一種機場輪跡測試方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及工程檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種機場輪跡測試方法。本發(fā)明提供一種機場輪跡測試方法，包括如下步驟：在跑道一側(cè)設(shè)置兩個以上激光輪跡測距傳感器；在跑道的另一側(cè)設(shè)置一個激光機型測距傳感器；當(dāng)飛機通過跑道時，通過激光機型測距傳感器和激光輪跡測距傳感器，測量飛機前、后機輪外側(cè)與測距傳感器之間的距離；根據(jù)測距傳感器的數(shù)據(jù)判斷飛機的機型以及飛機的輪跡。本發(fā)明通過激光測距裝置測量飛機起飛降落經(jīng)過激光測距儀器所在橫斷面時飛機機輪橡膠外側(cè)與激光測距儀器間的距離，從而提供了一種機場的輪跡橫向分布測試方法，為填補我國在機場輪跡橫向分布領(lǐng)域的研究空白創(chuàng)造了前提條件。
【專利說明】一種機場輪跡測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工程檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種機場輪跡測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]飛機在跑道、滑行道和聯(lián)絡(luò)道上滑行時，并不嚴(yán)格地按照直線行駛，而是存在一定的偏移和擺動。飛機的中心線會偏離設(shè)施的中心標(biāo)線(白天)或中心導(dǎo)向燈(晚上)，這種偏離的軌跡或范圍稱之為輪跡。
[0003]飛機輪跡的橫向分布是研究飛機對道面作用的重要內(nèi)容之一，是民用機場道面設(shè)計、管理、維護的重要參數(shù)，也是評價飛機偏移安全性的重要依據(jù)。在中國，尚未進(jìn)行過任何的機場道面輪跡分布調(diào)查，只是簡單地假定輪跡橫向分布為均勻分布，不符合實際情況，也沒有任何的事實依據(jù)。這在一定程度上限制了我國道面技術(shù)的發(fā)展。因此很有必要對飛機的輪跡橫向分布進(jìn)行調(diào)查。
[0004]在調(diào)查飛機的輪跡橫向分布中，主要應(yīng)用的是激光測距儀，通過在機場跑道某斷面兩側(cè)架設(shè)激光測距儀，從而測得飛機在經(jīng)過該斷面時的橫向偏移。激光測距技術(shù)是指利用射向目標(biāo)的激光脈沖或者連續(xù)波激光束測量目標(biāo)距離的距離測量技術(shù)。激光測距系統(tǒng)一般由激光發(fā)射部件、激光接收部件和控制系統(tǒng)、電源等部件構(gòu)成。激光測距的方法可以分為:脈沖法(激光飛行時間法)、相位法、調(diào)頻法等。激測距光技術(shù)具有穩(wěn)定、氣候干擾少等特點，而且儀器可以安裝于運行跑道的兩側(cè)，實現(xiàn)在不干擾飛機運行情況下的輪跡分布測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種機場輪跡測試方法，所述方法能夠測定飛機在跑道上運行時對中心線的橫向偏離，以便幫助發(fā)現(xiàn)飛機輪跡橫向分布的規(guī)律，填補這一領(lǐng)域的研究空白。
[0006]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明第一方面提供一種機場輪跡測試方法，包括如下步驟:
[0007]I)在跑道一側(cè)設(shè)置兩個以上激光輪跡測距傳感器，所述各激光輪跡測距傳感器的激光光束均平行于跑道表面且垂直于跑道的中心線；
[0008]2)在跑道的另一側(cè)設(shè)置一個激光機型測距傳感器，所述激光機型測距傳感器與其中一個激光輪跡測距傳感器的連線垂直于飛機跑道的中心線；
[0009]3)當(dāng)飛機通過跑道時，通過激光機型測距傳感器和激光輪跡測距傳感器，測量飛機前、后機輪外側(cè)與測距傳感器之間的距離；
[0010]4)根據(jù)激光機型測距傳感器及其相對的激光輪跡測距傳感器的數(shù)據(jù)，判斷飛機的機型，再根據(jù)各測距傳感器的數(shù)據(jù)得出飛機的輪跡。
