本發(fā)明屬于民用航空地面保障技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種機(jī)場(chǎng)道面積冰預(yù)警系統(tǒng)及其預(yù)警方法。

背景技術(shù)：

隨著民航事業(yè)快速發(fā)展，機(jī)場(chǎng)的吞吐量也開(kāi)始擴(kuò)增，隨之而來(lái)的是航班的起降密度也越來(lái)越大。但是，難免會(huì)遇到冰雪天氣，尤其是在北方的冬季。而除冰雪作業(yè)是一件繁瑣復(fù)雜且至關(guān)重要的任務(wù)，故而需要提前預(yù)警。目前基本上是由監(jiān)控室的監(jiān)控人員利用觀(guān)察溫度、積冰預(yù)測(cè)模型輸出的結(jié)冰信號(hào)來(lái)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)講機(jī)將調(diào)度信息發(fā)送給調(diào)度員，再由調(diào)度員指揮地面保障人員和相關(guān)車(chē)輛進(jìn)行除冰作業(yè)準(zhǔn)備。這種方法引發(fā)的一些問(wèn)題是：(1)若監(jiān)控室的監(jiān)控人員沒(méi)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)冰信號(hào)或者調(diào)度信息發(fā)送不及時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致地面調(diào)度員和地面保障人員不能及時(shí)掌握調(diào)度信息，引起效率低甚至延誤準(zhǔn)備時(shí)機(jī)等問(wèn)題；(2)目前監(jiān)控室已有的模型不能將道面預(yù)測(cè)溫度與結(jié)冰信號(hào)很好地聯(lián)系在一起；(3)由于地面保障人員的數(shù)量較多，負(fù)責(zé)人記錄時(shí)需要經(jīng)常攜帶登記冊(cè)，因此過(guò)于笨拙；(4)目前地面保障人員只能聽(tīng)調(diào)度指令，自己看不到監(jiān)控畫(huà)面，導(dǎo)致不能及時(shí)就位，延緩了除冰作業(yè)工作的開(kāi)展；(5)之前采集的信號(hào)傳輸采用藍(lán)牙進(jìn)行發(fā)送和接收，藍(lán)牙傳輸距離不遠(yuǎn)，傳輸數(shù)據(jù)有延時(shí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)場(chǎng)道面積冰預(yù)警系統(tǒng)及其預(yù)警方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的機(jī)場(chǎng)道面積冰預(yù)警系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控中心和數(shù)據(jù)中心組成；其中數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控中心包括風(fēng)速傳感器、環(huán)境溫度傳感器、道面溫濕度傳感器、溫度傳感器、信號(hào)調(diào)理板、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、第一無(wú)線(xiàn)通信模塊、路由器、人機(jī)交互界面、結(jié)冰預(yù)警裝置、監(jiān)控終端；其中：信號(hào)調(diào)理板分別與風(fēng)速傳感器、環(huán)境溫度傳感器、道面溫濕度傳感器和溫度傳感器相連接，信號(hào)調(diào)理板依次通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、第一無(wú)線(xiàn)通信模塊和路由器與監(jiān)控終端連接，監(jiān)控終端分別與人機(jī)交互界面和結(jié)冰預(yù)警裝置連接；

所述的數(shù)據(jù)中心包括第二無(wú)線(xiàn)通信模塊、internet網(wǎng)絡(luò)、機(jī)場(chǎng)基站服務(wù)器、移動(dòng)終端；其中：第二無(wú)線(xiàn)通信模塊、機(jī)場(chǎng)基站服務(wù)器、移動(dòng)終端與internet網(wǎng)絡(luò)連接；第二無(wú)線(xiàn)通信模塊與監(jiān)控終端連接。

所述的風(fēng)速傳感器、環(huán)境溫度傳感器安裝在位于機(jī)場(chǎng)道面一側(cè)且具有韌性的桿上；道面溫濕度傳感器鑲嵌于機(jī)場(chǎng)道面表面；三個(gè)溫度傳感器分別安裝在機(jī)場(chǎng)道面?zhèn)让娴纳稀⒅?、下三層?/p>

