一、道面健康检测手段和管养模式亟需突破

        飞行区道面是机场最重要的资产之一,其健康状况对于机场安全、高效、科学运行具有决定性影响。目前国内外机场主要通过基于人工的日常、定期、专项检测掌握道面安全与健康信息,评估道面适航能力,决策道面的养护、维修与改造。

         现行机场道面安全与健康信息检测整体存在低频静态、人为因素占比大、信息片面、准确性不高、效率较低、依赖外部技术力量的瓶颈,以致道面养护维修设计、施工只能以事后、被动、粗放的方式开展。尤其在我国军民机场数量的不断增加、枢纽机场改扩建、部分机场道面步入高龄期、航班起降体量增加等趋势下,机场道面管养面临面积激增、病害集中爆发、损坏诱因多样、停航维护时间短等压力,对道面安全、管养经济性与通航效率构成巨大挑战。

         随着无损检测传感器、5G、大数据、物联网、云存储与处理、人工智能、机器人等技术的快速发展,机场道面管养呈现从人工半自动抽样检测到智能化全面精准检测、从低频静态评估到高频动态评估与预警、从单一信息分析到多元异构数据融合评价、从基于经验事后被动粗放式养护到基于数据预防性的精准养护、从阶段性离散管养到全寿命周期管养的发展趋势。 

        未来将形成基于机器人和物联网的数据采集系统、基于人工智能的分析评估系统,与基于大数据和云计算的趋势感知和决策系统,使得装备智能化、管理数字化、养护精准化、模式标准化,期望实现安全风险一线贯穿、道面健康一目了然、处置操作一键可达、预判决策一体作战,实现保障安全、提质增效的最终目标。

        为推进道面精准检测的技术装备和应用系统研制,科技部启动了国家重点研发计划“机场跑道安全检测机器人”项目,民航局启动了安全能力建设重点专项“机场道面性状智能检测及分析关键技术研究与测试验证”项目。基于上述支持,上海圭目机器人有限公司着力于研制基于“云-边-端”架构的机场道面安全与健康机器人检测系统,构建地空一体、云端智慧,适用于道面巡检与定检的多机器人协同检测作业系统,以智能、精准、高效、安全的方式提升机场道面运行安全与健康管理能力和水平。

二、第一代道面健康机器人自动检测系统面市

         在国家科技部与民航局的专项支持下,上海圭目机器人有限公司联合国内外顶尖机器人和行业机构,已成功研制出第一代道面健康机器人自动检测系统,实现了 “端”和“边”部分功能。

         道面健康机器人自动检测系统是基于全方位移动机器人、多传感器融合高稳态高精度定位导航、多传感器同步釆集控制、智能避障安全运行技术、海量数据智能处理与识别、检测成果三维实景可视化等技术的专用服务机器人系统。可对全场道面周期性进行全覆盖普检或重点部位专检,提供厘米级数据定位信息,建立道面毫米级分辨率实景模型,原位呈现道面表观病害和道面内部隐性病害信息(位置、深度、尺寸),可基于时间演进维度的检测结果智能评估病害发展趋势,实现道面全寿命周期管理。

   第一代道面健康机器人自动检测系统系统拓扑图

“端”:机器人数据采集

人工算法对于表观病害的智能分析与识别

“边”:机场道面健康信息管理软件平台动态展示

         该系统已通过国家道路与桥梁工程检测设备计量站、国家机器人质量监督检验中心专业认证,累计已授权专利达到65项,并在全国50多个军民航机场完成实地示范和工程应用。

云南长水机场 

重庆江北机场

泉州晋江国际机场

杭州萧山国际机场

成都天府国际机场

三、先行先试,创新技术应用效果优良

        在民航局发布的《机场新技术名录指南》指导和推动下,部分机场践行“先行先试”理念,积极尝试引入道面健康机器人自动检测系统提升道面管养水平,积累应用经验,探索应用模式,在工程应用中取得了良好成效,形成了道面预防性养护与全寿命周期管理、精准修复病害专项调查、工程复测与修复施工成效对比、管线建模与不停航施工风险控制4种主要应用模式。

(一)道面预防性养护与全寿命周期管理的应用模式

        北京大兴机场、拉萨贡嘎机场采用机器人技术对全场道面表观与内部结构状况进行周期性采集,提取道面内部管道和线缆三维信息,建立道面三维数字化管理模型,拟基于周期性的道面表观与内部结构状况等数据开展预防性养护和精准养护,实现对道面安全和健康的全寿命周期管理。尤其是大兴机场,从跑道进入服役状态的起始,便引入机器人等数字化、智能化的管理手段,开创了全球机场道面全寿命周期管理的新纪元。 

全寿命周期健康管理模型 

(二)精准修复病害专项调查的应用模式

          杭州萧山机场、昆明长水机场、腾冲驼峰机场、西宁曹家堡机场、南充髙坪机场等单位针对道面反复破损、异常沉降等问题釆用机器人手段进行病害精准调查,通过表观病害和隐性病害的融合分析,查找病灶, 判断引发病害的根本原因,为专项维修方案提供良好数据支撑。

病害精准标记示意图 

(三)工程复测与修复施工成效对比的应用模式

         泉州机场等单位针对道面反复破损问题,采用机器人手段对跑道进行全面、细致、精准的调查,并采取针对性的精准养护与修复处置措施。修复施工后,再次采用机器人手段进行复测,对处置效果进行前后对比,以确保跑道道面完全满足安全运行的需要。

(四)管线建模与不停航施工风险控制的应用模式

         此应用模式能够协助针对不停航施工区域进行风险控制。采用机器人手段对地下管线探测、定位与建模,针对跑道病害多发区域,有效进行不停航施工,并为二次施工埋设提供数据支持,保障后续施工安全。

系统自动生成跑道病害分布与管线三维数据

四、展望未来,道面智慧管养可期

         基于“云-边-端”架构的机场道面安全与健康智能检测技术是机器人、人工智能、5G、云存储与处理、大数据等前沿技术的深度融合应用,是未来道面智慧管养核心技术和关键手段。通过机器人和物联网精准信息采集的“端”、智能信息处理的“边”、深度信息应用的“云”,实现“检得快、检得准、能预警”。

         对于单个机场,实现数字孪生,可对道面安全和健康进行即时评估和长期预警,开展基于数据的预防性养护和精准养护,保障道面安全,降低管养成本。同时对于行业监管方,基于多个机场的长期数据积累,可建立机场道面大数据平台,实现知识共享和迁移,使我们机场道面的规划、建设和运维更有据可循、有据可依。

                                           机场道面安全与健康管理闭环