[0011]優(yōu)選的，所述測距傳感器安裝于支架上，支架的架設(shè)可以固定激光測距傳感器并能夠避免地面震動、空氣波動等所帶來的誤差影響，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實際情況，對支架進(jìn)行角度微調(diào)，使測距傳感器能夠準(zhǔn)確的接收到回返信號。[0012]優(yōu)選地，所述測距傳感器的發(fā)射頻率> 2000Hz。
[0013]優(yōu)選的，所述測距傳感器的測量范圍> 60m，精度達(dá)到毫米級別。
[0014]更優(yōu)選的，測距傳感器的測量精度達(dá)到0.05米。
[0015]優(yōu)選的，所述測距傳感器距離跑道中心線60-100m。
[0016]優(yōu)選的，所述測距傳感器設(shè)有防水保護盒。
[0017]更優(yōu)選的，所述防水保護盒的前端采用高透光性鏡片。
[0018]本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)經(jīng)驗選擇適當(dāng)?shù)姆浪Ｗo盒，例如鋁合金防水保護盒，優(yōu)選的，所述鋁合金經(jīng)過熱處理。
[0019]優(yōu)選的，所述測距傳感器的架設(shè)高度為0.5-1.lm。
[0020]所述測距傳感器的架設(shè)高度的選擇是為了將測距傳感器對準(zhǔn)飛機機輪外側(cè)下部的橡膠部分。
[0021]此外，本發(fā)明中各測距傳感器均可通過太陽能電池供電，并內(nèi)置有單片機，所述的太陽能電池是民用機場輪跡測試系統(tǒng)的主要供電系統(tǒng)，所述的單片機具有數(shù)據(jù)預(yù)處理與存儲功能。所以本發(fā)明所提供的機場輪跡測試方法可以在全天候無人監(jiān)測的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)測試和存儲的，系統(tǒng)在采集過程中，沒有人進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲傳導(dǎo)，系統(tǒng)本身具有一定的存儲功能及容積空間保證了全天候采集數(shù)據(jù)。同時，激光測距傳感器與單片機的數(shù)據(jù)有效范圍設(shè)定和數(shù)據(jù)預(yù)處理有力地減少了無效數(shù)據(jù)占用的存儲空間，以及為后期的數(shù)據(jù)處理節(jié)省了大量的精力。選用太陽能電池作為供電系統(tǒng)，充分考慮到了進(jìn)出機場的不便性，而且具有更加節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)的效果。
[0022]本發(fā)明第二方面提供所述機場輪跡測試方法在飛機跑道荷載計算領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0023]優(yōu)選的，所述飛機跑道荷載計算領(lǐng)域的應(yīng)用具體為:使用所述機場輪跡測試方法計算出各飛機起降時的輪跡分布，再根據(jù)輪跡分布數(shù)據(jù)得出機場飛機跑道的荷載數(shù)據(jù)。
[0024]更優(yōu)選的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)經(jīng)驗和實際情況(如跑道長度等)，選擇激光輪跡測距傳感器的數(shù)量，并將各激光輪跡測距傳感器布置于跑道邊，使用所述機場輪跡測試方法計算出各飛機起降時跑道各處的輪跡分布，再根據(jù)跑道各處的輪跡分布數(shù)據(jù)得出整個機場飛機跑道的荷載數(shù)據(jù)。
[0025]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述各激光輪跡測距傳感器之間的距離為50-70m。
[0026]如上所述，在激光測距儀器所發(fā)出的激光有足夠的頻率保證飛機經(jīng)過激光測距系統(tǒng)所在斷面瞬間，激光測距模塊能及時準(zhǔn)確捕捉到機輪位置的前提下，本發(fā)明通過激光測距裝置測量飛機起飛降落經(jīng)過激光測距儀器所在橫斷面時飛機機輪橡膠外側(cè)與激光測距儀器間的距離，從而提供了一種機場的輪跡橫向分布測試方法，為填補我國在機場輪跡橫向分布領(lǐng)域的研究空白創(chuàng)造了前提條件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1顯示為本發(fā)明民用機場輪跡測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2顯示為本發(fā)明激光測距傳感器平面布局圖。
