劉紅葉，李亞菲，張凱月，楊春霄

（中國民用航空飛行學(xué)院，四川 德陽 618000）

0 引言

機(jī)場作為民用航空運(yùn)輸系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，隨著民航強(qiáng)國建設(shè)戰(zhàn)略的實(shí)施，機(jī)場的建設(shè)也成為民航行業(yè)的重中之重。機(jī)場道面主要包含跑道、滑行道和停機(jī)坪三個(gè)部分，是供航空器起飛、著陸、滑行和停放的區(qū)域，是最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，機(jī)場道面狀況是否良好，直接關(guān)系到航空器能否安全運(yùn)行。

機(jī)場道面數(shù)字化管理是指依托無線傳輸、差分GPS定位、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和地理信息系統(tǒng)等技術(shù)，以信息高度集成為核心，建立機(jī)場道面物理實(shí)體的虛擬模型，對(duì)工作流程進(jìn)行量化管理，為協(xié)同決策提供科學(xué)依據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的管理過程?！吨袊窈剿男蜋C(jī)場建設(shè)行動(dòng)綱要》中指出智慧機(jī)場是生產(chǎn)要素全面物聯(lián)，數(shù)據(jù)共享、協(xié)同高效、智能運(yùn)行的機(jī)場。機(jī)場道面數(shù)字化管理是智慧機(jī)場建設(shè)的必由之路，智慧機(jī)場是機(jī)場在數(shù)據(jù)規(guī)模、質(zhì)量以及數(shù)字化程度發(fā)展到質(zhì)變臨界點(diǎn)的產(chǎn)物。隨著智慧機(jī)場概念的提出，數(shù)字化技術(shù)也不斷的應(yīng)用于機(jī)場的建設(shè)維護(hù)之中。

1 目前研究領(lǐng)域特征及技術(shù)應(yīng)用

機(jī)場道面具有廣而大的特性，如果不能及時(shí)全方位的掌握道面狀況、則會(huì)提高道面管理過程中人力物力產(chǎn)生的附加成本。隨著技術(shù)手段的更新升級(jí)，機(jī)場道面管理方式經(jīng)歷了從紙質(zhì)記錄到電子文檔，再到數(shù)字化管理的演變過程，未來更將向著智慧化管理方向發(fā)展。

長久以來，機(jī)場道面管理過程中都有大量的信息難以高效記錄和查閱、道面屬性信息與空間信息無法有效關(guān)聯(lián)、機(jī)場道面狀況缺乏直觀顯示等問題的存在，根據(jù)美國等發(fā)達(dá)國家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，GIS技術(shù)的廣泛使用解決了機(jī)場道面管理的根源問題，行業(yè)從業(yè)人員借助GIS技術(shù)對(duì)機(jī)場道面管理方式進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，在第一時(shí)間構(gòu)建機(jī)場道面平面圖和GIS模型，添加相應(yīng)的屬性信息，降低管理成本的同時(shí)提高管理效率。

常見的國外機(jī)場道面數(shù)字化管理系統(tǒng)主要是美國陸軍建筑工程研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的PAVER系統(tǒng)和美國聯(lián)邦航空局開發(fā)PAVEAIR系統(tǒng)。PAVER系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)評(píng)估道面狀況，預(yù)測道面發(fā)展情況，根據(jù)機(jī)場預(yù)算和個(gè)性化的條件要求，制訂維修養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。PAVEAIR系統(tǒng)采用PAVER的開發(fā)理念，為機(jī)場管理人員提供道面建設(shè)、維護(hù)和管理的即時(shí)和歷史信息，模擬并量化道面的退化情況，輔助做出維修決策。

國內(nèi)典型的機(jī)場道面管理系統(tǒng)由同濟(jì)大學(xué)和上海機(jī)場集團(tuán)聯(lián)合開發(fā)，基于Web-GIS的綜合管理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)道面基礎(chǔ)信息管理、管理決策支持、基于GIS的圖文顯示等功能。

2 關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 機(jī)場道面數(shù)字化管理體系架構(gòu)

機(jī)場道面數(shù)字化管理體系主要包括業(yè)務(wù)應(yīng)用層、集成處理層和采集感知層，如圖1所示。各層之間協(xié)同工作，共同構(gòu)建機(jī)場道面數(shù)字化管理系統(tǒng)。

圖1 機(jī)場道面數(shù)字化管理體系架構(gòu)圖

2.2 采集感知層

采集感知層的作用相當(dāng)于人體的五官與皮膚，感知外界變化，獲取大量信息，為機(jī)場道面數(shù)字化管理系統(tǒng)奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，主要解決機(jī)場道面數(shù)字化管理過程中的數(shù)據(jù)采集和狀況記錄問題。采集感知層通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備，收集道面病害數(shù)據(jù)、抗滑數(shù)據(jù)、平整度數(shù)據(jù)和彎沉數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)通過定位、傳輸、處理、分析，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測道面狀態(tài)，積累數(shù)據(jù)，輔助管理人員進(jìn)行決策。采集感知層中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)包括多元傳感器檢測技術(shù)、GPS高精度定位技術(shù)、無線傳輸技術(shù)等?，F(xiàn)階段常常在道面檢測車上配備相機(jī)、激光雷達(dá)、GPS等附加設(shè)備采集道面病害數(shù)據(jù)。

