機場飛行區道面管理系統的開發與應用

周仙奕 王 鵬 馮 堯

大連國際機場股份有限公司 遼寧 大連 116033

飛行區道面是供航空器起飛、著陸、滑行及停放的水泥混凝土或瀝青混凝土道面，是機場飛行區最重要的基礎設施之一，道面的適航性關乎航空器的飛行安全以及機場的運營效率。如何構建科學的、合理的飛行區道面管理體系，一直是機場運控管理中的一個重點問題，為此，開發一套飛行區道面管理系統，對于全面提升飛行區道面管理水平，推進機場運控智慧化發展有著積極的意義。

1 機場飛行區道面管理的現狀

大連機場于1972年建成通航，先后于1984年、1992年、1999年、2005年、2011年、2019年對包括跑道、滑行道及機坪在內的飛行區道面進行了多次擴建改造，目前在用的飛行區道面總面積約110萬平方米。由于建設時間跨度大，改造工程類型多樣（包括基礎注漿、面層加蓋、局部結構置換等），造成機場飛行區道面基本信息碎片化嚴重，而導致道面管理人員無法以宏觀視角系統全面的掌握道面完整的狀態。

隨著機場航空業務的發展，航班量不斷增長，飛機荷載對飛行區道面的不利作用日趨嚴重。同時，由于地處東北地區，氣候條件加速了道面的老化與損壞。各類道面病害出現的數量始終處于高位，道面病害普查統計、評估分析、維修養護工作繁重，傳統的工作方式不僅效率低并且可視性差，而過多依賴人為經驗易產生差錯，降低了飛行區道面管理的效能。

近年來，地理信息系統（GIS）、移動終端快精定位以及大數據、云服務等先進的技術手段在生產工作中得到了廣泛應用。在積極推進民航四型機場建設的大背景下，大連機場為提升飛行區道面管理工作效能，組織專家技術團隊，與華設設計集團民航設計研究院合作，共同研發了一套針對機場飛行區道面管理的信息系統。

2 系統的設計與結構

大連機場道面管理系統的設計思路是以應用為基礎，重點考慮多業務端口的數據交互和多職能層級的應用需求，讓系統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

系統硬件主要包括：高精度差分基準站、厘米級移動終端、阿里云服務器和高性能臺式電腦等，如圖1所示。

圖1 系統硬件構成

（1）采用高精度的定位差分基準站對病害地理位置提供厘米級定位，該基準站具有長期連續跟蹤觀測能力、抗電磁干擾能力、抗外界環境影響等能力，并通過通訊網絡實時、快速地將觀測數據傳輸到云服務器上。

（2）移動終端具備厘米級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）以阿里云服務器搭建道面管理平臺，確保移動終端與云服務器安全順暢的連接，數據穩定傳輸、存儲。同時，配備高性能臺式電腦，用于實時訪問、查詢信息。

2.2 軟件構成

系統軟件由道面基礎信息模塊、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布模塊六大模塊構成。各模塊主要集成了以下三部分數據信息。

（1）地理數據。將地圖、坐標、區域、單元等地理信息進行數字化處理之后加載地理信息系統[1]，構成系統展示的底層。

（2）基礎數據。由道面靜態信息和歷史數據組成，主要包括道面建設原始數據、道面結構信息、歷年改造工程數據及機場環境信息等。

（3）評價數據。包括日常道面巡查信息、道面養護信息、階段性分析信息、道面狀況評價模型、航空交通量數據、歷年道面狀況綜合評價數據以及相關影像信息等。

3 系統的功能特性

大連機場道面管理系統定位為高度集成化、智慧化的道面管理平臺，而非智能電子化臺賬，在開發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，快速精準的對病害進行采集及定位，在電腦終端設置更多管理功能，對病害進行分類，定性、定量進行分析統計，并為機場提供輔助性決策。

3.1 電子化錄入病害

依托場內差分基站對移動手持端定位，系統可自主采集高精度的道面病害位置信息，通過GIS的數據組織方式生成圖形化的展示。用戶以現場采集的方式，按照手持端操作提示收錄病害相關的其他重要信息，包括時間、破損類型、程度、圖片等10余項，確保信息的完整性。系統同步將上述信息按內容進行歸納分類，用戶可以根據所需的不同信息類別實現多路徑數據檢索，并支持列表和地圖兩種查閱方式。

設置輔助判定功能，避免用戶對病害類型、程度判定不準，各類病害以圖片形式呈現，用戶可根據典型病害圖片快速選擇病害類型，如圖2所示，同時將《民用機場道面評價管理技術規范》附錄B中對病害程度區分的具體條件設置在輔助判定模塊中，對病害精準錄入[2]。

