行业物联

一、建设背景

目前，随着民航事业的不断进步，空中运输越来越繁多，飞机数量不断增加，机场容量也越来越紧凑。特别是在一些大型的机场，空运活动相对复杂的地区，稍微有些偏差和人为疏忽就会产生严重的后果甚至不可挽回的灾难。据不完全数据统计，每年在跑道上的不安全事故就大概有500多起。另外，随着各个空运活动的不断增加，最近几年跑道不安全因素越来越多，不安全事故也越来越频繁。

跑道安全作为民航安全体系的核心环节，直接关系到航空器地面运行安全。随着全球航空运输量持续增长，跑道入侵事件已成为威胁飞行安全的国际性难题。我国民航运输量年均增长率达8.4%，千万级机场高峰时段起降架次突破1000架次/日，导致跑道冲突概率显著上升。

为了使得跑道安全得到改善，民用航空组织制定了一些措施和计划。鼓励各国根据自己国家的国情制定一些对应的处理方案和政策。为了使得地面安全越来越稳定，减少跑道以及其他因素的不安全事故，提高我国民航安全系统的准确率和符合率。我国民航相关部门制定了相应的规章制度，出台了《途经安全实施办法》《中国民用航空跑道安全实施方案》。

基于我国民航规章制度，本方案通过构建车路协同系统，进行跑道安全管控和智能防护，确保航空器在跑道、滑行道、泊位等区域，安全通行。车路协同系统作为智慧机场建设的核心子系统，通过实时数据交互、智能调度与协同控制，在机场地面交通管理、安全保障、效率提升等方面发挥关键作用，是安全防控的“守护者”‌。

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二、场景分析

场景1：飞机泊位引导预警（BGSVW）

飞机泊位引导预警（BGSVW：Berth Guidance Signal Violation Warning）是指，主车（HV）经过有泊位引导信号的机场道路时，车辆存在未识别泊位引导信号，导致未按机场规定执行的风险，BGSVW用于对HV进行预警。

BGSVW应用提示HV安全通过泊位引导信号管控区域，保障飞机泊位时的安全。

该场景需要实时对飞机泊位引导状态进行获取，若飞机开始泊位引导则开始进行泊位引导信号广播，并向HV发出泊位引导信号，HV根据获取到的信息进行判断，执行减速或制动操作。

场景2：飞机滑行告警（PTSVW）

飞机滑行告警（PTSVW：Passing Taxiway Signal Violation Warning）是指，主车（HV）经过机场跑道时，车辆存在未及时识别飞机正在滑行而行使的风险时，PTSVW应用对HV进行预警。

PTSVW应用提示HV安全通过机场跑道与车辆行驶路线交叉区域，保障飞行滑行时的安全运行，使得HV在遇到飞行滑行时在飞机一侧进行避让，不在滑行的飞机前200米内穿行或50米内尾随穿行。

该场景需实时判断当前机场跑道是否存在正在滑行的飞机，通过识别获取飞机飞行方向和飞机距离当前路口距离，向HV发出获取到的信息，HV根据获取到的信息进行判断，执行减速或制动操作。

场景3：遮蔽辅助定位（SEAP）

遮蔽辅助定位（SEAP：Shaded Environment Assisted Position）是指，主车（HV）在遮蔽环境下包括隧道、航站楼附近等存在GPS信号不强问题，使用SEAP可以为HV提供辅助定位信息，用于辅助HV驾驶。

SEAP的主要场景为，HV在遮蔽环境下通过路侧设施获取辅助定位信息，车辆依据辅助定位信息并结合自身导航系统进行行驶。具体描述如下:

（1）HV在遮蔽环境下GPS信号弱；

（2）HV需具备短程无线通信能力；

（3）路侧设施通过感知设备获取本车车辆辅助定位信息，并通过路侧单元广播；    

（4）HV若收到信息后判断是本车信息，则依据获取到的信息并结合自身导航系统行驶。

综合以上场景，考虑通过车路协同技术，构建机场航行区域车路协同系统，实现飞机泊位引导预警（BGSVW）、飞机滑行告警（PTSVW）、遮蔽辅助定位（SEAP）。通过部署路侧终端设备、车载智能预警装置，通过自组网、4G/5G专网等通信方式，实现位置实时感知、距离智能判定、智能告警辅助等功能，确保机场航行区域安全、智慧通行。

三、车路协同

车路协同系统包含路测设备、车载设备、云端应用组成。

路侧设备，主要用于实时感知道路设施及环境，主要包含泊位、跑道、滑行道内车辆、航空器等，通过感知设备，实现车辆、航空器的视频、图像感知，并结合智能识别算法，识别物体类型；当物体类型为航空器时，结合毫米波雷达，进行位置、速度、方向分析，生成航空器的位置信息，并上送；路测设备通信包含支持以太网通信、wifi通信、自组网通信、4G/5G通信等；

