责各种事务性操作以支持各客户端的正常运行，如并发操作、消息推送接口消息接口解析与处理等。
无线调度服务器主要实现和移动终端之间的数据通讯。为了确保响应速度和节省网络带宽，和移动终端之间的数据传输采用的是经过精简和压缩后基于TCP/IP 的无线通讯协议。和移动终端交换的数据包括：航班信息、生产调度指令、作业进展情况等。
客户端应用层:
客户端应用层是系统用户直接触和交互的部分，用于处理、响应和呈现用户提出的各类业务需求，以应用服务层为中介与数据库及其他系统进行数据交互。该层由客户端工作站以及无线设备组成。
客户端调度工作站，是用户日常接触与使的部分，为运控调度部门及一线保障单位提供日常工作中使用的各种业务功能。
三、系统使用情况及实施效果
（一）1.8GHz无线通信专网使用情况及实施效果
目前该系统24小时全天候使用，在机场安全、服务、运行等方面发挥了突出作用。在应用场景方面有以下两类：
1、将后台生产系统的操作无线延伸到一线工作人员，增强数据交互实时性，比如目前承载的生产调度系统业务及CARGOS货运信息业务。
（1）通过终端APP移动应用，一线保障人员可实时查询跟踪航班信息，航班保障流程精细划分保障节点，可实时跟进汇报保障进度，提高了保障资源运转效率。
（2）通过终端APP移动应用，一线保障人员实时查询航班货邮舱单，根据手持终端上直接查询货邮舱单，进行货物行李保障工作，极大的节省舱单信息传递所需人力、运力、时间成本，有效的提升了航班保障效率。
2、将一些不方便通过有线传输的数据用无线通道回传。
（1）GIS车载定位系统：将机动车辆GPS信号，通过1.8GHz无线网络回传，精确掌控、调度机坪车辆。
（2）远机位水电表计量数据回传：主要解决远机位水电表计量数据通过有线传输信号衰减大的问题。
（3）移动高清视频回传：主要实现应急等特殊情况下的视频回传，提高处置效率。
（4）实现了固定电话系统、内通系统、智能手持终端的融合通讯，打破了多系统间独立组网、无法互通的技术壁垒。
（二）1.8GHz无线通信专网使用接入终端设备
1、手持终端设备：
现场员工通过手持机，实现生产信息接收、生产任务处理、报警提醒、航班查询和语音对讲等功能。智能手持终端设备具备3.5 寸液晶触屏，支持多种无线通信网络，集成任务调度、航班查询、语音对讲功能。目前重庆江北机场手持终端设备600部，主要使用部门集中在地服、飞行区管理部等。
2、车载终端设备：
车载定位终端固定安装在车辆上，内置“北斗/GPS/惯导”多模式位置定位模块，定位精度可达<1米（室外），加装车载蜂鸣器设备，用于提醒司机超速报警。车载定位终端能够满足站坪车辆的管理需求，通过实时定位对车辆的运行轨迹进行监控，对越界行为及时告警，提升安全管理力度。目前重庆江北机场车载定位装置1100余部。
来源：重庆机场信息通信网络有限公司，作者：巫平，张俊，许鹏程
