CN113838312A - 一种机场道面安全预警方法、***、介质及终端 - Google Patents

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CN113838312A CN202111108282.3A CN202111108282A CN113838312A CN 113838312 A CN113838312 A CN 113838312A CN 202111108282 A CN202111108282 A CN 202111108282A CN 113838312 A CN113838312 A CN 113838312A
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Abstract

本发明提供一种机场道面安全预警方法、***、介质及终端，所述方法包括：采集机场道面的水膜厚度实测数据和铺面板的振动数据；基于所述水膜厚度实测数据结合映射算法计算获取机场道面的全域水膜厚度预估数据；基于所述振动数据获取机场道面脱空状态数据；基于所述全域水膜厚度预估数据和所述机场道面脱空状态数据进行安全预警。本发明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，为跑道运行、维护等提供辅助决策信息，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。

Description

一种机场道面安全预警方法、***、介质及终端
技术领域
本发明涉及道路工程领域，特别是涉及一种机场道面安全预警方法、***、介质及终端。
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，准确检测和识别道面湿滑及脱空状态，并进行安全评估与风险预警，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。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种机场道面安全预警方法、***、介质及终端，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，本发明的第一方面提供一种机场道面安全预警方法，包括：采集机场道面的水膜厚度实测数据和铺面板的振动数据；基于所述水膜厚度实测数据结合映射算法计算获取机场道面的全域水膜厚度预估数据；基于所述振动数据获取机场道面脱空状态数据；基于所述全域水膜厚度预估数据和所述机场道面脱空状态数据进行安全预警。
于本发明的第一方面的一些实施例中，所述全域水膜厚度预估数据的获取方式包括：基于所述水膜厚度实测数据构建浅水方程；基于有限体积法对所述浅水方程求解获取全域水膜厚度计算值；基于梯度下降法对所述全域水膜厚度计算值进行修正以获取所述全域水膜厚度预估数据。
于本发明的第一方面的一些实施例中，所述机场道面脱空状态数据的获取方式包括：对所述振动数据进行降噪预处理；从预处理后的振动数据中获得短时过零率，其中所述振动数据通过各监测节点的分布式光纤获取；将各监测节点的所述短时过零率组合获取过零率分布；基于所述过零率分布的峰值，提取经过飞机轮胎下方的分布式监测节点以获取其行驶轮迹数据；基于所述行驶轮迹数据，采用加权频率计算获取所述机场道面脱空状态数据。
于本发明的第一方面的一些实施例中，所述浅水方程包括：
Figure BDA0003273297380000021
其中，h表示水膜厚度；u和v分别表示水流速度沿x和y方向的分量；qr表示降雨强度；g表示重力加速度；S0表示底坡源项，S0,x和S0,y分别表示其沿x和y方向的分量；Sf表示摩擦源项，Sf,x和Sf,y分别表示其沿x和y方向的分量。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明的第二方面提供一种机场道面安全预警***，包括：数据采集模块，用于采集机场道面的水膜厚度实测数据和铺面板的振动数据；分析计算模块，基于所述水膜厚度实测数据结合映射算法计算获取机场道面的全域水膜厚度预估数据；基于所述振动数据获取机场道面脱空状态数据；安全预警模块，基于所述全域水膜厚度预估数据和所述机场道面脱空状态数据进行安全预警。
于本发明的第二方面的一些实施例中，所述数据采集模块包括：遥感式水膜厚度传感器，用于采集机场道面的所述水膜厚度实测数据；分布式光纤，用于采集所述铺面板的振动数据。
于本发明的第二方面的一些实施例中，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。
于本发明的第二方面的一些实施例中，所述***包括：基于所述Z字型斜向布设或纵向布设的光纤圈获取的所述振动数据，实时获取飞机机型信息和飞机行驶轮迹信息。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明的第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述机场道面安全预警方法。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明的第四方面提供一种电子终端，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行所述机场道面安全预警方法。
