DE102022104300A1

DE102022104300A1 - Method for assessing the condition and/or stress of a runway

Info

Publication number: DE102022104300A1
Application number: DE102022104300.2A
Authority: DE
Inventors: Mohamed Alsayed Ahmed M. Ismail
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2022-02-23
Filing date: 2022-02-23
Publication date: 2023-08-24

Abstract

Zur Erfassung eines Zustands (10) und einer Beanspruchung (11) einer Landebahn (1) werden Schwingungssensoren (2) längs der Landebahn (1) angeordnet. Schwingungen der Landebahn (1), die durch landende Flugzeuge (3) angeregt werden, werden mit den Schwingungssensoren (2) erfasst, Orten der Landebahn (1), an denen die Schwingungen durch die landenden Flugzeuge (3) angeregt wurden, zugeordnet und analysiert, um den Zustand (10) und/oder die Beanspruchung (11) der Landebahn (1) an diesen Orten der Landebahn (1) zu bestimmen. Die Orte der Landebahn (1), an denen die Schwingungen durch die landenden Flugzeuge (3) angeregt wurden, werden dabei aus zeitlichen Korrelationen der mit den einzelnen Schwingungssensoren (2) registrierten Schwingungen der Landebahn (1) und der bekannten Anordnung der Schwingungssensoren (2) längs der Landebahn (1) in Längs- und Querrichtung der Landebahn (1) bestimmt.Vibration sensors (2) are arranged along the runway (1) to detect a condition (10) and a stress (11) on a runway (1). Vibrations of the runway (1), which are excited by landing aircraft (3), are detected with the vibration sensors (2), locations of the runway (1) where the vibrations were excited by the landing aircraft (3), assigned and analyzed to determine the condition (10) and/or the stress (11) of the runway (1) at these locations on the runway (1). The locations of the runway (1) at which the vibrations were excited by the landing aircraft (3) are determined from temporal correlations of the vibrations of the runway (1) registered with the individual vibration sensors (2) and the known arrangement of the vibration sensors (2 ) along the runway (1) in the longitudinal and transverse direction of the runway (1).

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines Zustands und/oder einer Beanspruchung einer Landebahn. Insbesondere betrifft die Erfindung ein solches Verfahren mit den Schritten Anordnen von Schwingungssensoren längs der Landebahn, Erfassen von Schwingungen der Landebahn, die durch landende Flugzeuge angeregt werden, mit den Schwingungssensoren, Zuordnen der Schwingungen zu Orten der Landebahn, an denen die Schwingungen durch die landenden Flugzeuge angeregt wurden, und Analysieren der Schwingungen, um den Zustand der Landebahn an diesen Orten der Landebahn zu bestimmen.The invention relates to a method for detecting a condition and/or stress on a runway. In particular, the invention relates to such a method with the steps of arranging vibration sensors along the runway, detecting vibrations of the runway that are excited by landing aircraft with the vibration sensors, assigning the vibrations to locations on the runway at which the vibrations are caused by the landing aircraft were excited and analyzing the vibrations to determine the condition of the runway at those runway locations.

Die Erfassung des Zustands einer Landebahn ist wichtig, um die Betriebssicherheit der Landebahn sicherzustellen und um notwendig werdende Instandhaltungsmaßnahmen rechtzeitig zu planen. Durch Erfassen der Beanspruchung einer Landebahn wird zum einen die Ursache für eine Verschlechterung ihres Zustands erfasst. Zum anderen kann hieraus ein Entgelt für die Landung auf der jeweiligen Landebahn berechnet und/oder eine Qualität der Leistung des Piloten beim Landen des Flugzeugs beurteilt werden. Diese Qualität hat nicht nur Einfluss auf die Beanspruchung der Landebahn, sondern auch auf die Beanspruchung des Flugzeugs beim Landen sowie auf die Zufriedenheit der Passagiere in dem Flugzeug mit ihrem Flug.Recording the condition of a runway is important to ensure the operational safety of the runway and to plan maintenance measures in good time. On the one hand, by recording the stress on a runway, the cause of a deterioration in its condition is recorded. On the other hand, a fee for landing on the respective runway can be calculated from this and/or the quality of the pilot's performance when the aircraft is landing can be assessed. This quality affects not only the stress on the runway, but also the stress on the aircraft during landing and the satisfaction of the passengers in the aircraft with their flight.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Aus der US 2013/0030613 A1 ist ein computer-implementiertes Verfahren zum Evaluieren eines Istzustands einer Konstruktion einer Flughafenlandebahn bekannt. Ein Prozessor empfängt einen Satz von zeitlich beabstandeten Rollbahnschwingungen. Dieser Satz von zeitlich beabstandeten Rollbahnschwingungen wird mit einem Satz von Sensoren an der Flughafenrollbahn gemessen, nachdem ein landendes Flugzeug auf die Flughafenrollbahn aufsetzt. Die Sensoren können an der Seite der Flughafenrollbahn befestigt sein; sie können in die Oberfläche der Flughafenrollbahn eingebettet sein; und/oder sie können in die oder unterhalb der Flughafenrollbahn eingebettet sein. Jeder Sensor wandelt mechanische Schwingungen der Konstruktion der Flughafenrollbahn in ein analoges Schwingungsmuster, zu dem ein Satz von Frequenzkomponenten mit einer schnellen Fouriertransformation (Fast Fourier Transformation = FFT) bestimmt wird. Die Frequenzkomponenten werden zur Verwendung in zukünftigen Vergleichsoperationen digitalisiert. Die zeitlich beabstandeten Rollbahnschwingungen sind Messungen, die über einen Zeitraum, beispielsweise jede Sekunde für 10 Sekunden, von dem Satz der Sensoren aufgenommen werden. Die Messungen werden aufgenommen, wenn das landende Flugzeug nach dem Aufsetzen auf der Flughafenlandebahn abgebremst wird, d. h. wenn es sich längs der Flughafenlandebahn vom Ort des einen Sensors zum Ort des anderen Sensors bewegt. Der Analysealgorithmus erkennt, ob die Schwingungsdaten bestimmte Konstruktionszustände anzeigen, einschließlich Erosion der Deckschicht, Betonrissen, Rollbahnverschiebungen, Absplitterungen, Betonbruch usw. In einer Ausführungsform vergleicht der Analysealgorithmus den Satz der zeitlich beabstandeten Rollbahnschwingungen mit einer bekannten Reihe von zeitlich beabstandeten Rollbahnschwingungen, die zuvor für einen bekannten physikalischen Istzustand der Flughafenrollbahn aufgezeichnet wurde. Die Sensoren erkennen ein charakteristisches Schwingungsmuster, das anzeigt, dass der Pilot die Bremsen des Flugzeugs nach dem Aufsetzen betätigt. Das charakteristische Schwingungsmuster resultiert aus der Änderung an der Grenzfläche zwischen den Reifen des Flugzeugs und der Oberfläche der Rollbahn. Der Prozessor empfängt auch ein Signal von einem Flugzeugnäherungssensor, der eine Rollbahnposition des landenden Flugzeugs beim Aufsetzen anzeigt. Wenn der Satz von zeitlich beabstandeten Rollbahnschwingungen erzeugt wird, wenn das landende Flugzeug oberhalb eines der Sensoren aufsetzt, wird der Satz von zeitlich beabstandeten Rollbahnschwingungen eine andere Erscheinungsform haben, als wenn das landende Flugzeug zwischen zwei Sensoren aufsetzt, selbst wenn alle anderen Bedingungen dieselben sind. Um zu erkennen, dass die zwei Sätze von zeitlich beabstandeten Rollbahnschwingungen tatsächlich denselben Zustand beschreiben, modifiziert der Prozessor die Daten, die den Satz von zeitlich beabstandeten Rollbahnschwingungen beschreiben, gemäß der Rollbahnposition des landenden Flugzeugs beim Aufsetzen relativ zum Ort der einzelnen Sensoren.From the US 2013/0030613 A1 a computer-implemented method for evaluating an actual state of an airport runway design is known. A processor receives a set of time-spaced runway oscillations. This set of time-spaced runway vibrations is measured with a set of sensors on the airport runway after a landing aircraft touches down on the airport runway. The sensors may be mounted on the side of the airport runway; they may be embedded in the surface of the airport runway; and/or they may be embedded on or below the airport runway. Each sensor converts mechanical vibrations of the airport runway structure into an analog vibration pattern from which a set of frequency components is determined using a Fast Fourier Transform (FFT). The frequency components are digitized for use in future comparison operations. The time spaced runway vibrations are measurements taken by the set of sensors over a period of time, for example every second for 10 seconds. The measurements are taken when the landing aircraft is decelerated after touching down on the airport runway, ie when it moves along the airport runway from the location of one sensor to the location of the other sensor. The analysis algorithm detects whether the vibration data is indicative of particular design conditions, including surface layer erosion, concrete cracking, runway shifting, spalling, concrete failure, etc. In one embodiment, the analysis algorithm compares the set of time-spaced runway vibrations to a known set of time-spaced runway vibrations previously recorded for a known actual physical condition of the airport runway was recorded. The sensors detect a characteristic vibration pattern that indicates the pilot is applying the aircraft's brakes after touchdown. The characteristic vibration pattern results from the change at the interface between the aircraft's tires and the runway surface. The processor also receives a signal from an aircraft proximity sensor indicative of a runway position of the landing aircraft upon touchdown. If the set of time-spaced runway oscillations is generated when the landing aircraft touches down above one of the sensors, the set of time-spaced runway oscillations will have a different appearance than when the landing aircraft touches down between two sensors, even if all other conditions are the same. To recognize that the two sets of time-spaced runway oscillations do in fact describe the same state, the processor modifies the data describing the set of time-spaced runway oscillations according to the landing aircraft's runway position at touchdown relative to the location of each sensor.

