RFID技術(shù)在綠色航空運(yùn)輸中的應(yīng)用探討

引言  

　　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，本文以下簡稱為RFID）通過射頻信號(hào)來自動(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際經(jīng)濟(jì)大循環(huán)的重要技術(shù)手段。  

　　作為一種無線電控制、檢測和跟蹤系統(tǒng)，RFID 基本器件卻只有兩種，即詢問器（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 主要有無源和有源兩類。無源RFID 讀寫距離短，但價(jià)格低廉，安全性好；有源RFID 讀寫距離大，但是需要電池，成本高，在航空運(yùn)輸營運(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)前的問題和對(duì)RFID的應(yīng)用需求  

　　2011 年4 月，中國民航局頒布了《關(guān)于加快推進(jìn)行節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見》[1]，按民航強(qiáng)國戰(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)國家水平。  

　　《意見》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)化問題。  

　　例如，根據(jù)航班實(shí)際運(yùn)行的情況，即結(jié)合機(jī)場跑道、大氣環(huán)境、商務(wù)載重等條件計(jì)算，飛行性能仍能滿足離場越障余度，可適當(dāng)減小起飛推力，延長發(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。  

　　類似地，在爬升過程中，通過飛行性能的優(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，盟軍使用無線電數(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)國家的RFID技術(shù)主要涉及生產(chǎn)自動(dòng)化、門禁、公路收費(fèi)、停車場管理、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，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)門票和寵物管理等。2006 年6 月，我國發(fā)布《中國RFID 技術(shù)政策白皮書》[2]，標(biāo)志著RFID 的發(fā)展進(jìn)入到國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略層面。我國參與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)備制造到軟件開發(fā)集成等較為完整的RFID產(chǎn)業(yè)鏈，并將在未來數(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)化專項(xiàng)的重點(diǎn)支持項(xiàng)目，包括RFID芯片、RFID 讀寫器、RFID 標(biāo)準(zhǔn)制定。上海擁有國家級(jí)RFID 產(chǎn)業(yè)基地，郵政、貨車等物流管理，危化品管理、圖書館與電子不停車收費(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《長三角地區(qū)道路貨運(yùn)（物流）一體化》[3]指導(dǎo)意見的出臺(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，中國航空無線電電子研究所開始探究利用電子標(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，中國航空無線電電子研究所啟動(dòng)RFID 技術(shù)工程化探究的驅(qū)動(dòng)力來自于2008年9 月。在廣泛征集意見的基礎(chǔ)上，2008 年9月22 日，美國聯(lián)邦航空局就RFID 技術(shù)的航空應(yīng)用公布了一份咨詢通報(bào)AC 20-162[4]，為機(jī)載系統(tǒng)的RFID 應(yīng)用打開了準(zhǔn)許通行的綠燈。  

　　AC-162 適用于無源和低耗電子標(biāo)簽系統(tǒng)，有些無源系統(tǒng)在芯片驅(qū)動(dòng)上采用了電池，這類“半無源式系統(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)公開報(bào)道，空中客車公司也開始進(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，測試RFID 在實(shí)際運(yùn)行中的功能和性能。  

　　一些航空公司開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，中國航空無線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)國家發(fā)明專利[5]。2011 年，在這個(gè)國家發(fā)明專利的基礎(chǔ)上，中國航空無線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。  

　　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)。  

　　圖中，機(jī)場值機(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，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。用戶端包括飛行機(jī)組、航空公司和機(jī)場及地面運(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 

　　在數(shù)據(jù)采集階段，主要是通過機(jī)場的值機(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)，通過物流部門的RFID 信息，獲得貨物的重量和物品性質(zhì)信息。  

　　通過數(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。通過觀察這些顯示信息，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)場和地面業(yè)務(wù)，而應(yīng)該通過信息的管理，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。  

　　在民航運(yùn)輸?shù)娜粘＿\(yùn)行中，飛行、空中交通管制和機(jī)場指揮協(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。  

　　通過這類強(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)國家水平而做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)。