空间数据库在机场道面管理中的应用

邵黎明 曹铁 李佳明

摘要：针对机场道面性状检测、外来物防控等方面，依赖人工或传统的设备，道面占用时间长，智能化程度低，检测效率低下等问题，本文介绍了空间分析技术的概念和实现方法，并针对机场道面管理的应用场景，提出了一种应用关系型数据库实现空间分析技术在机场道面管理中的应用方法。该方法通过应用最广泛的关系型数据库，从建设数据库、采集和识别病害、智能评价方法和自动计算等方面，尤其是空间分析方法的应用，本文应用MySql数据库空间查询功能将空间分析技术应用在实际的业务场景中，有效的降低了空间分析技术的应用难度。

关键词：空间分析;道面管理;关系型数据库

引言

民航机场建设会不断增多，而机场道面是机场最大的投资，其健康状态直接影响机场运行安全和维护成本。从经济角度来看，机场道面基础设施的及时保护和修复至关重要，一旦机场道面劣化低于一定水平，维修成本通常会显着增加;从安全角度来看，机场道面破损，如裂缝和松散碎屑，可能会造成飞机轮胎损坏的可能性和飞行員安全控制飞机的能力方面的安全风险。因此需定期对机场道面开展巡视检查和预防性维护管理工作，全面、准确掌握道面的各种使用性能，通过对道基状况等关键指标的定期检测，进行分析、评价、预测，实现维护计划及预算的优化，为道面维护管理的重要决策提供技术依据。

本文主要针对道面检查完成后，应用空间数据库技术对道面损坏位置、损坏程度、数量等情况进行统计分析，为道面进行综合评价提供数据支撑。总体目标实现机场道面信息的可监测，机场道面病害沉降等的可控制，机场道面入侵等风险的可防止。提高机场道面运行效率、质量、寿命和性能，降低机场道面维护成本。本文主要技术在于以下两点。一是以关系型数据库Mysql的空间分析为基础，建立存储道面检查结果的空间数据库;二是，基于空间数据库，对道面的道面状况指数pavement condition index（PCI）和结构状况指数structural condition index（SCI）进行计算。

1空间数据库

空间数据库顾名思义，也就是针对在地理信息系统中的空间位置信息，包括经度、维度和高度，区别于传统的数据库，数据时效性要求更高，查询的是空间范围而不是字符、数字、图片相关的索引，因此空间数据库是一个专门用于特殊场景下的数据库，存储数据的格式和检索的方式都与空间息息相关。而本文的重点就在于机场飞行区范围内道面的各类信息，包括病害、跑到异物、灯光等存在与道面上有关的设施设备或异常信息，这些信息需要归集到统一的平台之上，通过平台的管理，通过地理信息系统与空间分析结合，将关注的信息加上位置空间信息，以期能够方便工作人员或管理人员更加快速的定位关注的信息，这些分析的前提就是要建立空间数据库。

从我们的需求和技术思路来看，建立空间数据库应该至少具备一下几个过程：

1、空间数据库数据量规划。这一过程主要是根据具体业务需求，从时间周期、空间大小、保存时限等方面进行综合考虑，预估空间数据库的大小、响应时间、数据种类，进而对数据进行整体规划。

2、空间数据库数据质量保证。这一过程主要是数据诊断引擎建立的主要目的：建立一套对“仪器或人工采集的数据”进行自动化判断、反馈告警、甚至智能化修复的数据处理引擎。该数据诊断引擎融合了业务知识、专家规则、统计分析研究结果、机器学习模型等先进技术手段。

数据诊断引擎需要解决的详细问题包括：

▶判断采集数据的完整性。比如病害结构化数据（类型、程度、位置、数量、尺寸）是否完整。

▶判断采集数据的合理性。比如稀有病害类型频繁出现、新修机场PCI小于60、同一位置道面未经修补却性能大幅提升、数据离群等现象。

▶判断采集数据的权威性。比如同一位置同段时间存在差异较大的抗滑性能数据（数据重复，但不相同）。

▶判断采集数据的唯一性。减少存储成本（数据重复且相同）。

▶反馈告警：将异常数据反馈告警给工作人员，从而进行复查。

▶智能化修复：对异常数据进行修复。

3、空间数据库的多源信息接入和输出。此过程主要是对机场长期积累的道面性状数据从不同维度出发进行趋势分析和精准预测，为机场管理运营如资金规划、道面养护维修等提供指导。可以定期产出道面性状分析结果，或者实时展示道面性状可视化结果。道面性状多维数据分析可以和道面专项调查结果融合起来对道面进行综合评估，进而生成评估报告。

2机场道面管理

在道面性状检测、外来物防控等方面，依赖人工或传统的设备，道面占用时间长，智能化程度低，检测效率低下，因此需要革新传统方法，提升检测效率和智能化程度，减少道面占用时间;在道面运维方面，缺乏一体化的管理平台，缺乏对道面的持续动态监测能力，导致收集的道面状态信息零散，因此需要建立全场景地道面状态信息感知能力，通过统一的管理平台，系统地管理道面状态信息;在道面评价方面，评价信息来源单一，且严重依赖人员经验，因此需要考虑多源道面信息，对道面状态进行综合评价。

