CN216927823U - 一种机场道面安全预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种机场道面安全预警系统，包括：遥感式水膜厚度传感器，用于采集机场道面的水膜厚度实测数据；分布式光纤，用于采集机场铺面板的振动数据；信息处理单元，与所述遥感水膜厚度传感器和所述分布式光纤通信连接，接收所述水膜厚度实测数据和所述铺面板的振动数据，并发出预警控制信号；预警单元，与所述信息处理单元通信连接，接收所述预警控制信号后执行对应的预警动作。本实用新型基于遥感式水膜厚度传感器和分布式光纤等先进智能感知技术，实现对水膜厚度、飞机轮迹和道面结构状态等机场跑道运行安全关键性状的实时监测及安全预警，为跑道的日常管理运维工作带来便利，提升跑道的精细化科学管养水平，延长跑道寿命。

Description

一种机场道面安全预警系统

技术领域

本实用新型涉及道路工程领域，特别是涉及一种机场道面安全预警系统。

背景技术

近年来，随着交通强国、科技强国等国家重大战略的提出，对新时代民航提出了高质量智能化的发展需求，这对保障跑道设施的性能安全和运行环境安全至关重要。

目前，机场道面抗滑性能和板底脱空状态是影响跑道适航安全性的关键指标。在湿滑状态下，道面表面积水的存在会使道面的摩擦力减小，降低飞机的制动效果，同时还会对飞机的方向控制造成困难，增加安全风险事故的发生概率。板底脱空对混凝土铺面的结构性能影响显著，严重的板底脱空会诱发多种病害，包括断板、错台、沉陷等，影响铺面服务性能，研究表明，严重的板底脱空可导致机场混凝土铺面板内的最大荷载应力增大80％。

因此，对道面湿滑及脱空状态进行监测及及时预警，可有效控制混凝土铺面的结构性损坏，提高跑道的安全阈度和运行效率，延长跑道寿命，降低跑道运行的全寿命周期成本，对于提升民航的精细化科学管养水平，推进智慧机场建设具有重要意义。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要提供一种机场道面安全预警系统，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本实用新型提供一种机场道面安全预警系统，包括：遥感式水膜厚度传感器，用于采集机场道面的水膜厚度实测数据；分布式光纤，用于采集机场铺面板的振动数据；信息处理单元，与所述遥感水膜厚度传感器和所述分布式光纤通信连接，接收所述水膜厚度实测数据和所述铺面板的振动数据，并发出预警控制信号；预警单元，与所述信息处理单元通信连接，接收所述预警控制信号后执行对应的预警动作。

在本实用新型较佳的实施方式中，所述分布式光纤的布设方式包括：将光纤缠绕制成多个光纤圈；在所述机场道面为水泥道面的情况下，将所述光纤圈依次绑扎于钢筋网上且光纤圈在水泥道面单块板内Z字型斜向布设。

在本实用新型较佳的实施方式中，所述分布式光纤的布设方式包括：将光纤缠绕制成多个光纤圈；在所述机场道面为沥青道面的情况下，将所述光纤圈依次固定在水稳基层上且光纤圈在沥青道面单块板内纵向布设。

在本实用新型较佳的实施方式中，所述遥感式水膜厚度传感器的布设方式包括：结合施工设计图和现场道面分块确定所述遥感式水膜厚度传感器安装位置；在所述安装位置设置易折杆；将所述遥感式水膜厚度传感器固定于所述易折杆上。