车载设备，主要负责路测数据的接收和实时计算，当车载终端单元接收到路测设备的数据信息时，结合车辆自身的位置信号智能实时计算车辆和航空器的距离和位置信息，当满足航空器前方200米、左右后50米范围时，进行智能预警提示，还可以结合车辆自动行驶系统，进行车辆辅助控制；同时，车载设备，还具备毫米波雷达扫描和建模功能，结合雷达扫描，辅助进行位置确认，实现高精度定位辅助和加强。同时，结合毫米波雷达，也可以实现车辆周边环境的智能辅助判定，实现信息感知和智能化提升。

云端智能管控应用，结合车路协同系统接口定义，通过机场航行区域智能驾驶系统或者单独构建管控应用，实现业务的管理和分析。同时，针对特殊区域：隧道、廊桥等定位信号弱的区域可以采用路侧设备补充布点的方式，实现位置信息的加强，辅助车辆等进行定位和辅助驾驶。

四、技术架构

车路协同系统从下到上主要分为四层，依次为感知层、通信层、决策层、应用层。

‌感知层主要是为了数据采集与融合，实现多维度环境感知与数据实时采集。视频桩的‌核心组件‌包括‌传感器阵列‌：‌毫米波雷达、摄像头、‌ GNSS定位模块‌（GPS/北斗双模）、算法模块、融合通信模块、电源模块以及外围配套等设备。

通信层是实现保障数据传输与协同，具备低时延、高可靠等特点。‌核心组件‌主要有4G/5G蜂窝网络、‌自组网（LTE Mesh）、‌空管专网‌。除此之外，通信层还必须具备相应等级的安全机制，通过对传输的数据进行加密以及冗余双链路热备，确保数据能够准确、安全、实时传输。

决策层的功能是能够智能分析与控制，进行‌实时决策与自动化控制。通过‌环境建模引擎‌叠加‌行为预测算法和实时视频数据，车辆轨迹，距离飞机安全距离等，实现安全管控。

‌应用层是场景化服务与管理的具体体现。‌核心服务‌包含‌车辆监控类‌、‌导航与调度类‌、‌安全与告警类、‌数据分析类‌。

‌整个系统采用‌多源异构数据融合（视觉AI+毫米波雷达）、‌安全双闭环认证，实现从环境感知到智能决策、再到场景化服务的完整闭环，适用于机场内驾驶车辆智能提示、飞机泊位智能引导等复杂场景。

五、业务功能

5.1泊位引导场景（泊位和车辆互动）

（一）场景分析

民航局相关安全管理规定：在航空器进入机位过程中，任何车辆、人员不得在航空器和接机人员或目视泊位引导系统之间穿行。泊位警示系统可以考虑自动泊位系统、中控通信系统和信号灯指示系统三部分组成，当机位有飞机正在进入时，机位正前方的服务车道就会向司机亮起红灯，禁止车辆通行；相邻两个机位前方的服务车道会向司机亮起黄灯，提醒司机慢行；飞机进位完成后，就会亮起绿灯，车辆正常通行。

（二）功能实现

（1）泊位通过安装路侧感知装置（功能类似，设备形态需要调整），实现航空器的识别，位置的判定，并和就近的车辆通信，告知航空器进入泊位的距离、运行状态、驻车状态等；

（2）车载设备，自动接收泊位感知装置的数据信息，结合车辆自身位置信息，进行距离和位置判定，确保车辆和航空器的安全区域；

（3）当车载设备判定，发现车辆处于航空区的安全预警区域时，自动进行声光报警提示，提醒车辆驾驶人员停车等待（自动驾驶车辆，可以和车辆OBU等对接，实现车辆辅助控制，强制停车等待）；

（4）当车载设备判定航空器停止运动，超过半分钟，车辆强制停车以及声光报警提示，自动关闭，提示车辆可以正常行驶或者联动车辆OBU解除车辆停车限制。

（5）全过程航空器运动轨迹数据、车辆轨迹数据、周围图片数据等综合上送云端，留存。系统建议通过历史数据的时间序列，进行自动演示整体过程。

5.2飞机滑行告警（车辆和路侧设备协同）

（一）场景分析

当车辆接近标有"停"字标识的滑行道路口时，需通过多模态感知系统（含毫米波雷达+视觉识别）自动触发停车机制，系统需在距离标识线30米处开始降速缓冲，确保车辆在标识线前1.5米完成制动。停车后启动360度环视扫描，要求探测范围前方200米、左右50米扇形区域，通过毫米波雷达和视觉AI分析，确保无航空器活动。

（二）功能实现

（1）在滑行道穿越路口布设车路协同感知终端设备，终端实现航空器识别，并结合毫米波雷达，综合实现飞机位置的识别判定，并通过前后多帧画面的对比分析，确定飞机运动方向，上传飞机位置信息、方向信息、感知终端位置信息；

