CN220526218U - 一种基于物联网的机场道面结冰预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于物联网的机场道面结冰预警系统，包括：测量单元、处理单元、数据存储单元、监控终端；测量单元设置在机场跑道上，用于检测机场跑道的环境参数，测量单元与处理单元相连；处理单元还分别与数据存储单元、监控终端相连，处理单元用于生成预警数据并传输至数据存储单元和监控终端。本实用新型可在高于冰点0.5℃‑3℃发出结冰预警，为机场应对道面结冰赢得准备及处理时间，提高机场冬季运行保障水平，增强机场运行安全性，降低机场运行成本。

Description

一种基于物联网的机场道面结冰预警系统

技术领域

本实用新型属于机场管理技术领域，特别涉及一种基于物联网的机场道面结冰预警系统。

背景技术

飞行区是机场关键运行保障设施，由于冬季场道结冰造成的安全事故、航班延误、运行成本增加以及环境保护压力有利于引起关注。本专利提供的一种基于物联网的机场道面结冰预警系统可在高于冰点0.5℃-3℃发出结冰预警，为机场应对道面结冰赢得准备及处理时间，提高机场冬季运行保障水平，增强机场运行安全性，降低机场运行成本。本专利有助于提高飞行区智能运行水平，是建设智慧机场的重要内容，具有较为广阔的推广价值和应用前景。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

有鉴于此，本实用新型的一个目的在于提供一种基于物联网的机场道面结冰预警系统。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案提供了一种基于物联网的机场道面结冰预警系统，包括：测量单元、处理单元、数据存储单元、监控终端；测量单元设置在机场跑道上，用于检测机场跑道的环境参数，测量单元与处理单元相连；处理单元还分别与数据存储单元、监控终端相连，处理单元用于生成预警数据并传输至数据存储单元和监控终端。

测量单元包括：若干常态观测传感器，用于实时采集机场道面结冰状态数据；若干主动降温传感器，采集比道面实际温度低0.5℃-3℃的结冰状态；常态观测传感器包括相变电阻传感器和光耦合传感器，主动降温传感器包括相变电阻传感器、光耦合传感器和制冷装置。

进一步地，测量单元与处理单元、处理单元与数据存储单元、处理单元与监控终端均通过数据传输单元相连；数据传输单元包括：光纤网络单元和4G/5G网络单元；数据储存单元包括：固态存储器，固态存储器通过光纤网络单元与处理单元连接，用于接收处理单元的数据；云数据服务器，云数据服务器通过4G/5G网络单元与处理单元连接，用于备份处理单元的数据。

监控终端包括：监视器、管理端、移动监控终端；处理单元通过光纤网络单元与监视器、管理端相连；处理单元通过4G/5G网络单元与移动监控端相连。

进一步地，测量单元、处理单元、固态存储器分别与机场跑道供电线路相连；机场跑道供电线路包括机场跑道边灯、中线灯供电电缆，用于供电。

基于物联网的机场道面结冰预警系统还包括电池模组，分别与测量单元、处理单元、固态存储器、机场跑道供电线路电连接，用于备用供电并在机场跑道供电线路供电时充电；电池模组配备有防过充系统。

进一步地，常态观测传感器、主动降温传感器安装在机场跑道路肩0.5米处；常态观测传感器每隔65～85平行设置于跑道，主动降温传感器设置在跑道两端和跑道中间。

监控终端还包括：若干警示灯，警示灯具有蓝、黄、橙、红四种颜色，每种颜色对应不同的警示界别；警示灯与处理单元电连接，处理单元根据生成的预警信号控制警示灯显示对应的颜色。

处理单元设有485串口和232串口。

检测单元还包括：光耦合器，每个常态观测传感器、主动降温传感器均对应设置一个光耦合器。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：可在高于冰点0.5℃-3℃发出结冰预警，为机场应对道面结冰赢得准备及处理时间，提高机场冬季运行保障水平，增强机场运行安全性，降低机场运行成本。

附图说明

图1示出了本实用新型的一个实施例的基于物联网的机场道面结冰预警系统的示意图；

图2示出了本实用新型的一个实施例的基于物联网的机场道面结冰预警系统运行逻辑示意图。

图中符号说明如下：

10测量单元、11常态观测传感器、12主动降温传感器、20处理单元、

31固态存储器、32云数据服务器、40监控终端、41监视器、50跑道。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式及其有益效果作进一步地详细描述。

如图1和图2所示，本实用新型的一个实施例提供了一种基于物联网的机场道面结冰预警系统。

包括：测量单元10、处理单元20、数据存储单元、监控终端40；

测量单元10设置在机场跑道上，用于检测机场跑道的环境参数，测量单元10与处理单元20相连，使得测量单元10测取的机场跑道的环境参数传输到处理单元20，处理单元20根据环境参数进行计算，得到结冰的概率；处理单元20还分别与数据存储单元、监控终端40相连，在处理单元20完成结冰概率的计算后，生成预警数据并传输至数据存储单元和监控终端40，为机场管理人员提供预警信息，以保证机场安全运行。详细地，事先预设一概率值，当结冰概率大于预设值时输出预警信号。测量单元10的传感器埋设在机场跑道两侧，沿跑道两侧每50m-200m设置一组，传感器表面与道面齐平，日常免维护。

