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智慧跑道:保障机场跑道安全的“智能管家”

说起机场内的各种智能化设备,大家很容易就能联想起候机楼内的自助值机设备、智能问询机器人、刷脸即可通过的过检闸口等。当智慧与创新成为民航业发展的底色,机场的智慧化程度也越来越高。如今,除了航站楼内各种智能便捷的设施,国内一些新建机场的跑道也走上了智慧化道路。

监测机场跑道的“智能管家”

每当飞机降落在跑道时,不可避免地会对跑道造成巨大的冲击。如果跑道道面出现不平整或者塌陷等情况,还会给飞行安全带来隐患。几千米的跑道,仅靠航班起降时工作人员用肉眼或道面巡逻车来为跑道“体检”,不仅会降低民航运行效率,而且会存在人为差错所导致的风险,特别是对航班起降量较大的大中型机场而言,跑道健康监测被智能化手段替代将是必然。

记者近日采访民航机场规划设计研究总院有限公司(以下简称“民航总院”)智慧跑道系统项目负责人余虔,他很形象地为记者打了个比方:“智慧跑道系统就类似我们平时戴在手腕上的智能手环。智能跑道系统可以在不影响机场运行的情况下,监测跑道以及滑行道等重要基础设施的运行状态,并通过感知数据进行状态评估和风险预警。”

2020年9月23日,成都天府国际机场竣工的西一跑道备受瞩目,不仅因为这是一条全球4F级跑道,更因为这是国内首条采用智能跑道系统技术的4F级跑道。四川省机场集团天府机场建设指挥部飞行区工程部副总经理石蓉介绍:“成都天府机场西一跑道在新技术、新工艺、新设备方面有重大突破,创造了国内多个‘首次’。”通过采访,记者了解成都天府机场跑道的智慧在于该跑道在土基和道面预埋了很多传感器,可以对跑道建设和运营的状况进行实时数据采集,从而高效地分析并掌握跑道承载力、温度、湿度以及沉陷异常情况等,并及时预警。通过这种智慧化的方式监测跑道运行状态,不仅能获取更多有效数据,对民航安全也有很大促进作用。

揭秘跑道的“智慧”之处

智慧跑道系统的“智慧”在于系统内包含多个感知模块,涵盖跑道道基、结构、表观病害、道面湿滑度及气象环境等。设计人员能针对机场工程建设特点与需求,灵活协同设计与施工的定制化实施方案。此外,基于多源异构数据融合的解析和分析模型形成场道结构安全监测与防控、跑道运行安全评价与预警、场道精准维护与决策三大功能模块。基于BIM+GIS的数字底层建设打通了跑道建设和运维阶段的信息传递,实现了全寿命周期、全天候跑道运行安全保障与风险防控,形成智慧跑道综合管理平台。与此同时,智慧跑道系统可提取和分析跑道的状态关键参数,基于理论模型实现对道面状态的演化预测和实时评估,并根据监测数据的累积更新和分析报表情况,比照定期巡检数据,校验理论模型精度,进行算法的自我学习进化,提升理论模型分析精度,为跑道维护及运行决策提供科学依据。

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机场智慧跑道系统

说起最初研发搭建智慧跑道系统的背景和原因,民航总院智慧跑道设计师王招冰表示:“传统的机场跑道管理模式存在人力成本高、主观性强、不确定性大、时效性差等问题和弊端,相比之下,智慧跑道系统既可以优化资源配置,又能稳定高效地进行监测、评定、预测。”如今,民航总院依托交通运输部机场工程安全与长期性能交通运输行业科学观测研究基地,自主研发了智慧跑道系统,加强了智慧机场的基础设施支撑。

在民航总院最初研发智慧跑道系统时,遇到的首要问题就是针对感知技术的选项研究。机场飞行区都有严格的管理限制和极高的安全要求,因此遍布全场的监测设备既不能干扰机场的安全运行,也不能影响监测对象的正常工作性能。其次,智慧跑道系统涵盖的感知模块众多,组网工作复杂,需要保证整个系统的正常稳定运行。再次,智慧跑道系统是通过不同传感器来采集原始数据的,而这些数据具有差异性大、关联性不足等特点。

为打破“数据孤岛”,民航总院技术团队从数据维度及概念分层技术入手,构建分布式数据集成模型和多源异构数据集成应用平台,解决了数据的分类、集成、共享、融合及表达等问题,实现了智能监测与智慧跑道全寿命周期的信息实时、在线、全天候管理与分析。

智慧跑道助力机场智能建造

2020年,民航总院获批成为民航行业首个交通运输行业野外科学观测研究基地——机场工程安全与长期性能科学观测研究基地。依托该基地,民航总院联合同济大学、北京航空航天大学、中国民航大学等高校研发了智慧跑道系统,相继在北京大兴国际机场、成都天府机场、鄂州花湖机场等成功应用,西安咸阳机场、重庆江北机场、拉萨贡嘎机场等也正在实施智慧跑道建设,建成后将为机场安全运行提供保障。

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北京大兴国际机场

记者了解到,智慧跑道系统在机场的应用基本达到了预期效果。例如北京大兴国际机场应用了北斗监测数据与干涉雷达(InSAR)监测数据相结合的“时空连续”分析模型,通过基于蠕变机制方法的全生命周期沉降预测算法对机场进行全面监测,实现了道面长期变形预测,建成了“北京大兴国际机场变形监测预警系统”平台。

“十四五”时期,我国民航正处于三期叠加新阶段。随着信息技术的成熟以及大数据、物联网等产业的发展,加上机场建设数量的不断增加,必将为智慧跑道行业带来广阔的发展前景。《智慧民航建设路线图》明确,智慧机场是智慧民航的四个核心抓手之一。智慧跑道系统可以显著提高机场设施建造质量、运行安全效率与精准养护水平,延长设施使用寿命,降低全生命周期成本,在国内多个大型机场的应用取得了良好的经济效益与社会效益。民航局印发的《关于打造民用机场品质工程的指导意见》指出,要坚持提升管理智慧化,广泛应用信息技术,搭建管理信息平台,推行“智慧工地”,实现智慧创安、智慧提质、智慧增绿、智能建造。培育数字驱动的机场建设模式,推广贯穿全生命周期的信息模型应用,形成数字机场和实物机场两套资产。

可以预见,未来智慧跑道系统将在全国机场的建设工程中得到更加广泛的应用,并持续推进“四型机场”建设,助力新时代机场建设高质量发展。

来源:中国民航报,记者:郝蒙

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