本发明提出的一种机场道面安全预警方法、***、介质及终端，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显示为本发明一实施例中一种机场道面安全预警方法流程示意图。
图2显示为本发明一实施例中一种机场道面安全预警***结构示意图。
图3显示为本发明一实施例中一种分布式光纤的缠圈示意图。
图4显示为本发明一实施例中一种机场道面安全预警***的布设示意图。
图5显示为本发明一实施例中一种基于有限体积法求解迭代水膜厚度的计算过程示意图。
图6显示为本发明一实施例中一种水膜厚度的模型计算值与实测值的对比示意图。
图7显示为本发明一实施例中一种机场道面安全预警***的结构示意图。
图8显示为本发明一实施例中一种电子终端的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本发明的若干实施例。应当理解，还可使用其它实施例，并且可以在不背离本发明的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本发明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，而并非旨在限制本发明。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。
在本发明中，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发明中的具体含义。
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方法、***、介质及终端，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。
为了使本发明的目的、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，对本发明实施例中的技术方案进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提出一种机场道面安全预警方法流程示意图，其包括步骤如下：
步骤S11.采集机场道面的水膜厚度实测数据和铺面板的振动数据。在一些示例中，采用遥感式水膜厚度传感器，实时监测获取道面的水膜厚度数据与冰雪状态数据。其中，冰雪状态数据可结合道面的温湿度数据判断获取。
在一些示例中，可通过布设于机场跑道的分布式光纤(振动光纤)采集铺面板的振动数据，分布式光纤易弯曲、体积小、耐腐蚀且抗电磁干扰，尤其适用于长距离、大范围地获取机场道面的振动信息。
在本实施例较佳的实施方式中，所述水膜厚度传感器采用红外激光传感器。在一些示例中，所述水膜厚度传感器的布设方式包括：根据施工设计图结合现场道面分块，确定传感器安装位置；在基层顶面刻槽(例如，槽宽30mm，槽深20mm)，传感器线缆用MPP管封装保护后埋入槽中，并用水泥混凝土填充空隙，最终接入主缆；摊铺沥青混凝土，在整体摊铺完成后，在布设点位设置易折杆，用膨胀螺栓固定；将遥感式水膜厚度传感器固定于易折杆上，调整传感器的位置及角度(例如，加上传感器后的整体高度不超过40cm；再例如，传感器安装高度保持在30—40cm)；接入电缆对传感器供电并进行调试。
在本实施例较佳的实施方式中，所述分布式光纤的布设方式包括：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；利用otdr(optical time-domainreflectometer，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)；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。
步骤S12.基于所述水膜厚度实测数据结合映射算法计算获取机场道面的全域水膜厚度预估数据；基于所述振动数据获取机场道面脱空状态数据。
在本实施例较佳的实施方式中，全域水膜厚度预估数据的获取方式包括：基于所述水膜厚度实测数据构建浅水方程。
具体的，所述浅水方程包括：
Figure BDA0003273297380000051
其中，h表示水膜厚度，单位为m；u和v分别表示水流速度沿x和y方向的分量，单位为m/s；qr表示降雨强度，单位为m/s；g表示重力加速度，单位为m/s2；S0表示底坡源项，S0,x和S0,y分别表示其沿x和y方向的分量；Sf表示摩擦源项，Sf,x和Sf,y分别表示其沿x和y方向的分量。
分别基于道面的高程数据计算获取底坡源项，基于曼宁公式计算获取摩擦源项：
Figure BDA0003273297380000061
Figure BDA0003273297380000062
Figure BDA0003273297380000063
Figure BDA0003273297380000064
其中，z表示道面高程，nc表示曼宁系数。
进一步地，基于有限体积法对所述浅水方程求解获取全域水膜厚度计算值；基于梯度下降法对所述全域水膜厚度计算值进行修正以获取所述全域水膜厚度预估数据。基于所述全域水膜厚度预估数据可实时评价降水条件下轮迹带处的道面湿滑状态和安全风险，为飞机起降的安全评估与风险预警提供信息支撑。