在本实用新型较佳的实施方式中，所述遥感式水膜厚度传感器的安装高度范围包括：30～40cm。

在本实用新型较佳的实施方式中，所述系统包括：解调仪，与所述分布式光纤连接，接收解调所述分布式光纤的信号以供分析识别各区域的脱空状况。

在本实用新型较佳的实施方式中，所述系统包括：光时域反射仪，与所述分布式光纤通信连接，用于检测控制光纤损耗于预设范围。

在本实用新型较佳的实施方式中，所述系统包括：监测大屏，与所述信息处理单元连接，接收并实时显示道面监测数据。

在本实用新型较佳的实施方式中，所述遥感式水膜厚度传感器包括：红外激光传感器。

在本实用新型较佳的实施方式中，所述预警单元包括：声预警单元、光预警单元、电预警单元、文字预警单元和语音预警单元中的任一种或多种的组合。

如上所述，本实用新型涉及的机场道面安全预警系统，具有以下有益效果：基于遥感式水膜厚度传感器和分布式光纤等先进智能感知技术，实现对水膜厚度、飞机轮迹和道面结构状态(脱空状态)等机场跑道运行安全关键性状的实时监测及安全预警，为跑道运行、维护等提供辅助决策信息，为跑道的日常管理运维工作带来便利，有效提高跑道的安全阈度和运行效率，提升跑道的精细化科学管养水平，延长跑道寿命，并降低跑道运行的全寿命周期成本。

附图说明

图1显示为本实用新型一实施例的一种机场道面安全预警系统的结构示意图。

图2显示为本实用新型一实施例中一种分布式光纤的缠圈示意图。

图3显示为本实用新型一实施例的另一种机场道面安全预警系统的结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其它优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的的情况下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本实用新型的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本实用新型。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其它特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

本发明提供一种机场道面安全预警系统，基于遥感式水膜厚度传感器和分布式光纤等先进智能感知技术，实现对水膜厚度、飞机轮迹和道面结构状态等机场跑道运行安全关键性状的实时监测；通过搭建跑道安全预警平台实时收集道面性状信息，将监测数据、道面状态、运行环境进行高度集成，整合多方的业务需求，为跑道运行、维护等提供辅助决策信息，为跑道的日常管理运维工作带来便利。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型提供一种机场道面安全预警系统的结构示意图，其包括：遥感式水膜厚度传感器11，用于采集机场道面的水膜厚度实测数据；分布式光纤12，用于采集机场铺面板的振动数据；信息处理单元13，与所述遥感水膜厚度传感器11和所述分布式光纤12通信连接，接收所述水膜厚度实测数据和所述铺面板的振动数据，并发出预警控制信号；预警单元14，与所述信息处理单元13通信连接，接收所述预警控制信号后执行对应的预警动作。

具体的，水膜厚度传感器11包括但不限于：压力传感器、激光传感器、光敏传感器、生物传感器、超声波传感器、液位传感器、红外激光传感器等等。分布式光纤包括干涉型和非干涉型，也可分为功能型和非功能型。其中，功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件，被测量对光纤内传输的光进行调制，使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化，再通过对被调制过的信号进行解调，从而得出被测信号。非功能型光纤传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为信息的传输介质。

信息处理单元13为一种硬件装置，其可以是一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital signal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，简称FPGA)等。再如，可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，可以是片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式。

信息处理单元13可以结合现有软件或程序对所接收的数据进行分析处理，如根据所采集的水膜厚度数据对机场道面的全域水膜厚度进行预估，从而进行风险评估并发送相应的预警控制信号；或者根据所采集的铺面板振动数据对铺面板的脱空状态进行评估，对道面性能进行评价并发送相应的预警控制信号。但信息处理单元13本身由硬件模块或部件实现，其本身并不涉及软件技术的更新。

在本实施例较佳的实施方式中，所述系统包括监测大屏，与所述信息处理单元连接，接收并实时显示道面监测数据。进一步地，可显示信息处理单元基于现有软件或程序获取的机场道面全域水膜厚度预估数据，各区域湿滑风险等级信息、铺面板脱空状态数据、板内设备状态数据、飞机机型数据、飞机轮迹数据等等，用户可根据需求对监测大屏显示的数据类型、数据时间范围等进行调整。进一步地，监测大屏可用于显示预警信息，信息直观且便于工作人员及时获取。

在本实施例较佳的实施方式中，所述分布式光纤12的布设方式包括：将光纤缠绕制成多个光纤圈，如图2所示；在所述机场道面为水泥道面的情况下，将所述光纤圈依次绑扎于钢筋网上且光纤圈在水泥道面单块板内Z字型斜向布设。