Aus der US 2013/0030680 A1 ist ein computer-implementiertes Verfahren zum Evaluieren eines Istzustands einer Konstruktion einer Straße bekannt. Ein Prozessor empfängt einen Satz von Straßenschwingungsmustern von einem mobilen Sensor, der an einem Bodenfahrzeug gelagert ist, welches die Straße entlangfährt. Der Satz von Straßenschwingungsmustern wird durch einen physikalischen Kontakt zwischen einer Straßenoberfläche und einem Reifen an dem Bodenfahrzeug erzeugt. Der Prozessor empfängt auch einen Satz von Störungsdaten von einer Sonde an dem Bodenfahrzeug. Die Störungsdaten beschreiben einen Istzustand von Umgebungsstörungen auf der Straße. Der Satz von Straßenschwingungsmustern und der Satz von Störungsdaten wird in einen Analysealgorithmus eingegeben, um einen physikalischen Istzustand der Konstruktion der Straße zu bestimmen, wobei der Analysealgorithmus jegliche Auswirkung des Satzes von Störungsdaten auf den Satz von Fahrbahnschwingungsmustern entfernt.From the US 2013/0030680 A1 a computer-implemented method for evaluating an actual state of a construction of a road is known. A processor receives a set of road vibration patterns from a mobile sensor mounted on a ground vehicle traveling along the road. The set of road vibration patterns is created by physical contact between a road surface and a tire on the ground vehicle. The processor also receives a set of disturbance data from a probe on the ground vehicle. The disturbance data describe an actual state of environmental disturbances on the road. The set of road vibration patterns and the set of disturbance data are input to an analysis algorithm to determine an actual physical state of the construction of the road, the analysis algorithm evaluating any effect of the set removed from disturbance data on the set of road vibration patterns.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Erfassung eines Zustands und/oder einer Beanspruchung einer Landebahn aufzuzeigen, das mit geringem apparativem Aufwand im Bereich der Landebahn genauere Informationen über den Zustand und die Beanspruchung der Landebahn bereitstellt.It is the object of the invention to show a method for detecting a condition and/or a load on a runway that provides more precise information about the condition and the load on the runway with little equipment in the area of the runway.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.The object of the invention is achieved by a method having the features of independent patent claim 1 . The dependent claims relate to preferred embodiments of the method according to the invention.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung eines Zustands und/oder einer Beanspruchung einer Landebahn werden Schwingungssensoren längs der Landebahn angeordnet. Schwingungen der Landebahn, die durch landende Flugzeuge angeregt werden, werden mit den Schwingungssensoren erfasst und Orten der Landebahn, an denen die Schwingungen durch die landenden Flugzeuge angeregt wurden, zugeordnet. Die Schwingungen werden analysiert, um den Zustand und/oder die Beanspruchung der Landebahn an diesen Orten der Landebahn zu bestimmen. Die Orte der Landebahn, an denen die Schwingungen durch die landenden Flugzeuge angeregt wurden, werden dabei aus zeitlichen Korrelationen der mit den einzelnen Schwingungssensoren registrierten Schwingungen der Landebahn und der bekannten Anordnung der Schwingungssensoren längs der Landebahn in Längs- und Querrichtung der Landebahn bestimmt.In a method according to the invention for detecting a condition and/or stress on a runway, vibration sensors are arranged along the runway. Vibrations of the runway, which are excited by landing aircraft, are detected with the vibration sensors and assigned to locations on the runway at which the vibrations were excited by the landing aircraft. The vibrations are analyzed to determine the condition and/or stress of the runway at these runway locations. The locations on the runway at which the vibrations were excited by the landing aircraft are determined from temporal correlations of the vibrations of the runway registered with the individual vibration sensors and the known arrangement of the vibration sensors along the runway in the longitudinal and transverse direction of the runway.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird gezielt ausgenutzt, dass die mit den einzelnen Schwingungssensoren registrierten Schwingungen der Landebahn von dem Ort Landebahn abhängen, an dem sie von dem jeweiligen Flugzeugs auf der Landebahn angeregt werden, und zwar nicht nur, was die relativen Amplituden der Schwingungen anbelangt. Durch die unterschiedlichen Laufzeiten der Schwingungen vom Ort ihrer Anregung zum Ort des jeweiligen Schwingungssensors werden die Schwingungen von den einzelnen Schwingungssensoren zu unterschiedlichen Zeitpunkten registriert. Genau deshalb kann aus den zeitlichen Korrelationen der mit den einzelnen Schwingungssensoren registrierten Schwingungen der Landebahn auf den Ort der Landebahn, an dem die Schwingungen angeregt wurden, sowohl in Längs- als auch in Querrichtung der Landebahn geschlossen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt den Ort der Anregung der Schwingungen nicht aus einem mit Hilfe eines zusätzlichen Näherungssensors oder dergleichen bestimmten Ort des jeweiligen Flugzeugs auf der Landebahn, sondern aus den mit den Schwingungssensoren erfassten Schwingungen der Landebahn. Anschließend können dieselben Schwingungen dann abhängig von den bestimmten Orten ihrer Anregung insbesondere bezüglich ihrer Amplituden aber auch bezüglich ihrer Zeitpunkte, d. h. ihrer Phasenlagen, normalisiert werden, um den Zustand und/oder die Beanspruchung der Landebahn an diesen Orten der Landebahn zu bestimmen.The method according to the invention makes use of the fact that the vibrations of the runway registered with the individual vibration sensors depend on the location on the runway at which they are excited by the respective aircraft on the runway, and not only with regard to the relative amplitudes of the vibrations. The vibrations are registered by the individual vibration sensors at different points in time due to the different propagation times of the vibrations from the location of their excitation to the location of the respective vibration sensor. Precisely for this reason, the location of the runway at which the vibrations were excited can be inferred from the temporal correlations of the vibrations of the runway registered with the individual vibration sensors, both in the longitudinal and in the transverse direction of the runway. The method according to the invention does not determine the location of the excitation of the vibrations from a location of the respective aircraft on the runway determined with the aid of an additional proximity sensor or the like, but from the vibrations of the runway detected with the vibration sensors. Subsequently, the same vibrations can then, depending on the specific locations of their excitation, in particular with regard to their amplitudes but also with regard to their times, i. H. their phasings, to determine runway condition and/or stress at those runway locations.

