作為快速,、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確采集與處理信息的新技術(shù),， 射頻識(shí)別技術(shù)（ Radio Frequency Identification,，本文以下簡(jiǎn)稱(chēng)為RFID）通過(guò)射頻信號(hào)來(lái)自動(dòng)識(shí)別靜態(tài)或目標(biāo)對(duì)象,，獲取數(shù)據(jù)，操作快捷方便,，在生產(chǎn),、零售、物流和交通領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,，并進(jìn)一步成為企業(yè)提高物流供應(yīng)鏈管理水平,、降低成本、企業(yè)管理信息化和參與國(guó)際經(jīng)濟(jì)大循環(huán)的重要技術(shù)手段,。
作為一種無(wú)線(xiàn)電控制,、檢測(cè)和跟蹤系統(tǒng)，RFID 基本器件卻只有兩種,，即詢(xún)問(wèn)器（或閱讀器）和若干應(yīng)答器（或標(biāo)簽）組成,。按工作頻率的不同，RFID 有低頻,、高頻,、超高頻和微波頻段；按能源方式的不同,，RFID 主要有無(wú)源和有源兩類(lèi),。無(wú)源RFID 讀寫(xiě)距離短，但價(jià)格低廉,，安全性好,；有源RFID 讀寫(xiě)距離大，但是需要電池,，成本高,，在航空運(yùn)輸營(yíng)運(yùn)中，尤其要考慮其電源的安全性。
本文就RFID 在綠色航空運(yùn)輸中的一種應(yīng)用方案進(jìn)行探究,。
當(dāng)前的問(wèn)題和對(duì)RFID的應(yīng)用需求
2011 年4 月,，中國(guó)民航局頒布了《關(guān)于加快推進(jìn)行節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》［1］，按民航強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的要求,，保證民航持續(xù)安全發(fā)展,，節(jié)約能源和減少二氧化碳排放，強(qiáng)化精細(xì)化管理和科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,，努力降低節(jié)能減排的成本,，實(shí)現(xiàn)到2020 年我國(guó)民航單位產(chǎn)出的能耗和排放指標(biāo)達(dá)到航空發(fā)達(dá)國(guó)家水平。
《意見(jiàn)》指出,，要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),，就要重點(diǎn)加強(qiáng)航空公司主營(yíng)業(yè)務(wù)節(jié)能減排。航空公司要將運(yùn)行管理向以節(jié)能增效為目標(biāo)的精細(xì)化管理模式轉(zhuǎn)變,，大力推進(jìn)涉及飛行運(yùn)行全過(guò)程的節(jié)油技術(shù)和措施的應(yīng)用,，加強(qiáng)節(jié)能減排換代性技術(shù)的應(yīng)用理論研究和技術(shù)推廣。
運(yùn)輸機(jī)通常為多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的大型飛機(jī),，起飛階段不僅直接關(guān)系到飛行安全,，而且對(duì)噪音和排放有著重大影響。為達(dá)到滿(mǎn)足安全需求下的環(huán)保目標(biāo),，降低發(fā)動(dòng)機(jī)使用成本,，需要進(jìn)一步研究發(fā)動(dòng)機(jī)的起飛功率優(yōu)化問(wèn)題。
例如,，根據(jù)航班實(shí)際運(yùn)行的情況,，即結(jié)合機(jī)場(chǎng)跑道、大氣環(huán)境,、商務(wù)載重等條件計(jì)算,，飛行性能仍能滿(mǎn)足離場(chǎng)越障余度，可適當(dāng)減小起飛推力,，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命,，即可達(dá)到減少噪音、降低排放的效果,。
類(lèi)似地,，在爬升過(guò)程中，通過(guò)飛行性能的優(yōu)化控制,，實(shí)現(xiàn)較小功率條件下的經(jīng)濟(jì)爬升目標(biāo),。
以上的優(yōu)化管理中，重心的計(jì)算和精確控制成為一個(gè)關(guān)鍵要素,。
當(dāng)前,，飛行人員主要依據(jù)地面運(yùn)行部門(mén)提供的艙單數(shù)據(jù),，對(duì)飛機(jī)的重心和平衡進(jìn)行管理。對(duì)于機(jī)場(chǎng)地面工作人員而言,，作業(yè)量繁重,，控制精度難以保障；足同時(shí),，因?yàn)榇嬖谌斯げ僮魇д`的可能性,，數(shù)據(jù)差錯(cuò)的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。
