一种机场轮迹测试方法

摘要

本发明涉及工程检测领域，特别是涉及一种机场轮迹测试方法。本发明提供一种机场轮迹测试方法，包括如下步骤：在跑道一侧设置两个以上激光轮迹测距传感器；在跑道的另一侧设置一个激光机型测距传感器；当飞机通过跑道时，通过激光机型测距传感器和激光轮迹测距传感器，测量飞机前、后机轮外侧与测距传感器之间的距离；根据测距传感器的数据判断飞机的机型以及飞机的轮迹。本发明通过激光测距装置测量飞机起飞降落经过激光测距仪器所在横断面时飞机机轮橡胶外侧与激光测距仪器间的距离，从而提供了一种机场的轮迹横向分布测试方法，为填补我国在机场轮迹横向分布领域的研究空白创造了前提条件。

权利要求

1.一种机场轮迹测试方法，包括如下步骤：

1)在跑道一侧设置两个以上激光轮迹测距传感器，所述各激光轮迹测距传感器的激光光束均平行于跑道表面且垂直于跑道的中心线；

2)在跑道的另一侧设置一个激光机型测距传感器，所述激光机型测距传感器与其中一个激光轮迹测距传感器的连线垂直于飞机跑道的中心线；

3)当飞机通过跑道时，通过激光机型测距传感器和激光轮迹测距传感器，测量飞机前、后机轮外侧与测距传感器之间的距离；

4)根据激光机型测距传感器及其相对的激光轮迹测距传感器的数据，判断飞机的机型，再根据各测距传感器的数据得出飞机的轮迹；

所述测距传感器的发射频率≥2000Hz；

所述测距传感器距离跑道中心线60-100m；

所述测距传感器的架设高度为0.5-1.1m，测距传感器对准飞机机轮外侧下部的橡胶部分。

2.如权利要求1所述的一种机场轮迹测试方法，其特征在于，所述测距传感器安装于支架上，测距传感器能够准确的接收到回返信号。

3.如权利要求1所述的一种机场轮迹测试方法，其特征在于，所述测距传感器的测量范围≥60m，精度达到毫米级别。

4.如权利要求1所述的一种机场轮迹测试方法，其特征在于，所述测距传感器设有防水保护盒。

5.如权利要求1-4任一权利要求所述的机场轮迹测试方法在飞机跑道荷载计算领域的用途。

6.如权利要求5所述的用途，其特征在于，所述飞机跑道荷载计算领域的用途具体为：使用所述机场轮迹测试方法计算出各飞机起降时的轮迹分布，再根据轮迹分布数据得出机场飞机跑道的荷载数据。

说明书

一种机场轮迹测试方法

技术领域

[0001] 本发明涉及工程检测领域，特别是涉及一种机场轮迹测试方法。

背景技术

[0002] 飞机在跑道、滑行道和联络道上滑行时，并不严格地按照直线行驶，而是存在一定的偏移和摆动。飞机的中心线会偏离设施的中心标线（白天）或中心导向灯（晚上），这种偏离的轨迹或范围称之为轮迹。

[0003] 飞机轮迹的横向分布是研究飞机对道面作用的重要内容之一，是民用机场道面设计、管理、维护的重要参数，也是评价飞机偏移安全性的重要依据。在中国，尚未进行过任何的机场道面轮迹分布调查，只是简单地假定轮迹横向分布为均匀分布，不符合实际情况,也没有任何的事实依据。这在一定程度上限制了我国道面技术的发展。因此很有必要对飞机的轮迹横向分布进行调查。

[0004] 在调查飞机的轮迹横向分布中,主要应用的是激光测距仪,通过在机场跑道某断面两侧架设激光测距仪,从而测得飞机在经过该断面时的横向偏移。激光测距技术是指利用射向目标的激光脉冲或者连续波激光束测量目标距离的距离测量技术。激光测距系统一般由激光发射部件、激光接收部件和控制系统、电源等部件构成。激光测距的方法可以分为：脉冲法（激光飞行时间法）、相位法、调频法等。激测距光技术具有稳定、气候干扰少等特点，而且仪器可以安装于运行跑道的两侧，实现在不干扰飞机运行情况下的轮迹分布测试。