Der Ort der Landebahn, an dem die Schwingungen durch das jeweils landende Flugzeug aktuell angeregt werden, ist der Ort, an dem sich das Fahrwerk des jeweiligen Flugzeugs aktuell befindet. Das Fahrwerk des Flugzeugs regt die Schwingungen der Landebahn an, die mit den Schwingungssensoren registriert werden. Wenn das Flugzeug mehrere räumlich voneinander beabstandete Teilfahrwerke aufweist, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch die einzelnen Orte der Anregung von Schwingungen durch diese Teilfahrwerke bestimmt werden und die Anteile der Schwingungen, die mit diesen einzelnen Teilfahrwerken angeregt werden, diesen einzelnen Orten zugeordnet werden. Zwischen mehreren dicht beieinander liegenden Rädern eines Fahrwerks des jeweiligen Flugzeugs differenziert das erfindungsgemäße Verfahren jedoch in der Regel nicht.The place on the runway at which the vibrations are currently excited by the landing aircraft is the place at which the landing gear of the respective aircraft is currently located. The landing gear of the aircraft excites the vibrations of the runway, which are registered with the vibration sensors. If the aircraft has several spatially spaced sub-undercarriages, the individual locations of the excitation of vibrations by these sub-undercarriages can also be determined with the method according to the invention and the proportions of the vibrations that are excited with these individual sub-undercarriages can be assigned to these individual locations. As a rule, however, the method according to the invention does not differentiate between several wheels of a landing gear of the respective aircraft that are located close together.

Beim Analysieren der Schwingungen, um den Zustand und/oder die Beanspruchung der Landebahn am aktuellen Ort des jeweiligen Flugzeugs zu bestimmen, berücksichtigt das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere die Amplitude und die Frequenz der an dem jeweiligen Ort der Landebahn angeregten Schwingungen, weil diese Größen unmittelbar von dem Zustand der Landebahn an diesem Ort abhängen. Eine raue Oberfläche der Landebahn hat im Vergleich zu einer glatten Oberfläche regelmäßig sowohl die Anregung von Schwingungen einer größeren Amplitude als auch einer niedrigeren Frequenz zur Folge. Ein Härte des Aufsetzens und eine Stärke des Abbremsens des jeweiligen Flugzeugs auf der Landebahn haben ebenfalls charakteristische Auswirkungen auf die Amplitude und die Frequenz der an dem jeweiligen Ort des Flugzeugs auf der Landebahn angeregten Schwingungen.When analyzing the vibrations in order to determine the condition and/or stress on the runway at the current location of the respective aircraft, the method according to the invention takes into account in particular the amplitude and frequency of the vibrations excited at the respective location on the runway, because these variables are directly dependent on the condition of the runway at that location. A rough runway surface regularly results in the excitation of both larger amplitude and lower frequency vibrations compared to a smooth surface. A touchdown severity and an amount of deceleration of the respective aircraft on the runway also have characteristic effects on the amplitude and the frequency of the vibrations excited at the respective location of the aircraft on the runway.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf Basis des an den Orten der Landebahn, an denen die Schwingungen durch die landenden Flugzeuge angeregt wurden, bestimmten Zustands der Landebahn eine Zustandskarte der Landebahn fortgeschrieben werden. Aus den an dem jeweiligen Ort durch ein landendes Flugzeug angeregten Schwingungen der Landebahn kann der Zustand der Landebahn an diesem Ort nur indirekt bestimmt werden. Zwar ist durch einen Vergleich mit Vergleichswerten, die einem bestimmten Zustand der Landebahn an dem jeweiligen Ort entsprechen, auch ein Rückschluss auf den tatsächlichen Zustand der Landebahn an dem jeweiligen Ort möglich. Als günstiger erweist es sich jedoch, eine Zustandskarte der Landebahn, die nicht allein auf Basis von registrierten Schwingungen erstellt wurde, auf Basis der registrierten Schwingungen fortzuschreiben.In the method according to the invention, a condition map of the runway can be updated on the basis of the condition of the runway determined at the locations on the runway at which the vibrations were excited by the landing aircraft. From the vibrations excited at the respective location by a landing aircraft runway changes, the condition of the runway at that location can only be indirectly determined. It is true that a conclusion about the actual condition of the runway at the respective location is also possible through a comparison with comparative values that correspond to a specific condition of the runway at the respective location. However, it proves to be more favorable to update a condition map of the runway, which was not created solely on the basis of registered vibrations, on the basis of the registered vibrations.

Beispielsweise kann eine solche Zustandskarte unter Abfahren der Landebahn mit einem Messfahrzeug unter gleichzeitigem Erfassen von Schwingungen der Landebahn, die durch das Messfahrzeug angeregt werden, mit den Schwingungssensoren angelegt oder überprüft werden. Dabei kann der Ort des Messfahrzeugs mit einem Positionserfassungssystem erfasst und der Zustand der Landebahn an dem Ort des Messfahrzeugs von dem Messfahrzeug aus gemessen werden. Von dem Messfahrzeug aus kann beispielsweise die Rauigkeit oder jegliche Unebenheit der Landebahn erfasst und mit den für den aktuellen Ort des Messfahrzeugs registrierten Schwingungen der Landebahn in Beziehung gesetzt werden. Zudem kann mit Hilfe des Messfahrzeugs die Bestimmung des Orts der Anregung der Schwingungen der Landebahn durch Analysieren der zeitlichen Korrelation der mit den einzelnen Schwingungssensoren registrierten Schwingungen der Landebahn in Längs- und Querrichtung der Landebahn kalibriert werden. For example, such a status map can be created or checked with the vibration sensors while driving along the runway with a measuring vehicle while simultaneously detecting vibrations of the runway that are excited by the measuring vehicle. The location of the measurement vehicle can be recorded with a position detection system and the condition of the runway at the location of the measurement vehicle can be measured from the measurement vehicle. From the measuring vehicle, for example, the roughness or any unevenness of the runway can be recorded and related to the vibrations of the runway registered for the current location of the measuring vehicle. In addition, the measuring vehicle can be used to calibrate the determination of the location of the excitation of the vibrations of the runway by analyzing the temporal correlation of the vibrations of the runway registered with the individual vibration sensors in the longitudinal and transverse direction of the runway.

Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfasste Zustand der Landebahn kann mit Zustandsvorgaben für eine weitere Nutzung der Landebahn und die Planung einer Renovierung der Landebahn verglichen werden. So kann der erfasste Zustand der Landebahn automatisch zur Folge haben, dass die Landebahn durch Aufbereiten oder Austausch ihrer Oberfläche oder andere Maßnahmen wieder in einen besseren Zustand mit geringerer Rauigkeit oder Unebenheit oder höherer Haft- und Gleitreibung ihrer Oberfläche versetzt wird.The state of the runway recorded using the method according to the invention can be compared with state specifications for further use of the runway and the planning of a renovation of the runway. For example, the recorded condition of the runway can automatically result in the runway being restored to a better condition with less roughness or unevenness or higher static and sliding friction on its surface through preparation or replacement of its surface or other measures.

Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die registrierten Schwingungen zum Bestimmen der Beanspruchung der Landebahn durch die landenden Flugzeuge am aktuellen Ort des jeweiligen Flugzeugs analysiert werden, können die Schwingungen dahingehend betrachtet werden, wie sehr die Beanspruchung der Landebahn durch das jeweils landende Flugzeug den Zustand der Landebahn verschlechtert. Dabei kann ein zuvor erfasster Zustand der Landebahn als Abschätzung des Zustands beim Landen des nächsten Flugzeugs verwendet werden. Die beim Landen des nächsten Flugzeugs erfassten Schwingungen können dann dahingehend analysiert werden, in wieweit sie von dem Landevorgang abhängig sind, d. h. von der Masse und Geschwindigkeit des nächsten Flugzeugs, aber auch von der Qualität der von dem Piloten ausgeführten Landung. Die Zustandskarte der Landebahn kann dann auf Basis der an den Orten des nächsten Flugzeugs bestimmten Beanspruchung der Landebahn fortgeschrieben werden. Dies bedeutet, dass aus der erfassten Beanspruchung der Landebahn abgeschätzt wird, wie stark sich der Zustand der Landebahn durch eben diese Beanspruchung verschlechtert hat. Wenn das übernächste Flugzeug den entsprechenden Ort beim Landen überrollt, kann dann anhand der dabei erfassten Schwingungen der Landebahn überprüft werden, ob diese Abschätzung zutreffend war oder korrigiert werden muss.If, in the method according to the invention, the registered vibrations are analyzed to determine the loading of the runway by the landing aircraft at the current location of the respective aircraft, the vibrations can be considered to determine how much the loading of the runway by the respective landing aircraft is deteriorating the condition of the runway . A previously recorded condition of the runway can be used as an estimate of the condition when the next aircraft lands. The vibrations recorded when the next aircraft lands can then be analyzed to determine how dependent they are on the landing process, i. H. on the mass and speed of the next aircraft, but also on the quality of the landing performed by the pilot. The runway condition map can then be updated based on the runway stresses determined at the nearest aircraft locations. This means that the recorded stress on the runway is used to estimate how much the condition of the runway has deteriorated as a result of this very stress. If the next-but-one aircraft rolls over the corresponding location when landing, it can then be checked on the basis of the vibrations of the runway recorded in the process whether this estimate was correct or whether it needs to be corrected.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Schwingungsanregungsbild erstellt werden, das eine Abfolge der Orte der Landebahn, an denen die Schwingungen durch jeweils eines der landenden Flugzeuge angeregt wurden, und Parameter der an diesen Orten der Landebahn angeregten Schwingungen anzeigt. Das Schwingungsanregungsbild zeigt dabei vorzugsweise nicht nur die räumliche, sondern auch die zeitliche Abfolge der Orte der Landebahn, an denen die Schwingungen durch jeweils eines der landenden Flugzeuge angeregt wurden, und die Parameter der an diesen Orten der Landebahn angeregten Schwingungen an.With the method according to the invention, a vibration excitation image can be created which shows a sequence of the locations on the runway at which the vibrations were excited by one of the landing aircraft and parameters of the vibrations excited at these locations on the runway. The vibration excitation image preferably shows not only the spatial but also the temporal sequence of the locations on the runway at which the vibrations were excited by one of the landing aircraft, and the parameters of the vibrations excited at these locations on the runway.

Wie bereits angedeutet wurde, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch genutzt werden, um die Qualität der Landung des jeweiligen Flugzeugs, d. h. die Performance des Piloten beim Landen, zu beurteilen. Dazu kann das Schwingungsanregungsbild analysiert werden. Gröbere Pilotenfehler lassen sich hieraus sehr schnell erkennen, wenn beispielsweise die Anregung der Schwingungen vorübergehend wieder aussetzt. Aber auch die Gleichmäßigkeit der Abbremsung des Flugzeugs beim Landen ist beispielsweise dadurch zu erkennen, dass eine gleichmäßige Schwingungsanregung oder nur eine durch Ungleichmäßigkeiten des Zustands der Landebahn bedingte ungleichmäßige Schwingungsanregung auftritt. Auch ein außermittiges Aufsetzen des Flugzeugs auf der Landebahn oder eine Schieflage des Flugzeugs beim Aufsetzen auf der Landebahn und eine resultierende ungleichmäßige Belastung der Räder des Fahrwerks des Flugzeugs gehen aus dem Schwingungsanregungsbild hervor.As has already been indicated, the method according to the invention can also be used to determine the quality of the landing of the respective aircraft, i. H. assess the pilot's landing performance. For this purpose, the vibration excitation image can be analyzed. Coarse pilot errors can be recognized very quickly from this, for example if the excitation of the oscillations is temporarily suspended again. However, the uniformity of the deceleration of the aircraft during landing can also be recognized, for example, by the fact that a uniform vibration excitation occurs or only a non-uniform vibration excitation caused by non-uniformity in the condition of the runway. An off-center touchdown of the aircraft on the runway or an inclined position of the aircraft when touching down on the runway and a resulting non-uniform load on the wheels of the aircraft landing gear are also evident from the vibration excitation pattern.

Zu seiner Analyse kann das Schwingungsanregungsbild mit mindestens einem Vergleichsbild verglichen werden. Insbesondere kann das Schwingungsanregungsbild zur Beurteilung der Qualität der Landung des jeweiligen Flugzeugs mit mindestens einem Sollbild verglichen werden, das einer idealen Landung entspricht. Vorzugsweise erfolgt der Vergleich mit mehreren Sollbildern, weil unterschiedliche Flugzeuge unter unterschiedlichen Bedingungen auf unterschiedliche Weise ideal gelandet werden.For its analysis, the vibration excitation image can be compared with at least one comparison image. In particular, the vibration excitation image can be compared to at least one target image, which corresponds to an ideal landing, in order to assess the quality of the landing of the respective aircraft. The comparison is preferably carried out with several target images, because different Common aircraft are ideally landed in different ways in different conditions.

Bei der Analyse der an den Orten der Landebahn durch die landenden Flugzeuge angeregten Schwingungen können diese insbesondere spektral analysiert werden. Konkret können die an den Orten der Landebahn durch die landenden Flugzeuge angeregten Schwingungen unter Durchführung einer Fouriertransformation und/oder Ermitteln einer spektralen Leistungsdichte spektral analysiert werden. Bei den Schwingungen vorherrschende Frequenzen sind zum einen sehr indikativ für bestimmte Zustände der Landebahn und zum anderen relativ unabhängig davon, in welchen Abständen die Schwingungen zum Ort des jeweiligen Flugzeugs auf der Landebahn registriert werden. Die spektrale Leistungsdichte gibt Hinweise auf die Art und Weise und das Ausmaß der Beanspruchung der Landebahn an den Orten, an denen die entsprechenden Schwingungen angeregt wurden.When analyzing the vibrations excited at the locations of the runway by the landing aircraft, these can be analyzed spectrally in particular. In concrete terms, the vibrations excited at the locations of the runway by the landing aircraft can be spectrally analyzed by carrying out a Fourier transformation and/or determining a spectral power density. The frequencies that dominate the vibrations are, on the one hand, very indicative of certain conditions on the runway and, on the other hand, are relatively independent of the distances at which the vibrations are registered from the location of the respective aircraft on the runway. The power spectral density gives an indication of the nature and extent of stress on the runway at the locations where the corresponding vibrations were excited.