飛機(jī)重心數(shù)據(jù)差錯(cuò),、包括飛行人員的數(shù)據(jù)運(yùn)用差錯(cuò)的主要危險(xiǎn)在于,，不能正確地計(jì)算優(yōu)化起飛和爬升性能，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)非經(jīng)濟(jì)化運(yùn)行,；嚴(yán)重時(shí)引起起飛姿態(tài)不正常,，造成飛機(jī)與地面的意外碰擦、甚至沖出跑道等嚴(yán)重事故,。
如果利用RFID 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化地監(jiān)控飛機(jī)的實(shí)際商載,，動(dòng)態(tài)評(píng)估平衡性和客貨配置情況,，就可以為防止意外事故提供新的防御手段，為日常飛行提供可信賴(lài)的商載管理依據(jù),。
RFID的適航性
早在二戰(zhàn)時(shí)期,，盟軍使用無(wú)線(xiàn)電數(shù)據(jù)技術(shù)識(shí)別敵我雙方的飛機(jī)和軍艦，這可能就是最早的RFID 技術(shù)的應(yīng)用了,。隨著電子技術(shù)不斷普及,，西歐國(guó)家率先將RFID 技術(shù)應(yīng)用到公路收費(fèi)等民用領(lǐng)域。如今,，西方發(fā)達(dá)國(guó)家的RFID技術(shù)主要涉及生產(chǎn)自動(dòng)化,、門(mén)禁、公路收費(fèi),、停車(chē)場(chǎng)管理,、身份識(shí)別和貨物跟蹤等領(lǐng)域，新的應(yīng)用范圍還在不斷拓展,。
在我國(guó),，RFID 在很多領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，諸如物流,、煙草,、醫(yī)藥、身份證,、奧運(yùn)門(mén)票和寵物管理等,。2006 年6 月，我國(guó)發(fā)布《中國(guó) RFID 技術(shù)政策白皮書(shū)》［2］，標(biāo)志著RFID 的發(fā)展進(jìn)入到國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略層面,。我國(guó)參與RFID 的相關(guān)企業(yè)多達(dá)數(shù)百家,，已形成從標(biāo)簽及設(shè)備制造到軟件開(kāi)發(fā)集成等較為完整的RFID產(chǎn)業(yè)鏈，并將在未來(lái)數(shù)年內(nèi)呈現(xiàn)高速發(fā)展的趨勢(shì),。
上海市將RFID 技術(shù)列為信息產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專(zhuān)項(xiàng)的重點(diǎn)支持項(xiàng)目,，包括RFID芯片、RFID 讀寫(xiě)器,、RFID 標(biāo)準(zhǔn)制定,。上海擁有國(guó)家級(jí)RFID 產(chǎn)業(yè)基地，郵政,、貨車(chē)等物流管理,，危化品管理,、圖書(shū)館與電子不停車(chē)收費(fèi)等城市建設(shè)項(xiàng)目是近期關(guān)注的焦點(diǎn),。2010 年，世界博覽會(huì)與《長(zhǎng)三角地區(qū)道路貨運(yùn)（物流）一體化》［3］指導(dǎo)意見(jiàn)的出臺(tái),，使RFID 技術(shù)應(yīng)用得以持續(xù)性升溫,。
RFID 雖然剛剛進(jìn)入民航運(yùn)輸領(lǐng)域，但其應(yīng)用方案迭起,，方興未艾,，較為成熟的應(yīng)用包括自助登機(jī)、場(chǎng)區(qū)電子化監(jiān)控和航空物流的信息化管理等方面,，尤其值得我們注意的是電子化信息標(biāo)簽在民航運(yùn)輸體系中的應(yīng)用,。
2009 年，中國(guó)航空無(wú)線(xiàn)電電子研究所開(kāi)始探究利用電子標(biāo)簽在航空運(yùn)輸領(lǐng)域中的應(yīng)用成果,，解決精確的旅客,、行李和貨物信息的動(dòng)態(tài)定位，由此實(shí)現(xiàn)飛機(jī)商載重量的高精度控制,，實(shí)現(xiàn)艙位的合理化配置,，保障重心計(jì)算的可靠性，提升優(yōu)化管理的實(shí)用價(jià)值,，從而為航空運(yùn)輸綠色化作出獨(dú)特且實(shí)質(zhì)性的貢獻(xiàn),。
2009 年，中國(guó)航空無(wú)線(xiàn)電電子研究所啟動(dòng)RFID 技術(shù)工程化探究的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于2008年9 月,。在廣泛征集意見(jiàn)的基礎(chǔ)上,，2008 年 9月22 日，美國(guó)聯(lián)邦航空局就RFID 技術(shù)的航空應(yīng)用公布了一份咨詢(xún)通報(bào)AC 20-162［4］,，為機(jī)載系統(tǒng)的RFID 應(yīng)用打開(kāi)了準(zhǔn)許通行的綠燈,。
