文｜濟(jì)南國際機(jī)場股份有限公司 劉斌

道面是供航空器起飛、降落、滑行、停放與維修的鋪筑物，作為飛行區(qū)的最重要基礎(chǔ)設(shè)施，在機(jī)場運(yùn)行中發(fā)揮核心平臺(tái)作用。道面在使用過程中不可避免地產(chǎn)生各種損壞，其使用性能受飛機(jī)荷載和環(huán)境因素的共同作用將逐漸衰減，表現(xiàn)為降低舒適性、增加飛機(jī)運(yùn)行費(fèi)用、影響飛行安全。研究與實(shí)踐表明，科學(xué)、規(guī)范、先進(jìn)的道面維護(hù)管理不但可以保證道面處于良好的服務(wù)水平，減少安全隱患，而且可以延長道面使用壽命，在全壽命周期內(nèi)節(jié)省大量維護(hù)資金。

歐美發(fā)達(dá)國家從20世紀(jì)70年代起嘗試道面管理技術(shù)的研究。80年代以后，道面管理技術(shù)的范疇不斷得到擴(kuò)展，逐步形成了涵蓋道面調(diào)查與測試、評(píng)價(jià)與預(yù)測、對(duì)策與決策、信息化管理等內(nèi)容的成套技術(shù)，并通過機(jī)場道面管理系統(tǒng)的形式得到應(yīng)用和推廣。我國自20世紀(jì)90年代開始研究道面管理技術(shù)，相繼制定了一系列的法規(guī)、規(guī)章與規(guī)范性文件，包括《民用機(jī)場運(yùn)行安全管理規(guī)定》《民用機(jī)場道面評(píng)價(jià)管理技術(shù)規(guī)范》《民用機(jī)場飛行區(qū)場地維護(hù)技術(shù)指南》等，用于從技術(shù)方面和制度方面規(guī)范民用機(jī)場道面維護(hù)管理工作。但在管理手段方面仍采用較為落后的人工經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

隨著我國機(jī)場建設(shè)快速發(fā)展，機(jī)場道面規(guī)模不斷擴(kuò)大，道面維護(hù)保障范圍廣、任務(wù)重、安全壓力大。傳統(tǒng)人工經(jīng)驗(yàn)管理模式存在效率低、人力資源成本高、決策信息支持不足等問題，無法及時(shí)動(dòng)態(tài)掌握道面運(yùn)行狀況并進(jìn)行科學(xué)維護(hù)管理決策。迫切需要向數(shù)字化管理模式轉(zhuǎn)變。近年來，民航四型機(jī)場建設(shè)不斷深入推進(jìn)，各大機(jī)場相繼開發(fā)建設(shè)飛行區(qū)運(yùn)行管理系統(tǒng)、道面管理系統(tǒng)等，但現(xiàn)有系統(tǒng)大多是在GIS地圖基礎(chǔ)上，開發(fā)場道電子臺(tái)賬管理功能。數(shù)字化管理技術(shù)不夠系統(tǒng)和深入，本文借鑒國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)成果，對(duì)機(jī)場道面數(shù)字化管理技術(shù)進(jìn)行研究分析，提出道面數(shù)字化管理技術(shù)體系、系統(tǒng)組成和建設(shè)要求，成果可為民航智慧機(jī)場技術(shù)研究和應(yīng)用提供參考。

1.道面數(shù)字化管理技術(shù)

1.1 道面管理工作內(nèi)容

道面建成投入運(yùn)營后，在飛機(jī)荷載及環(huán)境影響下出現(xiàn)各類損壞，降低服務(wù)水平甚至影響飛機(jī)運(yùn)行安全。為維持或提升道面服務(wù)水平，確保機(jī)場運(yùn)行安全，要求對(duì)道面進(jìn)行維修維護(hù)。包括道面日常巡視、日常維護(hù)、預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、大中修改造、定期檢測評(píng)價(jià)、維護(hù)規(guī)劃與決策等一系列與道面相關(guān)的活動(dòng)。如何高效、安全組織道面管理工作，科學(xué)制定養(yǎng)護(hù)策略是道面管理工作的核心。