在本实施例较佳的实施方式中，所述分布式光纤12的布设方式包括：将光纤缠绕制成多个光纤圈(如图2所示)；在所述机场道面为沥青道面的情况下，将所述光纤圈依次固定在水稳基层上且光纤圈在沥青道面单块板内纵向布设。

在一些示例中，按预设长度单元将光纤进行缠绕，制成光纤圈(例如，以4m为一个单元将光纤进行缠绕，制成光纤圈，每个线圈直径25cm，共四圈光纤)；在跑道上标出光纤进出道面中线的位置，埋设光纤引出管；对于水泥道面埋设区，布设马凳(马凳用于钢筋工程中，专门指架起混凝土板中上层钢筋用的支架)以及钢筋网，钢筋网高度距水稳层一定距离(例如不小于5cm)；根据钢筋网尺寸确定光纤圈间隔，将光纤圈依次绑扎于钢筋网上，光纤线圈在水泥道面单块板内采用Z字型斜向布设；对于沥青道面埋设区，利用夹线钉、钢丝、大理石胶将光纤圈固定在水稳基层上，光纤线圈在沥青道面单块板内采用纵向布设；将布有光纤的区域用水泥混凝土/碎石封层覆盖，之后按照常规施工工艺浇筑水泥/沥青面层。

进一步地，利用otdr(optical time-domain reflectometer，光时域反射仪，通过对测量曲线的分析，了解光纤的均匀性、缺陷、断裂、接头耦合等若干性能的仪器)检查光纤损耗，将光纤损耗控制在预设范围(例如1.5dB/km，或1dB/km)。

在本实施例较佳的实施方式中，所述遥感式水膜厚度传感器11的布设方式包括：结合施工设计图和现场道面分块确定所述遥感式水膜厚度传感器安装位置；在所述安装位置设置易折杆；将所述遥感式水膜厚度传感器固定于所述易折杆上。优选的，所述遥感式水膜厚度传感器的安装高度保持在30～40cm，在保证测量准确度的同时避免传感器浸入水中受到损坏。本实施方式选用易折杆对传感器进行安装固定，易折杆的设置可有效降低的飞机损坏率。

在本实施例较佳的实施方式中，所述系统包括：解调仪，与所述分布式光纤12连接，接收解调所述分布式光纤12的信号以供分析识别各区域的脱空状况。解调仪具有扫描式光源，其功率高、扫描快(最高可达2KHz)，可同时测量多根光纤反射回的光信号。

在本实施例较佳的实施方式中，所述分布式光纤为频率制型光纤传感器，用于采集机场道面的铺面板的振动频率信息。进一步地，所述分布式光纤为功能型传感器，利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件，被测量对光纤内传输的光进行调制，使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化，再通过解调仪对被调制过的信号进行解调，从而得出被测信号。光纤具有结构紧凑、灵敏度高的优点，可以提高脱空状态检测结果的准确度。优选的，所述分布式光纤采用多模光纤，能够支持较长距离的信号传输，适用于本实用新型距离较长、范围较广的机场跑道应用需求。

如图3所示，本实用新型另一实施例提出一种机场道面安全预警系统的结构示意图，其包括：监测大屏，用于显示监测数据，如道面湿滑状态数据、道面脱空状态数据、板内设备状态数据、飞机机型数据、飞机轮迹数据等等，可以显示传感器实时监测数据，还可以显示基于监测数据分析获取的其它数据，用户可根据需求对监测大屏显示的数据类型、数据时间范围等进行调整；传感器管理模块，用于管理系统内的传感器，如水膜厚度传感器、分布式光纤传感器等等，并可在检测到传感器异常的情况下(如信号连接中断)发出相应的提示信息；判别和评价模块，用于对机场道面各个区域进行湿滑风险等级判别，对机场道面各个区域进行道面性能评价；预警模块，接收预警控制信号并实时预警，例如，可弹窗显示具体的预警信息(预警类型、预警位置、风险级别、操作提醒等等)，并提供解除预警操作位；再例如，可采用声、光、电、文字、语音等方式进行预警；系统管理模块，用于模型管理(如计算模型)、权限管理、用户管理等等。

