機場飛行區(qū)道面管理系統(tǒng)的開發(fā)與應用

周仙奕 王 鵬 馮 堯

大連國際機場股份有限公司 遼寧 大連 116033

飛行區(qū)道面是供航空器起飛、著陸、滑行及停放的水泥混凝土或瀝青混凝土道面，是機場飛行區(qū)最重要的基礎設施之一，道面的適航性關乎航空器的飛行安全以及機場的運營效率。如何構(gòu)建科學的、合理的飛行區(qū)道面管理體系，一直是機場運控管理中的一個重點問題，為此，開發(fā)一套飛行區(qū)道面管理系統(tǒng)，對于全面提升飛行區(qū)道面管理水平，推進機場運控智慧化發(fā)展有著積極的意義。

1 機場飛行區(qū)道面管理的現(xiàn)狀

大連機場于1972年建成通航，先后于1984年、1992年、1999年、2005年、2011年、2019年對包括跑道、滑行道及機坪在內(nèi)的飛行區(qū)道面進行了多次擴建改造，目前在用的飛行區(qū)道面總面積約110萬平方米。由于建設時間跨度大，改造工程類型多樣（包括基礎注漿、面層加蓋、局部結(jié)構(gòu)置換等），造成機場飛行區(qū)道面基本信息碎片化嚴重，而導致道面管理人員無法以宏觀視角系統(tǒng)全面的掌握道面完整的狀態(tài)。

隨著機場航空業(yè)務的發(fā)展，航班量不斷增長，飛機荷載對飛行區(qū)道面的不利作用日趨嚴重。同時，由于地處東北地區(qū)，氣候條件加速了道面的老化與損壞。各類道面病害出現(xiàn)的數(shù)量始終處于高位，道面病害普查統(tǒng)計、評估分析、維修養(yǎng)護工作繁重，傳統(tǒng)的工作方式不僅效率低并且可視性差，而過多依賴人為經(jīng)驗易產(chǎn)生差錯，降低了飛行區(qū)道面管理的效能。

近年來，地理信息系統(tǒng)（GIS）、移動終端快精定位以及大數(shù)據(jù)、云服務等先進的技術手段在生產(chǎn)工作中得到了廣泛應用。在積極推進民航四型機場建設的大背景下，大連機場為提升飛行區(qū)道面管理工作效能，組織專家技術團隊，與華設設計集團民航設計研究院合作，共同研發(fā)了一套針對機場飛行區(qū)道面管理的信息系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)的設計與結(jié)構(gòu)

大連機場道面管理系統(tǒng)的設計思路是以應用為基礎，重點考慮多業(yè)務端口的數(shù)據(jù)交互和多職能層級的應用需求，讓系統(tǒng)與道面管理組織流程綁定，最大程度的便于使用。

2.1 硬件框架

系統(tǒng)硬件主要包括：高精度差分基準站、厘米級移動終端、阿里云服務器和高性能臺式電腦等，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

（1）采用高精度的定位差分基準站對病害地理位置提供厘米級定位，該基準站具有長期連續(xù)跟蹤觀測能力、抗電磁干擾能力、抗外界環(huán)境影響等能力，并通過通訊網(wǎng)絡實時、快速地將觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆品掌魃稀?/p>

（2）移動終端具備厘米級定位功能并且滿足道面病害采集的需求，配置1300萬像素后置攝像頭，能夠保證病害照片的清晰度。

（3）以阿里云服務器搭建道面管理平臺，確保移動終端與云服務器安全順暢的連接，數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸、存儲。同時，配備高性能臺式電腦，用于實時訪問、查詢信息。

2.2 軟件構(gòu)成

系統(tǒng)軟件由道面基礎信息模塊、日常巡檢信息管理模塊、道面維修信息管理模塊、道面決策輔助管理模塊、信息檢索與分析管理模塊以及道面信息發(fā)布模塊六大模塊構(gòu)成。各模塊主要集成了以下三部分數(shù)據(jù)信息。