在本实施例较佳的实施方式中，所述机场道面脱空状态数据的获取方式可表述如下：
首先，进行信号与处理，具体的，对所述振动数据进行降噪预处理，例如采用平稳小波降噪方法对采集到的信号进行降噪处理。
然后，进行飞机行驶轮迹识别，在判断道面板(铺面板)底脱空情况前，需要判断飞机行驶位置，以排除飞机本身振型影响，获得板自由振动区域。具体的，从预处理后的振动数据中获得短时过零率，其中所述振动数据通过各监测节点的分布式光纤获取；将各监测节点的所述短时过零率组合获取过零率分布；基于所述过零率分布的峰值，提取经过轮胎下方的分布式监测节点以获取其行驶轮迹数据。
最后，进行道路脱空情况的分析计算。具体的，基于所述行驶轮迹数据，采用加权频率计算获取所述机场道面脱空状态数据。基于振动数据对脱空状态进行判断的基本原理表述如下：脱空会导致铺面结构的支承条件发生改变，从而导致结构的模态参数发生变化，因此，基于所获取的振动数据获取铺面板结构的模态参数，从而可判断其脱空状态。
在本实施例较佳的实施方式中，利用振动感知***采集铺面板各区域的振动特性，通过频谱分析技术提取敏感频段(通过道面板足尺实验验证频段20～150Hz上的加权频率对脱空具有较高的敏感性)的加权频率，以加权频率变化量(Δfw)为监测指标，监测该区域的脱空状况，从而实现整块铺面板脱空状况的定性、定位以及定量识别。
具体的，采用“加权频率”表征频谱在某一频段内的分布形态，其定义式如下：
Figure BDA0003273297380000071
其中，S(f)表示频率f对应的幅值；ft表示该频段的上限；fk表示该频段的下限。
加权频率变化量Δfwi作为监测指标以表征脱空状况，表达式如下：
Δfwi＝fwi-fw0；
其中，Δfwi表示工况i的加权频率变化量；fwi表示工况i的加权频率；fw0表示无脱空时的加权频率(道面新建完成时的加权频率)。
进一步地，结合《民用机场道面评价管理技术规范》(MH-T 5024-2009)，当加权频率变化量Δfwi大于35时，则铺面板底存在脱空。
步骤S13.基于所述全域水膜厚度预估数据和所述机场道面脱空状态数据进行安全预警。在一些示例中，基于所述全域水膜厚度预估数据(水膜厚度、水膜范围、水膜结冰度等)对机场道面各个区域进行湿滑风险等级判别，基于风险判别结果向航空器提供安全预警，为其合理规划行驶路线，并向相关人员(机场管理人员、道路维护人员等)发送提示信息。
在一些示例中，基于所述机场道面脱空状态数据对机场道面各个区域进行道面性能评价，其中，道路性能与脱空位置(中间路段较边缘路段对道面性能影响更大)和脱空范围相关；基于道面性能评价结果向航空器提供安全预警，为其合理规划行驶路线，向相关人员发送提示信息。
进一步地，基于所述机场道面脱空状态数据获取道面板脱空率的演化曲线，基于所述演化曲线指定相应的道路维护保养计划，改善工作质量和效率。
在本实施例较佳的实施方式中，将分布式光纤的实测数据、道面板脱空率的演化曲线、铺面板底脱空状态的变化信息、水膜厚度传感器的实测数据、水膜厚度变化信息、各个区域的湿滑风险等级、各个区域的道路性能评价结果等信息展示在后台***中，并实时更新监测数据。
进一步地，基于所述全域水膜厚度预估数据和所述机场道面脱空状态数据进行判断，当水膜厚度和/或脱空状况超过安全阈值时，后台***实时预警，并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。所述***也可以自定义设置监测值的报警阈值，当监测值超出报警阈值后可弹窗提示预警信息。在所述***中点击每个监测点可以查看实时数据，所有监测点的实时数据可以以列表方式展示出来。
在一些实施方式中，所述方法可应用于控制器，所述电控单元例如为ARM(Advanced RISC Machines)控制器、FPGA(Field Programmable Gate Array)控制器、SoC(System on Chip)控制器、DSP(Digital Signal Processing)控制器、或者MCU(Microcontroller Unit)控制器等等。在一些实施方式中，所述方法也可应用于包括存储器、存储控制器、一个或多个处理单元(CPU)、外设接口、RF电路、音频电路、扬声器、麦克风、输入/输出(I/O)子***、显示屏、其它输出或控制设备，以及外部端口等组件的计算机；所述计算机包括但不限于如台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、智能电视、个人数字助理(Personal Digital Assistant，简称PDA)等个人电脑。在另一些实施方式中，所述方法还可应用于服务器，所述服务器可以根据功能、负载等多种因素布置在一个或多个实体服务器上，也可以由分布的或集中的服务器集群构成。
实施例二
如图2所示，本发明实施例提出一种机场道面安全预警***(跑道协同预警***)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***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，基于计算获取的全域水膜厚度预估数据对机场道面各个区域进行湿滑风险等级判别，基于计算获取的机场道面脱空状态数据对对机场道面各个区域进行道面性能评价；预警模块，当水膜厚度和/或脱空状况超过安全阈值时，实时预警，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，可采用声、光、电、文字等方式进行预警；***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。
