一種凍土區(qū)機場跑道土基強度監(jiān)控系統(tǒng)及控制評價方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機場工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種凍土區(qū)機場跑道土基強度監(jiān)控系統(tǒng)及控制評價方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著民航行業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的機場投入運行。隨著運行時間的增加，也暴露出了諸多的工程實際問題，尤其是建設(shè)在永凍土區(qū)域的機場，在春秋兩季地下水凍結(jié)-融化過程中，極易造成凍脹，引起道面破壞。漠河機場是我國第一個建設(shè)在永凍土區(qū)域的民用機場，隨著在特殊環(huán)境下機場建設(shè)的不斷增加，民航總局提出了“特殊環(huán)境下”民航機場建設(shè)的研究方向。
[0003]然而，在實際工程中，只能借鑒鐵路、公路等相關(guān)交通運輸領(lǐng)域的實踐經(jīng)驗，對于機場跑道相對較短、寬度明顯增加的寬幅道路結(jié)構(gòu)，還缺乏足夠的研究。尤其上述溫升效應(yīng)造成的工程破壞更是缺少足夠的監(jiān)測數(shù)據(jù)。因此，為提高機場跑道的安全性能，有必要開發(fā)一套因溫度影響的道面土基強度監(jiān)控系統(tǒng)，尤其是春秋兩季土基內(nèi)孔隙水凍融階段出現(xiàn)的土基坍塌或隆起，從監(jiān)控系統(tǒng)可實時獲得土基的強度變化，當(dāng)發(fā)生土基強度改變時，監(jiān)控系統(tǒng)向機場管理人員發(fā)出預(yù)警，從而對變化的土基及時進(jìn)行維修處理，保障機場的安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種凍土區(qū)機場跑道土基強度監(jiān)控系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供一種監(jiān)控系統(tǒng)控制土基變化的方法。
[0006]本發(fā)明的再一目的在于提供一種監(jiān)控系統(tǒng)評價土基變化的方法。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
一種凍土區(qū)機場跑道土基強度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的凍土區(qū)機場跑道溫升效用監(jiān)控評價系統(tǒng)包括埋地式數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)收集模塊和監(jiān)控評價模塊，所述的埋地式數(shù)據(jù)采集模塊由溫度傳感器、位移傳感器、工控機、存儲器、藍(lán)牙發(fā)射器和太陽能蓄電池組成，其中溫度傳感器、位移傳感器、存儲器、藍(lán)牙發(fā)射器和太陽能蓄電池連接在控制器上，其中溫度傳感器和位移傳感器埋置于跑道土基內(nèi)并與工控機連接，存儲器和藍(lán)牙發(fā)射器設(shè)置于工控機上，太陽能蓄電池設(shè)置于跑道兩側(cè)的草面區(qū)內(nèi)并通過電源線與工控機連接；所述的數(shù)據(jù)收集模塊為帶有藍(lán)牙連接功能的平板電腦；所述的監(jiān)控評價模塊為安裝有監(jiān)控評價軟件的計算機。
[0008]所述的凍土區(qū)機場跑道土基強度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:溫度傳感器和位移傳感器設(shè)置于跑道結(jié)構(gòu)層下部的土基內(nèi)，埋置深度為跑道道面以下0.5米-9米，沿豎向間隔0.5米均勻設(shè)置。
[0009]所述的凍土區(qū)機場跑道土基強度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:多個工控機工作時相互獨立，通過藍(lán)牙與數(shù)據(jù)收集模塊獨立進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0010]利用監(jiān)控系統(tǒng)控制土基強度的方法，其特征在于按順序執(zhí)行下列步驟:
1)系統(tǒng)上電自檢的S1階段:在此階段中，用戶手動啟動各個工控機(6)的供電電源，系統(tǒng)啟動后進(jìn)入S2階段；
