一种起降带道面剩余寿命计算评价系统及方法

本发明属于机场工程，尤其是涉及一种起降带道面剩余寿命计算评价系统及方法。

背景技术：

1、机场跑道作为民航运输安全的关键组成部分，其结构寿命是道面承载性能量化评价的重要指标，也是机场保障运行安全、进行道面维修维护、道面盖被、飞行区改扩建等工作的重要决策依据。为了确保跑道的安全和可靠运营，机场管理部门通常依赖于机场跑道寿命预测系统，以便及时进行维护和修复。

2、目前，机场水泥混凝土跑道常用的机场跑道寿命预测方法有两种：美国faa提出的基于累积损伤原理开发的faarfield软件计算法和我国《民用机场道面评价管理技术规范》(mht5024-2009)中规定的力学-经验法。其中我国民航采用的力学-经验法由于采用了“评价机型”进行当量作用次数换算，其对同一工况跑道的寿命计算结果随着评价机型的变化而变化，上述方法的问题在于：未考虑轮迹和轮载应力在跑道二维平面上的分布，导致现有的机场跑道寿命预测系统通常受限于确定性模型，难以充分考虑不同航班体量机场之间的差异性，导致维护决策可能不准确。

3、目前机场跑道寿命预测过程中主要通过重锤式弯沉仪(hwd)进行道面冲击加载试验。上述方法的问题在于：虽然hwd测试范围相对较广，但hwd测试通常需要较长的时间来完成，同时进行hwd测试需要专用的硬度测试设备，这些设备可能较昂贵且需要受过培训的操作人员来执行测试。这增加了测试的成本和复杂性。在进行hwd测试之前，跑道表面通常需要进行充分的准备，以确保测试结果的准确性。这可能需要额外的步骤和时间。因此，需要开展进一步研究，提高跑道结构健康监测能力，实现机场管理的信息化。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种起降带道面剩余寿命计算评价系统及方法，以现有评价系统及方法测试时间长，准备复杂，监测能力不佳的问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、第一方面

4、本发明提供了一种起降带道面剩余寿命计算评价系统，包括：

5、多个位移传感器；其中，从跑道末端开始每三块道面板为一组，每组道面板内中间道面板的中部位分别设置一个位移传感器；

6、工控机；用于接收及处理位移传感器采集的数据；

7、数据存储模块；用于与工控机连接以存储数据；

8、后台服务器；用于与工控机进行数据交换。

9、进一步的，所述系统还包括用于后台服务器与工控机之间数据交换的无线通信模块。

10、进一步的，所述系统还包括用于为位移传感器、无线通信模块、数据存储模块、以及工控机供电的电源。

11、进一步的，所述后台服务器包括：

12、航班进出港信息抓取模块；用于获取航班进出港信息数据、以及位移传感器上传的位移数据，并存储到数据库中；

13、跑道结构寿命指数计算模块；用于获取数据库内记录的数据，并根据所述数据库内记录的数据，计算跑道评价期内累计当量作用架次下跑道结构寿命指数；

14、跑道结构寿命预警模块；用于根据所述跑道结构寿命指数，判断跑道健康状况是否正常，并根据判断结果生成预警信息；

15、跑道结构寿命值计算模块；用于获取数据库内记录的数据，并根据所述数据库内记录的数据计算跑道结构寿命值；

16、跑道结构寿命状况评价模块；用于获取所述跑道结构寿命值、以及所述预警信息，并根据所述跑道结构寿命值或所述预警信息生成跑道结构寿命状况分析报告。

17、第二方面

18、本发明还提供了一种起降带道面剩余寿命计算评价方法，包括：

19、系统启动并自检后，等待用户指令；

20、接收所述用户指令，并根据所述用户指令进行机场跑道道面剩余寿命计算评价；

21、将位移传感器采集的位移数据与航班进出港信息数据中的航班起降信息进行时刻匹配，确定各个机型对应的跑道测得竖向变形量yi和起降质量mi；

22、获取机场跑道的各结构层参数，并根据所述机场跑道的各结构层参数，计算得到各个机型在标准荷载情况下的跑道理论竖向变形量ys；

23、指定评价机型，并根据所述各个机型对应的跑道测得竖向变形量yi、以及跑道理论竖向变形量ys，计算得到评价机型作用下的当量作用架次ns；

24、根据所述当量作用架次ns，计算得到跑道寿命指数ε(i,j)；

25、利用所述跑道寿命指数ε(i,j)与无量纲常数1进行比较以判断道面区域剩余寿命是否正常，并得到判断结果；其中，如果所述跑道寿命指数ε(i,j)大于或等于无量纲常数1，则表示道面区域剩余寿命不正常，否则表示道面区域剩余寿命正常；