1.2 道面數(shù)字化管理需求

機(jī)場道面數(shù)字化管理是指綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、人工智能技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，將管理對(duì)象和行為進(jìn)行數(shù)字化，達(dá)成管理任務(wù)和管理目標(biāo)的方法。道面管理任務(wù)和目標(biāo)是動(dòng)態(tài)掌握道面運(yùn)行狀態(tài)，確保道面實(shí)時(shí)適航，并根據(jù)道面性能狀況進(jìn)行科學(xué)養(yǎng)護(hù)規(guī)劃與決策，延長道面壽命，節(jié)省全壽命周期費(fèi)用。在數(shù)據(jù)化方面的具體需求與技術(shù)表現(xiàn)為：

（1）道面基礎(chǔ)資料的數(shù)字化：道面建設(shè)資料、圖紙等數(shù)據(jù)采用紙質(zhì)保存，不便于查閱利用和定位。需要采用GIS 系統(tǒng)、CAD 文件、電子掃描等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行區(qū)道面建設(shè)資料、技術(shù)參數(shù)、地理信息等數(shù)據(jù)的數(shù)字化管理。

（2）道面巡檢數(shù)字化：道面日常巡檢過程中車輛進(jìn)出跑道路線、病害定位及記錄，問題報(bào)修等需求更高效、更智能的手段和技術(shù)。需要采用移動(dòng)手機(jī)終端、車載視頻設(shè)備、毫米波雷達(dá)、激光掃描儀、定位終端等數(shù)字化產(chǎn)品和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)道面損壞、跑道外來物、道面表面污染物等情況的巡視檢查，保障和提升道面適航能力。

（3）道面維修數(shù)字化：道面具有面廣、區(qū)域大的特點(diǎn)，傳統(tǒng)病害定位、維修記錄和跟蹤難度大，效率低，迫切需要采用移動(dòng)GIS、智能手機(jī)/平板等收發(fā)道面維修任務(wù)，定位維修位置，記錄道面維修信息，跟蹤道面維修效果。

（4）道面監(jiān)測數(shù)字化：道面性能隨飛機(jī)荷載、使用時(shí)間、水溫環(huán)境等影響出現(xiàn)衰減。因此，需要進(jìn)行對(duì)道面狀況進(jìn)行監(jiān)測，傳統(tǒng)人工測量方式工作量大、時(shí)效性低。傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展為道面性狀主動(dòng)感知監(jiān)測提供新的技術(shù)手段。

（5）健康檢測數(shù)字化：運(yùn)行道面需定期進(jìn)行健康狀況檢測與評(píng)價(jià)，包括損壞等級(jí)、結(jié)構(gòu)承載能力、平整度以及抗滑等。傳統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)均以紙質(zhì)報(bào)告方式進(jìn)行保存，不利于數(shù)據(jù)積累、利用和決策支持，需求采用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行管理以及可視化分析。

1.3 道面數(shù)字化管理技術(shù)

道面數(shù)字化管理的主要技術(shù)和手段包括：智能感知與傳感技術(shù)，4G/5G 通信技術(shù)、GPS/北斗定位技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)/Web-GIS 技術(shù)、圖像和視頻AI 等技術(shù)。形成涵蓋道面自動(dòng)巡檢、FOD 監(jiān)控、道面健康監(jiān)測、數(shù)據(jù)管理、檢測評(píng)價(jià)、信息協(xié)同、業(yè)務(wù)流程管理等多綜合數(shù)字化管理系統(tǒng)。

2.道面數(shù)字化管理技術(shù)架構(gòu)

2.1 總體目標(biāo)