AC-162 適用于無(wú)源和低耗電子標(biāo)簽系統(tǒng),，有些無(wú)源系統(tǒng)在芯片驅(qū)動(dòng)上采用了電池，這類(lèi)“半無(wú)源式系統(tǒng)”要求按有源系統(tǒng)進(jìn)行適航驗(yàn)證,。
我們?cè)谶m航方面的探究涉及RFID 系統(tǒng)安全性和識(shí)別數(shù)據(jù)相關(guān)的完好性,、精確性和真實(shí)性驗(yàn)證。這些問(wèn)題包括火災(zāi)和電氣安全性,，損毀性安全和環(huán)境條件相關(guān)的安全性驗(yàn)證,。在電磁兼容性方面，重點(diǎn)考慮RFID 不能生成有害的干擾,，也不能被其他系統(tǒng)所干擾等要素,。據(jù)公開(kāi)報(bào)道，空中客車(chē)公司也開(kāi)始進(jìn)行裝載和運(yùn)輸系統(tǒng)的RFID 應(yīng)用研究,，主要工作是在集裝箱或集裝箱架上安裝RFID 裝置,，測(cè)試RFID 在實(shí)際運(yùn)行中的功能和性能。
一些航空公司開(kāi)始為常旅客配置具有RFID 芯片的會(huì)員卡,，采用電子標(biāo)簽對(duì)行李和貨物的管理也在進(jìn)程中,。
總之，隨著機(jī)場(chǎng)信息化建設(shè),、尤其是出港流程自動(dòng)化進(jìn)程的不斷深入,，通過(guò)RFID，自動(dòng)化地采集旅客和貨物相關(guān)信息,，正在成為今天的現(xiàn)實(shí)。
解決方案
2010 年,，中國(guó)航空無(wú)線(xiàn)電電子研究所已在系統(tǒng)性地預(yù)先研究基礎(chǔ)上,，提出一種基于RFID 技術(shù)應(yīng)用的自動(dòng)化配載和平衡系統(tǒng)的技術(shù)解決方案，同年,，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利［5］,。2011 年，在這個(gè)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利的基礎(chǔ)上,，中國(guó)航空無(wú)線(xiàn)電電子研究所正在研究進(jìn)一步如何構(gòu)建一種基于空地信息交互的,、自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)信息處理系統(tǒng)。
有別于其他現(xiàn)有系統(tǒng)的不同在于,，我們的系統(tǒng)不僅支持地面準(zhǔn)備階段的高效率,、自動(dòng)化配載，還能夠直接支持機(jī)載飛行管理系統(tǒng)精確優(yōu)化計(jì)算所需要的飛機(jī)商載重量和中心數(shù)據(jù),，從而,，為飛行、機(jī)場(chǎng)協(xié)調(diào)和空中交通管理人員提供優(yōu)化的運(yùn)行保障手段,。
圖中,，機(jī)場(chǎng)值機(jī)系統(tǒng)包括人工值機(jī)島和自助機(jī),，物流管理系統(tǒng)提供貨物裝載數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)鏈路為電子艙單提供輸出渠道,，也包括及時(shí)傳遞臨時(shí)變動(dòng)的配置數(shù)據(jù),，諸如辦理登機(jī)牌后的旅客未到等情況。
RFID 配載工作站包括滿(mǎn)足適航要求的配載和平衡程序,，該程序依據(jù)適航規(guī)則和民航的安全運(yùn)行規(guī)章,，實(shí)現(xiàn)配載管理，并計(jì)算相應(yīng)的重心,，其輸出為典型的電子艙單,；工作站還包括根據(jù)機(jī)型配置的機(jī)型數(shù)據(jù)庫(kù)，包括2D 和3D的虛擬機(jī)型布置,；工作站還配置了與相關(guān)機(jī)型相等的飛行管理系統(tǒng)程序,，該程序用于校驗(yàn)優(yōu)化性能計(jì)算的需求。用戶(hù)端包括飛行機(jī)組,、航空公司和機(jī)場(chǎng)及地面運(yùn)行人員,。
系統(tǒng)的典型工作流程如圖2 所示：
圖2 系統(tǒng)典型工作流程
圖2 系統(tǒng)典型工作流程
在數(shù)據(jù)采集階段，主要是通過(guò)機(jī)場(chǎng)的值機(jī)系統(tǒng),，獲得旅客及物品的RFID 信息,，包括旅客座位和行李重量數(shù)據(jù)；同時(shí),，通過(guò)物流部門(mén)的RFID 信息,，獲得貨物的重量和物品性質(zhì)信息。
通過(guò)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng),，傳遞旅客和物品臨時(shí)變動(dòng)信息,。