对机场长期积累的道面性状数据从不同维度出发进行趋势分析和精准预测，为机场管理运营如资金规划、道面养护维修等提供指导。可以定期产出道面性状分析结果，或者实时展示道面性状可视化结果。道面性状多维数据分析可以和道面专项调查结果融合起来对道面进行综合评估，进而生成评估报告。分析对象需要能够有较多数据积累，因此主要包括：道面病害、FOD、道面损坏状况、道面抗滑性能。

3空间数据库技术在机场道面管理中的应用

第一步建立数据库。首先创建名称、机场名称、区域类别、空间位置区域信息、创建时间等业务数据，在Mysql中支持的几何数据类型多种空间类型的数据类型。其中Geometry可以存储Point、LineString等其它几何类型的值。其他的几种则需要固定有效的表示格式。其中空间位置区域信息字段使用Geometry类型，该类型可以存储所有的几何类型，并在该字段上建立空间索引SPATIAL，创建空间索引格式如下：CREATE SPATIAL INDEX idx_gis ON apms_area（gis）。

第二步采集数据。按照《机场道面评价技术管理规范》，应准确填写水泥混凝土道面15种病害和沥青道面16种病害的损坏类型、损坏程度、损坏量和损坏位置，采集并输入到数据库的道面数据需要完整的结构化数据，否则后续道面性状评价将会出现异常。当检测到数据不完整，则向用户进行反馈告警，复查数据。现有病害数据采集有很多不合理之处，例如手持巡检仪中工作人员输入道面的病害程度，需要专业的道面病害认知知识，上手很困难，而且极容易判断出错。因此这里提出一个更加合理的道面病害采集方式：将道面病害程度判断的各个特征代码化，工作人员填入这些特征，后台进行语义分割算法DDRNET进行人工智能判断判断。

第三步单元划分。单元划分也称为网格划分，网格划分是为了机场道面管理能够更加准确、合理、有效。首先第一个是准确，在现在机场的管理模式下，机场被划分成了跑道、滑行道、机坪或着再下一级，但是这种划分方式是比较粗，巡检人员和维修人员无法根据简单的描述能够达成一致，如果划分等级划分成了合理的尺度，就能够准确定位病害、问题位置，然后是合理，当一个单元需要维修的时候我们不能依据个人经验决定维修的范围，会造成两种极端，一种是维修面积过大，另一种是维修不完全，因此建立合理的单元能够避免这种极端;然后是有效，划分了单元之后对于之后，按照《道面评价技术规范》道面性状的评价才是有效的。这里根据技术规范采用网格划分标准为：最新标准水泥板块按照20块作为一个板块500平方米，沥青450平方米作为计算PCI/SCI的基本单元。如图1，点击其中一个网格，能显示网格的属性，编号、大小、经纬度、PCI/SCI值。

第四步PCI/SCI值计算。道面PCI和SCI的计算应在单元的基础上计算各种病害的损坏密度单元宜采用“虚拟单元”进行划分，根据第三步中划分的虚拟单元，可以统计每一个虚拟单元中第x种损坏类型第y类损坏程度所出现的板块数量，作为计算PCI/SCI的原始输入，按照水泥混凝土道面15种病害和沥青道面16种病害的损坏类型、损坏程度、损坏量和损坏位置，可计算出每个划分单元的PCI/SCI值，进一步的可以计算机场机场道面、滑行道、机坪等部位的损坏状况指数，进而推出机场整个道面的状况指数。

4结论

本文通过基于GIS空间分析和空间数据库技术在机场道面管理中的应用分析，应用空间数据库的优势，将关注目标的地理位置信息及其相关对象可视化展现出来，而且在空间数据库的基础上，赋能强大的信息检索和分析能力，因此，机场道面管理决策平台可将系统中所有道面性能与飞行区设施状况的数据进行集中储存、集中管理和集中展示，可实现机场道面日常巡检维护、道面性状调查、道面性状评估等业务的综合管理，帮助管理机构进行道面维护与管理，提高飞行区的管理效率。智慧民航是当前民航发展必然趋势，建设机场道面管理系统是提升机场运行安全和运行效率的重要途径，为机场道面管理提质增效和减少人员投入具有重大意义。

参考文献：

[1]夏磊.通用机场道面数字化管理研究[D].中国民用航空飞行学院，2019.

[2]翟健，金晓春.城市规划中的GIS空间分析方法[J].城市规划，2014，38（S2）：130-135.

[3]赵志翔.机场道面常见病害分析及维护方案研究[J].四川建材，2021，47（07）：163+171.

[4]高国栋.机场道面评价系统的设计与实现[D].北京交通大学，2008.

作者简介：邵黎明 男 四川资阳 汉 19900714 大學本科 信息安全 中国民用航空总局第二研究所 610000 中级工程师。