白璐 解增武 雷寧 蔡巍 呂海波

摘 ?要：機(jī)場(chǎng)助航燈系統(tǒng)是確保飛機(jī)飛行安全的重要視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)，在飛機(jī)行進(jìn)和著陸過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用，直接影響飛機(jī)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(fù)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(dòng)監(jiān)控功能，以提高助航燈系統(tǒng)的可靠性。該文通過(guò)調(diào)研機(jī)場(chǎng)運(yùn)維管理的實(shí)際需求，研究機(jī)場(chǎng)助航燈信息管理系統(tǒng)及故障預(yù)警機(jī)制，為機(jī)場(chǎng)助航燈的日常運(yùn)維管理及設(shè)備的故障預(yù)警提供有效合理的維護(hù)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(yù)警機(jī)制;維護(hù)管理

中圖分類號(hào)：V351.32;TM923.57 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jī)場(chǎng)助航燈系統(tǒng)是一種視覺(jué)輔助，是飛機(jī)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(jī)提供視覺(jué)指示和引導(dǎo)信號(hào)，而且還與無(wú)線電進(jìn)場(chǎng)著陸系統(tǒng)相結(jié)合，確保飛機(jī)在多種環(huán)境下都能正常運(yùn)行[1]。

滑行道照明系統(tǒng)，跑道照明系統(tǒng)和進(jìn)近照明系統(tǒng)作為機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航照明系統(tǒng)的主要組成部分，在飛機(jī)起降的不同階段均起著重要作用[2]。夜間飛行必須依靠機(jī)場(chǎng)助航燈系統(tǒng)的正常運(yùn)行，使飛行員能獲得當(dāng)前地面跑道的信息，以確保飛機(jī)的正常運(yùn)行[3]。

目前，助航燈的故障概率比較高，由于機(jī)場(chǎng)的面積很大，設(shè)備的覆蓋范圍廣，采用人工檢查，將耗費(fèi)大量人力資源，而且一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，排查故障點(diǎn)并及時(shí)可靠維修也是一個(gè)重大難點(diǎn)。一旦助航燈系統(tǒng)發(fā)生故障不能運(yùn)行，將導(dǎo)致飛機(jī)場(chǎng)運(yùn)行癱瘓。因此，檢測(cè)維修部門(mén)必須迅速且準(zhǔn)確地對(duì)助航燈系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)[4]。機(jī)場(chǎng)助航燈維護(hù)管理系統(tǒng)對(duì)于維護(hù)機(jī)場(chǎng)的航行燈，并確保整個(gè)機(jī)場(chǎng)的正常運(yùn)行具有重要的價(jià)值。機(jī)場(chǎng)助航燈設(shè)備的運(yùn)維管理方法要與信息管理時(shí)代緊密結(jié)合，提高運(yùn)維效率，降低人工成本和維護(hù)失敗率，必將朝著自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展[5]。

1 ?國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

助航燈光監(jiān)測(cè)和設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)是機(jī)場(chǎng)助航燈光維護(hù)管理的主要部分，主要任務(wù)包括監(jiān)測(cè)設(shè)備工作狀態(tài)、提供設(shè)備運(yùn)行信息、提供故障告警和預(yù)警信息、對(duì)人員和設(shè)備資產(chǎn)等信息管理與維護(hù)等。

自1990年以來(lái)，在北京首都機(jī)場(chǎng)率先引進(jìn)由美國(guó)CLOUSE-HINDS生產(chǎn)的助航燈光計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)后，國(guó)內(nèi)的其他十余家機(jī)場(chǎng)也相繼安裝了這個(gè)系統(tǒng)。除了美國(guó)CLOUSE-HINDS生產(chǎn)的助航燈光計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)外，我國(guó)還引進(jìn)了德國(guó)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(dāng)時(shí)較為先進(jìn)的系統(tǒng)，都有著不同的特點(diǎn)，且是不同的設(shè)計(jì)架構(gòu)的典型代表[5]。