道面數(shù)字化管理系統(tǒng)是一套符合我國機(jī)場道面運(yùn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并兼具各區(qū)域運(yùn)行管理組織管理模式和特點(diǎn)的定制化系統(tǒng)，在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方面既要滿足道面管理技術(shù)理論和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)能夠滿足飛行區(qū)管理部門業(yè)務(wù)工作組織方式，使得數(shù)字化技術(shù)能夠切實(shí)融入管理工作、服務(wù)管理工作、規(guī)范管理工作。并能夠兼顧系統(tǒng)功能擴(kuò)展、外部信息接入以及新技術(shù)應(yīng)用升級(jí)。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)場道面管理使用性能變化與道面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、飛機(jī)荷載作用次數(shù)、渠化特征、道面建設(shè)工藝與質(zhì)量、長期水溫環(huán)境影響等因素有關(guān)。其衰減變化特征具有隨機(jī)性、多樣性。因此，道面管理工作包括巡視、定期維護(hù)、日常維修、測試評(píng)估、養(yǎng)護(hù)決策?？梢园次鍌€(gè)層級(jí)進(jìn)行數(shù)字化組織：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、解析層以及表現(xiàn)層。道面數(shù)字化管理首先需要獲取數(shù)據(jù)，包括各類現(xiàn)場感知傳感器、車載相機(jī)、雷達(dá)、激光點(diǎn)云設(shè)備、檢測儀器設(shè)備等各種手段。各類道面相關(guān)數(shù)據(jù)通過光纖組網(wǎng)、4G/5G無線網(wǎng)絡(luò)、機(jī)場專網(wǎng)（局域網(wǎng)）等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集傳輸至中心數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫包括地理信息數(shù)據(jù)、道面屬性參數(shù)、道面運(yùn)維數(shù)據(jù)、道面性能檢/監(jiān)數(shù)據(jù)以及過程處理數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)經(jīng)過濾、清洗、篩選、指標(biāo)計(jì)算、等級(jí)評(píng)價(jià)等一系列加工處理，統(tǒng)計(jì)和分析，形成道面養(yǎng)護(hù)決策支持信息成果。同時(shí)，為便于系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享、傳遞和處理，系統(tǒng)基于道面管理業(yè)務(wù)邏輯搭建工單流程，實(shí)現(xiàn)管理業(yè)務(wù)流程的數(shù)字化。最終形成的數(shù)據(jù)化系統(tǒng)采用B/S 軟件架構(gòu)，用戶可通過PC 端瀏覽器，移動(dòng)端App 或小程序進(jìn)行訪問應(yīng)用。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 道面數(shù)字化管理技術(shù)架構(gòu)圖

2.3 感知層

道面數(shù)字化管理系統(tǒng)的感知層主要作用是感知道面結(jié)構(gòu)性能、所處溫濕度等環(huán)境因素以及表觀損壞情況等狀況的變化，獲取機(jī)場道面狀態(tài)的大量信息，為道面數(shù)字化管理提供實(shí)時(shí)、實(shí)測數(shù)據(jù)源。根據(jù)道面性能評(píng)價(jià)與分析需求，感知層需要獲取的數(shù)據(jù)將包括：道面不均勻沉降數(shù)據(jù)、道面表觀病害信息、道面不平整度數(shù)據(jù)、道面摩擦系數(shù)/表面構(gòu)造深度、道面溫/濕度變化梯度、道面結(jié)構(gòu)彎沉盆數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)采用無線方式或光纖方式傳輸、同步到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心。

2.4 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層用于傳輸各類傳感器或采集設(shè)備終端的數(shù)據(jù)。根據(jù)不同傳感器類型和數(shù)據(jù)采集頻率，可采用光纖、5G 無線網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)等方式。其中高頻傳感器數(shù)據(jù)主要采用光纖進(jìn)行組網(wǎng)傳輸。低頻傳感器可采用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。車載檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)、FOD 數(shù)據(jù)等采用局域網(wǎng)方式接入。

