空間數據庫在機場道面管理中的應用

邵黎明 曹鐵 李佳明

摘要：針對機場道面性狀檢測、外來物防控等方面，依賴人工或傳統的設備，道面占用時間長，智能化程度低，檢測效率低下等問題，本文介紹了空間分析技術的概念和實現方法，并針對機場道面管理的應用場景，提出了一種應用關系型數據庫實現空間分析技術在機場道面管理中的應用方法。該方法通過應用最廣泛的關系型數據庫，從建設數據庫、采集和識別病害、智能評價方法和自動計算等方面，尤其是空間分析方法的應用，本文應用MySql數據庫空間查詢功能將空間分析技術應用在實際的業務場景中，有效的降低了空間分析技術的應用難度。

關鍵詞：空間分析;道面管理;關系型數據庫

引言

民航機場建設會不斷增多，而機場道面是機場最大的投資，其健康狀態直接影響機場運行安全和維護成本。從經濟角度來看，機場道面基礎設施的及時保護和修復至關重要，一旦機場道面劣化低于一定水平，維修成本通常會顯著增加;從安全角度來看，機場道面破損，如裂縫和松散碎屑，可能會造成飛機輪胎損壞的可能性和飛行員安全控制飛機的能力方面的安全風險。因此需定期對機場道面開展巡視檢查和預防性維護管理工作，全面、準確掌握道面的各種使用性能，通過對道基狀況等關鍵指標的定期檢測，進行分析、評價、預測，實現維護計劃及預算的優化，為道面維護管理的重要決策提供技術依據。

本文主要針對道面檢查完成后，應用空間數據庫技術對道面損壞位置、損壞程度、數量等情況進行統計分析，為道面進行綜合評價提供數據支撐。總體目標實現機場道面信息的可監測，機場道面病害沉降等的可控制，機場道面入侵等風險的可防止。提高機場道面運行效率、質量、壽命和性能，降低機場道面維護成本。本文主要技術在于以下兩點。一是以關系型數據庫Mysql的空間分析為基礎，建立存儲道面檢查結果的空間數據庫;二是，基于空間數據庫，對道面的道面狀況指數pavement condition index（PCI）和結構狀況指數structural condition index（SCI）進行計算。

1空間數據庫

空間數據庫顧名思義，也就是針對在地理信息系統中的空間位置信息，包括經度、維度和高度，區別于傳統的數據庫，數據時效性要求更高，查詢的是空間范圍而不是字符、數字、圖片相關的索引，因此空間數據庫是一個專門用于特殊場景下的數據庫，存儲數據的格式和檢索的方式都與空間息息相關。而本文的重點就在于機場飛行區范圍內道面的各類信息，包括病害、跑到異物、燈光等存在與道面上有關的設施設備或異常信息，這些信息需要歸集到統一的平臺之上，通過平臺的管理，通過地理信息系統與空間分析結合，將關注的信息加上位置空間信息，以期能夠方便工作人員或管理人員更加快速的定位關注的信息，這些分析的前提就是要建立空間數據庫。

從我們的需求和技術思路來看，建立空間數據庫應該至少具備一下幾個過程：

1、空間數據庫數據量規劃。這一過程主要是根據具體業務需求，從時間周期、空間大小、保存時限等方面進行綜合考慮，預估空間數據庫的大小、響應時間、數據種類，進而對數據進行整體規劃。

2、空間數據庫數據質量保證。這一過程主要是數據診斷引擎建立的主要目的：建立一套對“儀器或人工采集的數據”進行自動化判斷、反饋告警、甚至智能化修復的數據處理引擎。該數據診斷引擎融合了業務知識、專家規則、統計分析研究結果、機器學習模型等先進技術手段。

數據診斷引擎需要解決的詳細問題包括：

?判斷采集數據的完整性。比如病害結構化數據（類型、程度、位置、數量、尺寸）是否完整。

?判斷采集數據的合理性。比如稀有病害類型頻繁出現、新修機場PCI小于60、同一位置道面未經修補卻性能大幅提升、數據離群等現象。

?判斷采集數據的權威性。比如同一位置同段時間存在差異較大的抗滑性能數據（數據重復，但不相同）。

?判斷采集數據的唯一性。減少存儲成本（數據重復且相同）。

?反饋告警：將異常數據反饋告警給工作人員，從而進行復查。

?智能化修復：對異常數據進行修復。

3、空間數據庫的多源信息接入和輸出。此過程主要是對機場長期積累的道面性狀數據從不同維度出發進行趨勢分析和精準預測，為機場管理運營如資金規劃、道面養護維修等提供指導。可以定期產出道面性狀分析結果，或者實時展示道面性狀可視化結果。道面性狀多維數據分析可以和道面專項調查結果融合起來對道面進行綜合評估，進而生成評估報告。

2機場道面管理

在道面性狀檢測、外來物防控等方面，依賴人工或傳統的設備，道面占用時間長，智能化程度低，檢測效率低下，因此需要革新傳統方法，提升檢測效率和智能化程度，減少道面占用時間;在道面運維方面，缺乏一體化的管理平臺，缺乏對道面的持續動態監測能力，導致收集的道面狀態信息零散，因此需要建立全場景地道面狀態信息感知能力，通過統一的管理平臺，系統地管理道面狀態信息;在道面評價方面，評價信息來源單一，且嚴重依賴人員經驗，因此需要考慮多源道面信息，對道面狀態進行綜合評價。