所述的監(jiān)控終端采用工業(yè)用pc機(jī)，配置有網(wǎng)卡，開(kāi)設(shè)有串口。

所述的移動(dòng)終端是便攜、可聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)設(shè)備，由地面調(diào)度員和地面保障人員手持。

采用所述機(jī)場(chǎng)道面積冰預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警方法包括如下步驟：

步驟1)在監(jiān)控終端的控制下，利用風(fēng)速傳感器、環(huán)境溫度傳感器、道面溫濕度傳感器和溫度傳感器實(shí)時(shí)采集機(jī)場(chǎng)的風(fēng)速、環(huán)境溫度、道面溫度及其相對(duì)濕度以及道面內(nèi)部溫度，由信號(hào)調(diào)理板對(duì)上述溫度、濕度、風(fēng)速信號(hào)進(jìn)行濾波和信號(hào)放大在內(nèi)的預(yù)處理，之后由協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，與第一無(wú)線(xiàn)通信模塊在同一協(xié)議下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；再由第一無(wú)線(xiàn)通信模塊對(duì)上述預(yù)處理后的信號(hào)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸，經(jīng)路由器在同一網(wǎng)絡(luò)下傳輸給監(jiān)控終端；

步驟2)利用監(jiān)控終端內(nèi)嵌的溫度預(yù)測(cè)模型、積冰預(yù)測(cè)模型對(duì)上述作為輸入樣本的采集信號(hào)進(jìn)行處理；溫度預(yù)測(cè)模型、積冰預(yù)測(cè)模型為其中t-溫度、t-時(shí)間、-地面相對(duì)濕度、v-風(fēng)速，利用輸入樣本對(duì)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一定次數(shù)的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，通過(guò)非線(xiàn)性逼近的方法輸出結(jié)冰概率信號(hào)；在人機(jī)交互界面上顯示輸出結(jié)冰概率信號(hào)并由監(jiān)控室的監(jiān)控人員鍵入有關(guān)的控制和決策命令，然后傳送給監(jiān)控終端；當(dāng)結(jié)冰概率信號(hào)值超過(guò)設(shè)定的警戒值時(shí)利用結(jié)冰預(yù)警裝置發(fā)出預(yù)警信號(hào)，進(jìn)而可以對(duì)機(jī)場(chǎng)道面未來(lái)的狀況進(jìn)行局部氣象預(yù)測(cè)；

步驟3)第二無(wú)線(xiàn)通信模塊連接internet網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)機(jī)場(chǎng)基站服務(wù)器，并將監(jiān)控終端輸出的結(jié)冰概率信號(hào)和決策命令保存在機(jī)場(chǎng)基站服務(wù)器中；

步驟4)地面調(diào)度員和地面保障人員通過(guò)移動(dòng)終端連接internet網(wǎng)絡(luò)，在移動(dòng)終端的app上進(jìn)行身份驗(yàn)證，得到機(jī)場(chǎng)基站服務(wù)器的授權(quán)后，獲取存儲(chǔ)在機(jī)場(chǎng)基站服務(wù)器中的結(jié)冰概率信號(hào)和決策命令并實(shí)時(shí)顯示在其app界面上，以便地面調(diào)度員和地面保障人員實(shí)時(shí)掌握機(jī)場(chǎng)道面狀況，當(dāng)結(jié)冰概率信號(hào)超過(guò)設(shè)定的警戒值時(shí)，移動(dòng)終端的app上的報(bào)警功能就會(huì)被觸發(fā)，邊發(fā)出報(bào)警聲邊震動(dòng)，從而提醒地面調(diào)度員及時(shí)地做出決策、地面保障人員做好預(yù)防工作。

