空間數(shù)據(jù)庫在機場道面管理中的應(yīng)用

邵黎明 曹鐵 李佳明

摘要：針對機場道面性狀檢測、外來物防控等方面，依賴人工或傳統(tǒng)的設(shè)備，道面占用時間長，智能化程度低，檢測效率低下等問題，本文介紹了空間分析技術(shù)的概念和實現(xiàn)方法，并針對機場道面管理的應(yīng)用場景，提出了一種應(yīng)用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)空間分析技術(shù)在機場道面管理中的應(yīng)用方法。該方法通過應(yīng)用最廣泛的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，從建設(shè)數(shù)據(jù)庫、采集和識別病害、智能評價方法和自動計算等方面，尤其是空間分析方法的應(yīng)用，本文應(yīng)用MySql數(shù)據(jù)庫空間查詢功能將空間分析技術(shù)應(yīng)用在實際的業(yè)務(wù)場景中，有效的降低了空間分析技術(shù)的應(yīng)用難度。

關(guān)鍵詞：空間分析;道面管理;關(guān)系型數(shù)據(jù)庫

引言

民航機場建設(shè)會不斷增多，而機場道面是機場最大的投資，其健康狀態(tài)直接影響機場運行安全和維護成本。從經(jīng)濟角度來看，機場道面基礎(chǔ)設(shè)施的及時保護和修復(fù)至關(guān)重要，一旦機場道面劣化低于一定水平，維修成本通常會顯著增加;從安全角度來看，機場道面破損，如裂縫和松散碎屑，可能會造成飛機輪胎損壞的可能性和飛行員安全控制飛機的能力方面的安全風(fēng)險。因此需定期對機場道面開展巡視檢查和預(yù)防性維護管理工作，全面、準(zhǔn)確掌握道面的各種使用性能，通過對道基狀況等關(guān)鍵指標(biāo)的定期檢測，進行分析、評價、預(yù)測，實現(xiàn)維護計劃及預(yù)算的優(yōu)化，為道面維護管理的重要決策提供技術(shù)依據(jù)。

本文主要針對道面檢查完成后，應(yīng)用空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)對道面損壞位置、損壞程度、數(shù)量等情況進行統(tǒng)計分析，為道面進行綜合評價提供數(shù)據(jù)支撐?？傮w目標(biāo)實現(xiàn)機場道面信息的可監(jiān)測，機場道面病害沉降等的可控制，機場道面入侵等風(fēng)險的可防止。提高機場道面運行效率、質(zhì)量、壽命和性能，降低機場道面維護成本。本文主要技術(shù)在于以下兩點。一是以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Mysql的空間分析為基礎(chǔ)，建立存儲道面檢查結(jié)果的空間數(shù)據(jù)庫;二是，基于空間數(shù)據(jù)庫，對道面的道面狀況指數(shù)pavement condition index（PCI）和結(jié)構(gòu)狀況指數(shù)structural condition index（SCI）進行計算。

1空間數(shù)據(jù)庫

空間數(shù)據(jù)庫顧名思義，也就是針對在地理信息系統(tǒng)中的空間位置信息，包括經(jīng)度、維度和高度，區(qū)別于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)時效性要求更高，查詢的是空間范圍而不是字符、數(shù)字、圖片相關(guān)的索引，因此空間數(shù)據(jù)庫是一個專門用于特殊場景下的數(shù)據(jù)庫，存儲數(shù)據(jù)的格式和檢索的方式都與空間息息相關(guān)。而本文的重點就在于機場飛行區(qū)范圍內(nèi)道面的各類信息，包括病害、跑到異物、燈光等存在與道面上有關(guān)的設(shè)施設(shè)備或異常信息，這些信息需要歸集到統(tǒng)一的平臺之上，通過平臺的管理，通過地理信息系統(tǒng)與空間分析結(jié)合，將關(guān)注的信息加上位置空間信息，以期能夠方便工作人員或管理人員更加快速的定位關(guān)注的信息，這些分析的前提就是要建立空間數(shù)據(jù)庫。

從我們的需求和技術(shù)思路來看，建立空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)該至少具備一下幾個過程：

1、空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)量規(guī)劃。這一過程主要是根據(jù)具體業(yè)務(wù)需求，從時間周期、空間大小、保存時限等方面進行綜合考慮，預(yù)估空間數(shù)據(jù)庫的大小、響應(yīng)時間、數(shù)據(jù)種類，進而對數(shù)據(jù)進行整體規(guī)劃。

