基于数字孪生技术的机场跑道健康态势感知系统及方法技术方案

一种基于数字孪生技术的机场跑道健康态势感知系统及方法，属于数字孪生技术领域，其包括数据采集层

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生技术的机场跑道健康态势感知系统及方法


[0001]本专利技术属于数字孪生
，特别涉及一种基于数字孪生技术的机场跑道健康态势感知系统及方法
。

技术介绍

[0002]随着经济建设发展，新机场的建设项目逐年递增
。
飞机的起降容易受到机场跑道结构健康状态的影响，机场跑道结构的健康状态包括机场跑道的
FOD
（
Foreign Object Debris
，即可能损伤航空器的某种外来的物质
、
碎屑或物体）入侵
、
道面安全状态
、
地下水位
、
跑道所在区域的不均匀沉降等方方面面
。
对上述方面开展监测评估是业界通用需求
。
[0003]中国专利公开文献
CN115993107A“一种机场跑道道面沉降监测系统”，公开了机场跑道沉降的监测系统，其基本原理是在机场跑道附近设置水准点，进行沉降监测，该专利技术主要是克服常规水准监测中监测点摆放不正而影响到后续水准点的正常使用的问题，方案提到的监测手段尚属于常规的沉降监测手段，并没有克服常规监测手段中仪器设备较为复杂
、
仪器安装和维护繁琐
、
成本高
、
无法远距离传输等主要缺陷
。
[0004]中国专利
CN115587542B“基于光栅传感器阵列的机场跑道安全监测方法及系统”，公开了一种基于光栅传感器阵列的机场跑道安全监测方法及系统，该专利对光纤光栅的布置方法及采集数据的处理进行了描述，主要解决的问题是跑道滑行区域车辆等外部物体入侵的监测
、
道面错台及飞机位置感知的分析
。
虽然该方案克服了传统传感器受环境影响大且造价成本过高
、
无法长距离实施监测的缺陷，但是该专利仅仅解决了对跑道滑行区域车辆等外部物体入侵的监测
、
道面错台的监测等问题，而未涉及影响机场跑道健康状态其他要素，如地下水水位
、
道面水膜厚度
、
飞机位置感知等，且其监测主要是局部点数据，没有利用仿真及数字孪生等手段连点成面地开展全方位分析监测，不足以形成对机场安全态势的整体感知及预测的解决方案
。
从价值工程角度分析，在完成机场跑道整套光纤光栅整列传感器布设所产生的成本与支持的功能相比，功能性价比偏低
。
[0005]与此同时，硕士论文
《
天府新机场建设过程中地下水渗流场变化研究
》
（吕晶日，
2016
）及
《
天府新机场多层地下空间建设对地下水渗流场的影响
》
（陈丽影，
2017
）利用计算力学理论，对天府新机场区域地铁车站施工涉及到的各期基坑开挖和回填开展了地下水变化仿真分析，得出机场施工期的结论和建议
。
但问题在于，两篇论文主要对施工期进行了评价，对于机场跑道运营期的评价过于笼统简单，且缺乏对实时数据的接入分析，方案的实施效果具有一定学术意义，但对解决实际运营期的机场监测问题的效果一般，无法解决运营期机场态势感知的要求
。
[0006]中国专利
CN113486602B“机场飞机跑道管理数字孪生系统仿真方法
、
系统及装置”，提供了一种机场跑道系统仿真的方法和路径，主要手段是分析机场风速形成契合组信息，建立了飞机起飞的系统仿真模型，主要解决的问题是：评估机场是否有适合起飞的风速，以提高飞机的起飞效率和机场的运行效率
。
该项专利在一定程度上推进了数字孪生在机场跑道场景的应用，局限在于专利中涉及的数字孪生，仅仅包含飞机起飞环境评估，对于
机场跑道安全的运维方面缺乏基于物理仿真引擎的数字孪生的应用
。
[0007]中国专利
CN113251996B“一种智能跑道”，提供了一种从地层监测到道面结构监测的方法，一定程度上实现了地基沉降风险
、
道面风险
、
飞机滑水风险的实时监测
。
该方案提供了仪器布设的一套方法，是一个非常明显的进步，系统提供的方案较全，功能性价比较高；局限在没有解决基于实时数据的评价感知问题，未做到多维度基于仿真手段的数字孪生分析，缺乏跑道安全计算的物理内核驱动；而以上局限在一定程度上影响了监测的有效性和实用性
。
中国专利公开文献
CN116346856A“一种智能跑道多元异构数据集成系统及方法”，在数据集成上提供了一种技术方法，但其局限和上述专利一样，缺乏跑道安全计算的物理内核驱动
。
[0008]综上，机场跑道监测需要考虑影响飞机起降的多方面安全因素，传统的监测手段存在设备运维繁琐
、
远距离传输难（例如沉降）等问题，运用光栅传感器能够克服传统设备在上述方面的不足
。
但是，现有技术中采用光纤光栅传感技术对机场跑道进行监测仍存在诸多缺陷，例如监测内容不全面
、
无法实时对监测数据进行响应等
。