具体地，测量单元10包括：若干常态观测传感器11，用于实时采集机场道面结冰状态数据；若干主动降温传感器12，采集比道面实际温度低0.5℃-3℃的结冰状态；详细地，常态观测传感器11包括相变电阻传感器和光耦合传感器，主动降温传感器12包括相变电阻传感器、光耦合传感器和制冷装置。相变电阻传感器，通过结冰相变引起的电阻变化及相变热输出结冰信号，具体地，水结冰时(固液相变)电阻率会发生变化(本质为电阻传感器，利用了相变电阻变化的特性)，水结冰后，折射率反射率会发生改变从而检测结冰状态，光耦合传感器通过结冰导致的反射率、折射率的变化输出结冰信号。主动降温传感器12除相变电阻传感器和光耦合传感器外还包括一套制冷装置，制冷装置可以精确控制检测器内液体(水)的温度比环境温度低X℃度，从而获得环境温度再降低X℃会不会发生结冰的信息，例如制冷装置运行使主动降温传感器12的实际温度比环境低0.5℃-3℃，所以可以观测到比环境温度低0.5℃-3℃时的结冰状态，以便于实现提前0.5℃-3℃度温度差发出结冰预警。

测量单元10与处理单元20、处理单元20与数据存储单元、处理单元20与监控终端40均通过数据传输单元相连；测量单元10与处理单元20、处理单元20与数据存储单元、处理单元20与监控终端40之间的数据交互均通过数据传输单元实现，具体地，数据传输单元包括：光纤网络单元和4G/5G网络单元；数据储存单元包括：固态存储器31，固态存储器31通过光纤网络单元与处理单元20连接，用于接收处理单元20的数据，测量单元10采集的数据和处理单元20输出的数据通过光纤传输至放置在机场内的本地固态储存器进行储存；云数据服务器32，云数据服务器32通过4G/5G网络单元与处理单元20连接，用于备份处理单元20的数据。

监控终端40包括：监视器41、管理端、移动监控终端40；处理单元20通过光纤网络单元与监视器41、管理端相连；处理单元20通过4G/5G网络单元与移动监控端相连。通过监视器41可以实时检测机场跑道的结冰信息，保证机场安全运行，通过移动监控终端40，还能够实现远程监视和数据共享功能，以便除机场管理人员外，普通乘客也可以实时获取机场跑道的结冰预警信息。通过管理端对处理单元20的算法、预

测量单元10、处理单元20、固态存储器31分别与机场跑道供电线路相连；机场跑道供电线路包括机场跑道边灯、中线灯供电电缆，用于供电。还包括电池模组，分别与测量单元10、处理单元20、固态存储器31、机场跑道供电线路电连接，用于备用供电并在机场跑道供电线路供电时充电；电池模组配备有防过充系统。当跑道边灯、中线灯供电正常可对铅酸电池模组充电；当跑道边灯、中线灯供电出现故障时，由铅酸电池模组为测量单元10、处理单元20、本地固态存储器31提供电力。铅酸电池模组配有防过充系统。

常态观测传感器11、主动降温传感器12安装在机场跑道路肩0.5米处，以利于获取与机场跑道尽量接近的结冰状态信息，常态观测传感器11每隔65～85平行设置于跑道，以通过在机场跑道的多个点获取机场跑道的结冰信息，实现获取整个机场跑道的更加全面的数据，并监视整个机场跑道的结冰信息，以减少由于局部区域温度过低，导致结冰信息遗漏情况的发生概率，主动降温传感器12设置在跑道两端和跑道中间，以利于提前0.5℃-3℃报警，提高机场跑道运行的安全性。

在一个具体的实施例中，平行于跑道每隔75m埋设一组常态观测传感器11，可以采集温度、湿度和结冰状态等数据。在跑道两端与中间距跑道路肩0.5m处分别埋设一组主动降温传感器12，降温条件设定为低于环境2.5℃，可以采集温度低于环境2.5℃时的结冰状态数据。传感器的电源线埋设在地面以下并接在机场跑道边灯供电电缆上，配备铅酸电池模组作为应急备用电源。每个传感器采集的数据可通过埋设的光纤网络传输至数据处理单元20。数据处理单元20汇总从气象中心获取的大气压，温度，湿度，风速，空气颗粒物浓度，温度变化趋势(一阶导数，二阶导数，主要用于预测温度变化趋势)等数据和传感器所采集的数据通过预设逻辑每秒进行一次运算，计算出当前状态机场道面结冰的概率。

在一个具体的实施例中，测量单元10还能够采集的道面盐分、气压、风速、地理纬度、光照、降水、空气湿度、温度变化梯度等参数，并传输到处理单元20，处理单元20内置的结冰预警模型，通过结冰预警模型结合道面盐分、气压、风速、地理纬度、光照、降水、空气湿度、温度变化梯度等参数判断出道面结冰概率，如概率大于设定的阈值则输出报警信号。不同的机场地理环境不尽相同，因此所述的内置的结冰预警模型也并非一成不变。在系统运行过程中，结冰预警模型会结合预警结果和实际结冰数据进行自我训练和优化，逐步提高预警的准确性并最终实现完全预警。