2、空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)質(zhì)量保證。這一過程主要是數(shù)據(jù)診斷引擎建立的主要目的：建立一套對“儀器或人工采集的數(shù)據(jù)”進行自動化判斷、反饋告警、甚至智能化修復(fù)的數(shù)據(jù)處理引擎。該數(shù)據(jù)診斷引擎融合了業(yè)務(wù)知識、專家規(guī)則、統(tǒng)計分析研究結(jié)果、機器學(xué)習(xí)模型等先進技術(shù)手段。

數(shù)據(jù)診斷引擎需要解決的詳細問題包括：

?判斷采集數(shù)據(jù)的完整性。比如病害結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（類型、程度、位置、數(shù)量、尺寸）是否完整。

?判斷采集數(shù)據(jù)的合理性。比如稀有病害類型頻繁出現(xiàn)、新修機場PCI小于60、同一位置道面未經(jīng)修補卻性能大幅提升、數(shù)據(jù)離群等現(xiàn)象。

?判斷采集數(shù)據(jù)的權(quán)威性。比如同一位置同段時間存在差異較大的抗滑性能數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)重復(fù)，但不相同）。

?判斷采集數(shù)據(jù)的唯一性。減少存儲成本（數(shù)據(jù)重復(fù)且相同）。

?反饋告警：將異常數(shù)據(jù)反饋告警給工作人員，從而進行復(fù)查。

?智能化修復(fù)：對異常數(shù)據(jù)進行修復(fù)。

3、空間數(shù)據(jù)庫的多源信息接入和輸出。此過程主要是對機場長期積累的道面性狀數(shù)據(jù)從不同維度出發(fā)進行趨勢分析和精準(zhǔn)預(yù)測，為機場管理運營如資金規(guī)劃、道面養(yǎng)護維修等提供指導(dǎo)?？梢远ㄆ诋a(chǎn)出道面性狀分析結(jié)果，或者實時展示道面性狀可視化結(jié)果。道面性狀多維數(shù)據(jù)分析可以和道面專項調(diào)查結(jié)果融合起來對道面進行綜合評估，進而生成評估報告。

2機場道面管理

在道面性狀檢測、外來物防控等方面，依賴人工或傳統(tǒng)的設(shè)備，道面占用時間長，智能化程度低，檢測效率低下，因此需要革新傳統(tǒng)方法，提升檢測效率和智能化程度，減少道面占用時間;在道面運維方面，缺乏一體化的管理平臺，缺乏對道面的持續(xù)動態(tài)監(jiān)測能力，導(dǎo)致收集的道面狀態(tài)信息零散，因此需要建立全場景地道面狀態(tài)信息感知能力，通過統(tǒng)一的管理平臺，系統(tǒng)地管理道面狀態(tài)信息;在道面評價方面，評價信息來源單一，且嚴(yán)重依賴人員經(jīng)驗，因此需要考慮多源道面信息，對道面狀態(tài)進行綜合評價。

對機場長期積累的道面性狀數(shù)據(jù)從不同維度出發(fā)進行趨勢分析和精準(zhǔn)預(yù)測，為機場管理運營如資金規(guī)劃、道面養(yǎng)護維修等提供指導(dǎo)。可以定期產(chǎn)出道面性狀分析結(jié)果，或者實時展示道面性狀可視化結(jié)果。道面性狀多維數(shù)據(jù)分析可以和道面專項調(diào)查結(jié)果融合起來對道面進行綜合評估，進而生成評估報告。分析對象需要能夠有較多數(shù)據(jù)積累，因此主要包括：道面病害、FOD、道面損壞狀況、道面抗滑性能。

3空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)在機場道面管理中的應(yīng)用

第一步建立數(shù)據(jù)庫。首先創(chuàng)建名稱、機場名稱、區(qū)域類別、空間位置區(qū)域信息、創(chuàng)建時間等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，在Mysql中支持的幾何數(shù)據(jù)類型多種空間類型的數(shù)據(jù)類型。其中Geometry可以存儲Point、LineString等其它幾何類型的值。其他的幾種則需要固定有效的表示格式。其中空間位置區(qū)域信息字段使用Geometry類型，該類型可以存儲所有的幾何類型，并在該字段上建立空間索引SPATIAL，創(chuàng)建空間索引格式如下：CREATE SPATIAL INDEX idx_gis ON apms_area（gis）。