馬憲永[1]等人以北京首都機(jī)場滑行道為例，將傳感器設(shè)置于道面第二層瀝青底部，分別采集道面漂移、響應(yīng)、溫度數(shù)據(jù)，對(duì)機(jī)場道面健康狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)不會(huì)影響機(jī)場的正常運(yùn)行；Ravir[2]等人使用兩個(gè)激光雷達(dá)單元、兩個(gè)RGB相機(jī)和一個(gè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)組成移動(dòng)激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)，采集道面病害數(shù)據(jù)，捕獲數(shù)據(jù)點(diǎn)的相對(duì)精度小于1cm，絕對(duì)精度在1cm～2.5cm之間；劉昌新[3]使用多制式聯(lián)合傳輸技術(shù)，將采集到的公路路面的視頻數(shù)據(jù)、GPS位置數(shù)據(jù)進(jìn)行多路加密傳輸。

2.3 集成處理層

集成處理層的作用相當(dāng)于人體的大腦，對(duì)從外部獲取的信息進(jìn)行篩選、記憶和計(jì)算，主要功能模塊有數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析等。其中數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，去除無效和誤差較大的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，將需要及時(shí)更新和實(shí)時(shí)調(diào)用的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在實(shí)體數(shù)據(jù)庫中，達(dá)到對(duì)機(jī)場道面管理的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)協(xié)同管理的目的，將不常調(diào)用的數(shù)據(jù)例如道面結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、性能狀況數(shù)據(jù)等通過云服務(wù)器的形式儲(chǔ)存，降低本地存儲(chǔ)負(fù)擔(dān)。

數(shù)據(jù)分析模塊是為業(yè)務(wù)應(yīng)用層提供決策支持，利用現(xiàn)代算法、圖像識(shí)別[4]等技術(shù)，提取道面病害參數(shù)、預(yù)估道面性能，依據(jù)決策支持模型和專家經(jīng)驗(yàn)生成道面維護(hù)對(duì)策。Emir[4]等人使用圖像分析和譜聚類的無監(jiān)督方法，通過圖像分割和形狀提取，使用灰度圖像識(shí)別瀝青混凝土道面坑洞的表面尺寸的估計(jì)精度為81%。

2.4 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層是對(duì)用戶發(fā)出的命令進(jìn)行處理以及基于GIS的機(jī)場道面數(shù)字化管理系統(tǒng)中各個(gè)功能模塊的展示，具體有基礎(chǔ)資料管理模塊、道面巡檢管理模塊、道面性能評(píng)價(jià)模塊、道面維護(hù)管理模塊、統(tǒng)計(jì)分析模塊。

基礎(chǔ)資料管理模塊是對(duì)機(jī)場道面的結(jié)構(gòu)信息、平面位置信息、日常檢查信息、日常維護(hù)信息、性能狀況信息進(jìn)行儲(chǔ)存和管理。

道面巡檢管理模塊輔助場務(wù)工作人員使用移動(dòng)終端對(duì)道面巡查的全過程進(jìn)行數(shù)字化記錄。從巡查開始之前的巡查班組、路線、車輛、日期等信息的確定，到巡查過程中道面損壞、標(biāo)志線、清潔等異常情況的文字記錄和圖片記錄，同時(shí)GPS定位異常情況的空間位置，最后巡查結(jié)束工作人員附上電子簽名，將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)郊商幚韺?，為?shù)據(jù)分析提供更加詳盡的資料。

道面維護(hù)管理模塊是針對(duì)在道面巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的異常情況，集成處理層進(jìn)行輔助決策，技術(shù)人員決定對(duì)異常情況的解決方式，如果需要進(jìn)行維修，則派發(fā)施工任務(wù)單，實(shí)時(shí)對(duì)施工任務(wù)進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)督管理，維修結(jié)束完成驗(yàn)收后，則整個(gè)閉環(huán)流程完成；如果需要持續(xù)跟蹤該異常情況的發(fā)展，則定期提醒巡查班組對(duì)其進(jìn)行觀察記錄，及時(shí)更新。

道面性能評(píng)價(jià)模塊記錄道面性能測試數(shù)據(jù)，包括道面損壞數(shù)據(jù)、HWD彎沉數(shù)據(jù)、探地雷達(dá)數(shù)據(jù)、摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)、激光平整度儀測試數(shù)據(jù)、道面高程數(shù)據(jù)，通過計(jì)算將測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樵u(píng)價(jià)指標(biāo)，分別對(duì)道面的結(jié)構(gòu)性能和功能性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，生成數(shù)據(jù)報(bào)表和專題地圖。

統(tǒng)計(jì)分析模塊是對(duì)道面巡檢、維護(hù)和性能評(píng)價(jià)中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和排序，以柱狀圖、餅狀圖、折線圖等圖表形式統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，道面病害及維修信息進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)，并標(biāo)注在數(shù)字地圖上，使工作人員直觀了解機(jī)場道面狀況。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以在時(shí)間和空間上對(duì)比展示，例如可以在數(shù)字地圖上觀察道面一個(gè)區(qū)域不同時(shí)期的PCI值變化，也可以觀察同一時(shí)期不同區(qū)域的PCI值。

3 結(jié)語

機(jī)場道面數(shù)字化管理是時(shí)代發(fā)展的趨勢，但機(jī)場道面數(shù)字化管理系統(tǒng)的建設(shè)是一項(xiàng)需要多部門協(xié)作、多環(huán)節(jié)協(xié)作和多技術(shù)運(yùn)用的復(fù)雜工程。它的建設(shè)和應(yīng)用打破了傳統(tǒng)道面管理的信息壁壘，提高了道面信息的使用價(jià)值，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，促進(jìn)了機(jī)場的發(fā)展。隨著技術(shù)的發(fā)展，機(jī)場道面數(shù)字化管理系統(tǒng)建設(shè)需要不斷的完善，通過移動(dòng)終端解決數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)錄入和查詢的問題，以期實(shí)現(xiàn)信息高度集成的機(jī)場道面全壽命周期數(shù)字化管理，助力智慧機(jī)場建設(shè)。