（2）车载设备接收到路侧感知终端上报的航空器信息后，车载设备综合判定自身当前是否处于停车等待位置；等待3s之后，再次判定车辆位置是否处于飞机安全预警范围，确认无误后，提示车辆方可行动，或者解除车辆制动控制；

（3）在引导车引导飞机滑行过程中，车载终端设备智能判定车辆位置，结合路侧视频桩上送的飞机位置和运动方向，车载设备综合判定自身是否在飞机安全预警范围，如存在安全风险，智能提示引导车辆加速行驶；在脱离预警范围后，自动提示回复正常引导行驶。

5.3车辆安全行驶提示（车车协同、辅助定位）

（一）场景分析

在机场，出现会车、避让、顺序行驶等场景时，车辆基于自身的定位信息，通过自组网和附近的车辆进行信息互动和融合分析，综合判定车辆之间的距离，当辆车距离信息低于安全预警距离时，自动发出提示信息，提醒注意安全驾驶；当车辆通过廊桥、隧道时，自身定位信息较弱的场景下，结合自组网通信，和就近的路侧视频桩或其他车辆综合辅助提供车辆位置信息，实现定位辅助。

（二）功能实现

（1）车车协同：当车辆通过毫米波雷达识别到就近车辆时，通过自组网快速切换，和就近车辆通信；通过选举机制，产生主、副车辆，以主车作为信息接收端，接收副车位置信息，并结合毫米波进行距离判定，低于预警距离时，主副车辆发出声光报警，提示注意安全驾驶；

（2）辅助定位，在通过下穿隧道或者航站楼，出现GPS信号弱时，在就近区域补充安装路侧感知终端设备；车辆经过时，自动和路侧设备进行连接通信，路侧设备根据多张车辆图片和位置，综合判定车辆行驶方向、行驶速度，综合计算车辆位置数据，并发送给车辆，辅助车辆驾驶导航。

六、通信架构

路侧感知终端设备和车载设备，具备自组网（mesh）、wifi、以太网、RS485/232通信能力；

在机场区域，结合照明设施等，布设多个融合通信终端，融合通信终端满足自组网和4G/5G通信能力，并具备数据加密能力；

路侧设备和车载设备通过自组网和融合通信终端链接；融合通信终端通过mesh+4G/5G双链路和云端通信，确保网络安全可靠。

七、参数要求

（一）硬件方面

基于硬件算力，在规定测试限定条件下（如烟雨雾天、光照、逆光灯），车路协同分系统主要性能指标如下：

1)飞机泊位引导预警

满足当航空器引导入位时，严禁智能输转平台从泊位引导装置与航空器之间穿越的避让要求。预警用时（识别时间+通信时延）：不大于2s；

2)飞机滑行告警

满足遇有航空器滑行或拖行时，智能输转平台必须在航空器一侧50米外避让，不得在滑行的航空器前200米内穿行或50米内尾随（如图）的避让要求。

告警用时（识别时间+通信时延）：不大于2s;

满足遇有航空器滑行或拖行时，智能输转平台必须在航空器一侧50米外避让，不得在滑行的航空器前200米内穿行或50米内尾随（如图）的避让要求。

告警用时（识别时间+通信时延）：不大于2s;

3)高精度辅助定位

识别范围：10m至50m；

位置识别误差：门限值不大于±0.5m；

航向角识别误差：门限值不大于±5°;

播报用时（识别时间+通信时延）：不大于0.15s。

（二）算法方面

车路系统分系统架构包含数据采集、边缘计算、目标检测模块、多目标跟踪模块、坐标映射模块、业务逻辑引擎、告警系统与数据存储中心，各模块之间的流程关系如下图所示：

（1）基于路侧的高精度辅助定位算法

在车路协同系统中，智能输转平台的近程可视环境感知由车自身完成，而中远程及非可视环境的感知可通过路侧智能设备完成，为提高自主行驶设备行驶的安全性、降低车自身的成本，需利用路侧设施对车进行辅助定位。

对基于路侧的高精度辅助定位算法进行研究，可实现车辆、人、非机动车的分类，为车辆提供高精度辅助定位信息。

（2）特定场景图像识别算法

在车路协同系统中利用路侧设施对车周边环境进行图像识别，而单一种类的传感器对于车周围环境不能够综合的判别，可综合采用摄像头路侧设备，进行信息采集，将这些多源的信息进行汇聚、建模和学习。

对基于路侧的图像识别算法进行研究，可实现以下功能：

a) 对飞机滑行是否在滑行、滑行方向进行识别；

b) 获取当前路侧与飞机的距离；

c) 可对特殊车辆（系统内指定的车辆）类型进行识别；

d) 可对人、非机动车、车辆进行分类识别。