白璐 解增武 雷寧 蔡巍 呂海波

摘 ?要：機場助航燈系統(tǒng)是確保飛機飛行安全的重要視覺導航系統(tǒng)，在飛機行進和著陸過程中起到至關(guān)重要的作用，直接影響飛機正常起降的安全性。民航行業(yè)飛速發(fā)展，助航燈系統(tǒng)的數(shù)量和系統(tǒng)復雜度急劇上升，人工檢查方式已經(jīng)不再滿足要求。助航燈系統(tǒng)需要自動監(jiān)控功能，以提高助航燈系統(tǒng)的可靠性。該文通過調(diào)研機場運維管理的實際需求，研究機場助航燈信息管理系統(tǒng)及故障預警機制，為機場助航燈的日常運維管理及設(shè)備的故障預警提供有效合理的維護依據(jù)和管理手段。

關(guān)鍵詞：助航燈;信息管理系統(tǒng);故障預警機制;維護管理

中圖分類號：V351.32;TM923.57 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）04-0065-03

Abstract：The Nav-Aid lighting system is important to ensure the flight safety，which plays a key role in the process of aircraft approaching and landing. The operation of the Nav-Aid lighting system is directly related to the safety of the aircraft take-off and landing. The manual inspection method of aviation lighting can not meet the requirements of the rapid development of civil aviation industry and the number and complexity of Nav-Aid system has increased dramatically. Automatically monitoring is necessary for Nav-Aid lighting system to improve reliability. In this paper，based on investigation of airport operation and maintenance，the information management system and fault early warning mechanism for airport Nav-Aid lights system are proposed，so as to provide efficient and reasonable methods for daily maintenance and management of airport Nav-Aid lights and fault early warning of equipment.

Keywords：Nav-Aid lights;information management system;fault early warning mechanism;maintenance management

0 ?引 ?言

機場助航燈系統(tǒng)是一種視覺輔助，是飛機在夜間或其他惡劣條件下能夠平穩(wěn)起飛、降落和滑行的重要保證。它不僅為夜間飛行的飛機提供視覺指示和引導信號，而且還與無線電進場著陸系統(tǒng)相結(jié)合，確保飛機在多種環(huán)境下都能正常運行[1]。

滑行道照明系統(tǒng)，跑道照明系統(tǒng)和進近照明系統(tǒng)作為機場導航照明系統(tǒng)的主要組成部分，在飛機起降的不同階段均起著重要作用[2]。夜間飛行必須依靠機場助航燈系統(tǒng)的正常運行，使飛行員能獲得當前地面跑道的信息，以確保飛機的正常運行[3]。

目前，助航燈的故障概率比較高，由于機場的面積很大，設(shè)備的覆蓋范圍廣，采用人工檢查，將耗費大量人力資源，而且一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，排查故障點并及時可靠維修也是一個重大難點。一旦助航燈系統(tǒng)發(fā)生故障不能運行，將導致飛機場運行癱瘓。因此，檢測維修部門必須迅速且準確地對助航燈系統(tǒng)進行維護[4]。機場助航燈維護管理系統(tǒng)對于維護機場的航行燈，并確保整個機場的正常運行具有重要的價值。機場助航燈設(shè)備的運維管理方法要與信息管理時代緊密結(jié)合，提高運維效率，降低人工成本和維護失敗率，必將朝著自動化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展[5]。

1 ?國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

助航燈光監(jiān)測和設(shè)備維護管理系統(tǒng)是機場助航燈光維護管理的主要部分，主要任務(wù)包括監(jiān)測設(shè)備工作狀態(tài)、提供設(shè)備運行信息、提供故障告警和預警信息、對人員和設(shè)備資產(chǎn)等信息管理與維護等。

自1990年以來，在北京首都機場率先引進由美國CLOUSE-HINDS生產(chǎn)的助航燈光計算機檢測系統(tǒng)后，國內(nèi)的其他十余家機場也相繼安裝了這個系統(tǒng)。除了美國CLOUSE-HINDS生產(chǎn)的助航燈光計算機檢測系統(tǒng)外，我國還引進了德國ADB公司生產(chǎn)的助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)。這兩套系統(tǒng)都是當時較為先進的系統(tǒng)，都有著不同的特點，且是不同的設(shè)計架構(gòu)的典型代表[5]。

美國CLOUSE-HINDS的助航燈光計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用的是并行控制法，這種方式是一種集中式網(wǎng)絡(luò)，其構(gòu)成模式是：以塔臺的計算機為系統(tǒng)的中心，與燈光站和維修站進行通信，具有通信速度快的優(yōu)點，但對塔臺計算機的可靠性的要求極高，一旦塔臺計算機崩潰，將會影響整個系統(tǒng)的通信，監(jiān)控系統(tǒng)就不會正常工作，以至于后續(xù)的維修及檢查修復工作也就不能及時進行。另外，在系統(tǒng)實施過程中需要鋪陳大量的通信電纜，會帶來通信系統(tǒng)的接線、安裝、維護和維修難度較大等問題，增加系統(tǒng)成本。