美國(guó)CLOUSE-HINDS的助航燈光計(jì)算機(jī)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(tái)的計(jì)算機(jī)為系統(tǒng)的中心，與燈光站和維修站進(jìn)行通信，具有通信速度快的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)塔臺(tái)計(jì)算機(jī)的可靠性的要求極高，一旦塔臺(tái)計(jì)算機(jī)崩潰，將會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的通信，監(jiān)控系統(tǒng)就不會(huì)正常工作，以至于后續(xù)的維修及檢查修復(fù)工作也就不能及時(shí)進(jìn)行。另外，在系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中需要鋪陳大量的通信電纜，會(huì)帶來(lái)通信系統(tǒng)的接線、安裝、維護(hù)和維修難度較大等問(wèn)題，增加系統(tǒng)成本。

德國(guó)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(shì)是控制單元之間可以共享數(shù)據(jù)，通信系統(tǒng)安裝過(guò)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(hù)和維修難度變小，但是與采用并行控制方案比較，其缺點(diǎn)是通信速度較慢[6]。

經(jīng)過(guò)了幾代的更迭與進(jìn)步，我國(guó)的監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展水平逐步增長(zhǎng)，監(jiān)控系統(tǒng)的功能也越來(lái)越完善，但是仍然存在一些不成熟的地方。比較突出的問(wèn)題是通過(guò)人力資源來(lái)管理機(jī)場(chǎng)的設(shè)備缺乏針對(duì)性，管理效率低，不適合助航燈光的維護(hù)管理。因此，本文基于機(jī)場(chǎng)助航燈光維護(hù)管理的特有性質(zhì)，提出針對(duì)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(jī)場(chǎng)助航燈光是機(jī)場(chǎng)的重要保障設(shè)施，保證飛機(jī)在夜間和復(fù)雜氣象條件下飛行，飛機(jī)的安全直接受燈光系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性影響。首都機(jī)場(chǎng)40 km范圍內(nèi)的3.4萬(wàn)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(fù)雜，類型繁多。由于機(jī)場(chǎng)助航燈數(shù)量多、分布范圍廣，巡查全場(chǎng)需要投入的人力、物力巨大，并且純?nèi)斯ぱ膊槿菀自斐陕┎椤⒄`查、統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤等問(wèn)題，將直接影響整個(gè)機(jī)場(chǎng)的安全運(yùn)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(jī)交互技術(shù)將機(jī)場(chǎng)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(jìn)行統(tǒng)一管理、集中分析，在極大簡(jiǎn)化管理流程、降低施工及維護(hù)等作業(yè)難度的同時(shí)，可以提高助航燈運(yùn)維管理的效率和精準(zhǔn)性。助航燈信息管理系統(tǒng)主要包括：

（1）系統(tǒng)主頁(yè)：顯示燈具區(qū)域分布、實(shí)時(shí)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(kù)房管理、維護(hù)管理、燈具分布設(shè)置等;

（3）報(bào)警信息：顯示及查詢燈具報(bào)警、期限報(bào)警、庫(kù)存報(bào)警、設(shè)備故障及生命周期預(yù)警等告警及預(yù)警信息;

（4）燈具維護(hù)：日常巡檢管理、維護(hù)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(jì)：歷史監(jiān)測(cè)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(jì)分析;

（7）系統(tǒng)管理：系統(tǒng)配置后臺(tái)，負(fù)責(zé)用戶賬號(hào)、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(shí)別技術(shù)，簡(jiǎn)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(cuò)誤概率。

3 ?助航燈故障預(yù)警機(jī)制

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

本文設(shè)計(jì)的助航燈管理系統(tǒng)在助航燈設(shè)備內(nèi)增加了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備，該設(shè)備主要監(jiān)測(cè)溫度、振動(dòng)和工作電流三個(gè)物理量。其中，溫度變量與時(shí)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(dòng)監(jiān)測(cè)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(dòng)等故障，工作電流監(jiān)測(cè)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(dòng)監(jiān)測(cè)類相關(guān)故障預(yù)警策略關(guān)系式如下所示：