如图3所示，本实施例给出一种分布式光纤的缠圈示意图，***的前端采用分布式光纤(传感光纤、振动传感光纤)在混凝土道面板以及沥青跑道内采用线圈的方式进行布设。例如，以4m为一个单元将光纤进行缠绕制成光纤圈，每个光纤圈直径25cm，共四圈，光纤总长度不超过5km，光纤最大损耗为1dB/km。***的后端采用解调仪，通过分布式地采集铺面板各区域的振动频谱特征，经过解调分析，识别各区域脱空状况，实现脱空的定位识别。
在一些示例中，将传感光纤埋入道面内部，测量飞机激励下道面振动状态。振动光纤布设以及监测断面位于机场跑道一端400米、500m米以及滑行道处，覆盖飞机主要起降区域以及滑行区域等重点监测段。
如图4所示，本发明实施例给出一种机场道面安全预警***的布设示意图，其中，光纤圈41在水泥道面单块板内采用Z字型斜向布设，水膜厚度传感器42在布设点固定于易折杆，后台43接收光纤圈的振动数据和水膜厚度传感器采集的数据，并进行分析计算，不仅可监测道面湿滑状态、道面结构状态(脱空状态)，也可兼顾机型测量和飞机轨迹测量。本实施方式下飞机行驶轨迹识别效果较好，其定位误差多在0.1m～0.8m之间，最大定位误差为1.4m，定位误差总体平均为0.3670m，***具有较好的定位精度。
进一步地，对机场道面脱空情况进行分析计算。具体的，选取两日轨迹、速度近似的飞机经过断面导致的振动信号进行板底脱空识别，所用到的采集点包括12个板角、8个板和4个板中，共24个测点，各测点两日所测特征频率(加权频率测量值)如表1所示。经计算，加权频率变化量不满足脱空条件，因此判断本示例的机场道面状况健康。
表1 各测点的加权频率测量值
Figure BDA0003273297380000091
在本实施例较佳的实施方式中，采用水膜厚度传感器实时采集获取水膜厚度实测数据，基于浅水方程，对跑道全域的水膜厚度进行预估，采用有限体积法对方程进行求解，并采用梯度下降法对计算值进行修正，从而获取机场道面的全域水膜厚度预估数据。图5给出基于有限体积法求解迭代水膜厚度的计算过程示意图，图6给出模型计算值与实测值的对比示意图。计算结果表明，模型计算值与实测值吻合度高，两者的平均误差小于0.3mm，预估结果可较为精确地计算跑道内部的水膜厚度值。
综上所述，本实施例实现对水膜厚度、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，可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。
实施例三
如图7所示，本发明实施例提出一种机场道面安全预警***的结构示意图，其包括：数据采集模块71，用于采集机场道面的水膜厚度实测数据和铺面板的振动数据；分析计算模块72，基于所述水膜厚度实测数据结合映射算法计算获取机场道面的全域水膜厚度预估数据；基于所述振动数据获取机场道面脱空状态数据；安全预警模块73，基于所述全域水膜厚度预估数据和所述机场道面脱空状态数据进行安全预警。
在本实施例较佳的实施方式中，所述数据采集模块71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，用于采集铺面板的振动数据。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。
进一步地，基于所述Z字型斜向布设或纵向布设的光纤圈获取的所述振动数据，实时获取飞机机型信息和飞机轨迹信息。具体的，从振动数据中获得短时过零率，其中所述振动数据通过各监测节点的分布式光纤获取；将各监测节点的所述短时过零率组合获取过零率分布；基于所述过零率分布的峰值，提取经过轮胎下方的分布式监测节点以获取飞机机型信息和飞机轨迹信息。
在一些示例中，所述分析计算模块包括解调仪，通过分布式地采集铺面板各区域的振动频谱特征，经过解调***分析，可识别各区域脱空状况，实现脱空的定位识别。
需要说明的是，本实施例提供的模块与上文中提供的方法、实施方式类似，故不再赘述。另外需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，安全预警模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上安全预警模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：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(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，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，这些模块可以集成在一起，以片上***(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