[0029]圖3顯示為本發(fā)明激光測距傳感器布設(shè)左視圖。
[0030]圖4顯示為本發(fā)明激光測距傳感器布設(shè)剖面圖。
[0031]圖5顯示為本發(fā)明儀器架設(shè)基本示意圖。[0032]圖6顯示為本發(fā)明儀器架設(shè)及傳感器大小三視圖(從左至右分別為主視圖、側(cè)視圖和俯視圖)。
【具體實施方式】
[0033]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0034]請參閱圖1-6。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0035]本發(fā)明至少包括3臺激光測距傳感器，激光測距傳感器可通過太陽能電池供電，并內(nèi)置有單片機。激光測距傳感器實際上集成了激光測距模塊、控制功能、信號處理和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，并且置于一個高等級防水保護盒內(nèi)，用一個支架架設(shè)。所述的太陽能電池是民用機場輪跡測試系統(tǒng)的主要供電系統(tǒng)，所述的單片機具有數(shù)據(jù)預(yù)處理與存儲功能。數(shù)據(jù)存儲通過將來自激光測距模塊的4-20mA模擬信號轉(zhuǎn)化為2進(jìn)制的可存儲數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。場區(qū)內(nèi)元件設(shè)備間通過RS232或電纜等有線方式傳輸數(shù)據(jù)或電信號。場區(qū)內(nèi)外無線數(shù)據(jù)傳輸是通過GPRS DTU數(shù)據(jù)傳輸單元實現(xiàn)的。針對儀器架設(shè)安裝的位置，現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)前，設(shè)定出目標(biāo)距離的有效數(shù)據(jù)范圍。太陽能電源能夠連續(xù)3-5天陰天仍然可以正常工作，電池存儲容量至少為32AH，太陽能電池板的面積大小約為800_*1200_。
[0036]如圖1所示一種民用機場輪跡測試方法，機場內(nèi)部安裝部分包括3個激光測距傳感器、單片機及相應(yīng)的太陽能供電系統(tǒng)。由激光測距傳感器測得飛機在跑道運行中距測點距離，數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C并經(jīng)過預(yù)處理，通過GPRS的方式將數(shù)據(jù)輸送到數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，測試人員即可從數(shù)據(jù)分析界面取得相應(yīng)的實測數(shù)據(jù)。
[0037]如圖2至圖4所示，激光測距傳感器在機場內(nèi)的具體布設(shè)方式，三臺激光測距傳感器Laserl、Laser2和Laser3的架設(shè)位置分別為:激光器Laserl和Laser2架設(shè)在跑道一邊距離跑道中心線80m處，激光器Laser3架設(shè)在跑道另一邊距離跑道中心線80m的位置，其中激光器Laserl和Laser2即為激光輪跡測距傳感器，Laserf即為激光機型測距傳感器。激光測距傳感器用來測量飛機輪胎下部外側(cè)到達(dá)激光測距傳感器的距離，在沒有飛機經(jīng)過時，激光測距傳感器的激光束要打在跑道路拱的頂部，這樣返回的是路拱頂部到激光測距傳感器的距離定值。考慮到機場跑道兩側(cè)土面區(qū)的雜草高度以及飛機發(fā)動機的高度，儀器的架設(shè)高度約為0.5m-lm，具體情況視路拱高度而定。