2.5 數(shù)據(jù)及解析層

數(shù)據(jù)層用于存儲(chǔ)數(shù)字化管理所需的各類數(shù)據(jù)，包括：（1）道面建設(shè)及改擴(kuò)建資料、施工圖紙、技術(shù)參數(shù)等數(shù)據(jù)；（2）道面地理信息數(shù)據(jù)，將道面屬性信息與空間信息有效關(guān)聯(lián)，為道面管理提供地圖服務(wù)和數(shù)據(jù)可視化支持；（3）道面養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)，主要為道面病害數(shù)據(jù)、日常維修、預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、大中修改造等數(shù)據(jù)；（4）道面檢測數(shù)據(jù)，為道面定期測試評(píng)價(jià)等到的使用性能指標(biāo)數(shù)據(jù)；（5）道面監(jiān)測數(shù)據(jù)，為道面在線監(jiān)測的各類數(shù)據(jù)，包括FOD、沉降、表面狀況等等。

解析層用于數(shù)據(jù)過濾、清洗處理、計(jì)算處理等，包括：傳感器數(shù)據(jù)去噪、特征值提取算法，視頻流處理及圖像病害識(shí)別算法模型，道面結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)計(jì)算模型、道面功能性能統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)模型、損壞狀況指標(biāo)計(jì)算模型等。系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)經(jīng)解析層處理后形成用戶所需要的適航能力評(píng)價(jià)指標(biāo)、安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)、運(yùn)行道面性能狀況指標(biāo)等管理績效數(shù)據(jù)，用于道面養(yǎng)護(hù)決策數(shù)據(jù)支持。

2.6 表現(xiàn)層

表現(xiàn)層是用戶人機(jī)交互的界面。道面數(shù)字化管理的參與者將通過PC 電腦瀏覽器或移動(dòng)端App 程序進(jìn)行管理業(yè)務(wù)操作、數(shù)據(jù)傳遞共享、信息查看等。系統(tǒng)將根據(jù)用戶需求提供數(shù)據(jù)可視化圖表、位置信息、提示預(yù)警信息、大數(shù)據(jù)決策信息等服務(wù)。實(shí)現(xiàn)道面設(shè)施資產(chǎn)及管理過程的數(shù)字化。

3.道面數(shù)字化管理系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)

道面數(shù)字化管理系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部分組成。軟件系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)接受與存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)計(jì)算與管理、數(shù)據(jù)應(yīng)用與服務(wù)等。

3.1 軟件系統(tǒng)組成

道面數(shù)字化管理系統(tǒng)軟件功能模塊大致可以分為：道面日常巡檢維修數(shù)字化管理模塊、道面性狀感知/監(jiān)測數(shù)據(jù)管理模塊、道面基礎(chǔ)資料數(shù)字化管理模塊、道面使用性能綜合評(píng)價(jià)管理模塊、道面維護(hù)輔助決策管理模塊、一張圖數(shù)據(jù)可視化管理模塊等。模塊組成如圖2所示。

圖2 道面數(shù)字化管理系統(tǒng)模塊

3.2 網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)組成

道面數(shù)字化管理系統(tǒng)參與者包括班組人員、技術(shù)員、決策人員等多層次。因此，數(shù)字化管理系統(tǒng)對(duì)工作協(xié)同、業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)傳遞的時(shí)效性等均有較高的要求。因此，系統(tǒng)應(yīng)采用瀏覽器/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，融合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及web-GIS 技術(shù)進(jìn)行環(huán)境搭建。將系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心部分集中到企業(yè)服務(wù)器或云服務(wù)平臺(tái)上，用戶通過移動(dòng)終端或PC 端瀏覽器進(jìn)行處理操作。用戶通過統(tǒng)一界面入口進(jìn)行單點(diǎn)登錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)多系統(tǒng)、多功能模塊的操作應(yīng)用，能夠協(xié)同、高效地完成全部信息化工作，提高了管理質(zhì)量和工作效率，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。具體硬件組成包括：由4G/5G 移動(dòng)終端、北斗定位終端、數(shù)據(jù)服務(wù)器、防火墻、網(wǎng)關(guān)、PC 機(jī)等部分組成。機(jī)場可利用既有信息基礎(chǔ)設(shè)施資源或重新搭建硬件環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用部署。