圖2 道面病害輔助判定圖

3.2 維修信息收集

系統可根據道面巡檢填報信息自動生成并派發維修工單，便于用戶隨時隨地、實時方便地掌握飛行區道面突發狀況，制定維修計劃[3]。

基于地理信息系統，用戶可在地圖上實時查詢道面維護情況（面積、材料及用量、費用等）、同一位置/區域的歷史道面維護情況等。對返修次數較多的病害進行維修方法調整、糾偏，持續跟蹤病害變化。根據歷年輸入病害數量及維修使用的修補材料用量進行統計、測算，形成道面修補量函數，準確預測次年維修費用。

3.3 自主數據分析

系統能夠根據日常巡檢維修數據、數據模型分析數據和歷史道面綜合檢測相關數據等內容對道面狀況發展趨勢進行評估，實現“道面PCI/SCI實時計算發布”、“道面PCI/SCI等級分布的可視化”、“歷史PCI/SCI變化情況分析”等功能。

通過病害發生的區域、時間、類型、程度等多維角度橫向對比，定性、定量的分析道面現有問題，建立道面病害演變、發展趨勢模型。

3.4 直觀化展示、輸出

GIS信息平臺可以將病害實時定位，并將定位點記錄在大連機場飛行區平面圖中，如圖3所示，用顏色區分病害等級，通過左右鍵點擊病害及相應板塊可以快速調取病害、道面結構、建設年限、近期檢測情況及通報PCN等信息。

PCI/SCI數值以不同數值區間劃分顏色填充單元。同時，PCI/SCI數值可以通過數據發布模塊以各類圖表及報告的方式進行下載和輸出，可視化、直觀化的反應病害損壞程度信息。

圖3 道面病害分布展示圖（局部）

3.5 Online服務

系統將服務器放在阿里云，在保障安全前提下與檢測單位實時共享數據，讓專業檢測人員充分考慮凍融循環次數、降水、溫度變化等因素影響，在線提供技術支持與服務，在相近條件下對同類型道面進行準確分析，最大程度減少用戶經驗不足影響病害精準判斷的情況。

4 總結

大連機場飛行區道面管理系統的成功應用，初步實現了道面管理的數字化轉型。從此次系統開發工作中，開發團隊積累了大量經驗，同時結合道面檢測技術的發展趨勢，對道面管理系統未來智能化升級做出了展望。

4.1 數據智能化采集

在整個病害數據信息收集過程中，人受限于經驗、知識量等條件，是判斷環節中唯一不確定因素。因此未來道面管理系統中，將盡可能減少人為因素，采用圖像自動化識別，對道面進行圖像掃描，將掃描成果與數據庫進行對比，判斷并收集病害類型、尺寸、位置等基本信息，自動導入數據。前期對系統判斷不準確或有相似病害系統無法識別的病害，由專業人員進行篩選，數據積累量足夠大時，可以完全實現病害錄入自動化。

4.2 建立PCI預測模型

平臺通過數據的積累與迭代，考慮各類病害的影響因素，將各類病害發展數據形成函數，準確預測單一病害在本場自然條件下近期、中期、遠期的發展變化。

結合大連機場特定的道面結構及最近輸入的道面檢測彎沉值、瀝青、水泥的結構性能等道面檢測數據，綜合分析道面結構對病害的影響。

同時，根據道面類型、建設年限、承受荷載情況等條件，特定計算同一區域道面自然老化出現的破損數量，進行區域損壞量的趨勢預測。

通過調取、分析某一單元的所有病害，包括已有病害及新病害的發展趨勢預測，結合現有PCI數值計算模型[4]，可以準確預測未來某一時間、某一單元的PCI變化值，當出現某一單元PCI/SCI值下降明顯時，平臺可以考慮根據現有條件判定對此單元進行養護或進行維修，為機場提供針對性建議，并提供養護或維修后PCI/SCI的變化趨勢。

4.3 表觀、結構性能與GIS平臺結合

在病害判斷與收集中，表觀性能最能直觀的反應病害情況，而道面結構對病害的影響情況較為隱匿，如何將道面表觀性能、結構性能與GIS平臺相結合，通過輸入病害彎沉值及瀝青各項性能等條件，立體化的分析各個因素對道面病害的影響，分析維修及養護處理手段對解決當前病害的可行性，最終對機場管理人員進行輔助決策是未來大連機場道面管理系統的發展重點。