[0038]如圖5和圖6所示，激光測距傳感器的架設(shè)方式，為了保證不對機場安全運行造成干擾和影響，對儀器的尺寸進(jìn)行了嚴(yán)格的控制(尺寸大小在0.4*0.3*0.2m以內(nèi))，并且支架的設(shè)計完全按照跑道邊燈的底座易折結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，高度在0.5到I米，支架設(shè)計成可升降的結(jié)構(gòu)，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境(地形，草高)可以調(diào)節(jié)。根據(jù)儀器固定安裝的需要，在土面區(qū)安裝儀器的斷面位置，為了保證儀器能穩(wěn)定的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，需要現(xiàn)場澆筑一塊面積為1.0m*l.0m的水泥混凝土板，深度為50cm，用以固定儀器支架。場外澆筑的板可以隨時移動，一旦測試完成，可將其移走。先把周圍的的土和草處理干凈，然后開挖出一個1.0m*l.0m*0.5m的小坑，然后把配合好的水泥混凝土進(jìn)行澆筑，根據(jù)支撐腳架的大小，預(yù)留一定的數(shù)量的小孔，方便下一步的搭接。傳感器支架用跑道邊燈底座及易折的腳架支撐，把腳架固定安裝在水泥混凝土板預(yù)留的小孔上。并且根據(jù)需要可以進(jìn)一步在腳架周圍澆筑少許的水泥，以達(dá)到穩(wěn)固腳架的作用。
[0039]實施例1
[0040]民用機場輪跡測試系統(tǒng):
[0041]在虹橋機場西跑道南端進(jìn)行輪跡測試系統(tǒng)測試。測試系統(tǒng)由三臺激光測距傳感器ULS組成。本次測試中我們選用其中2臺ULS，放置在機場一邊進(jìn)行測量?？紤]到機場跑道兩側(cè)土面區(qū)的雜草高度以及飛機發(fā)動機的高度，儀器的架設(shè)高度約為0.Sm。對起飛飛機，輪跡橫向分布測試擬在(虹橋機場西跑道)離主方向跑道(由南向北)端部距離南端200米到300米處進(jìn)行，該斷面基本為飛機調(diào)整姿態(tài)后開始滑跑的位置，飛機行進(jìn)的線路較為平穩(wěn)；對降落飛機，根據(jù)國際民航組織的規(guī)定，長度超過2400米的跑道在距離跑道入口 400m處開始設(shè)置瞄準(zhǔn)點標(biāo)志。通過查看機場的衛(wèi)星照片發(fā)現(xiàn)，飛機與跑道的接地位置在300米?700米的范圍比較密集，因此可以選取距離跑道400m處作為針對降落飛機的信息采集斷面。
[0042]綜上，本次試驗選擇在虹橋機場西跑道布設(shè)儀器，測試起飛飛機輪跡分布情況，根據(jù)機場天氣的變化，西跑道以由南往北的方向為飛機起飛的主要方向，故選擇在距離南端200到300米左右設(shè)置儀器進(jìn)行測量。經(jīng)過協(xié)商，最終將Iaserl和Iaserf的斷面位置確定為距離西跑道南端241米處(“交叉點起飛標(biāo)記牌”旁邊，該標(biāo)記牌朝向滑行道，高度為1.1米)，，laser2的斷面位置為距離西跑道南端301米處，三個傳感器距離跑道中心線均為60米左右，laser2距離Iaserl約60m。根據(jù)機場安全管理規(guī)定，機場跑道兩側(cè)距離跑道中心線75米范圍內(nèi)不能有高出地面的物體，但是本儀器設(shè)備為了實現(xiàn)準(zhǔn)確收集數(shù)據(jù)的目的，擬將儀器安裝在跑道一側(cè)標(biāo)記牌旁邊，
[0043]為了保證不對機場安全運行造成干擾和影響，對儀器的尺寸進(jìn)行了嚴(yán)格的控制(尺寸大小在0.4*0.3*0.2m以內(nèi))，并且支架的設(shè)計完全按照跑道邊燈的底座易折結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，高度在0.5到I米，支架設(shè)計成可升降的結(jié)構(gòu)，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境(地形，草高)可以調(diào)節(jié)。根據(jù)儀器固定安裝的需要，在土面區(qū)安裝儀器的斷面位置，為了保證儀器能穩(wěn)定的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場澆筑一塊面積為1.0m*l.0m的水泥混凝土板，深度為50cm，用以固定儀器支架。場外澆筑的板可以隨時移動，一旦測試完成，可將其移走。先把周圍的的土和草清理干凈，然后開挖出一個1.0m*1.0m*0.5m的小坑，然后把配合好的水泥混凝土進(jìn)行澆筑，根據(jù)支撐腳架的大小，預(yù)留一定的數(shù)量的小孔，方便下一步的搭接。傳感器支架用跑道邊燈底座及易折的腳架支撐，把腳架固定安裝在水泥混凝土板預(yù)留的小孔上。并且根據(jù)需要可以進(jìn)一步在腳架周圍澆筑少許的水泥，以達(dá)到穩(wěn)固腳架的作用。傳感器(尺寸大小為