发明内容

[0005] 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轮迹测试方法，所述方法能够测定飞机在跑道上运行时对中心线的横向偏离，以便帮助发现飞机轮迹横向分布的规律，填补这一领域的研究空白。

[0006] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种机场轮迹测试方法，包括如下步骤：

[0007] 1）在跑道一侧设置两个以上激光轮迹测距传感器，所述各激光轮迹测距传感器的激光光束均平行于跑道表面且垂直于跑道的中心线；

[0008] 2）在跑道的另一侧设置一个激光机型测距传感器，所述激光机型测距传感器与其中一个激光轮迹测距传感器的连线垂直于飞机跑道的中心线；

[0009] 3）当飞机通过跑道时，通过激光机型测距传感器和激光轮迹测距传感器，测量飞机前、后机轮外侧与测距传感器之间的距离；

[0010] 4）根据激光机型测距传感器及其相对的激光轮迹测距传感器的数据，判断飞机的机型，再根据各测距传感器的数据得出飞机的轮迹。

[0011] 优选的，所述测距传感器安装于支架上，支架的架设可以固定激光测距传感器并能够避免地面震动、空气波动等所带来的误差影响，本领域技术人员可根据实际情况，对支架进行角度微调，使测距传感器能够准确的接收到回返信号。

[0012] 优选地，所述测距传感器的发射频率≥2000Hz。

[0013] 优选的，所述测距传感器的测量范围≥60m，精度达到毫米级别。

[0014] 更优选的，测距传感器的测量精度达到0.05米。

[0015] 优选的，所述测距传感器距离跑道中心线60-100m。

[0016] 优选的，所述测距传感器设有防水保护盒。

[0017] 更优选的，所述防水保护盒的前端采用高透光性镜片。

[0018] 本领域技术人员可根据经验选择适当的防水保护盒，例如铝合金防水保护盒，优选的，所述铝合金经过热处理。

[0019] 优选的，所述测距传感器的架设高度为0.5-1.1m。

[0020] 所述测距传感器的架设高度的选择是为了将测距传感器对准飞机机轮外侧下部的橡胶部分。

[0021] 此外，本发明中各测距传感器均可通过太阳能电池供电，并内置有单片机，所述的太阳能电池是民用机场轮迹测试系统的主要供电系统，所述的单片机具有数据预处理与存储功能。所以本发明所提供的机场轮迹测试方法可以在全天候无人监测的情况下进行数据测试和存储的，系统在采集过程中，没有人进行数据的存储传导，系统本身具有一定的存储功能及容积空间保证了全天候采集数据。同时，激光测距传感器与单片机的数据有效范围设定和数据预处理有力地减少了无效数据占用的存储空间，以及为后期的数据处理节省了大量的精力。选用太阳能电池作为供电系统，充分考虑到了进出机场的不便性，而且具有更加节能环保、可持续的效果。

[0022] 本发明第二方面提供所述机场轮迹测试方法在飞机跑道荷载计算领域的应用。

[0023] 优选的，所述飞机跑道荷载计算领域的应用具体为：使用所述机场轮迹测试方法计算出各飞机起降时的轮迹分布，再根据轮迹分布数据得出机场飞机跑道的荷载数据。

[0024] 更优选的，本领域技术人员可根据经验和实际情况（如跑道长度等），选择激光轮迹测距传感器的数量，并将各激光轮迹测距传感器布置于跑道边，使用所述机场轮迹测试方法计算出各飞机起降时跑道各处的轮迹分布，再根据跑道各处的轮迹分布数据得出整个机场飞机跑道的荷载数据。

[0025] 进一步优选的，所述各激光轮迹测距传感器之间的距离为50-70m。

[0026] 如上所述，在激光测距仪器所发出的激光有足够的频率保证飞机经过激光测距系统所在断面瞬间，激光测距模块能及时准确捕捉到机轮位置的前提下，本发明通过激光测距装置测量飞机起飞降落经过激光测距仪器所在横断面时飞机机轮橡胶外侧与激光测距仪器间的距离，从而提供了一种机场的轮迹横向分布测试方法，为填补我国在机场轮迹横向分布领域的研究空白创造了前提条件。