在信息處理階段，重量和平衡配置人員可選擇手工配置方式,，根據(jù)公司操作規(guī)程和自身經(jīng)驗(yàn),，進(jìn)行重量與平衡的配置；也可選擇自動(dòng)化的配置方式,，即由RFID 配載工作站進(jìn)行自動(dòng)化的配置,。
在配置檢驗(yàn)階段，RFID 工作站顯示2D 或3D 的,、具體機(jī)型艙位和重心計(jì)算結(jié)果,。通過(guò)觀(guān)察這些顯示信息，工作人員根據(jù)公司規(guī)章和自身經(jīng)驗(yàn),，在屏幕上進(jìn)行虛擬調(diào)整,，取得最佳艙位空間使用及重心配置的優(yōu)化結(jié)果。
取決于航空公司的運(yùn)營(yíng)模式,，可在飛行簽派,、公司航務(wù),、飛行準(zhǔn)備以及駕駛艙的各種顯示終端上顯示這些優(yōu)化配置結(jié)果，由工作人員和飛行人員進(jìn)行飛行管理系統(tǒng)的優(yōu)化性能預(yù)算,，并進(jìn)行抉擇,，據(jù)此得出飛行計(jì)劃中的性能控制指標(biāo)。
在信息輸出階段,，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳遞電子艙單,，或?yàn)轱w行管理系統(tǒng)提供性能初始化所需相關(guān)重量和重心數(shù)據(jù)。
未來(lái)展望
在新一代的民航運(yùn)輸體系中,，旅客與貨物的信息處理自動(dòng)化不僅僅是自助值機(jī),，也不僅僅是機(jī)場(chǎng)和地面業(yè)務(wù)，而應(yīng)該通過(guò)信息的管理,，使信息效益最大化,，有效地實(shí)現(xiàn)信息增值。
例如,，通過(guò)建立完整的信息服務(wù)體系,，包括人員證件校驗(yàn)、行李交運(yùn),、航班改簽,、旅客登機(jī)、行李,、艙位和貨物管理等一系列服務(wù),，將目前的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)流程重新整合，形成以旅客,、航空公司,、機(jī)場(chǎng)和空中交通管理各為運(yùn)行中心的多中心信息自動(dòng)化處理和運(yùn)營(yíng)。
在民航運(yùn)輸?shù)娜粘＿\(yùn)行中,，飛行、空中交通管制和機(jī)場(chǎng)指揮協(xié)調(diào)人員是關(guān)系到民航運(yùn)輸安全和效益的三大關(guān)鍵環(huán)節(jié),。為他們提供自動(dòng)化的飛機(jī)性能管理,，需要這些高效率的信息交互平臺(tái)。
因此,，研發(fā)這種系統(tǒng)的目的在于支持信息優(yōu)化處理和使用效益最大化,，充分發(fā)揮飛機(jī)的使用價(jià)值，為保障飛機(jī)以最佳性能運(yùn)行提供一種現(xiàn)代化管理的手段,。
通過(guò)這類(lèi)強(qiáng)化精細(xì)化管理和科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新手段,，落實(shí)節(jié)能減排的要求，為實(shí)現(xiàn)到2020年我國(guó)民航單位產(chǎn)出的能耗和排放指標(biāo)達(dá)到航空發(fā)達(dá)國(guó)家水平而做出相應(yīng)的貢獻(xiàn),。
參考資料
?。?］ 中國(guó)民用航空局,，關(guān)于加快推進(jìn)行節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見(jiàn)，2011-04
?。?］ 中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部,，中國(guó)RFID 技術(shù)政策白皮書(shū)，2006-06
?。?］ 上海市政府,，關(guān)于推進(jìn)長(zhǎng)三角地區(qū)道路貨運(yùn)（物流）一體化發(fā)展的若干意見(jiàn)，2009-06
?。?］ Federal Aviation Administration ,，Airworthiness Approval and Operational Allowance of RFID Systems， 2008-09
?。?］ 徐芳,、顧世敏，一種基于射頻技術(shù)的配載和平衡系統(tǒng),，中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局,，專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)CN101901361 A，2010-12（end）
系統(tǒng)構(gòu)型如圖1 所示,。
圖1 系統(tǒng)構(gòu)型
該系統(tǒng)的組成包括：機(jī)場(chǎng)值機(jī)系統(tǒng),、空地?cái)?shù)據(jù)鏈、RFID 配載工作站和機(jī)載飛行管理系統(tǒng),。