实施例四
本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权所述机场道面安全预警方法。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
实施例五
如图8所示，本发明实施例提供一种电子终端的结构示意图。本实施例提供的电子终端，包括：处理器81、存储器82、通信器83；存储器82通过***总线与处理器81和通信器83连接并完成相互间的通信，存储器82用于存储计算机程序，通信器83用于和其它设备进行通信，处理器81用于运行计算机程序，使电子终端执行如上所述机场道面安全预警方法的各个步骤。
上述提到的***总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称EISA)总线等。该***总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信接口用于实现数据库访问装置与其它设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信。存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
综上所述，本发明提供一种机场道面安全预警方法、***、介质及终端，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，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，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发明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，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种机场道面安全预警方法，其特征在于，包括：
采集机场道面的水膜厚度实测数据和铺面板的振动数据；
基于所述水膜厚度实测数据结合映射算法计算获取机场道面的全域水膜厚度预估数据；基于所述振动数据获取机场道面脱空状态数据；
基于所述全域水膜厚度预估数据和所述机场道面脱空状态数据进行安全预警。
2.根据权利要求1所述的机场道面安全预警方法，其特征在于，所述全域水膜厚度预估数据的获取方式包括：
基于所述水膜厚度实测数据构建浅水方程；
基于有限体积法对所述浅水方程求解获取全域水膜厚度计算值；
基于梯度下降法对所述全域水膜厚度计算值进行修正以获取所述全域水膜厚度预估数据。
3.根据权利要求1所述的机场道面安全预警方法，其特征在于，所述机场道面脱空状态数据的获取方式包括：
对所述振动数据进行降噪预处理；
从预处理后的振动数据中获得短时过零率，其中所述振动数据通过各监测节点的分布式光纤获取；
将各监测节点的所述短时过零率组合获取过零率分布；
基于所述过零率分布的峰值，提取经过飞机轮胎下方的分布式监测节点以获取其行驶轮迹数据；
基于所述行驶轮迹数据，采用加权频率计算获取所述机场道面脱空状态数据。
4.根据权利要求2所述的机场道面安全预警方法，其特征在于，所述浅水方程包括：
Figure FDA0003273297370000011
其中，h表示水膜厚度；u和v分别表示水流速度沿x和y方向的分量；qr表示降雨强度；g表示重力加速度；S0表示底坡源项，S0,x和S0,y分别表示其沿x和y方向的分量；Sf表示摩擦源项，Sf,x和Sf,y分别表示其沿x和y方向的分量。
5.一种机场道面安全预警***，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于采集机场道面的水膜厚度实测数据和铺面板的振动数据；
分析计算模块，基于所述水膜厚度实测数据结合映射算法计算获取机场道面的全域水膜厚度预估数据；基于所述振动数据获取机场道面脱空状态数据；
安全预警模块，基于所述全域水膜厚度预估数据和所述机场道面脱空状态数据进行安全预警。
6.根据权利要求5所述的机场道面安全预警***，其特征在于，所述数据采集模块包括：
遥感式水膜厚度传感器，用于采集机场道面的所述水膜厚度实测数据；
分布式光纤，用于采集所述铺面板的振动数据。
7.根据权利要求6所述的机场道面安全预警***，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；
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。
8.根据权利要求7所述的机场道面安全预警***，其特征在于，包括：
基于所述Z字型斜向布设或纵向布设的光纤圈获取的所述振动数据，实时获取飞机机型信息和飞机行驶轮迹信息。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述机场道面安全预警方法。
10.一种电子终端，其特征在于，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如权利要求1至4中任一项所述机场道面安全预警方法。
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