2)數(shù)據(jù)采集和記錄的S2階段:在此階段中，埋置于跑道土基內(nèi)的溫度傳感器和位移傳感器采集土基溫度數(shù)值和位移數(shù)值并將采集結(jié)果反饋給工控機，所采集結(jié)果存儲于存儲器內(nèi)，然后進(jìn)入S3階段；
3)判斷是否進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腟3階段:在此階段中，平板電腦通過藍(lán)牙發(fā)射器與工控機進(jìn)行無線連接，當(dāng)連接成功后，判斷用戶是否點擊“收集數(shù)據(jù)”按鈕，如果判斷結(jié)果為“是”，則進(jìn)入S4階段；如果判斷結(jié)果為“否”，則返回S2階段；
4)數(shù)據(jù)上傳的S4階段:在此階段中，將當(dāng)前平板電腦所連接的工控機上存儲器所記錄的數(shù)據(jù)上傳至平板電腦，隨后清空當(dāng)前連接的工控機上存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄，然后進(jìn)入S5階段；
5)判斷數(shù)據(jù)收集是否結(jié)束的S5階段:在此階段中，內(nèi)置于平板電腦(10)內(nèi)的數(shù)據(jù)收集軟件將根據(jù)用戶操作判斷數(shù)據(jù)收集是否結(jié)束，如果判斷結(jié)果為“否”，則內(nèi)置于平板電腦內(nèi)的數(shù)據(jù)收集軟件將自動連接下一個編號的工控機，并返回S3階段；如果判斷結(jié)果為“是”，則結(jié)束收據(jù)收集并將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控評價模塊的計算機內(nèi)，然后進(jìn)入S6階段；
6)數(shù)據(jù)分析的S6階段:在此階段中，監(jiān)控評價模塊的計算機內(nèi)安裝的分析軟件對所獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并評價土基強度的變化規(guī)律，然后用戶切斷各個工控機的電源，系統(tǒng)結(jié)束運行。
[0011]利用監(jiān)控系統(tǒng)控評價土基強度的方法，其特征在于按順序執(zhí)行下列步驟:
1)系統(tǒng)啟動的S201階段:在此階段中，用戶手動為各個工控機接通電源，然后進(jìn)入S202階段;
2)土基溫度和位移數(shù)據(jù)采集的S202階段:在此階段中，工控機記錄飛機滑行過程所引起的土基振動位移數(shù)值時程曲線和對應(yīng)的溫度值，并將數(shù)值記錄于存儲器內(nèi)，然后進(jìn)入S203階段;
3)土基溫度和位移數(shù)據(jù)收集的S203階段:在此階段中，工作人員利用平板電腦收集每個測點的土基溫度和位移數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入S204階段；
4)數(shù)據(jù)截取的S204階段:在此階段中，監(jiān)控評價模塊的計算機內(nèi)安裝的分析軟件讀取收集的溫度和位移時程數(shù)據(jù)曲線，并根據(jù)信號出現(xiàn)規(guī)律截取一定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)作為待分析數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入S205階段；
5)數(shù)據(jù)匹配的S205階段:在此階段中，監(jiān)控評價模塊的計算機內(nèi)安裝的分析軟件讀取飛機機型信息和飛機起降時的重量信息，并與相應(yīng)的截取數(shù)據(jù)對應(yīng)匹配，然后進(jìn)入S206階段;
6)數(shù)據(jù)分析的S206階段:在此階段中，監(jiān)控評價模塊的計算機內(nèi)安裝的分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理和小波變換分析，提取波形特征值，然后進(jìn)入S207階段；
7)判斷土基強度是否安全的S207階段:在此階段中，監(jiān)控評價模塊的計算機內(nèi)安裝的分析軟件利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法預(yù)測對應(yīng)波形特征值下的土基強度值，當(dāng)土基強度改變超過允許值時，向用戶報警；當(dāng)土基強度改變在允許范圍內(nèi)時，進(jìn)入S208階段；
8)繪制跑道土基強度分布圖的S208階段:在此階段中，監(jiān)控評價模塊(3)的計算機內(nèi)安裝的分析軟件根據(jù)各個工控機的位置坐標(biāo)繪制跑道土基強度分布圖，然后進(jìn)入S209階段;
