周仙奕 王 鵬 馮 堯

大連國際機(jī)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?yàn)r青混凝土道面，是機(jī)場飛行區(qū)最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，道面的適航性關(guān)乎航空器的飛行安全以及機(jī)場的運(yùn)營效率。如何構(gòu)建科學(xué)的、合理的飛行區(qū)道面管理體系，一直是機(jī)場運(yùn)控管理中的一個(gè)重點(diǎn)問題，為此，開發(fā)一套飛行區(qū)道面管理系統(tǒng)，對(duì)于全面提升飛行區(qū)道面管理水平，推進(jìn)機(jī)場運(yùn)控智慧化發(fā)展有著積極的意義。

1 機(jī)場飛行區(qū)道面管理的現(xiàn)狀

大連機(jī)場于1972年建成通航，先后于1984年、1992年、1999年、2005年、2011年、2019年對(duì)包括跑道、滑行道及機(jī)坪在內(nèi)的飛行區(qū)道面進(jìn)行了多次擴(kuò)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(shè)時(shí)間跨度大，改造工程類型多樣（包括基礎(chǔ)注漿、面層加蓋、局部結(jié)構(gòu)置換等），造成機(jī)場飛行區(qū)道面基本信息碎片化嚴(yán)重，而導(dǎo)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(jī)場航空業(yè)務(wù)的發(fā)展，航班量不斷增長，飛機(jī)荷載對(duì)飛行區(qū)道面的不利作用日趨嚴(yán)重。同時(shí)，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(jì)、評(píng)估分析、維修養(yǎng)護(hù)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(yàn)易產(chǎn)生差錯(cuò)，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(dòng)終端快精定位以及大數(shù)據(jù)、云服務(wù)等先進(jìn)的技術(shù)手段在生產(chǎn)工作中得到了廣泛應(yīng)用。在積極推進(jìn)民航四型機(jī)場建設(shè)的大背景下，大連機(jī)場為提升飛行區(qū)道面管理工作效能，組織專家技術(shù)團(tuán)隊(duì)，與華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)民航設(shè)計(jì)研究院合作，共同研發(fā)了一套針對(duì)機(jī)場飛行區(qū)道面管理的信息系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)

大連機(jī)場道面管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是以應(yīng)用為基礎(chǔ)，重點(diǎn)考慮多業(yè)務(wù)端口的數(shù)據(jù)交互和多職能層級(jí)的應(yīng)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(zhǔn)站、厘米級(jí)移動(dòng)終端、阿里云服務(wù)器和高性能臺(tái)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(zhǔn)站對(duì)病害地理位置提供厘米級(jí)定位，該基準(zhǔn)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(luò)實(shí)時(shí)、快速地將觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆品?wù)器上。

（2）移動(dòng)終端具備厘米級(jí)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(wù)器搭建道面管理平臺(tái)，確保移動(dòng)終端與云服務(wù)器安全順暢的連接，數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸、存儲(chǔ)。同時(shí)，配備高性能臺(tái)式電腦，用于實(shí)時(shí)訪問、查詢信息。

2.2 軟件構(gòu)成

系統(tǒng)軟件由道面基礎(chǔ)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?jǐn)?shù)據(jù)信息。

（1）地理數(shù)據(jù)。將地圖、坐標(biāo)、區(qū)域、單元等地理信息進(jìn)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(chǔ)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(shè)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(jī)場環(huán)境信息等。

（3）評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。包括日常道面巡查信息、道面養(yǎng)護(hù)信息、階段性分析信息、道面狀況評(píng)價(jià)模型、航空交通量數(shù)據(jù)、歷年道面狀況綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)以及相關(guān)影像信息等。

3 系統(tǒng)的功能特性

大連機(jī)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(tái)，而非智能電子化臺(tái)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(zhǔn)的對(duì)病害進(jìn)行采集及定位，在電腦終端設(shè)置更多管理功能，對(duì)病害進(jìn)行分類，定性、定量進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，并為機(jī)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(duì)移動(dòng)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(guān)的其他重要信息，包括時(shí)間、破損類型、程度、圖片等10余項(xiàng)，確保信息的完整性。系統(tǒng)同步將上述信息按內(nèi)容進(jìn)行歸納分類，用戶可以根據(jù)所需的不同信息類別實(shí)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(shè)置輔助判定功能，避免用戶對(duì)病害類型、程度判定不準(zhǔn)，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(shí)將《民用機(jī)場道面評(píng)價(jià)管理技術(shù)規(guī)范》附錄B中對(duì)病害程度區(qū)分的具體條件設(shè)置在輔助判定模塊中，對(duì)病害精準(zhǔn)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(bào)信息自動(dòng)生成并派發(fā)維修工單，便于用戶隨時(shí)隨地、實(shí)時(shí)方便地掌握飛行區(qū)道面突發(fā)狀況，制定維修計(jì)劃[3]。