0.35m*0.25m*0.15m)通過腳架固定在水泥混凝土板區(qū)域內(nèi)，高出地面約0.5至1.0m,可以上下做升降調(diào)整。
[0044]為了盡量控制設(shè)備的尺寸，本儀器采用鋰電池，鋰電池的容量滿足儀器一個星期的用電量，每周進(jìn)場一次更換電池，鋰電池的尺寸大小為:185mm*185mm*122mm。因為鋰電池的尺寸不大，可以直接放置在支架底座處，使的整個儀器綁成一個整體。盡量使得整個設(shè)備大小和高度控制在合適的范圍，不對機場的安全運行造成影響。[0045]儀器設(shè)備配備相應(yīng)的保護外殼，可以防止意外損壞；為了保證儀器在測試數(shù)據(jù)期間不受到割草機或者機場其他施工作業(yè)的損壞，架設(shè)儀器后應(yīng)在儀器架設(shè)區(qū)域附近半徑至少2m的范圍設(shè)置明顯的警示標(biāo)致。每周定期進(jìn)場進(jìn)行儀器的安全檢查，包括檢查警示標(biāo)志是否受到破壞，如警示標(biāo)致有損壞應(yīng)及時進(jìn)行處理。
[0046]由于機場航班每天達(dá)到600到700架次的量，數(shù)據(jù)采集在I周時間收集到了足夠的樣本數(shù)據(jù)，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1所示。
[0047]表1
[0048]
【權(quán)利要求】
1.一種機場輪跡測試方法，包括如下步驟: 1)在跑道一側(cè)設(shè)置兩個以上激光輪跡測距傳感器，所述各激光輪跡測距傳感器的激光光束均平行于跑道表面且垂直于跑道的中心線； 2)在跑道的另一側(cè)設(shè)置一個激光機型測距傳感器，所述激光機型測距傳感器與其中一個激光輪跡測距傳感器的連線垂直于飛機跑道的中心線； 3)當(dāng)飛機通過跑道時，通過激光機型測距傳感器和激光輪跡測距傳感器，測量飛機前、后機輪外側(cè)與測距傳感器之間的距離； 4)根據(jù)激光機型測距傳感器及其相對的激光輪跡測距傳感器的數(shù)據(jù)，判斷飛機的機型，再根據(jù)各測距傳感器的數(shù)據(jù)得出飛機的輪跡。
2.如權(quán)利要求1所述的一種機場輪跡測試方法，其特征在于，所述測距傳感器安裝于支架上，測距傳感器能夠準(zhǔn)確的接收到回返信號。
3.如權(quán)利要求1所述的一種機場輪跡測試方法，其特征在于，所述測距傳感器的發(fā)射頻率 > 2000Hz。
4.如權(quán)利要求1所述的一種機場輪跡測試方法，其特征在于，所述測距傳感器的測量范圍> 60m，精度達(dá)到毫米級別。
5.如權(quán)利要求1所述的一種機場輪跡測試方法，其特征在于，所述測距傳感器距離跑道中心線60-100m。
6.如權(quán)利要求1所述的一種機場輪跡測試方法，其特征在于，所述測距傳感器設(shè)有防水保護盒。
7.如權(quán)利要求1所述的一種機場輪跡測試方法，其特征在于，所述測距傳感器的架設(shè)高度為0.5-1.lm，測距傳感器對準(zhǔn)飛機機輪外側(cè)下部的橡膠部分。
8.如權(quán)利要求7所述的一種機場輪跡測試方法，其特征在于，所述測距傳感器對準(zhǔn)飛機機輪外側(cè)下部的橡膠部分。
9.如權(quán)利要求1-8任一權(quán)利要求所述的機場輪跡測試方法在飛機跑道荷載計算領(lǐng)域的用途。
10.如權(quán)利要求9所述的用途，其特征在于，所述飛機跑道荷載計算領(lǐng)域的用途具體為:使用所述機場輪跡測試方法計算出各飛機起降時的輪跡分布，再根據(jù)輪跡分布數(shù)據(jù)得出機場飛機跑道的荷載數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G01S17/58GK103983978SQ201410143373
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】趙鴻鐸, 凌建明, 袁捷, 雷電, 史恩輝 申請人:同濟大學(xué)