對機場長期積累的道面性狀數據從不同維度出發進行趨勢分析和精準預測，為機場管理運營如資金規劃、道面養護維修等提供指導。可以定期產出道面性狀分析結果，或者實時展示道面性狀可視化結果。道面性狀多維數據分析可以和道面專項調查結果融合起來對道面進行綜合評估，進而生成評估報告。分析對象需要能夠有較多數據積累，因此主要包括：道面病害、FOD、道面損壞狀況、道面抗滑性能。

3空間數據庫技術在機場道面管理中的應用

第一步建立數據庫。首先創建名稱、機場名稱、區域類別、空間位置區域信息、創建時間等業務數據，在Mysql中支持的幾何數據類型多種空間類型的數據類型。其中Geometry可以存儲Point、LineString等其它幾何類型的值。其他的幾種則需要固定有效的表示格式。其中空間位置區域信息字段使用Geometry類型，該類型可以存儲所有的幾何類型，并在該字段上建立空間索引SPATIAL，創建空間索引格式如下：CREATE SPATIAL INDEX idx_gis ON apms_area（gis）。

第二步采集數據。按照《機場道面評價技術管理規范》，應準確填寫水泥混凝土道面15種病害和瀝青道面16種病害的損壞類型、損壞程度、損壞量和損壞位置，采集并輸入到數據庫的道面數據需要完整的結構化數據，否則后續道面性狀評價將會出現異常。當檢測到數據不完整，則向用戶進行反饋告警，復查數據。現有病害數據采集有很多不合理之處，例如手持巡檢儀中工作人員輸入道面的病害程度，需要專業的道面病害認知知識，上手很困難，而且極容易判斷出錯。因此這里提出一個更加合理的道面病害采集方式：將道面病害程度判斷的各個特征代碼化，工作人員填入這些特征，后臺進行語義分割算法DDRNET進行人工智能判斷判斷。

第三步單元劃分。單元劃分也稱為網格劃分，網格劃分是為了機場道面管理能夠更加準確、合理、有效。首先第一個是準確，在現在機場的管理模式下，機場被劃分成了跑道、滑行道、機坪或著再下一級，但是這種劃分方式是比較粗，巡檢人員和維修人員無法根據簡單的描述能夠達成一致，如果劃分等級劃分成了合理的尺度，就能夠準確定位病害、問題位置，然后是合理，當一個單元需要維修的時候我們不能依據個人經驗決定維修的范圍，會造成兩種極端，一種是維修面積過大，另一種是維修不完全，因此建立合理的單元能夠避免這種極端;然后是有效，劃分了單元之后對于之后，按照《道面評價技術規范》道面性狀的評價才是有效的。這里根據技術規范采用網格劃分標準為：最新標準水泥板塊按照20塊作為一個板塊500平方米，瀝青450平方米作為計算PCI/SCI的基本單元。如圖1，點擊其中一個網格，能顯示網格的屬性，編號、大小、經緯度、PCI/SCI值。

第四步PCI/SCI值計算。道面PCI和SCI的計算應在單元的基礎上計算各種病害的損壞密度單元宜采用“虛擬單元”進行劃分，根據第三步中劃分的虛擬單元，可以統計每一個虛擬單元中第x種損壞類型第y類損壞程度所出現的板塊數量，作為計算PCI/SCI的原始輸入，按照水泥混凝土道面15種病害和瀝青道面16種病害的損壞類型、損壞程度、損壞量和損壞位置，可計算出每個劃分單元的PCI/SCI值，進一步的可以計算機場機場道面、滑行道、機坪等部位的損壞狀況指數，進而推出機場整個道面的狀況指數。

4結論

本文通過基于GIS空間分析和空間數據庫技術在機場道面管理中的應用分析，應用空間數據庫的優勢，將關注目標的地理位置信息及其相關對象可視化展現出來，而且在空間數據庫的基礎上，賦能強大的信息檢索和分析能力，因此，機場道面管理決策平臺可將系統中所有道面性能與飛行區設施狀況的數據進行集中儲存、集中管理和集中展示，可實現機場道面日常巡檢維護、道面性狀調查、道面性狀評估等業務的綜合管理，幫助管理機構進行道面維護與管理，提高飛行區的管理效率。智慧民航是當前民航發展必然趨勢，建設機場道面管理系統是提升機場運行安全和運行效率的重要途徑，為機場道面管理提質增效和減少人員投入具有重大意義。

參考文獻：

[1]夏磊.通用機場道面數字化管理研究[D].中國民用航空飛行學院，2019.

[2]翟健，金曉春.城市規劃中的GIS空間分析方法[J].城市規劃，2014，38（S2）：130-135.

[3]趙志翔.機場道面常見病害分析及維護方案研究[J].四川建材，2021，47（07）：163+171.

[4]高國棟.機場道面評價系統的設計與實現[D].北京交通大學，2008.

作者簡介：邵黎明 男 四川資陽 漢 19900714 大學本科 信息安全 中國民用航空總局第二研究所 610000 中級工程師。