（1）地理數(shù)據(jù)。將地圖、坐標、區(qū)域、單元等地理信息進行數(shù)字化處理之后加載地理信息系統(tǒng)[1]，構(gòu)成系統(tǒng)展示的底層。

（2）基礎數(shù)據(jù)。由道面靜態(tài)信息和歷史數(shù)據(jù)組成，主要包括道面建設原始數(shù)據(jù)、道面結(jié)構(gòu)信息、歷年改造工程數(shù)據(jù)及機場環(huán)境信息等。

（3）評價數(shù)據(jù)。包括日常道面巡查信息、道面養(yǎng)護信息、階段性分析信息、道面狀況評價模型、航空交通量數(shù)據(jù)、歷年道面狀況綜合評價數(shù)據(jù)以及相關影像信息等。

3 系統(tǒng)的功能特性

大連機場道面管理系統(tǒng)定位為高度集成化、智慧化的道面管理平臺，而非智能電子化臺賬，在開發(fā)過程中更傾向于管理層面，因此在手持端操作界面盡量做到簡潔，快速精準的對病害進行采集及定位，在電腦終端設置更多管理功能，對病害進行分類，定性、定量進行分析統(tǒng)計，并為機場提供輔助性決策。

3.1 電子化錄入病害

依托場內(nèi)差分基站對移動手持端定位，系統(tǒng)可自主采集高精度的道面病害位置信息，通過GIS的數(shù)據(jù)組織方式生成圖形化的展示。用戶以現(xiàn)場采集的方式，按照手持端操作提示收錄病害相關的其他重要信息，包括時間、破損類型、程度、圖片等10余項，確保信息的完整性。系統(tǒng)同步將上述信息按內(nèi)容進行歸納分類，用戶可以根據(jù)所需的不同信息類別實現(xiàn)多路徑數(shù)據(jù)檢索，并支持列表和地圖兩種查閱方式。

設置輔助判定功能，避免用戶對病害類型、程度判定不準，各類病害以圖片形式呈現(xiàn)，用戶可根據(jù)典型病害圖片快速選擇病害類型，如圖2所示，同時將《民用機場道面評價管理技術規(guī)范》附錄B中對病害程度區(qū)分的具體條件設置在輔助判定模塊中，對病害精準錄入[2]。

圖2 道面病害輔助判定圖

3.2 維修信息收集

系統(tǒng)可根據(jù)道面巡檢填報信息自動生成并派發(fā)維修工單，便于用戶隨時隨地、實時方便地掌握飛行區(qū)道面突發(fā)狀況，制定維修計劃[3]。

基于地理信息系統(tǒng)，用戶可在地圖上實時查詢道面維護情況（面積、材料及用量、費用等）、同一位置/區(qū)域的歷史道面維護情況等。對返修次數(shù)較多的病害進行維修方法調(diào)整、糾偏，持續(xù)跟蹤病害變化。根據(jù)歷年輸入病害數(shù)量及維修使用的修補材料用量進行統(tǒng)計、測算，形成道面修補量函數(shù)，準確預測次年維修費用。

3.3 自主數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)能夠根據(jù)日常巡檢維修數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)模型分析數(shù)據(jù)和歷史道面綜合檢測相關數(shù)據(jù)等內(nèi)容對道面狀況發(fā)展趨勢進行評估，實現(xiàn)“道面PCI/SCI實時計算發(fā)布”、“道面PCI/SCI等級分布的可視化”、“歷史PCI/SCI變化情況分析”等功能。

通過病害發(fā)生的區(qū)域、時間、類型、程度等多維角度橫向?qū)Ρ龋ㄐ?、定量的分析道面現(xiàn)有問題，建立道面病害演變、發(fā)展趨勢模型。

3.4 直觀化展示、輸出

GIS信息平臺可以將病害實時定位，并將定位點記錄在大連機場飛行區(qū)平面圖中，如圖3所示，用顏色區(qū)分病害等級，通過左右鍵點擊病害及相應板塊可以快速調(diào)取病害、道面結(jié)構(gòu)、建設年限、近期檢測情況及通報PCN等信息。