基于地理信息系統(tǒng)，用戶可在地圖上實(shí)時(shí)查詢道面維護(hù)情況（面積、材料及用量、費(fèi)用等）、同一位置/區(qū)域的歷史道面維護(hù)情況等。對(duì)返修次數(shù)較多的病害進(jìn)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(bǔ)材料用量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、測算，形成道面修補(bǔ)量函數(shù)，準(zhǔn)確預(yù)測次年維修費(fèi)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(guān)數(shù)據(jù)等內(nèi)容對(duì)道面狀況發(fā)展趨勢進(jìn)行評(píng)估，實(shí)現(xiàn)“道面PCI/SCI實(shí)時(shí)計(jì)算發(fā)布”、“道面PCI/SCI等級(jí)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(shí)間、類型、程度等多維角度橫向?qū)Ρ?，定性、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(tái)可以將病害實(shí)時(shí)定位，并將定位點(diǎn)記錄在大連機(jī)場飛行區(qū)平面圖中，如圖3所示，用顏色區(qū)分病害等級(jí)，通過左右鍵點(diǎn)擊病害及相應(yīng)板塊可以快速調(diào)取病害、道面結(jié)構(gòu)、建設(shè)年限、近期檢測情況及通報(bào)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(shí)，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(bào)告的方式進(jìn)行下載和輸出，可視化、直觀化的反應(yīng)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(wù)

系統(tǒng)將服務(wù)器放在阿里云，在保障安全前提下與檢測單位實(shí)時(shí)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(shù)支持與服務(wù)，在相近條件下對(duì)同類型道面進(jìn)行準(zhǔn)確分析，最大程度減少用戶經(jīng)驗(yàn)不足影響病害精準(zhǔn)判斷的情況。

4 總結(jié)

大連機(jī)場飛行區(qū)道面管理系統(tǒng)的成功應(yīng)用，初步實(shí)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(tuán)隊(duì)積累了大量經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合道面檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢，對(duì)道面管理系統(tǒng)未來智能化升級(jí)做出了展望。

4.1 數(shù)據(jù)智能化采集

在整個(gè)病害數(shù)據(jù)信息收集過程中，人受限于經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)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(dòng)化識(shí)別，對(duì)道面進(jìn)行圖像掃描，將掃描成果與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對(duì)比，判斷并收集病害類型、尺寸、位置等基本信息，自動(dòng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)。前期對(duì)系統(tǒng)判斷不準(zhǔn)確或有相似病害系統(tǒng)無法識(shí)別的病害，由專業(yè)人員進(jìn)行篩選，數(shù)據(jù)積累量足夠大時(shí)，可以完全實(shí)現(xiàn)病害錄入自動(dòng)化。

4.2 建立PCI預(yù)測模型

平臺(tái)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(zhǔn)確預(yù)測單一病害在本場自然條件下近期、中期、遠(yuǎn)期的發(fā)展變化。

結(jié)合大連機(jī)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(duì)病害的影響。

同時(shí)，根據(jù)道面類型、建設(shè)年限、承受荷載情況等條件，特定計(jì)算同一區(qū)域道面自然老化出現(xiàn)的破損數(shù)量，進(jìn)行區(qū)域損壞量的趨勢預(yù)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(yù)測，結(jié)合現(xiàn)有PCI數(shù)值計(jì)算模型[4]，可以準(zhǔn)確預(yù)測未來某一時(shí)間、某一單元的PCI變化值，當(dāng)出現(xiàn)某一單元PCI/SCI值下降明顯時(shí)，平臺(tái)可以考慮根據(jù)現(xiàn)有條件判定對(duì)此單元進(jìn)行養(yǎng)護(hù)或進(jìn)行維修，為機(jī)場提供針對(duì)性建議，并提供養(yǎng)護(hù)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(tái)結(jié)合

在病害判斷與收集中，表觀性能最能直觀的反應(yīng)病害情況，而道面結(jié)構(gòu)對(duì)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(tái)相結(jié)合，通過輸入病害彎沉值及瀝青各項(xiàng)性能等條件，立體化的分析各個(gè)因素對(duì)道面病害的影響，分析維修及養(yǎng)護(hù)處理手段對(duì)解決當(dāng)前病害的可行性，最終對(duì)機(jī)場管理人員進(jìn)行輔助決策是未來大連機(jī)場道面管理系統(tǒng)的發(fā)展重點(diǎn)。