附图说明

[0027] 图1显示为本发明民用机场轮迹测试系统结构示意图。

[0028] 图2显示为本发明激光测距传感器平面布局图。

[0029] 图3显示为本发明激光测距传感器布设左视图。

[0030] 图4显示为本发明激光测距传感器布设剖面图。

[0031] 图5显示为本发明仪器架设基本示意图。

[0032] 图6显示为本发明仪器架设及传感器大小三视图（从左至右分别为主视图、侧视图和俯视图）。

具体实施方式

[0033] 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他优点与功效。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。

[0034] 请参阅图1-6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

[0035] 本发明至少包括3台激光测距传感器，激光测距传感器可通过太阳能电池供电，并内置有单片机。激光测距传感器实际上集成了激光测距模块、控制功能、信号处理和数据存储系统，并且置于一个高等级防水保护盒内,用一个支架架设。所述的太阳能电池是民用机场轮迹测试系统的主要供电系统，所述的单片机具有数据预处理与存储功能。数据存储通过将来自激光测距模块的4-20mA模拟信号转化为2进制的可存储数据来实现。场区内元件设备间通过RS232或电缆等有线方式传输数据或电信号。场区内外无线数据传输是通过GPRS DTU数据传输单元实现的。针对仪器架设安装的位置，现场实测数据前，设定出目标距离的有效数据范围。太阳能电源能够连续3-5天阴天仍然可以正常工作，电池存储容量至少为32AH，太阳能电池板的面积大小约为800mm*1200mm。

[0036] 如图1所示一种民用机场轮迹测试方法，机场内部安装部分包括3个激光测距传感器、单片机及相应的太阳能供电系统。由激光测距传感器测得飞机在跑道运行中距测点距离，数据传输到单片机并经过预处理，通过GPRS的方式将数据输送到数据管理服务器，测试人员即可从数据分析界面取得相应的实测数据。

[0037] 如图2至图4所示，激光测距传感器在机场内的具体布设方式，三台激光测距传感器Laser1、Laser2和Laser3的架设位置分别为：激光器Laser1和Laser2架设在跑道一边距离跑道中心线80m处，激光器Laser3架设在跑道另一边距离跑道中心线80m的位置，其中激光器Laser1和Laser2即为激光轮迹测距传感器，Laser3即为激光机型测距传感器。激光测距传感器用来测量飞机轮胎下部外侧到达激光测距传感器的距离，在没有飞机经过时，激光测距传感器的激光束要打在跑道路拱的顶部，这样返回的是路拱顶部到激光测距传感器的距离定值。考虑到机场跑道两侧土面区的杂草高度以及飞机发动机的高度，仪器的架设高度约为0.5m-1m，具体情况视路拱高度而定。

[0038] 如图5和图6所示，激光测距传感器的架设方式，为了保证不对机场安全运行造成干扰和影响，对仪器的尺寸进行了严格的控制（尺寸大小在0.4*0.3*0.2m以内），并且支架的设计完全按照跑道边灯的底座易折结构进行设计，高度在0.5到1米，支架设计成可升降的结构，根据现场环境（地形，草高）可以调节。根据仪器固定安装的需要，在土面区安装仪器的断面位置，为了保证仪器能稳定的进行数据采集，需要现场浇筑一块面积为1.0m*1.0m的水泥混凝土板，深度为50cm，用以固定仪器支架。场外浇筑的板可以随时移动，一旦测试完成，可将其移走。先把周围的的土和草处理干净，然后开挖出一个1.0m*1.0m*0.5m的小坑，然后把配合好的水泥混凝土进行浇筑，根据支撑脚架的大小，预留一定的数量的小孔，方便下一步的搭接。传感器支架用跑道边灯底座及易折的脚架支撑，把脚架固定安装在水泥混凝土板预留的小孔上。并且根据需要可以进一步在脚架周围浇筑少许的水泥，以达到稳固脚架的作用。

