摘要：新冠肺炎疫情推动技术革新提高生产力，5G与物联网的融合将促进机场设施设备在应用、生产和维护等方面进行全面升级。本文根据机场设施设备在物联网应用和通信方式两方面的应用现状，提出了基于5G的物联网技术在机场设施设备的发展趋势，同时对发展过程中可能遇到的问题及改进措施进行了分析探讨。 

　　关键词：5G；物联网；机场设施设备；智慧机场 

　　一、引言 

　　新冠肺炎疫情对民航业造成了明显的冲击，整个民航业的运营状况呈断崖式下滑，疫情结束后也很难在短时间恢复。依托先进技术提高运营效率、降低生产成本是帮助民航业度过“寒冬”的积极措施。民航业根据国家建设智慧城市的号召提出了智慧机场的概念，即利用物联网、云计算和大数据等技术，形成一个数字化的智能系统，提升机场的旅客服务水平、应急处理能力及运行效率。机场设施设备对于物联网技术的应用已相对成熟，但随着机场设施设备功能的扩大和各种终端设备的增加，现有通信技术在安全性、实时性和传输速率等方面存在局限性。5G作为当前通信技术能力的最新水平，其万物互联的特点极大地促进了物联网的发展。5G的商业化推进可以进一步完善物联网技术在视频监控设备、登机桥设备和行李分拣设备等机场核心设施设备的应用。本文以当前机场设施设备的物联网应用为背景，探讨5G与物联网融合对机场设施设备的发展影响，以期为建设智慧机场，提高机场运营效率提供借鉴。 

　　二、机场设施设备的物联网应用现状 

　　机场设施设备的管理水平代表了机场的智能化发展程度，基于物联网技术的机场设施设备管理系统可以有效划分系统间的管理，精准定位物理位置并形成有效的管理方案，以此来提升机场的综合保障能力及工作效率。物联网由包括RFID、传感器和GPS等构成的感知层，互联网、无线局域网和无线广域网等构成的网络层，数据挖掘、信息安全和云等构成的系统层，智能交通、绿色建筑和智能物流等构成的应用层四个层次组成，全球物联网设备数量（除去平板电脑、智能手机和笔记本电脑等）在2018年达到了70亿台，并保持每年15%以上的增长率平稳增加，如图1所示。 

　　图1 全球物联网设备数量 

　　数据来源：IoT Analytics Research 2018 

　　（一）楼宇控制系统 

　　机场楼宇控制系统是高度物联网化的公共环境，可以实现信息的采集、分析和互通，提高设备维护效率并节省能源，主要由照明、电梯和空调等构成的自动化管理系统，温度和烟雾探测构成的消防报警系统，闭路监控、门禁和防盗报警构成的安保系统三个机电设备的子系统构成，利用RS485和LonWorks等现场总线通过TCP/IP协议的以太网将三种子系统集成至楼宇控制系统，结合航班和旅客信息，控制航站楼内相关区域的设备运行状况。 

　　（二）周界安防警报系统 

　　机场作为重要交通枢纽，安全是民航业生存和发展的基础，由砖墙、金属围栏类形成的物理围界构成了机场安全的第一道防线，由探测器、摄像头、声光报警器和照明灯具组成的周界安防警报系统是机场安防工作的重要组成部分，当振动探测器、红外对射、张力围栏等装置检测到入侵时，报警信号由总线制协议转换为TCP/IP协议，由环形以太网发送至监测系统，利用声光报警装置对入侵者发出警告，同时将触发报警区域的监控画面显示在监控室屏幕上。 

　　（三）行李分拣系统 

　　行李信息与物联网相关联可实现行李的准确分拣及实时定位跟踪，首先读取行李RFID标签上的IATA行李号，访问BHS（行李分拣系统）服务器查询BSM（行李源报文）得到该行李的航班号、目的地、旅客姓名等信息，最后将访问结果转换为标准的XML格式保存至本地数据库服务器，通过WEB、PDA或手机等方式供旅客和工作人员查询行李的实时状态。 

　　（四）登机桥桥载设备监控系统 

　　为了响应国家蓝天保卫战的号召，各机场逐步使用登机桥桥载设备替代APU为飞机供应冷气和电能。采用Zigbee协议，传感器类节点负责采集桥载空调和电源的工况数据，高精度传感器记录桥载设备的使用情况，由现场数据集中器汇总所有节点的输出数据，经过LAN接入点由设备网上传至服务器，实现对桥载设备运行状况的实时监控。 

　　三、机场设施设备通信技术应用现状 

　　通信技术分为有线通信和无线通信两种通信方式，前者利用光纤、金属导线等传递信息，在稳定性、实用性和安全性方面较为突出，后者利用微波、卫星等无线电波进行通信，在传输速率和覆盖范围方面更有优势。机场对于要求可靠性较高的设备设施，如登机口、值机柜台等大多采用有线通信方式，对于机坪作业及一般可靠性要求的设施设备大多采用WIFI类的无线通信方式。 