德國ADB公司的助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)采用的是串行控制法，這樣的優(yōu)勢是控制單元之間可以共享數(shù)據(jù)，通信系統(tǒng)安裝過程中需要較少的通信電纜，使成本大大節(jié)約，也使安裝、維護和維修難度變小，但是與采用并行控制方案比較，其缺點是通信速度較慢[6]。

經(jīng)過了幾代的更迭與進步，我國的監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展水平逐步增長，監(jiān)控系統(tǒng)的功能也越來越完善，但是仍然存在一些不成熟的地方。比較突出的問題是通過人力資源來管理機場的設(shè)備缺乏針對性，管理效率低，不適合助航燈光的維護管理。因此，本文基于機場助航燈光維護管理的特有性質(zhì)，提出針對助航燈設(shè)備的資產(chǎn)管理、生命體征管理及全生命周期的管理方法，可以提高助航系統(tǒng)的管理效率。

2 ?助航燈信息管理系統(tǒng)

機場助航燈光是機場的重要保障設(shè)施，保證飛機在夜間和復雜氣象條件下飛行，飛機的安全直接受燈光系統(tǒng)運行的可靠性影響。首都機場40 km范圍內(nèi)的3.4萬套燈具，分布距離約0.1～5 m不等，共有約40種左右不同燈具，每種燈具至少20種備件，燈具品牌復雜，類型繁多。由于機場助航燈數(shù)量多、分布范圍廣，巡查全場需要投入的人力、物力巨大，并且純?nèi)斯ぱ膊槿菀自斐陕┎?、誤查、統(tǒng)計錯誤等問題，將直接影響整個機場的安全運行。

本文提出的助航燈信息管理系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人機交互技術(shù)將機場助航燈的身份信息、生命體征信息、相干關(guān)系人（企業(yè)）信息、設(shè)備周轉(zhuǎn)信息等一系列數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理、集中分析，在極大簡化管理流程、降低施工及維護等作業(yè)難度的同時，可以提高助航燈運維管理的效率和精準性。助航燈信息管理系統(tǒng)主要包括：

（1）系統(tǒng)主頁：顯示燈具區(qū)域分布、實時狀態(tài)、燈具總量及故障燈數(shù)量等;

（2）燈具管理：工作區(qū)管理、庫房管理、維護管理、燈具分布設(shè)置等;

（3）報警信息：顯示及查詢燈具報警、期限報警、庫存報警、設(shè)備故障及生命周期預警等告警及預警信息;

（4）燈具維護：日常巡檢管理、維護管理等;

（5）用戶管理：用戶信息管理、角色管理等;

（6）數(shù)據(jù)統(tǒng)計：歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)、維修及保養(yǎng)記錄、故障告警信息等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析;

（7）系統(tǒng)管理：系統(tǒng)配置后臺，負責用戶賬號、權(quán)限管理。

鑒于助航燈設(shè)備數(shù)量較多，原始設(shè)備信息不完善等客觀原因，本系統(tǒng)采用人工錄入與圖像錄入等多種錄入方式，利用圖像識別技術(shù)，簡化批量設(shè)備信息錄入的流程，減少信息錄入的工作量，并降低了錄入信息的錯誤概率。

3 ?助航燈故障預警機制

傳統(tǒng)的助航燈運維管理方法存在耗時耗力、問題發(fā)現(xiàn)不及時、故障只能事后處置無法提前預警等痛點。本文提出的故障預警機制，可以在助航燈設(shè)備出現(xiàn)異常時，第一時間發(fā)出告警，使運維人員可以及時處理。同時，系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)，可以對助航燈設(shè)備可能發(fā)生的故障提前預警，降低助航燈設(shè)備發(fā)生故障的概率。

本文設(shè)計的助航燈管理系統(tǒng)在助航燈設(shè)備內(nèi)增加了實時監(jiān)測設(shè)備，該設(shè)備主要監(jiān)測溫度、振動和工作電流三個物理量。其中，溫度變量與時間變量相結(jié)合，作為助航燈設(shè)備故障發(fā)生的背景條件。振動監(jiān)測量用于診斷助航燈設(shè)備是否出現(xiàn)碎裂或安裝部件松動等故障，工作電流監(jiān)測量用于診斷助航燈設(shè)備是否出現(xiàn)斷路或短路故障。

振動監(jiān)測類相關(guān)故障預警策略關(guān)系式如下所示：

其中，Vi為第i次振動檢測值;Vmean為統(tǒng)計周期內(nèi)的所有振動檢測值的平均值;f為根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果人為確定的振動故障預警累計次數(shù);α為判定振動故障的比例系數(shù)。

在上式中，當左側(cè)的統(tǒng)計次數(shù)大于右側(cè)的振動故障超限次數(shù)時，系統(tǒng)將自動發(fā)出振動異常預警，相關(guān)工作人員則根據(jù)此預警信息排查助航燈設(shè)備可能存在的碎裂或安裝部件松動等故障。為了避免飛機起降過程中強沖擊引起振動監(jiān)測設(shè)備頻繁出現(xiàn)誤報情況，在系統(tǒng)運行過程中，系統(tǒng)管理人員在保障系統(tǒng)漏報概率達標的情況下，根據(jù)故障預警與現(xiàn)場診斷反饋情況的匹配程度，人為調(diào)整故障預警累計次數(shù)f和比例系數(shù)α的大小，則可以降低系統(tǒng)的誤報概率。飛機起降引起的振動超限報警是瞬時的，而助航燈故障引起的報警持續(xù)時間要長一些。因此，通過合理調(diào)整α和f的大小，可以在滿足一定誤報率的情況下，初步判定是否為助航燈故障報警。此方法計算簡單，便于提升系統(tǒng)的響應(yīng)時間。