26、当所述判断结果为不正常时，则发出预警信息后保存报警日志，并根据所述预警信息和报警日志生成跑道结构寿命状况分析报告；

27、当所述判断结果为正常时，则计算得到跑道结构寿命值y，并根据所述跑道结构寿命值生成跑道结构寿命状况分析报告；其中，跑道结构寿命值y的计算公式如下：

28、

29、式中，yt为当前评价期年限；n为当前评价期内飞机种类数；εk为当前评价期内k类飞机架次；nk为第k类飞机换算后的当量作用架次。

30、进一步的，所述系统启动并自检后，等待用户指令，包括：

31、工控机开始自检，并检测与位移传感器、数据存储模块、以及后台服务器是否通信正常；

32、在工控机的控制下，将位移传感器采集跑道的位移数据上传至工控机并存储在数据存储模块内；

33、在后台服务器的控制下，通过航信系统抓取航班起降信息，并将所述位移数据和所述航班起降信息存储于数据库中。

34、进一步的，所述将位移传感器采集的位移数据与航班进出港信息数据中的航班起降信息进行时刻匹配，确定各个机型对应的跑道测得竖向变形量yi和起降质量mi，包括：

35、获取位移传感器上传的位移数据，并对所述位移数据进行去噪处理，以得到跑道形变最大位置的跑道测得竖向变形量yi；

36、获取航班进出港信息数据，并将所述航班进出港信息数据中的航班起降信息与所述竖向变形量yi进行时刻匹配，得到当前作用的各个机型信息、以及各个机型对应的起降质量mi。

37、进一步的，所述获取机场跑道的各结构层参数，并根据所述机场跑道的各结构层参数，计算得到各个机型在标准荷载情况下的跑道理论竖向变形量ys，包括：

38、基于经典winkler弹性地基模型，考虑横向主起落架荷载p和轴向温度力t时道面变形控制微分方程为：

39、

40、式中：ei为抗弯刚度；k为土基反应模量；δ(x)为狄拉克δ函数；

41、根据实地检测或实验室试验所得的跑道各结构层参数，并利用初参数法求解上式计算标准荷载作用下道面变形量ys，公式如下：

42、

43、其中，hi(i＝1，2，3，4)为广义krylov函数，具体公式如下：

44、

45、上式中，β为特征系数，量纲为1/长度，其表达式如下：

46、

47、α为无量纲参数，其表达式如下：

48、

49、其中，y0，θ0，m0，q0为o点的初始参数，即挠度，转角，弯矩及剪力，θ0＝0和q0＝-4.9mi，y0和m0根据如下公式计算：

50、

51、

52、进一步的，所述指定评价机型，并根据所述各个机型对应的跑道测得竖向变形量yi、以及跑道理论竖向变形量ys，计算得到评价机型作用下的当量作用架次ns，包括：

53、指定评价机型，并获取评价机型主起落架的轮胎数量a、以及待换算机型主起落架的轮胎数量b；

54、获取待换算机型对应的跑道测得竖向变形量yi、以及跑道理论竖向变形量ys；

55、计算评价机型作用下的当量作用架次ns，公式如下：

56、

57、进一步的，所述根据所述当量作用架次ns，计算得到跑道寿命指数ε(i,j)，包括：

58、获取所述当量作用架次ns，并计算跑道寿命指数ε(i,j)，公式如下：

59、

60、式中，ni为第i架次评价机型待换算的当量作用架次；nt为当前评价期内机场道面所允许的评价机型最高起降架次；

61、其中，fj为道面区域j受到飞机起降荷载作用概率值，公式如下：

62、fj＝∫∫jf(p,q)dσ；

63、

64、式中，fp为跑道区域横向飞机起降荷载作用概率计算函数；fq为跑道区域纵向上飞机起降荷载作用概率计算函数；w为跑道区域宽度；l为跑道区域长度。

65、相对于现有技术，本发明所述的一种起降带道面剩余寿命计算评价系统及方法具有以下优势：

66、(1)本发明所述的一种起降带道面剩余寿命计算评价系统及方法，具有计算便捷、可靠性高、应用成本低的优点，可实现对跑道结构寿命的自动检测，并生成跑道结构寿命状况分析报告，以便于为机场管理者提供了更多的信息，有助于机场管理者制定更明智的决策，优化维护计划和预算分配。

67、(2)本发明所述的本发明所述的一种起降带道面剩余寿命计算评价系统及方法，通过采集大量的跑道结构寿命数据，并考虑了飞机起降的概率架次，可利用飞机实际作用荷载机型对跑道结构寿命状况展开即时评价，能根据不同机场航班量分别计算。同时，通过利用机场跑道道面理论和实测位移值结合飞机质量信息可以快速求解，大大提高了运算速度，形成了实时预警能力，有利于及时发现和解决问题，从而减少了维护和修复的成本，延长了跑道的使用寿命并节省资金，避免频繁的重建或翻修。