9)繪制土基強度變化曲線的S209階段:在此階段中，監(jiān)控評價模塊(3)的計算機內(nèi)安裝的分析軟件根據(jù)每個工控機的歷史評價記錄，繪制不同區(qū)域的土基強度變化時程曲線，供機場跑道管理人員分析使用，至此整個評價過程結(jié)束。
[0012]本發(fā)明提供的凍土區(qū)機場跑道土基強度監(jiān)控系統(tǒng)及控制評價方法具有如下優(yōu)點:1)動態(tài)性強。利用飛機滑行過程中所產(chǎn)生的振動，能實時監(jiān)測土基強度改變，檢測和評價溫升效用對凍土區(qū)機場跑道的影響，獲得寒區(qū)土基強度的動態(tài)值；2)分析預(yù)測科學(xué)可靠。利用長期數(shù)據(jù)建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型具有較高的預(yù)測可靠性，從而為機場的跑道安全管理提供科學(xué)的數(shù)據(jù)；3)本發(fā)明解決張拉整體結(jié)構(gòu)變化的預(yù)警問題，可拓展張拉整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域；4)充分利用太陽能，節(jié)能環(huán)保；5)施工便捷，造價成本低。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明提供的凍土區(qū)機場跑道土基強度監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2為本發(fā)明提供的凍土區(qū)機場跑道土基強度監(jiān)控系統(tǒng)的控制方法流程圖。
[0015]圖3為本發(fā)明提供的凍土區(qū)機場跑道土基強度監(jiān)控系統(tǒng)的評價方法流程圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的凍土區(qū)機場跑道土基強度監(jiān)控系統(tǒng)及控制評價方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種凍土區(qū)機場跑道土基強度監(jiān)控系統(tǒng)，所述的凍土區(qū)機場跑道溫升效用監(jiān)控評價系統(tǒng)包括多個埋地式數(shù)據(jù)采集模塊1、數(shù)據(jù)收集模塊2和監(jiān)控評價模塊3，所述的埋地式數(shù)據(jù)采集模塊1由溫度傳感器4、位移傳感器5、工控機6、存儲器7、藍(lán)牙發(fā)射器8和太陽能蓄電池9組成，其中溫度傳感器4、位移傳感器5、存儲器7、藍(lán)牙發(fā)射器8和太陽能蓄電池9連接在控制器6上，其中溫度傳感器4和位移傳感器5設(shè)置于跑道結(jié)構(gòu)層下部，深度為跑道道面以下0.5米-9米，沿豎向間隔0.5米均勻跑道土基內(nèi)，并與工控機6連接，存儲器7和藍(lán)牙發(fā)射器8設(shè)置于工控機6上，多個工控機6工作時相互獨立，通過藍(lán)牙與數(shù)據(jù)收集模塊2獨立進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。太陽能蓄電池9設(shè)置于跑道兩側(cè)的草面區(qū)內(nèi)并通過電源線與工控機6連接；所述的數(shù)據(jù)收集模塊2為帶有藍(lán)牙連接功能的平板電腦10 ;所述的監(jiān)控評價模塊3為安裝有監(jiān)控評價軟件的計算機。
[0018]凍土區(qū)機場跑道土基強度監(jiān)控系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:按順序執(zhí)行的下列步驟:
1)系統(tǒng)上電自檢的S1階段:在此階段中，用戶手動啟動各個工控機6的供電電源，系統(tǒng)啟動后進(jìn)入S2階段；
2)數(shù)據(jù)采集和記錄的S2階段:在此階段中，埋置于跑道土基內(nèi)的溫度傳感器4和位移傳感器5采集土基溫度數(shù)值和位移數(shù)值并將采集結(jié)果反饋給工控機6，所采集結(jié)果存儲于存儲器7內(nèi)，然后進(jìn)入S3階段；
3)判斷是否進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腟3階段:在此階段中，平板電10通過藍(lán)牙發(fā)射器8與工控機6進(jìn)行無線連接，當(dāng)連接成功后，判斷用戶是否點擊“收集數(shù)據(jù)”按鈕，如果判斷結(jié)果為“是”，則進(jìn)入S4階段；如果判斷結(jié)果為“否”，則返回S2階段；
4)數(shù)據(jù)上傳的S4階段:在此階段中，將當(dāng)前平板電腦10所連接的工控機6上存儲器7所記錄的數(shù)據(jù)上傳至平板電腦10，隨后清空當(dāng)前連