Anzumerken ist, dass der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfasste Zustand der Landebahn nicht nur deren Oberflächenrauheit oder Unebenheit einschließt. So hat alles, was die Haft- und Gleitreibung der Oberfläche der Landebahn beeinflusst, wie insbesondere jeglicher Niederschlag auf der Landebahn, Einfluss auf den erfassten Zustand. Dabei erfolgt eine mit Niederschlag einhergehende Änderung des Zustands der Landebahn schneller als eine Änderung des Zustands durch Abnutzung. Zudem weist eine mit Niederschlag einhergehende Änderung des Zustands der Landebahn andere Charakteristika auf als eine Änderung des Zustands durch Abnutzung. Auf dieser Basis kann das erfindungsgemäße Verfahren zwischen einem abnutzungsbedingten und einem wetterbedingten Zustand der Landebahn unterscheiden. Beispielsweise kann aufgrund der resultierenden charakteristischen und schnellen Änderung der Parameter der angeregten Schwingungen Niederschlag auf der Landebahn erfasst und nach der Art des Niederschlags, beispielsweise Regen oder Schnee, unterschieden werden. Bei durch Niederschlag bedingten gefährlichen Landebedingungen kann das erfindungsgemäße Verfahren einen Warnhinweis ausgeben.It should be noted that the condition of the runway detected using the method according to the invention does not only include its surface roughness or unevenness. Thus, anything that affects the static and dynamic friction of the runway surface, such as in particular any precipitation on the runway, will affect the sensed condition. A change in the condition of the runway associated with precipitation occurs faster than a change in condition due to wear and tear. Also, a change in runway condition associated with precipitation has different characteristics than a change in condition due to wear and tear. On this basis, the method according to the invention can distinguish between a wear-related and a weather-related condition of the runway. For example, due to the resulting characteristic and rapid change in the parameters of the excited vibrations, precipitation on the runway can be detected and a distinction made according to the type of precipitation, for example rain or snow. In the case of dangerous landing conditions caused by precipitation, the method according to the invention can issue a warning.

Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, die an das Erfassen der durch die landenden Flugzeuge angeregten Schwingungen der Landebahn mit den Schwingungssensoren anschließen, werden regelmäßig computer-implementiert ausgeführt werden. Das primäre Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der erfasste Zustand bzw. die erfasste Beanspruchung der Landebahn, insbesondere in Form der Zustandskarte der Landebahn. Die Entwicklung des Zustands der Landebahn hat dann regelmäßig zur direkten Folge, dass die Landebahn zu einem bestimmten Zeitpunkt renoviert wird, um die Zustandsvorgaben für die Landebahn langfristig einzuhalten.The steps of the method according to the invention, which follow the detection of the vibrations of the runway excited by the landing aircraft with the vibration sensors, are regularly carried out in a computer-implemented manner. The primary result of the method according to the invention is the recorded condition or the recorded loading of the runway, in particular in the form of the condition map of the runway. The development of the condition of the runway then regularly has the direct consequence that the runway is renovated at a certain point in time in order to meet the long-term runway condition specifications.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.Advantageous developments of the invention result from the patent claims, the description and the drawings.

Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen.The advantages of features and combinations of several features mentioned in the description are merely exemplary and can have an effect alternatively or cumulatively without the advantages necessarily having to be achieved by embodiments according to the invention.

Hinsichtlich des Offenbarungsgehalts - nicht des Schutzbereichs - der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents gilt Folgendes: Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. The following applies to the disclosure content - not the scope of protection - of the original application documents and the patent: Further features can be found in the drawings - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components to one another as well as their relative arrangement and operative connection. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different patent claims is also possible, deviating from the selected dependencies of the patent claims and is hereby suggested. This also applies to those features that are shown in separate drawings or are mentioned in their description.

Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen, was aber nicht für die unabhängigen Patentansprüche des erteilten Patents gilt.These features can also be combined with features of different patent claims. Likewise, features listed in the patent claims can be omitted for further embodiments of the invention, but this does not apply to the independent patent claims of the granted patent.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von dem Fortschreiben einer Zustandskarte der Landebahn die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau eine Zustandskarte, zwei Zustandskarten oder mehr Zustandskarten der Landebahn fortgeschrieben werden. Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch weitere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die das jeweilige Verfahren aufweist.The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood with regard to their number in such a way that exactly this number or a larger number than the number mentioned is present without the need for an explicit use of the adverb “at least”. If, for example, the update of a condition map of the runway is discussed, this is to be understood in such a way that exactly one condition map, two condition maps or more condition maps of the runway are updated. The features listed in the patent claims can be supplemented by further features or can be the only features that the respective method has.

Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.The reference signs contained in the claims do not limit the scope of the subject-matter protected by the claims. They only serve the purpose of making the claims easier to understand.

Figurenlistecharacter list

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

1 ist eine perspektivische Ansicht eines auf einer Landebahn landenden Flugzeugs, wobei längs der Landebahn Schwingungssensoren angeordnet sind und wobei der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Blockdiagramms dargestellt ist.
2 zeigt schematisch eine Landung eines Flugzeugs mit mehrfachem Aufsetzen und Wiederabheben von der Landebahn.
3 ist ein Blockdiagramm von ersten Schritten einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
4 ist ein Blockdiagramm von auf die Schritte gemäß 3 folgenden Schritten der weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
5 ist ein Blockdiagramm von alternativ oder zusätzlich zu den Schritten gemäß 4 auf die Schritte gemäß 3 folgenden Schritten der weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
6 illustriert das Anlegen einer Zustandskarte für die Landebahn mit Hilfe eines Messfahrzeugs; und
7 ist ein Blockdiagramm zum Anlegen der Zustandskarte der Landebahn gemäß 6 und deren Fortschreibung.

The invention is further explained and described below with reference to preferred exemplary embodiments illustrated in the figures.

1 12 is a perspective view of an aircraft landing on a runway, with vibration sensors arranged along the runway, and with the sequence of the method according to the invention being shown in the form of a block diagram.
2 FIG. 12 schematically shows a landing of an aircraft with multiple touchdowns and takeoffs from the runway.
3 Fig. 12 is a block diagram of first steps of another embodiment of the method according to the invention.
4 FIG. 12 is a block diagram of FIG 3 following steps of the further embodiment of the method according to the invention.
5 12 is a block diagram of alternative or additional steps according to FIG 4 according to the steps 3 following steps of the further embodiment of the method according to the invention.
6 illustrates the creation of a runway condition map using a survey vehicle; and
7 12 is a block diagram for creating the runway state map of FIG 6 and their updating.