[0039] 实施例1

[0040] 民用机场轮迹测试系统：

[0041] 在虹桥机场西跑道南端进行轮迹测试系统测试。测试系统由三台激光测距传感器ULS组成。本次测试中我们选用其中2台ULS，放置在机场一边进行测量。考虑到机场跑道两侧土面区的杂草高度以及飞机发动机的高度，仪器的架设高度约为0.8m。对起飞飞机，轮迹横向分布测试拟在（虹桥机场西跑道）离主方向跑道（由南向北）端部距离南端200米到300米处进行，该断面基本为飞机调整姿态后开始滑跑的位置，飞机行进的线路较为平稳；对降落飞机，根据国际民航组织的规定，长度超过2400米的跑道在距离跑道入口400m处开始设置瞄准点标志。通过查看机场的卫星照片发现，飞机与跑道的接地位置在300米～700米的范围比较密集，因此可以选取距离跑道400m处作为针对降落飞机的信息采集断面。

[0042] 综上，本次试验选择在虹桥机场西跑道布设仪器，测试起飞飞机轮迹分布情况，根据机场天气的变化，西跑道以由南往北的方向为飞机起飞的主要方向，故选择在距离南端200到300米左右设置仪器进行测量。经过协商，最终将laser1和laser3的断面位置确定为距离西跑道南端241米处（“交叉点起飞标记牌”旁边，该标记牌朝向滑行道，高度为1.1米），，laser2的断面位置为距离西跑道南端301米处，三个传感器距离跑道中心线均为60米左右，laser2距离laser1约60m。根据机场安全管理规定，机场跑道两侧距离跑道中心线75米范围内不能有高出地面的物体，但是本仪器设备为了实现准确收集数据的目的，拟将仪器安装在跑道一侧标记牌旁边，

[0043] 为了保证不对机场安全运行造成干扰和影响，对仪器的尺寸进行了严格的控制（尺寸大小在0.4*0.3*0.2m以内），并且支架的设计完全按照跑道边灯的底座易折结构进行设计，高度在0.5到1米，支架设计成可升降的结构，根据现场环境（地形，草高）可以调节。根据仪器固定安装的需要，在土面区安装仪器的断面位置，为了保证仪器能稳定的进行数据采集，现场浇筑一块面积为1.0m*1.0m的水泥混凝土板，深度为50cm，用以固定仪器支架。场外浇筑的板可以随时移动，一旦测试完成，可将其移走。先把周围的的土和草清理干净，然后开挖出一个1.0m*1.0m*0.5m的小坑，然后把配合好的水泥混凝土进行浇筑，根据支撑脚架的大小，预留一定的数量的小孔，方便下一步的搭接。传感器支架用跑道边灯底座及易折的脚架支撑，把脚架固定安装在水泥混凝土板预留的小孔上。并且根据需要可以进一步在脚架周围浇筑少许的水泥，以达到稳固脚架的作用。传感器(尺寸大小为0.35m*0.25m*0.15m)通过脚架固定在水泥混凝土板区域内，高出地面约0.5至1.0m，可以上下做升降调整。

[0044] 为了尽量控制设备的尺寸，本仪器采用锂电池，锂电池的容量满足仪器一个星期的用电量，每周进场一次更换电池，锂电池的尺寸大小为：185mm*185mm*122mm。因为锂电池的尺寸不大，可以直接放置在支架底座处，使的整个仪器绑成一个整体。尽量使得整个设备大小和高度控制在合适的范围，不对机场的安全运行造成影响。

[0045] 仪器设备配备相应的保护外壳，可以防止意外损坏；为了保证仪器在测试数据期间不受到割草机或者机场其他施工作业的损坏，架设仪器后应在仪器架设区域附近半径至少2m的范围设置明显的警示标致。每周定期进场进行仪器的安全检查，包括检查警示标志是否受到破坏，如警示标致有损坏应及时进行处理。

[0046] 由于机场航班每天达到600到700架次的量，数据采集在1周时间收集到了足够的样本数据，详细数据如表1所示。

[0047] 表1

[0048]

[0049] 根据laser1和laser3的数据即可得出飞机的机型，从而得知飞机机身、机轮的各数据，再根据三个传感器的前后轮测距结果，即可得出飞机前后轮的轮迹分布。再根据表1中各飞机起降时的轮迹分布数据，即可计算出机场飞机跑道的总体荷载数据。

[0050] 综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

[0051] 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。