RFID技术在绿色航空运输中的应用探讨

引言

作为快速、实时、准确采集与处理信息的新技术，射频识别技术（ Radio Frequency Identification，本文以下简称为RFID）通过射频信号来自动识别静态或目标对象，获取数据，操作快捷方便，在生产、零售、物流和交通领域得到广泛应用，并进一步成为企业提高物流供应链管理水平、降低成本、企业管理信息化和参与国际经济大循环的重要技术手段。

作为一种无线电控制、检测和跟踪系统，RFID 基本器件却只有两种，即询问器（或阅读器）和若干应答器（或标签）组成。按工作频率的不同，RFID 有低频、高频、超高频和微波频段；按能源方式的不同，RFID 主要有无源和有源两类。无源RFID 读写距离短，但价格低廉，安全性好；有源RFID 读写距离大，但是需要电池，成本高，在航空运输营运中，尤其要考虑其电源的安全性。本文就RFID 在绿色航空运输中的一种应用方案进行探究。

当前的问题和对RFID的应用需求

2011 年4 月，中国民航局颁布了《关于加快推进行节能减排工作的指导意见》[1]，按民航强国战略的要求，保证民航持续安全发展，节约能源和减少二氧化碳排放，强化精细化管理和科学技术创新，努力降低节能减排的成本，实现到2020 年我国民航单位产出的能耗和排放指标达到航空发达国家水平。

《意见》指出，要实现上述目标，就要重点加强航空公司主营业务节能减排。航空公司要将运行管理向以节能增效为目标的精细化管理模式转变，大力推进涉及飞行运行全过程的节油技术和措施的应用，加强节能减排换代性技术的应用理论研究和技术推广。

运输机通常为多台发动机驱动的大型飞机，起飞阶段不仅直接关系到飞行安全,而且对噪音和排放有着重大影响。为达到满足安全需求下的环保目标，降低发动机使用成本，需要进一步研究发动机的起飞功率优化问题。

例如，根据航班实际运行的情况，即结合机场跑道、大气环境、商务载重等条件计算，飞行性能仍能满足离场越障余度，可适当减小起飞推力，延长发动机使用寿命，即可达到减少噪音、降低排放的效果。

类似地，在爬升过程中，通过飞行性能的优化控制，实现较小功率条件下的经济爬升目标。

以上的优化管理中，重心的计算和精确控制成为一个关键要素。

当前，飞行人员主要依据地面运行部门提供的舱单数据，对飞机的重心和平衡进行管理。对于机场地面工作人员而言，作业量繁重，控制精度难以保障；足同时，因为存在人工操作失误的可能性，数据差错的现象屡见不鲜。

飞机重心数据差错、包括飞行人员的数据运用差错的主要危险在于，不能正确地计算优化起飞和爬升性能，导致发动机非经济化运行；严重时引起起飞姿态不正常，造成飞机与地面的意外碰擦、甚至冲出跑道等严重事故。

如果利用RFID 技术，实现自动化地监控飞机的实际商载，动态评估平衡性和客货配置情况，就可以为防止意外事故提供新的防御手段，为日常飞行提供可信赖的商载管理依据。

RFID的适航性

早在二战时期，盟军使用无线电数据技术识别敌我双方的飞机和军舰，这可能就是最早的RFID 技术的应用了。随着电子技术不断普及，西欧国家率先将RFID 技术应用到公路收费等民用领域。如今，西方发达国家的RFID技术主要涉及生产自动化、门禁、公路收费、停车场管理、身份识别和货物跟踪等领域，新的应用范围还在不断拓展。

在我国，RFID 在很多领域也得到了广泛应用，诸如物流、烟草、医药、身份证、奥运门票和宠物管理等。2006 年6 月，我国发布《中国RFID 技术政策白皮书》[2]，标志着RFID 的发展进入到国家产业发展战略层面。我国参与RFID 的相关企业多达数百家，已形成从标签及设备制造到软件开发集成等较为完整的RFID产业链，并将在未来数年内呈现高速发展的趋势。

上海市将RFID 技术列为信息产业关键产业技术产业化专项的重点支持项目，包括RFID芯片、RFID 读写器、RFID 标准制定。上海拥有国家级RFID 产业基地，邮政、货车等物流管理，危化品管理、图书馆与电子不停车收费等城市建设项目是近期关注的焦点。2010 年，世界博览会与《长三角地区道路货运（物流）一体化》[3]指导意见的出台，使RFID 技术应用得以持续性升温。

RFID 虽然刚刚进入民航运输领域，但其应用方案迭起，方兴未艾，较为成熟的应用包括自助登机、场区电子化监控和航空物流的信息化管理等方面，尤其值得我们注意的是电子化信息标签在民航运输体系中的应用。

2009 年，中国航空无线电电子研究所开始探究利用电子标签在航空运输领域中的应用成果，解决精确的旅客、行李和货物信息的动态定位，由此实现飞机商载重量的高精度控制，实现舱位的合理化配置，保障重心计算的可靠性，提升优化管理的实用价值，从而为航空运输绿色化作出独特且实质性的贡献。

2009 年，中国航空无线电电子研究所启动RFID 技术工程化探究的驱动力来自于2008年9 月。在广泛征集意见的基础上，2008 年9月22 日，美国联邦航空局就RFID 技术的航空应用公布了一份咨询通报AC 20-162[4]，为机载系统的RFID 应用打开了准许通行的绿灯。