其中，Vi為第i次振動(dòng)檢測(cè)值;Vmean為統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)的所有振動(dòng)檢測(cè)值的平均值;f為根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果人為確定的振動(dòng)故障預(yù)警累計(jì)次數(shù);α為判定振動(dòng)故障的比例系數(shù)。

在上式中，當(dāng)左側(cè)的統(tǒng)計(jì)次數(shù)大于右側(cè)的振動(dòng)故障超限次數(shù)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出振動(dòng)異常預(yù)警，相關(guān)工作人員則根據(jù)此預(yù)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(dòng)等故障。為了避免飛機(jī)起降過(guò)程中強(qiáng)沖擊引起振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備頻繁出現(xiàn)誤報(bào)情況，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)管理人員在保障系統(tǒng)漏報(bào)概率達(dá)標(biāo)的情況下，根據(jù)故障預(yù)警與現(xiàn)場(chǎng)診斷反饋情況的匹配程度，人為調(diào)整故障預(yù)警累計(jì)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(bào)概率。飛機(jī)起降引起的振動(dòng)超限報(bào)警是瞬時(shí)的，而助航燈故障引起的報(bào)警持續(xù)時(shí)間要長(zhǎng)一些。因此，通過(guò)合理調(diào)整α和f的大小，可以在滿足一定誤報(bào)率的情況下，初步判定是否為助航燈故障報(bào)警。此方法計(jì)算簡(jiǎn)單，便于提升系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。

電流監(jiān)測(cè)類相關(guān)故障預(yù)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(jì)周期內(nèi)的所有電流檢測(cè)值的平均值;Ireal為最新一次的電流檢測(cè)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(jì)周期內(nèi)的所有電流檢測(cè)值的平均值;Ireal為最新一次的電流檢測(cè)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(shí)長(zhǎng)、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(zhǔn)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(yù)警。

4 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)論

4.1 ?振動(dòng)監(jiān)測(cè)類相關(guān)故障預(yù)警策略分析

通過(guò)平臺(tái)獲取多組振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)多組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，初步確定故障預(yù)警的累計(jì)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(jī)起降和故障條件下的振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其故障預(yù)警分析如圖1所示。

通過(guò)圖1可以看出，報(bào)警次數(shù)門(mén)限設(shè)定在18時(shí)，飛機(jī)起降引起的振動(dòng)超限可以被濾除，而助航燈故障引起的振動(dòng)超限則可以被有效地檢測(cè)出來(lái)，因此利用本文提出的振動(dòng)監(jiān)測(cè)故障預(yù)警策略，可以在降低系統(tǒng)誤報(bào)率的同時(shí)，準(zhǔn)確判定助航燈設(shè)備自身故障。此外，通過(guò)觀察此圖可以發(fā)現(xiàn)，助航燈振動(dòng)異常時(shí)，存在監(jiān)測(cè)值陡降的過(guò)程，這也可以幫助管理者分析故障原因。

4.2 ?電流監(jiān)測(cè)類相關(guān)故障預(yù)警策略分析

通過(guò)平臺(tái)獲取多組電流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)多組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(cè)數(shù)據(jù)，其故障預(yù)警分析如圖2和圖3所示。

5 ?結(jié) ?論

綜合分析以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，通過(guò)助航燈振動(dòng)監(jiān)測(cè)及歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析可以對(duì)助航地?zé)舻难b配牢固性進(jìn)行有效檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)助航燈工作可靠性、平穩(wěn)性的準(zhǔn)確判定;通過(guò)電流監(jiān)測(cè)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(guò)長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，判定助航燈是否存在短暫的閃爍現(xiàn)象。

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作者簡(jiǎn)介：白璐（1968-），男，漢族，天津人，燈光管理主管，本科，研究方向：機(jī)場(chǎng)助航燈光運(yùn)行維護(hù);解增武（1971-），男，漢族，山西運(yùn)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(jī)場(chǎng)飛行區(qū)安全管理及運(yùn)行維護(hù);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(jī)場(chǎng)運(yùn)行與安全業(yè)務(wù)信息化;蔡?。?981-），男，漢族，湖南益陽(yáng)人，總經(jīng)理，中級(jí)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(jí)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)。