监控终端40还包括：若干警示灯，警示灯具有蓝、黄、橙、红四种颜色，每种颜色对应不同的警示界别；警示灯与处理单元20电连接，处理单元20根据生成的预警信号控制警示灯显示对应的颜色。

具体地，蓝、黄、橙、红四个警告级别。蓝色预警，空气或道面温度低于4℃，提示进入冬季运行模式；黄色预警，空气或道面温度接近0℃，预防性警告，提示存在结冰危险；橙色预警，提示温度继续下降2℃后，跑道可能出现黑冰；红色预警，提示温度继续下降0.2℃，进入结冰状态，为临界警告。结冰报警信号通过光纤网络传输至机场内监视器41和管理端，通过4G/5G网络传输至移动监控端。在接收到橙色、红色警告发出后，机场应立刻采取防冰措施，对重点区域进行防冰作业。数据中心所有采集的数据和运算结果通过光纤网络发送至本地固态储存器进行储存，通过4G/5G网络发送至云数据服务器32进行备份。报警信号通过光纤网络传输至机场内监视器41和管理端，通过4G/5G网络传输至移动监控端。数据处理单元20会将预测结果与实际结冰状况进行对比验证，自行学习并优化运算逻辑，逐步提高预警准确度。管理员可以通过管理端查看并更改处理单元20的运算逻辑参数，对结冰预警系统的自学习过程进行干涉和修正。

处理单元20设有485串口和232串口，以通过485串口或232串口实现数据的传输。

检测单元还包括：光耦合器，每个常态观测传感器11、主动降温传感器12均对应设置一个光耦合器，以确保电磁兼容性。

本实用新型的有益效果如下：可在高于冰点0.5℃-3℃发出结冰预警，为机场应对道面结冰赢得准备及处理时间，提高机场冬季运行保障水平，增强机场运行安全性，降低机场运行成本。

在本实用新型中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于物联网的机场道面结冰预警系统，其特征在于，包括：

测量单元、处理单元、数据储存单元、监控终端；

所述测量单元设置在机场跑道上，用于检测机场跑道的环境参数，所述测量单元与所述处理单元相连；

所述处理单元还分别与所述数据储存单元、所述监控终端相连，所述处理单元用于生成预警数据并传输至所述数据储存单元和所述监控终端；

测量单元包括：若干常态观测传感器，用于实时采集机场道面结冰状态数据；若干主动降温传感器，采集比道面实际温度低0.5℃-3℃的结冰状态；常态观测传感器包括相变电阻传感器和光耦合传感器，主动降温传感器包括相变电阻传感器、光耦合传感器和制冷装置；

数据储存单元包括：固态存储器，固态存储器通过光纤网络单元与处理单元连接，用于接收处理单元的数据，测量单元采集的数据和处理单元输出的数据通过光纤传输至放置在机场内的本地固态储存器进行储存；

监控终端包括：监视器、管理端、移动监控终端；处理单元通过光纤网络单元与监视器、管理端相连；处理单元通过4G/5G网络单元与移动监控端相连。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的机场道面结冰预警系统，其特征在于，

所述测量单元与所述处理单元、所述处理单元与所述数据储存单元、所述处理单元与所述监控终端均通过数据传输单元相连；

数据传输单元包括：光纤网络单元和4G/5G网络单元；

所述数据储存单元包括：

云数据服务器，所述云数据服务器通过所述4G/5G网络单元与所述处理单元连接，用于备份所述处理单元的数据。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的机场道面结冰预警系统，其特征在于：

所述测量单元、所述处理单元、所述固态存储器分别与机场跑道供电线路相连；

所述机场跑道供电线路包括机场跑道边灯、中线灯供电电缆，用于供电。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的机场道面结冰预警系统，其特征在于：

还包括电池模组，分别与所述测量单元、所述处理单元、所述固态存储器、所述机场跑道供电线路电连接，用于备用供电并在所述机场跑道供电线路供电时充电；

所述电池模组配备有防过充系统。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的机场道面结冰预警系统，其特征在于，

所述常态观测传感器、所述主动降温传感器安装在机场跑道路肩0.5米处；

所述常态观测传感器每隔65～85平行设置于跑道，所述主动降温传感器设置在跑道两端和跑道中间。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的机场道面结冰预警系统，其特征在于，所述监控终端还包括：

若干警示灯，所述警示灯具有蓝、黄、橙、红四种颜色，每种颜色对应不同的警示界别；

所述警示灯与所述处理单元电连接，所述处理单元根据生成的预警信号控制所述警示灯显示对应的颜色。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的机场道面结冰预警系统，其特征在于：

所述处理单元设有485串口和232串口。

8.根据权利要求5所述的基于物联网的机场道面结冰预警系统，其特征在于，所述测量单元还包括：

光耦合器，每个所述常态观测传感器、所述主动降温传感器均对应设置一个所述光耦合器。