PCI/SCI數(shù)值以不同數(shù)值區(qū)間劃分顏色填充單元。同時，PCI/SCI數(shù)值可以通過數(shù)據(jù)發(fā)布模塊以各類圖表及報告的方式進行下載和輸出，可視化、直觀化的反應病害損壞程度信息。

圖3 道面病害分布展示圖（局部）

3.5 Online服務

系統(tǒng)將服務器放在阿里云，在保障安全前提下與檢測單位實時共享數(shù)據(jù)，讓專業(yè)檢測人員充分考慮凍融循環(huán)次數(shù)、降水、溫度變化等因素影響，在線提供技術支持與服務，在相近條件下對同類型道面進行準確分析，最大程度減少用戶經(jīng)驗不足影響病害精準判斷的情況。

4 總結(jié)

大連機場飛行區(qū)道面管理系統(tǒng)的成功應用，初步實現(xiàn)了道面管理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。從此次系統(tǒng)開發(fā)工作中，開發(fā)團隊積累了大量經(jīng)驗，同時結(jié)合道面檢測技術的發(fā)展趨勢，對道面管理系統(tǒng)未來智能化升級做出了展望。

4.1 數(shù)據(jù)智能化采集

在整個病害數(shù)據(jù)信息收集過程中，人受限于經(jīng)驗、知識量等條件，是判斷環(huán)節(jié)中唯一不確定因素。因此未來道面管理系統(tǒng)中，將盡可能減少人為因素，采用圖像自動化識別，對道面進行圖像掃描，將掃描成果與數(shù)據(jù)庫進行對比，判斷并收集病害類型、尺寸、位置等基本信息，自動導入數(shù)據(jù)。前期對系統(tǒng)判斷不準確或有相似病害系統(tǒng)無法識別的病害，由專業(yè)人員進行篩選，數(shù)據(jù)積累量足夠大時，可以完全實現(xiàn)病害錄入自動化。

4.2 建立PCI預測模型

平臺通過數(shù)據(jù)的積累與迭代，考慮各類病害的影響因素，將各類病害發(fā)展數(shù)據(jù)形成函數(shù)，準確預測單一病害在本場自然條件下近期、中期、遠期的發(fā)展變化。

結(jié)合大連機場特定的道面結(jié)構(gòu)及最近輸入的道面檢測彎沉值、瀝青、水泥的結(jié)構(gòu)性能等道面檢測數(shù)據(jù)，綜合分析道面結(jié)構(gòu)對病害的影響。

同時，根據(jù)道面類型、建設年限、承受荷載情況等條件，特定計算同一區(qū)域道面自然老化出現(xiàn)的破損數(shù)量，進行區(qū)域損壞量的趨勢預測。

通過調(diào)取、分析某一單元的所有病害，包括已有病害及新病害的發(fā)展趨勢預測，結(jié)合現(xiàn)有PCI數(shù)值計算模型[4]，可以準確預測未來某一時間、某一單元的PCI變化值，當出現(xiàn)某一單元PCI/SCI值下降明顯時，平臺可以考慮根據(jù)現(xiàn)有條件判定對此單元進行養(yǎng)護或進行維修，為機場提供針對性建議，并提供養(yǎng)護或維修后PCI/SCI的變化趨勢。

4.3 表觀、結(jié)構(gòu)性能與GIS平臺結(jié)合

在病害判斷與收集中，表觀性能最能直觀的反應病害情況，而道面結(jié)構(gòu)對病害的影響情況較為隱匿，如何將道面表觀性能、結(jié)構(gòu)性能與GIS平臺相結(jié)合，通過輸入病害彎沉值及瀝青各項性能等條件，立體化的分析各個因素對道面病害的影響，分析維修及養(yǎng)護處理手段對解決當前病害的可行性，最終對機場管理人員進行輔助決策是未來大連機場道面管理系統(tǒng)的發(fā)展重點。