需要说明的是，本实用新型提出的机场道面安全预警系统是一套硬件系统，这套硬件系统包括监测大屏、传感器管理模块、判别和评价模块、预警模块和系统管理模块，上述各个模块均由硬件模块或部件实现。该硬件系既可单独使用，也可与现有的软件程序结合使用。以系统中的传感器管理模块为例，其设有微处理计算机(如ARM处理器、FPGA处理器、MCU处理器、SOC处理器等)，所述微处理计算机可在检测到传感器异常的情况下(如信号连接中断)发出相应的提示信息。以系统中的判别和评价模块为例，其设有微处理计算机(如ARM处理器、FPGA处理器、MCU处理器、SOC处理器等)，可结合现有软件程序用于对机场道面各个区域进行湿滑风险等级判别，对机场道面各个区域进行道面性能评价；然而，本实用新型虽可与软件程序相结合，但其本身并不涉及任何软件技术的更新。

综上所述，本实用新型提供一种机场道面安全预警系统，基于遥感式水膜厚度传感器和分布式光纤等先进智能感知技术，实现对水膜厚度、飞机轮迹和道面结构状态(脱空状态)等机场跑道运行安全关键性状的实时监测及安全预警，为跑道运行、维护等提供辅助决策信息，为跑道的日常管理运维工作带来便利，有效提高跑道的安全阈度和运行效率，提升跑道的精细化科学管养水平，延长跑道寿命，并降低跑道运行的全寿命周期成本。因此，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种机场道面安全预警系统，其特征在于，包括：

遥感式水膜厚度传感器，用于采集机场道面的水膜厚度实测数据；

分布式光纤，用于采集机场铺面板的振动数据；

信息处理单元，与所述遥感式水膜厚度传感器和所述分布式光纤通信连接，接收所述水膜厚度实测数据和所述铺面板的振动数据，并发出预警控制信号；

预警单元，与所述信息处理单元通信连接，接收所述预警控制信号后执行对应的预警动作。

2.根据权利要求1所述的机场道面安全预警系统，其特征在于，所述分布式光纤的布设方式包括：

将光纤缠绕制成多个光纤圈；

在所述机场道面为水泥道面的情况下，将所述光纤圈依次绑扎于钢筋网上且光纤圈在水泥道面单块板内Z字型斜向布设。

3.根据权利要求1所述的机场道面安全预警系统，其特征在于，所述分布式光纤的布设方式包括：

将光纤缠绕制成多个光纤圈；

在所述机场道面为沥青道面的情况下，将所述光纤圈依次固定在水稳基层上且光纤圈在沥青道面单块板内纵向布设。

4.根据权利要求1所述的机场道面安全预警系统，其特征在于，所述遥感式水膜厚度传感器的布设方式包括：

结合施工设计图和现场道面分块确定所述遥感式水膜厚度传感器安装位置；

在所述安装位置设置易折杆；

将所述遥感式水膜厚度传感器固定于所述易折杆上。

5.根据权利要求4所述的机场道面安全预警系统，其特征在于，所述遥感式水膜厚度传感器的安装高度范围包括：30～40cm。

6.根据权利要求1所述的机场道面安全预警系统，其特征在于，包括：

解调仪，与所述分布式光纤连接，接收解调所述分布式光纤的信号以供分析识别各区域的脱空状况。

7.根据权利要求1所述的机场道面安全预警系统，其特征在于，包括：

光时域反射仪，与所述分布式光纤通信连接，用于检测控制光纤损耗于预设范围。

8.根据权利要求1所述的机场道面安全预警系统，其特征在于，包括：

监测大屏，与所述信息处理单元连接，接收并实时显示道面监测数据。

9.根据权利要求1所述的机场道面安全预警系统，其特征在于，所述遥感式水膜厚度传感器包括：红外激光传感器。

10.根据权利要求1所述的机场道面安全预警系统，其特征在于，所述预警单元包括：声预警单元、光预警单元、电预警单元、文字预警单元和语音预警单元中的任一种或多种的组合。

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