技术实现思路

[0009]针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种基于数字孪生技术的机场跑道健康态势感知系统及方法，旨在解决当下智慧机场监测中价值分析偏低
、
远距离传输困难
、
缺乏基于物理仿真模型的机理分析模型等问题
。
[0010]本专利技术提供一种基于数字孪生技术的机场跑道健康态势感知系统，包括数据采集层
、
数据处理层及功能应用层；其特征在于，所述数据采集层用于采集并存储所述机场跑道健康态势感知所需的原始数据；所述数据采集层包括监测仪器设备
、
数据传输线路
、
机场塔台数据采集接口
、
以及数据采集存储介质；所述原始数据包括所述监测仪器设备采集的监测数据，以及由机场塔台的数据采集接口接入的塔台数据；所述数据处理层用于对所述原始数据进行处理
、
按照时间戳进行关联打包存储；处理及打包后，形成结构化数据及非结构化数据；所述数据处理层还用于依据触发条件进行仿真计算，将仿真计算结果输出至所述功能应用层；所述功能应用层用于对所述结构化数据进行监控，当监控到有触发实时计算的充分条件时，将计算命令返回给所述数据处理层，并利用所述仿真计算结果对机场跑道的健康状况进行评估，并输出评估结果；所述功能应用层包括机场跑道总览模块
、
实时感知模块
、
以及监测数据查看及评估模块
。
[0011]进一步地，所述数据处理层包括监测数据处理模块
、
塔台数据处理模块
、
以及数字孪生物理内核引擎模块；所述数字孪生物理内核引擎模块还包括地下水有限元体积法计算代码模块
、
道面结构状态模块<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于数字孪生技术的机场跑道健康态势感知系统，包括数据采集层
、
数据处理层及功能应用层；其特征在于，所述数据采集层用于采集并存储所述机场跑道健康态势感知所需的原始数据；所述数据采集层包括监测仪器设备
、
数据传输线路
、
机场塔台数据采集接口
、
以及数据采集存储介质；所述原始数据包括所述监测仪器设备采集的监测数据，以及由机场塔台的数据采集接口接入的塔台数据；所述数据处理层用于对所述原始数据进行处理
、
按照时间戳进行关联打包存储；处理及打包后，形成结构化数据及非结构化数据；所述数据处理层还用于依据触发条件进行仿真计算，将仿真计算结果输出至所述功能应用层；所述功能应用层用于对所述结构化数据进行监控，当监控到有触发实时计算的充分条件时，将计算命令返回给所述数据处理层，并利用所述仿真计算结果对机场跑道的健康状况进行评估，并输出评估结果；所述功能应用层包括机场跑道总览模块
、
实时感知模块
、
以及监测数据查看及评估模块
。2.
根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理层包括监测数据处理模块
、
塔台数据处理模块
、
以及数字孪生物理内核引擎模块；所述数字孪生物理内核引擎模块还包括地下水有限元体积法计算代码模块
、
道面结构状态模块
、
水膜润滑状态有限元模块
、
以及飞机起降系统仿真代码模块
。3.
根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字孪生物理内核引擎模块提供运维期的编程接口
。4.
根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字孪生物理内核引擎模块同时部署在本地及远程超算中心
。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘韶鹏，吴连奎，朱樟柳，
申请(专利权)人：北京云庐科技有限公司，
类型：发明
国别省市：