FIGURENBESCHREIBUNGFIGURE DESCRIPTION

1 zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht eine Landebahn 1 eines nicht weiter dargestellten Flughafens. Längs der Landebahn ist eine Vielzahl von Schwingungssensoren 2 in fester Anordnung, d. h. an festen Orten, angeordnet. Die Schwingungssensoren 2 erfassen Schwingungen der Landebahn 1, die sich über den Untergrund, d. h. in Form von Körperschall, bis zu den Schwingungssensoren 2 ausbreiten. Registriert mit den Schwingungssensoren 2 werden Schwingungen der Landebahn 1, die durch landende Flugzeuge 3 angeregt werden. Die Anregung dieser Schwingungen der Landebahn 1 durch das jeweilige Flugzeug 3 erfolgt vornehmlich durch den Kontakt eines in 1 nicht sichtbaren Fahrwerks des Flugzeugs 3 mit der Oberfläche 4 der Landebahn. Dabei hängt die Anregung der Schwingungen neben Parametern des Flugzeugs 3 und dem Verlauf der Landung, insbesondere dem Aufsetzen des Flugzeugs 3 und dem Abbremsen des Flugzeugs 3 auf der Landebahn 1, von dem Zustand der Landebahn 1 ab. Besonders bemerkbar machen sich dabei Rauigkeiten und Unebenheiten sowie unterschiedliche Ablagerungen auf der Oberfläche 4, die die Haft- und Gleitreibung der Oberfläche 4 beeinflussen. Signale 5 der Schwingungssensoren 2, die die von den Schwingungssensoren 2 erfassten Schwingungen der Landebahn 1 beschreiben, werden in einer Analyseeinrichtung 6 hinsichtlich des aktuellen Ortes des jeweiligen Flugzeugs 3 auf der Landebahn 1 analysiert. Dazu werden zeitliche Korrelationen der mit den einzelnen Schwingungssensoren 2 registrierten Schwingungen der Landebahn 1 ermittelt und mit der bekannten Anordnung der Schwingungssensoren 2 längs der Landebahn 1 verknüpft. Als Ergebnis wird der Ort in x- oder Längsrichtung und y- oder Querrichtung der Landebahn 1 erhalten, an dem das jeweilige Flugzeugs 3 die Schwingungen der Landebahn 1 angeregt hat. Dieser Ort wird für alle erfassten Schwingungen bestimmt. Damit wird der Weg des Flugzeugs 3 auf der Landebahn 1 zeitaufgelöst erfasst. 1 shows a runway 1 of an airport not shown in detail in a schematic perspective view. A large number of vibration sensors 2 are arranged in a fixed arrangement, ie at fixed locations, along the runway. The vibration sensors 2 detect vibrations of the runway 1 which propagate to the vibration sensors 2 via the ground, ie in the form of structure-borne noise. Vibrations of the runway 1, which are excited by landing aircraft 3, are registered with the vibration sensors 2. The excitation of these vibrations of the runway 1 by the respective aircraft 3 takes place primarily through the contact of an in 1 invisible landing gear of the aircraft 3 with the surface 4 of the runway. In addition to parameters of the aircraft 3 and the course of the landing, in particular the touchdown of the aircraft 3 and the deceleration of the aircraft 3 on the runway 1, the excitation of the vibrations depends on the condition of the runway 1. Roughness and unevenness as well as different deposits on the surface 4, which influence the static and sliding friction of the surface 4, are particularly noticeable. Signals 5 from the vibration sensors 2, which describe the vibrations of the runway 1 detected by the vibration sensors 2, are analyzed in an analysis device 6 with regard to the current location of the respective aircraft 3 on the runway 1. For this purpose, temporal correlations of the vibrations of the runway 1 registered with the individual vibration sensors 2 are determined and linked to the known arrangement of the vibration sensors 2 along the runway 1 . The result is the location in the x or longitudinal direction and y or transverse direction of the runway 1 at which the respective aircraft 3 excited the vibrations of the runway 1 . This location is determined for all detected vibrations. The path of the aircraft 3 on the runway 1 is thus recorded in a time-resolved manner.

Weiterhin werden die Signale 5 der Schwingungssensoren 2 einer Normierungs- und Zuordnungseinrichtung 7 zugeführt, die auch die Orte der Anregung der Schwingungen der Landebahn 1 von der Analyseeinrichtung 6 erhält. Die Normierungs- und Zuordnungseinrichtung 7 normiert die von den Schwingungssensoren 2 registrierten Schwingungen der Landebahn 1, um die Übertragungsstrecke zwischen dem jeweiligen Ort ihrer Anregung durch das Flugzeug 3 und dem Ort ihrer Registrierung durch die Schwingungssensoren 2 auszugleichen. Außerdem werden die derart normierten Schwingungen dem jeweiligen Ort ihrer Anregung durch das Flugzeug 3 auf der Landebahn 1 zugeordnet. Die ermittelte Abfolge der Orte der Anregung der Landebahn 1 zu Schwingungen und zu den Orten zugehörige Parameter der Schwingungen werden als Schwingungsanregungsbild 8 ausgegeben. Das Schwingungsanregungsbild 8 wird in einer Vergleichseinrichtung 9 mit einem oder mehreren Vergleichsbildern verglichen, die bestimmten Zuständen der Landebahn 1 und bestimmten Beanspruchungen der Landebahn 1 durch das landende Flugzeug 3 entsprechen. Zu den Vergleichsbildern kann insbesondere ein Sollbild zählen, das einer idealen Landung des Flugzeugs mit minimaler Beanspruchung der Landebahn 1, des Flugzeugs 3 und von Passagieren an Bord des Flugzeugs entspricht. Der Vergleich des Schwingungsanregungsbilds 8 in der Vergleichseinrichtung 9 erfolgt zum einen, um einen Zustand 10 der Landebahn 1 zu erfassen, und zum anderen, um eine Beanspruchung 11 der Landebahn 1 durch die Landung des jeweiligen Flugzeugs 3 auf der Landebahn 1 zu bestimmen.Furthermore, the signals 5 from the vibration sensors 2 are supplied to a standardization and assignment device 7 which also receives the locations at which the vibrations of the runway 1 were excited from the analysis device 6 . The normalization and assignment device 7 normalizes the vibrations of the runway 1 registered by the vibration sensors 2 in order to compensate for the transmission distance between the respective location of their excitation by the aircraft 3 and the location of their registration by the vibration sensors 2 . In addition, the vibrations normalized in this way are assigned to the respective location of their excitation by the aircraft 3 on the runway 1 . The determined sequence of the locations of the excitation of the runway 1 to vibrate and parameters of the vibrations associated with the locations are output as a vibration excitation image 8 . The vibration excitation image 8 is compared in a comparison device 9 with one or more comparison images, which correspond to specific states of the runway 1 and specific stresses on the runway 1 by the landing aircraft 3 . In particular, the comparison images can include a target image which corresponds to an ideal landing of the aircraft with minimal stress on the runway 1, the aircraft 3 and passengers on board the aircraft. The comparison of the vibration excitation image 8 in the comparison device 9 takes place on the one hand to detect a state 10 of the runway 1 and on the other hand to determine a stress 11 on the runway 1 by the landing of the respective aircraft 3 on the runway 1 .