　　（一）有线通信方式 

　　目前大多数机场的有线通信系统采用NGN架构，其具有的开放性、多媒体化和智能化等特点代表了未来通信网络的发展趋势。机场对整体运行的安全性和稳定性要求较高，光纤通信具有的高速传输、低能耗、低成本的特性，是有线通信的主要发展方向。机场的天气状况对于飞机飞行极其重要，机场跑道安装的天气探测装置使用光纤代替易受电磁干扰和雷击的铜缆与控制塔台进行信号传输。机场调度、雷达站等使用的设施设备多采用环形有线通信网络，保证信息交互的稳定与安全。 

　　（二）无线通信方式 

　　随着机场客流量和航空运输量的不断增长，移动终端和无线遥控设备的数量越来越多。基于物联网的无线通信技术主要包括WiFi、蓝牙、ZigBee等短距离通信技术，LoRa、SigFox、2G/3G/4G等广域网通信技术。WiFi为航站楼里的旅客提供上网服务，蓝牙iBeacon定位技术帮助旅客获取登机口、商品促销和安检指引等信息，ZigBee无线网络和RFD节点可用于监测机场内车辆行驶速度，LoRa与桥载电源通过485接口连接，将得到的状态数据由集中器的4G模块上传至云服务器，各通信技术对比如表1所示。 

　　表1 通信技术对比 

　　四、5G与物联网融合 

　　5G作为第五代蜂窝移动通信技术，拥有超越4G的大容量无线网络技术和高速率无线传输技术，具体分为多天线技术、载波器技术、网络功能虚拟化NFV技术、D2D技术等，可与井喷式网络请求和网络流量的大规模物联网进行融合，实现真正意义上的万物互联。 

　　（一）5G物联网技术对机场设施设备产生的变革 

　　1.5G物联网技术在“无接触服务”的应用 

　　当前物联网大多以WiFi、LoRa等传输速率较低的无线通信方式进入网络，当机场设备接入过多或传输照片、视频等较大数据时，可能出现网络延时与堵塞。疫情期间，避免直接接触是降低感染风险最有效的措施，飞机停靠后，机组人员使用5G移动终端进行签单操作，直接与机场的财务系统对接，节省了纸质签单成本。机场行李部门对行李进行分流、装机和分配时，使用的手持PDA多采用WiFi连接，但WiFi稳定性较差且易受干扰，手持PDA扫描条形码后不能及时得到行李的分流信息，影响行李发放的效率。航站楼内的自助查询机使用4G进行通信，当该区域使用4G的人数过多时，可能由于网速原因造成干扰性的滞后信息。5G传输速率为4G的数百倍，5G拥有的超密集异构网络技术可以通过密集部署的基站允许大量设备同时使用，保证生产作业的正常运行。 

　　2.5G物联网技术在机场高清视频监控的应用 

　　视频监控系统是保证机场安全的关键要素之一，新兴的智能视频分析包括入侵检测、人脸识别和物体识别等。8K高清视频可以提高视频分析的准确性，传统技术在防范机场围界入侵方面存在传输距离过短、布线易损难修等不足，硬盘存储能力有限且存在损毁的风险，利用5G的超高带宽特性传输视频可以实现远程监控，并将视频上传云端备份保存。当机场某一时段旅客人数激增，可以在相应区域临时增加带有人脸识别功能的自助服务设备，考虑到临时性设备布线的复杂性，可以利用5G代替有线通信进行快速部署，减少旅客排队时间，提升旅客对机场的满意度。5G网络能实时回传高清信号，基于人脸识别的安防系统能轻松地同时识别、追踪1000人以上，大幅提高机场应对密集流动人群的管控能力。 

　　根据ICAO的规定，跑道FOD每天要由2～4人的巡逻车肉眼检查4次，但仍存在一定的视觉盲区和个体差别，威胁航空器安全，利用5G+8K视频传输技术，在巡逻车顶安装360度高清摄像机，专业巡检人员只需在值班室就可利用实时回传的高清图像进行物体发现识别，极大的提高了FOD巡检效率和准确性。大中型机场的行李分拣传送带长达数十公里，在测试行李箱安装5G传输的高清摄像头，检修人员可远程完成巡检任务，提高工作效率，节约人力成本。 

　　3.5G物联网技术在机坪无人驾驶系统的应用 

　　随着机场客流量和运输量的增加，机场内车辆的分配调度是影响机场运行效率的重要因素之一。机场车辆行驶路线较为固定，主要为摆渡车、行李装运车和飞机拖车等运输车辆在出发区、航站楼和停车区三个区域之间不断切换。5G低时延的特点是车辆无人驾驶的可靠保证，机场可以根据航班信息制定车辆的移动方案，将车辆的制动、导航、动作控制等操作功能通过5G低时延形成车联网。5G技术可以对机场车辆的控制延时降至1ms，远远低于人类100ms的反应时间，保证了机场车辆无人驾驶的安全性。登机桥作为连接飞机与航站楼的大型机电设备，不仅为旅客带来了安全舒适的登机服务，同时实现了车辆与旅客的立体交错分布。无人驾驶登机桥也是智慧机场的重要组成部分，减少了对接时间和现场操作人员的数量，在效率和成本方面使机场运营受益，同时避免了疫情期间操作人员与机组人员及乘客的直接接触。操作人员只需远程监控登机桥运动状态，当登机桥对接飞机出现故障时，5G的低时延可以使操作人员远程操控驾驶或紧急制动，保障航空器的安全。 