AC-162 适用于无源和低耗电子标签系统，有些无源系统在芯片驱动上采用了电池，这类“半无源式系统”要求按有源系统进行适航验证。

我们在适航方面的探究涉及RFID 系统安全性和识别数据相关的完好性、精确性和真实性验证。这些问题包括火灾和电气安全性，损毁性安全和环境条件相关的安全性验证。在电磁兼容性方面，重点考虑RFID 不能生成有害的干扰，也不能被其他系统所干扰等要素。据公开报道，空中客车公司也开始进行装载和运输系统的RFID 应用研究，主要工作是在集装箱或集装箱架上安装RFID 装置，测试RFID 在实际运行中的功能和性能。

一些航空公司开始为常旅客配置具有RFID 芯片的会员卡，采用电子标签对行李和货物的管理也在进程中。

总之，随着机场信息化建设、尤其是出港流程自动化进程的不断深入，通过RFID，自动化地采集旅客和货物相关信息，正在成为今天的现实。

解决方案

2010 年，中国航空无线电电子研究所已在系统性地预先研究基础上，提出一种基于RFID 技术应用的自动化配载和平衡系统的技术解决方案，同年，申请国家发明专利[5]。2011 年，在这个国家发明专利的基础上，中国航空无线电电子研究所正在研究进一步如何构建一种基于空地信息交互的、自动化机场信息处理系统。

有别于其他现有系统的不同在于，我们的系统不仅支持地面准备阶段的高效率、自动化配载，还能够直接支持机载飞行管理系统精确优化计算所需要的飞机商载重量和中心数据，从而，为飞行、机场协调和空中交通管理人员提供优化的运行保障手段。

系统构型如图1 所示。

图1 系统构型 

该系统的组成包括：机场值机系统、空地数据链、RFID 配载工作站和机载飞行管理系统。

图中，机场值机系统包括人工值机岛和自助机，物流管理系统提供货物装载数据，数据链路为电子舱单提供输出渠道，也包括及时传递临时变动的配置数据，诸如办理登机牌后的旅客未到等情况。

RFID 配载工作站包括满足适航要求的配载和平衡程序，该程序依据适航规则和民航的安全运行规章，实现配载管理，并计算相应的重心，其输出为典型的电子舱单；工作站还包括根据机型配置的机型数据库，包括2D 和3D的虚拟机型布置；工作站还配置了与相关机型相等的飞行管理系统程序，该程序用于校验优化性能计算的需求。用户端包括飞行机组、航空公司和机场及地面运行人员。

系统的典型工作流程如图2 所示： 

图2 系统典型工作流程 

在数据采集阶段，主要是通过机场的值机系统，获得旅客及物品的RFID 信息，包括旅客座位和行李重量数据；同时，通过物流部门的RFID 信息，获得货物的重量和物品性质信息。

通过数据链系统，传递旅客和物品临时变动信息。

在信息处理阶段，重量和平衡配置人员可选择手工配置方式，根据公司操作规程和自身经验，进行重量与平衡的配置；也可选择自动化的配置方式，即由RFID 配载工作站进行自动化的配置。

在配置检验阶段，RFID 工作站显示2D 或3D 的、具体机型舱位和重心计算结果。通过观察这些显示信息，工作人员根据公司规章和自身经验，在屏幕上进行虚拟调整，取得最佳舱位空间使用及重心配置的优化结果。

取决于航空公司的运营模式，可在飞行签派、公司航务、飞行准备以及驾驶舱的各种显示终端上显示这些优化配置结果，由工作人员和飞行人员进行飞行管理系统的优化性能预算，并进行抉择，据此得出飞行计划中的性能控制指标。

在信息输出阶段，通过数据链系统传递电子舱单，或为飞行管理系统提供性能初始化所需相关重量和重心数据。

未来展望

在新一代的民航运输体系中，旅客与货物的信息处理自动化不仅仅是自助值机，也不仅仅是机场和地面业务，而应该通过信息的管理，使信息效益最大化，有效地实现信息增值。

例如，通过建立完整的信息服务体系，包括人员证件校验、行李交运、航班改签、旅客登机、行李、舱位和货物管理等一系列服务，将目前的传统业务流程重新整合，形成以旅客、航空公司、机场和空中交通管理各为运行中心的多中心信息自动化处理和运营。

在民航运输的日常运行中，飞行、空中交通管制和机场指挥协调人员是关系到民航运输安全和效益的三大关键环节。为他们提供自动化的飞机性能管理，需要这些高效率的信息交互平台。

因此，研发这种系统的目的在于支持信息优化处理和使用效益最大化，充分发挥飞机的使用价值，为保障飞机以最佳性能运行提供一种现代化管理的手段。

通过这类强化精细化管理和科学技术创新手段，落实节能减排的要求，为实现到2020年我国民航单位产出的能耗和排放指标达到航空发达国家水平而做出相应的贡献。

参考资料
[1] 中国民用航空局，关于加快推进行节能减排工作的指导意见，2011-04
[2] 中华人民共和国科学技术部，中国RFID 技术政策白皮书，2006-06
[3] 上海市政府，关于推进长三角地区道路货运（物流）一体化发展的若干意见，2009-06
[4] Federal Aviation Administration ，Airworthiness Approval and Operational Allowance of RFID Systems, 2008-09
[5] 徐芳、顾世敏，一种基于射频技术的配载和平衡系统，中华人民共和国国家知识产权局，专利说明书CN101901361 A，2010-12(end)