2 erläutert, wie ein während seiner Landephase wiederholt auf der Landebahn 1 aufsetzendes und wieder von der Landebahn 1 abhebendes Flugzeug 3 die Landebahn 1 beim vorübergehenden Aufsetzen in lokal begrenzten Schockzonen 12 zu starken Schwingungen anregt. Dabei ist oben in 2 das Flugzeug 3 von der Seite dargestellt, während 2 unten die Landebahn 1 von oben zeigt. In den Schockzonen 12 wird die Landebahn 1 nicht nur zu starken Schwingungen angeregt. In den Schockzonen 12 tritt auch eine hohe Beanspruchung der Landebahn 1 durch das landende Flugzeug 3 auf. Diese hohe Beanspruchung der Landebahn 1 in den Schockzonen 12 wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erfasst und kann zum Fortschreiben einer Zustandskarte der Landebahn 1 verwendet werden. 2 explains how an aircraft 3 repeatedly touching down on the runway 1 and again taking off from the runway 1 during its landing phase closes the runway 1 in locally limited shock zones 12 during the temporary touchdown stimulates strong vibrations. Where top is in 2 the plane 3 shown from the side while 2 below showing runway 1 from above. In the shock zones 12, the runway 1 is not only excited to strong vibrations. In the shock zones 12, the runway 1 is also subjected to high stress by the landing aircraft 3. This high stress on the runway 1 in the shock zones 12 is detected by the method according to the invention and can be used to update a status map of the runway 1 .

Die in 3 dargestellten ersten Schritte einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen zunächst 1, indem die Signale 5 der Schwingungssensoren 2 zum einen in der Analyseeinrichtung 6 durch Analysieren von zeitlichen Korrelationen hinsichtlich der Orte der Anregung der Landebahn 1 durch das Flugzeug 3 zu Schwingungen bzw. der Schockzonen 12 gemäß 2 ausgewertet werden und zum anderen in der Normierungs- und Zuordnungseinrichtung 7 normiert und den jeweiligen Orten bzw. Schockzonen 12 zugeordnet werden. Dann erfolgt in einer Spektralanalyseeinrichtung 13 eine spektrale Analyse der Schwingungen, beispielsweise durch Durchführung einer Fouriertransformation, insbesondere einer schnellen Fouriertransformation (FFT), und/oder Ermitteln einer spektralen Leistungsdichte. Mit den Ergebnissen dieser spektralen Analyse wird das räumliche Schwingungsanregungsbild 8 erstellt.In the 3 illustrated first steps of a further embodiment of the method according to the invention initially correspond 1 , by the signals 5 of the vibration sensors 2 on the one hand in the analysis device 6 by analyzing temporal correlations with regard to the locations of the excitation of the runway 1 by the aircraft 3 to vibrations or the shock zones 12 according to 2 are evaluated and, on the other hand, normalized in the normalization and assignment device 7 and assigned to the respective locations or shock zones 12 . A spectral analysis of the oscillations then takes place in a spectral analysis device 13, for example by carrying out a Fourier transformation, in particular a fast Fourier transformation (FFT), and/or determining a spectral power density. The spatial vibration excitation image 8 is created with the results of this spectral analysis.

4 illustriert weiteren Auswertungen, denen das Schwingungsanregungsbild 8 unterworfen wird. In der Vergleichseinrichtung 9 wird das räumliche Schwingungsanregungsbild mit Vergleichsbildern 14 verglichen. Die Vergleichsbilder 14 berücksichtigen Wetterbedingungen 15. Das Ergebnis der Vergleichseinrichtung 9 ist ein Beanspruchungsindex 16, der in eine Planung 17 von Erhaltungs- und Renovierungsmaßnahmen für die Landebahn 1 eingeht. 4 illustrates further evaluations to which the vibration excitation image 8 is subjected. The spatial vibration excitation image is compared with comparison images 14 in the comparison device 9 . The comparison images 14 take weather conditions 15 into account. The result of the comparison device 9 is a stress index 16 which is included in a planning 17 of maintenance and renovation measures for the runway 1 .

5 illustriert die Auswertung des Schwingungsanregungsbilds 8 in der Vergleichseinrichtung 9 zur Bestimmung der Qualität der Landung des jeweiligen Flugzeugs 3 auf der Landebahn 1. Dazu wird das Schwingungsanregungsbild 8 mit eine Sollbild 18 der Schwingungen der Rollbahn verglichen, in die die Wetterbedingungen 15 ebenfalls eingehen. Das Ergebnis ist ein Qualitätsindex 19. Der Qualitätsindex 19 kann in eine Berechnung 23 von Gebühren für die Landung des jeweiligen Flugzeugs 3 auf der Landebahn 1 einfließen. Der Qualitätsindex 19 gibt zudem Hinweise auf die mutmaßliche Zufriedenheit der Passagiere des Flugzeugs mit der Landung. 5 illustrates the evaluation of the vibration excitation image 8 in the comparison device 9 to determine the quality of the landing of the respective aircraft 3 on the runway 1. For this purpose, the vibration excitation image 8 is compared with a target image 18 of the vibrations of the runway, which also includes the weather conditions 15. The result is a quality index 19. The quality index 19 can be included in a calculation 23 of fees for landing the respective aircraft 3 on the runway 1. The quality index 19 also provides information on the presumed satisfaction of the aircraft's passengers with the landing.

6 zeigt oben eine Seitenansicht eines Messfahrzeugs 21, das über die Landebahn 1 fährt, um einerseits Schwingungen der Landebahn 1 an durch den aktuellen Ort des Messfahrzeugs 21 bekannten Orten anzuregen und um andererseits von dem Messfahrzeug 21 aus den Zustand der Landebahn direkt zu messen, indem beispielsweise die Rauigkeit, die Unebenheit und/oder ein Haftreibungskoeffizient der Oberfläche 4 gemessen werden. 6 shows at the top a side view of a measuring vehicle 21 driving over the runway 1 in order on the one hand to stimulate vibrations of the runway 1 at locations known from the current location of the measuring vehicle 21 and on the other hand to measure the condition of the runway directly from the measuring vehicle 21, for example by the roughness, the unevenness and/or a static friction coefficient of the surface 4 can be measured.

7 illustriert, wie aus dem Ort 22 des Messfahrzeugs 21 auf der Landebahn 1, die mit einem hier nicht separat dargestellten Positionserfassungssystem, beispielsweise einem GPS-Sensor, des Messfahrzeugs 21 bestimmt wird, und dem von dem Messfahrzeug 21 aus gemessenen Zustand 10 der Landebahn 1 an dem Ort 22 des Messfahrzeugs 21 eine Zustandskarte 24 der Landebahn 1 erstellt wird. Zusätzlich kann der mit dem Positionserfassungssystem bestimmte Ort 22 des Messfahrzeugs 21 verwendet werden, um die Analyseeinrichtung 6 zu kalibrieren. Dazu wird dieser Ort 22 mit dem von der Analyseeinrichtung 6 bestimmten Ort der Anregung der Landebahn 1 zu Schwingungen durch das Messfahrzeug 21 abgeglichen. Außerdem kann eine Fortschreibungseinrichtung 25, die die Zustandskarte 24 auf Basis der Schwingungsanregungsbilder 8 fortschreibt, unter Verwendung des tatsächlich von dem Messfahrzeug 21 aus gemessenen Zustands 10 kalibriert werden. Dazu erfolgt ein Abgleich zwischen dem Zustand der Landebahn, der für einzelne Orte der Landebahn 1 aus den Schwingungsanregungsbildern 8 zu den ersten Landungen von Flugzeugen 3 auf der Landebahn 1 nach dem Erstellen der Zustandskarte 24 bestimmt wird, mit dem zuvor von dem Messfahrzeug 21 aus an eben diesen Orten 22 gemessenen Zustand 10. 7 illustrates how from the location 22 of the measuring vehicle 21 on the runway 1, which is determined with a position detection system, for example a GPS sensor, not shown separately here, of the measuring vehicle 21, and the state 10 of the runway 1 measured by the measuring vehicle 21 a status map 24 of the runway 1 is created at the location 22 of the measuring vehicle 21 . In addition, the location 22 of the measurement vehicle 21 determined with the position detection system can be used to calibrate the analysis device 6 . For this purpose, this location 22 is compared with the location of the excitation of the runway 1 to vibrations by the measurement vehicle 21 determined by the analysis device 6 . In addition, an updating device 25 which updates the state map 24 on the basis of the vibration excitation images 8 can be calibrated using the state 10 actually measured by the measuring vehicle 21 . For this purpose, a comparison is made between the condition of the runway, which is determined for individual locations on the runway 1 from the vibration excitation images 8 for the first landings of aircraft 3 on the runway 1 after the condition map 24 has been created, with the condition previously determined by the measuring vehicle 21 state 10 measured at precisely these locations 22.