　　4.5G物联网技术在无动力设备的应用 

　　目前停机坪上的无动力设备，如行李拖板车、工作梯等仍然以工作人员的经验进行粗放式配置管理，配置过多浪费资源，占用设备安置空间，过少则可能延误地面保障工作。航站楼内的无动力设备主要为行李手推车，旅客的行李重量和旅客对安检通道的选择带有随机性，行李手推车难以合理配置，也存在个别旅客乱停放的情况，给回收人员的工作带来不便，影响机场整洁的形象。在无动力设备上安装GPS/北斗导航等定位装置，并结合4G+GIS（地理信息系统）技术可以实现无动力设备位置的实时观测，但由于4G定位装置的功耗过大，难以大规模推行，目前主要以RFID对无动力设备进行跟踪，且必须要相应的通道口配合使用。5G网络体系中的eMTC和NB-Iot可以实现定位装置的低功耗要求，同时在无动力设备上安装太阳能电池，即可实现无动力设备的大规模部署，再结合GIS和航班起降班次更新无动力设备的配置方案，提升机场对无动力设备的管理能力，减少设备冗余，提高利用率。 

　　（二）5G物联网技术在机场设施设备应用的挑战 

　　1.安全方面 

　　5G相比现有的移动通信技术更加开放，因此会面临规模和影响都更大的DDOS、Worm恶意软件攻击和APT攻击等网络安全问题，机场设施设备的海量连接会使整个5G物联网愈链接愈脆弱，由于市场上物联网设备质量良莠不齐，黑客会由最薄弱的环节入侵机场的各设备系统并进行控制，可能造成旅客个人信息泄露和重大经济损失。单纯靠人为去发现解决已知漏洞并不能有效解决安全问题，可以通过机器学习使机场物联网不断学习和识别新的威胁，并启动自动修复程序。 

　　2.基站建设 

　　5G的大带宽和高速度通过高频信号得以实现，但高频信号穿透性不强，机场建筑物较为密集，需要大量基站维持信号，同时5G基站的功耗较大，需要引入新的电力设施。5G网络模组的复杂性，使单一设备模组的采购和应用成本也偏高。车联网和视频监控需要稳定的电力供应，随着5G基站的负载增加，铅酸电池无法满足备电需求，锂电池价格又过高。机场可与各驻场单位采用共同租赁或合资采购的方式安装基站设备来降低成本，基站设备制造商也应优化设备结构及电能供应传输线路。 

　　3.设备更新 

　　我国4G建设刚刚完成，当前机场物联网终端设备在移动通信方面大多数使用4G物联网卡，不支持5G通信网络，无法使用5G完成信息的传输与处理。机场进行设备的更新换代会面临巨大的成本压力，电信运行商也会考虑通信核心部件的更换成本，流量加速贬值带来的红利消失，在设备更新过程中带有消极情绪。通过5G手机与机场物联网设备直接相连，可减少交换机、路由器等网络层设备在购买、使用和维护方面的经济成本，抵消设备更新的部分损失。 

　　五、结论 

　　5G与物联网是相互促进、相辅相成的两种技术，二者的融合可以实现智能化的万物互联。机场作为重要的综合交通枢纽，有加强城市地位，带动区域经济的作用，对现有设施设备的管理进行技术革新可以提高运营效率指标，降低疫情期间的经济损失。目前机场设施设备的物联网应用趋于完善，除了涉及机场核心安全的设施设备采用有线通信方式，大多数都可以采用更便捷的无线通信方式。虽然5G技术目前仍存在一定的不足，但未来其带来的智能交通、超高清视频传输和大规模物联网等场景都将会在机场中得以实现，机场应在配套设备及基础设施方面尽快做好建设与投资的准备，保证机场万物互联的快速部署，早日摆脱新冠肺炎疫情下的萎靡状态，实现智慧机场的发展目标。（作者：关山度 广州白云国际机场工作） 

　　参考文献 

　　[1]杨晨寅,练旭华,廖洁璟等.浅析物联网技术在机场的应用及其发展趋势[J].空运商务,2019(05):57-60. 

　　[2]胡胜钧.关于有线通信技术与无线通信技术对比分析[J].西部皮革,2017,39(10):30. 

　　[3]文煜.基于5G的物联网前景展望[J].中国新通信,2018,20(10):21-22. 

　　[4]孙岳忠,陈超,单彬.浅析5G网络的物联网通信技术及挑战[J].信息系统工程,2019(07):37.