第二步采集數(shù)據(jù)。按照《機場道面評價技術(shù)管理規(guī)范》，應(yīng)準(zhǔn)確填寫水泥混凝土道面15種病害和瀝青道面16種病害的損壞類型、損壞程度、損壞量和損壞位置，采集并輸入到數(shù)據(jù)庫的道面數(shù)據(jù)需要完整的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，否則后續(xù)道面性狀評價將會出現(xiàn)異常。當(dāng)檢測到數(shù)據(jù)不完整，則向用戶進行反饋告警，復(fù)查數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有病害數(shù)據(jù)采集有很多不合理之處，例如手持巡檢儀中工作人員輸入道面的病害程度，需要專業(yè)的道面病害認(rèn)知知識，上手很困難，而且極容易判斷出錯。因此這里提出一個更加合理的道面病害采集方式：將道面病害程度判斷的各個特征代碼化，工作人員填入這些特征，后臺進行語義分割算法DDRNET進行人工智能判斷判斷。

第三步單元劃分。單元劃分也稱為網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分是為了機場道面管理能夠更加準(zhǔn)確、合理、有效。首先第一個是準(zhǔn)確，在現(xiàn)在機場的管理模式下，機場被劃分成了跑道、滑行道、機坪或著再下一級，但是這種劃分方式是比較粗，巡檢人員和維修人員無法根據(jù)簡單的描述能夠達成一致，如果劃分等級劃分成了合理的尺度，就能夠準(zhǔn)確定位病害、問題位置，然后是合理，當(dāng)一個單元需要維修的時候我們不能依據(jù)個人經(jīng)驗決定維修的范圍，會造成兩種極端，一種是維修面積過大，另一種是維修不完全，因此建立合理的單元能夠避免這種極端;然后是有效，劃分了單元之后對于之后，按照《道面評價技術(shù)規(guī)范》道面性狀的評價才是有效的。這里根據(jù)技術(shù)規(guī)范采用網(wǎng)格劃分標(biāo)準(zhǔn)為：最新標(biāo)準(zhǔn)水泥板塊按照20塊作為一個板塊500平方米，瀝青450平方米作為計算PCI/SCI的基本單元。如圖1，點擊其中一個網(wǎng)格，能顯示網(wǎng)格的屬性，編號、大小、經(jīng)緯度、PCI/SCI值。

第四步PCI/SCI值計算。道面PCI和SCI的計算應(yīng)在單元的基礎(chǔ)上計算各種病害的損壞密度單元宜采用“虛擬單元”進行劃分，根據(jù)第三步中劃分的虛擬單元，可以統(tǒng)計每一個虛擬單元中第x種損壞類型第y類損壞程度所出現(xiàn)的板塊數(shù)量，作為計算PCI/SCI的原始輸入，按照水泥混凝土道面15種病害和瀝青道面16種病害的損壞類型、損壞程度、損壞量和損壞位置，可計算出每個劃分單元的PCI/SCI值，進一步的可以計算機場機場道面、滑行道、機坪等部位的損壞狀況指數(shù)，進而推出機場整個道面的狀況指數(shù)。

4結(jié)論

本文通過基于GIS空間分析和空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)在機場道面管理中的應(yīng)用分析，應(yīng)用空間數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢，將關(guān)注目標(biāo)的地理位置信息及其相關(guān)對象可視化展現(xiàn)出來，而且在空間數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，賦能強大的信息檢索和分析能力，因此，機場道面管理決策平臺可將系統(tǒng)中所有道面性能與飛行區(qū)設(shè)施狀況的數(shù)據(jù)進行集中儲存、集中管理和集中展示，可實現(xiàn)機場道面日常巡檢維護、道面性狀調(diào)查、道面性狀評估等業(yè)務(wù)的綜合管理，幫助管理機構(gòu)進行道面維護與管理，提高飛行區(qū)的管理效率。智慧民航是當(dāng)前民航發(fā)展必然趨勢，建設(shè)機場道面管理系統(tǒng)是提升機場運行安全和運行效率的重要途徑，為機場道面管理提質(zhì)增效和減少人員投入具有重大意義。

參考文獻：

[1]夏磊.通用機場道面數(shù)字化管理研究[D].中國民用航空飛行學(xué)院，2019.

[2]翟健，金曉春.城市規(guī)劃中的GIS空間分析方法[J].城市規(guī)劃，2014，38（S2）：130-135.

[3]趙志翔.機場道面常見病害分析及維護方案研究[J].四川建材，2021，47（07）：163+171.

[4]高國棟.機場道面評價系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].北京交通大學(xué)，2008.

作者簡介：邵黎明 男 四川資陽 漢 19900714 大學(xué)本科 信息安全 中國民用航空總局第二研究所 610000 中級工程師。