BezugszeichenlisteReference List

11: LandebahnRunway
22: Schwingungssensorvibration sensor
33: FlugzeugAirplane
44: Oberflächesurface
55: Signalsignal
66: Analyseeinrichtunganalysis device
77: Normierungs- und ZuordnungseinrichtungNormalization and assignment facility
88th: Schwingungsanregungsbildvibration excitation image
99: Vergleichseinrichtungcomparison device
1010: ZustandCondition
1111: QualitätQuality
1212: Schockzoneshock zone
1313: Spektralanalyseeinrichtungspectrum analyzer
1414: Vergleichsbildcomparison picture
1515: Wetterbedingungenweather conditions
1616: Beanspruchungsindexstress index
1717: Planungplanning
1818: Sollbildtarget image
1919: Qualitätsindexquality index
2020: Berechnungcalculation
2121: Messfahrzeugmeasuring vehicle
2222: Ort des Messfahrzeugs 21Location of the measuring vehicle 21
2323: Berechnungcalculation
2424: Zustandskartestate card
2525: Kalibrierungseinrichtungcalibration facility

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US 20130030613 A1 [0003]US 20130030613 A1 [0003]
US 20130030680 A1 [0004]US20130030680A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Erfassung eines Zustands (10) und/oder einer Beanspruchung (11) einer Landebahn (1) mit - Anordnen von Schwingungssensoren (2) längs der Landebahn (1), - Erfassen von Schwingungen der Landebahn (1), die durch landende Flugzeuge (3) angeregt werden, mit den Schwingungssensoren (2), - Zuordnen der Schwingungen zu Orten der Landebahn (1), an denen die Schwingungen durch die landenden Flugzeuge (3) angeregt wurden, und - Analysieren der Schwingungen, um den Zustand (10) und/oder die Beanspruchung (11) der Landebahn (1) an diesen Orten der Landebahn (1) zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Orte der Landebahn (1), an denen die Schwingungen durch die landenden Flugzeuge (3) angeregt wurden, aus zeitlichen Korrelationen der mit den einzelnen Schwingungssensoren (2) registrierten Schwingungen der Landebahn (1) und der bekannten Anordnung der Schwingungssensoren (2) längs der Landebahn (1) in Längs- und Querrichtung der Landebahn (1) bestimmt werden.Method for detecting a condition (10) and/or stress (11) of a runway (1) with - arranging vibration sensors (2) along the runway (1), - detecting vibrations of the runway (1) caused by landing aircraft (3) are excited, with the vibration sensors (2), - assigning the vibrations to locations on the runway (1) where the vibrations were excited by the landing aircraft (3), and - analyzing the vibrations to determine the state (10 ) and/or to determine the stress (11) of the runway (1) at these locations on the runway (1), characterized in that the locations on the runway (1) at which the vibrations were excited by the landing aircraft (3). , can be determined from temporal correlations of the vibrations of the runway (1) registered with the individual vibration sensors (2) and the known arrangement of the vibration sensors (2) along the runway (1) in the longitudinal and transverse directions of the runway (1).

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zustandskarte (24) der Landebahn (1) auf Basis des an den Orten der Landebahn (1), an denen die Schwingungen durch die landenden Flugzeuge (3) angeregt wurden, bestimmten Zustands (10) fortgeschrieben wird.procedure after claim 1 , characterized in that a condition map (24) of the runway (1) is updated on the basis of the condition (10) determined at the locations of the runway (1) at which the vibrations were excited by the landing aircraft (3).

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandskarte unter Abfahren der Landebahn (1) mit einem Messfahrzeug (21) unter gleichzeitigem Erfassen von Schwingungen der Landebahn (1), die durch das Messfahrzeug (21) angeregt werden, mit den Schwingungssensoren (2) angelegt oder überprüft wird, wobei der Ort (22) des Messfahrzeugs (24) mit einem Positionserfassungssystem erfasst und der Zustand (10) der Landebahn (1) an dem Ort (22) des Messfahrzeugs (21) von dem Messfahrzeug (21) aus gemessen wird.procedure after claim 2 , characterized in that the status map is created or checked with the vibration sensors (2) while driving over the runway (1) with a measuring vehicle (21) while simultaneously detecting vibrations of the runway (1) that are excited by the measuring vehicle (21). The location (22) of the measurement vehicle (24) is recorded using a position detection system and the condition (10) of the runway (1) at the location (22) of the measurement vehicle (21) is measured from the measurement vehicle (21).

Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand (10) der Landebahn (1) mit Zustandsvorgaben für eine weitere Nutzung der Landebahn (1) und für die Planung (17) einer Renovierung der Landebahn (1) verglichen wird.procedure after claim 2 or 3 , characterized in that the condition (10) of the runway (1) is compared with condition specifications for further use of the runway (1) and for planning (17) a renovation of the runway (1).

Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandskarte (24) der Landebahn (1) auf Basis der an den Orten der Landebahn (1), an denen die Schwingungen durch die landenden Flugzeuge (3) angeregt wurden, bestimmten Beanspruchung (11) der Landebahn (1) fortgeschrieben wird.Procedure according to one of claims 2 until 4 , characterized in that the status map (24) of the runway (1) based on the stresses (11) of the runway (1st ) is updated.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwingungsanregungsbild (8) erstellt wird, das eine Abfolge der Orte der Landebahn (1), an denen die Schwingungen durch jeweils eines der landenden Flugzeuge (3) angeregt wurden, und Parameter der an diesen Orten der Landebahn (1) angeregten Schwingungen anzeigt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a vibration excitation image (8) is created, which is a sequence of locations on the runway (1) at which the vibrations were excited by one of the landing aircraft (3), and parameters of the vibrations excited at these locations on the runway (1).

Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsanregungsbild (8) analysiert wird, um die Qualität (19) der Landung des jeweiligen Flugzeugs (3) zu beurteilen.procedure after claim 6 , characterized in that the vibration excitation image (8) is analyzed in order to assess the quality (19) of the landing of the respective aircraft (3).

Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsanregungsbild (8) mit mindestens einem Vergleichsbild (14) verglichen wird.procedure after claim 6 or 7 , characterized in that the vibration excitation image (8) is compared with at least one comparison image (14).

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Orten der Landebahn (1) durch die landenden Flugzeuge (3) angeregten Schwingungen spektral analysiert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the vibrations excited at the locations on the runway (1) by the landing aircraft (3) are analyzed spectrally.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Orten der Landebahn (1) durch die landenden Flugzeuge (3) angeregten Schwingungen unter Durchführung einer Fouriertransformation und/oder Ermitteln einer spektralen Leistungsdichte spektral analysiert werden.procedure after claim 9 , characterized in that the vibrations excited at the locations of the runway (1) by the landing aircraft (3) are spectrally analyzed by carrying out a Fourier transformation and/or determining a spectral power density.