電流監(jiān)測類相關(guān)故障預警策略關(guān)系式如下所示：

Ireal-Imean≥αImean，即Ireal≥（1+α）Imean

其中，α為判定短路故障的比例系數(shù);Imean為統(tǒng)計周期內(nèi)的所有電流檢測值的平均值;Ireal為最新一次的電流檢測值。

Imean-Ireal≥βImean，即（1-β）Imean≥Ireal

其中，β為判定斷路故障的比例系數(shù);Imean為統(tǒng)計周期內(nèi)的所有電流檢測值的平均值;Ireal為最新一次的電流檢測值。

在上式中，助航燈系統(tǒng)管理人員需根據(jù)設(shè)備的工作時長、工作環(huán)境溫度、維修保養(yǎng)記錄等信息設(shè)定合理的短路、斷路比例系數(shù)，助航燈管理系統(tǒng)便可準確判定設(shè)備的電氣類故障，在助航燈設(shè)備發(fā)生斷路或短路故障前，給出故障預警。

4 ?實驗結(jié)論

4.1 ?振動監(jiān)測類相關(guān)故障預警策略分析

通過平臺獲取多組振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對多組數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，初步確定故障預警的累計次數(shù)f為40，比例系數(shù)α為0.45，則αf=18。獲取助航燈在飛機起降和故障條件下的振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，其故障預警分析如圖1所示。

通過圖1可以看出，報警次數(shù)門限設(shè)定在18時，飛機起降引起的振動超限可以被濾除，而助航燈故障引起的振動超限則可以被有效地檢測出來，因此利用本文提出的振動監(jiān)測故障預警策略，可以在降低系統(tǒng)誤報率的同時，準確判定助航燈設(shè)備自身故障。此外，通過觀察此圖可以發(fā)現(xiàn)，助航燈振動異常時，存在監(jiān)測值陡降的過程，這也可以幫助管理者分析故障原因。

4.2 ?電流監(jiān)測類相關(guān)故障預警策略分析

通過平臺獲取多組電流監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對多組數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，初步確定短路故障比例系數(shù)α為1.1，斷路故障比例系數(shù)β為0.9。獲取助航燈在故障條件下的電流監(jiān)測數(shù)據(jù)，其故障預警分析如圖2和圖3所示。

5 ?結(jié) ?論

綜合分析以上實驗結(jié)果可以看出，通過助航燈振動監(jiān)測及歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析可以對助航地燈的裝配牢固性進行有效檢測，實現(xiàn)助航燈工作可靠性、平穩(wěn)性的準確判定;通過電流監(jiān)測及歷史數(shù)據(jù)分析，可以判斷助航燈是否存在斷路或短路故障，并可通過長期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，判定助航燈是否存在短暫的閃爍現(xiàn)象。

參考文獻：

[1] 王會林，楊圣云，余曉春，等.機場助航燈光故障定位計算機檢測系統(tǒng)的研發(fā) [J].韓山師范學院學報，2007（3）：23-28.

[2] 劉增禹，王立文，王強，等.機場助航燈光光強動態(tài)檢測系統(tǒng) [J].中國民航學院學報，2006，24（3）：20-23+31.

[3] 王立文，李春，王丙元.助航燈光故障檢測與診斷系統(tǒng)的研究與實現(xiàn) [J].電氣應(yīng)用，2007（26）：106-110.

[4] 曲娜.機場助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 [J].可編程控制器與工廠自動化，2007（7）：77-80.

[5] 王丙元，倪善慶，李寶勝，等.機場助航燈光遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究與實現(xiàn) [J].計算機工程與設(shè)計，2010，31（8）：1878-1881.

[6] 張偉東，沈佳冰.助航燈光的預防性維護方法的實踐與探討 [J].機場建設(shè)，2003（3）：19-22.

作者簡介：白璐（1968-），男，漢族，天津人，燈光管理主管，本科，研究方向：機場助航燈光運行維護;解增武（1971-），男，漢族，山西運城人，就職于飛行區(qū)管理部，副總經(jīng)理，工程師，碩士研究生，研究方向：機場飛行區(qū)安全管理及運行維護;雷寧（1982-），女，漢族，四川內(nèi)江人，業(yè)務(wù)經(jīng)理，工程師，碩士研究生，研究方向：機場運行與安全業(yè)務(wù)信息化;蔡巍（1981-），男，漢族，湖南益陽人，總經(jīng)理，中級職稱，本科，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)及信息系統(tǒng);呂海波（1976-），男，漢族，山東禹城人，教師，高級工程師，碩士研究生，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)通信與應(yīng)用技術(shù)。