3.3 感知系統(tǒng)組成

道面感知與監(jiān)測是掌握道面運(yùn)行狀況最為直接的方式，美國自20世紀(jì)70年代已開展研究和實(shí)踐，取得較好效果。國內(nèi)近幾年也開始大量實(shí)踐，包括在新建機(jī)場建設(shè)智能跑道系統(tǒng)，各類在線感知系統(tǒng)等。

道面感知與監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)機(jī)場運(yùn)行特征，道面監(jiān)測需求合理制定監(jiān)測方案，并安裝傳感器設(shè)備。

例如：水損壞嚴(yán)重區(qū)域機(jī)場，應(yīng)針對(duì)道面表面積水、地基濕度、地下水位等內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測；對(duì)軟土地區(qū)或高填方機(jī)場應(yīng)進(jìn)行沉降監(jiān)測；寒區(qū)機(jī)場應(yīng)對(duì)道面溫度、凍脹情況進(jìn)行監(jiān)測等。對(duì)運(yùn)行機(jī)場而言，監(jiān)測設(shè)備應(yīng)盡量采用非接觸式或可后埋入的傳感設(shè)備。Insar 監(jiān)測、水膜厚度非接觸監(jiān)測等。

通過多方位感知和監(jiān)測，全面了解影響道面性能的因素和道面使用性能狀況的各項(xiàng)參數(shù)或指標(biāo)。為道面適航狀況評(píng)定、道面性能維持或提升、安全預(yù)警等提供數(shù)據(jù)支持。

4.結(jié)論與展望

本文對(duì)機(jī)場飛行區(qū)道面管理內(nèi)容和數(shù)字化需求進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了道面數(shù)字化管理技術(shù)的總體架構(gòu)，提出了道面數(shù)字化管理系統(tǒng)的功能模塊組成、網(wǎng)絡(luò)硬件組成以及感知系統(tǒng)組成。通過研究，明確了道面數(shù)字化管理的總體技術(shù)思路與方案，為數(shù)字化管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。

隨著機(jī)場航空交通量及飛行區(qū)規(guī)模不斷擴(kuò)大，采用數(shù)字化技術(shù)輔助飛行區(qū)道面管理是民航行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也是融合基礎(chǔ)設(shè)施、智慧機(jī)場建設(shè)的必經(jīng)之路。道面數(shù)字化管理系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用涉及場務(wù)、運(yùn)行、維修、檢測等多部門，包括巡檢、維修、養(yǎng)護(hù)、評(píng)價(jià)和施工實(shí)施等環(huán)節(jié)。道面數(shù)字化管理系統(tǒng)的深入應(yīng)用必然對(duì)傳統(tǒng)道面維護(hù)管理模式帶來沖擊和挑戰(zhàn)，因此在設(shè)施管理系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用過程中應(yīng)循序漸進(jìn)、穩(wěn)步過度。同時(shí)，道面數(shù)字化管理技術(shù)和系統(tǒng)的應(yīng)用將充分利用數(shù)據(jù)信息的價(jià)值，顯著提高道面管理效率、道面運(yùn)行安全預(yù)警能力、道面性狀態(tài)勢掌控能力和道面維護(hù)科學(xué)決策水平。數(shù)字化管理系統(tǒng)的深入應(yīng)用與完善，將實(shí)現(xiàn)二/三維數(shù)據(jù)可視化、設(shè)計(jì)-施工-交付-運(yùn)維一體化信息高度集成的機(jī)場道面全壽命周期數(shù)字化管理系統(tǒng)，將為機(jī)場道面運(yùn)行維護(hù)和安全保障帶來明顯經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效應(yīng)，對(duì)推動(dòng)民航機(jī)場智慧飛行區(qū)建設(shè)具有重大意義和重要作用。

圖3 跑道感知監(jiān)測方案示例圖