【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机场智能感知领域，具体来说是一种机场跑道水膜厚度传感器的优化布设方法。
技术介绍
1、在潮湿跑道上，跑道表面被水膜覆盖，跑道抗滑性能下降，进而影响飞机的制动、操纵性能，导致风险事故频发。现阶段，国内外机场对于潮湿道面飞机滑跑安全性的评估主要通过抗滑性能指标进行判断，我国《民用机场飞行区场地维护技术指南》（ac-140-ca-2010-3）中要求各机场定期采用摩擦系数测试设备对跑道的摩擦系数、构造深度等指标进行检测，用以评价跑道对于飞机滑跑的适航性。但由于测试方法本身的限制，上述定期检测的手段难以适应潮湿跑道抗滑性能的动态变化，导致测试值与实际值存在较大差异，难以实时、准确评估潮湿跑道的抗滑性能。
2、针对现有抗滑性能定期检测方式存在的弊端，美国联邦航空局、国际民航组织、中国民航局等组织和单位开始要求对机场跑道的测试与评估报告中需要提交水膜厚度、覆盖率等关键参数，以掌握潮湿跑道表面状态的动态变化。
3、目前，获取跑道水膜厚度等参数仍主要采用人工巡检、手动测量、经验评估等方式，未能从根本上解决传统“摩擦系数测试法”存在的精度差、效率低、覆盖率小、封闭交通等问题。随着传感技术的进步，通过传感器实时获取跑道的水膜厚度逐渐成为解决上述问题的主流方案。现阶段，机场跑道对于水膜厚度传感器的布置主要根据主观判断和长期经验进行确定，暂时缺少科学合理的技术手段指导传感器的布置，在一定程度上限制了机场跑道全域水膜厚度的感知效果。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在
2、为了实现上述目的，设计一种机场跑道水膜厚度传感器的优化布设方法，所述方法具体如下：
3、s1. 获取机场跑道高程数据和模拟降雨数据，将跑道区域网格化，采用二维浅水方程求解跑道各网格点的水膜厚度时空演变;
4、s2. 以s1的计算结果作为面域水膜厚度的真实值，在此基础上，引入传感器误差分布数据，并将计算结果作为传感器的测量值；
5、s3. 计算跑道各网格点的信息总量；
6、s4. 计算各网格点间相关系数与距离的关系并确定传感器的影响半径;
7、s5. 确定布置的传感器数量;
8、s6. 按照传感器的影响半径内无其他传感器，且各传感器布置点位信息总量之和最高的策略制定传感器布置方法。
9、所述步骤s1中的二维浅水方程，其方程形式如下：
10、；
11、；
12、；
13、；；
14、；
15、；
16、；
17、；
18、式中： h为水膜厚度； u和 v为水流速度沿 x轴和 y轴方向的分量； qr为降雨强度； g为重力加速度， s0,x和 s0,y为底坡源项在 x轴和 y轴方向的分量； sf,x和 sf,y为摩擦源项在 x轴和 y轴方向的分量； z为道面高程； nc为曼宁系数； t为时间；t为数学运算符表示向量转置；
19、采用有限体积法以及harten-lax-van leer格式的近似riemann解对二维浅水方程进行求解，由此即可得到给定高程跑道在不同降雨强度下水膜厚度的时空演变；在此基础上，通过实测的水膜厚度数据，并基于梯度下降法的曼宁系数寻优算法对模型计算结果进行动态修正，从而精准预估机场跑道水膜厚度的面域分布。
20、步骤s2中所述误差分布的具体分布类型和分布参数根据传感器的实测数据进行确定，分布类型可以采用正态分布。
21、步骤s3中信息总量，其包括监测点位的信息熵加上该点位与机场跑道其他各点的互信息；信息总量的计算公式为：
22、；
23、式中， x i为监测点 i处传感器获取的时间序列数据， n为道路划分的网格点总数， o为分析监测点， h( x o)为分析监测点的信息熵， t( x i, x o)为分析监测点与其他点位的互信息， t( x1, x2,…, x n; x o)为分析监测点的信息总量；
24、信息熵的计算公式为：
25、；
26、式中， p i为数据出现的概率， n为数据分组数；
27、数据分组数按以下公式进行计算：
28、；
29、式中， n为分组数， m为样本数；
30、互信息按下式进行计算：
31、；
32、；
33、式中， m、 n为时间序列 x、y的长度， p ij为 x、y的联合分布概率。
34、步骤s4中各网格点间相关系数与距离的关系，相关系数和距离采用如下公式进行计算：
35、；
36、；
37、式中， x和 y分别是不同监测点获取的时间序列数据， d为两个监测点间的距离， a 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种机场跑道水膜厚度传感器的优化布设方法，其特征在于所述方法具体如下：
2.如权利要求1所述的一种机场跑道水膜厚度传感器的优化布设方法，其特征在于所述步骤S1中的二维浅水方程，其方程形式如下：
3.如权利要求1所述的一种机场跑道水膜厚度传感器的优化布设方法，其特征在于步骤S2中所述误差分布的具体分布类型和分布参数根据传感器的实测数据进行确定，分布类型可以采用正态分布。
4.如权利要求1所述的一种机场跑道水膜厚度传感器的优化布设方法，其特征在于步骤S3中信息总量，其包括监测点位的信息熵加上该点位与机场跑道其他各点的互信息；信息总量的计算公式为：
5.如权利要求1所述的一种机场跑道水膜厚度传感器的优化布设方法，其特征在于，步骤S4中各网格点间相关系数与距离的关系，相关系数和距离采用如下公式进行计算：
6.如权利要求1所述的一种机场跑道水膜厚度传感器的优化布设方法，其特征在于，步骤S6中传感器的布设原则为传感器的影响半径内无其他传感器，且各传感器布置点位信息总量之和最高。
【技术特征摘要】
1.一种机场跑道水膜厚度传感器的优化布设方法，其特征在于所述方法具体如下：
2.如权利要求1所述的一种机场跑道水膜厚度传感器的优化布设方法，其特征在于所述步骤s1中的二维浅水方程，其方程形式如下：
3.如权利要求1所述的一种机场跑道水膜厚度传感器的优化布设方法，其特征在于步骤s2中所述误差分布的具体分布类型和分布参数根据传感器的实测数据进行确定，分布类型可以采用正态分布。
4.如权利要求1所述的一种机场跑道水膜厚度传感器的优化布设方...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡爵威，赵荣欣，吴华勇，邢云，周子杰，
申请(专利权)人：上海市建筑科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。