本發(fā)明提供的機(jī)場(chǎng)道面積冰預(yù)警系統(tǒng)及其預(yù)警方法具有無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、移動(dòng)終端現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控以及積冰預(yù)警功能，利用溫度、積冰預(yù)測(cè)模型根據(jù)機(jī)場(chǎng)的局部區(qū)域氣溫、道面相對(duì)濕度、風(fēng)速以及道面表面和內(nèi)部溫度對(duì)現(xiàn)場(chǎng)道面結(jié)冰情況進(jìn)行概率性預(yù)測(cè)，較為準(zhǔn)確地向地面調(diào)度員和地面保障人員發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提前做好除冰作業(yè)準(zhǔn)備。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的機(jī)場(chǎng)道面積冰預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為基于bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的溫度、積冰預(yù)測(cè)模型示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的機(jī)場(chǎng)道面積冰預(yù)警系統(tǒng)及其預(yù)警方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的機(jī)場(chǎng)道面積冰預(yù)警系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控中心和數(shù)據(jù)中心組成；其中數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控中心包括風(fēng)速傳感器1、環(huán)境溫度傳感器2、道面溫濕度傳感器3、溫度傳感器4、信號(hào)調(diào)理板5、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊6、第一無(wú)線(xiàn)通信模塊7、路由器8、人機(jī)交互界面9、結(jié)冰預(yù)警裝置10、監(jiān)控終端11；其中：信號(hào)調(diào)理板5分別與風(fēng)速傳感器1、環(huán)境溫度傳感器2、道面溫濕度傳感器3和溫度傳感器4相連接，信號(hào)調(diào)理板5依次通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊6、第一無(wú)線(xiàn)通信模塊7和路由器8與監(jiān)控終端11連接，監(jiān)控終端11分別與人機(jī)交互界面9和結(jié)冰預(yù)警裝置10連接。

所述的風(fēng)速傳感器1、環(huán)境溫度傳感器2安裝在位于機(jī)場(chǎng)道面一側(cè)且具有韌性的桿上，用于風(fēng)速、環(huán)境溫度信號(hào)的采集，同時(shí)可避免車(chē)輛、飛機(jī)等移動(dòng)物體對(duì)其產(chǎn)生碰撞而影響信號(hào)采集的效果；道面溫濕度傳感器3鑲嵌于機(jī)場(chǎng)道面表面，用于機(jī)場(chǎng)道面溫度、相對(duì)濕度信號(hào)的采集；三個(gè)溫度傳感器4分別安裝在機(jī)場(chǎng)道面?zhèn)让娴纳稀⒅?、下三層，用于機(jī)場(chǎng)道面內(nèi)部溫度信號(hào)的采集；信號(hào)調(diào)理板5用于對(duì)上述濕度、風(fēng)速、溫度信號(hào)進(jìn)行濾波和信號(hào)放大等預(yù)處理；協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊6用于通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，與第一無(wú)線(xiàn)通信模塊7在同一協(xié)議下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；第一無(wú)線(xiàn)通信模塊7用于上述采集并進(jìn)行預(yù)處理后的信號(hào)的無(wú)線(xiàn)傳輸；路由器8用于監(jiān)控終端ip地址的獲取，保證監(jiān)控終端11的動(dòng)態(tài)ip與第一無(wú)線(xiàn)通信模塊7的域名地址匹配；人機(jī)交互界面9用于監(jiān)控人員鍵入相關(guān)程序命令來(lái)調(diào)整監(jiān)測(cè)控制參數(shù)以及在收到報(bào)警后的決策命令的發(fā)出；結(jié)冰預(yù)警裝置10能夠在結(jié)冰概率信號(hào)達(dá)到預(yù)警值時(shí)，在監(jiān)控終端11的控制下發(fā)出結(jié)冰預(yù)警信號(hào)；監(jiān)控終端11中內(nèi)嵌有溫度、積冰預(yù)測(cè)模型，將上述路由器8與第一無(wú)線(xiàn)通信模塊7在同一網(wǎng)絡(luò)下傳輸?shù)男盘?hào)作為溫度、積冰預(yù)測(cè)模型的輸入樣本和修正模型的基準(zhǔn)值，經(jīng)過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作用最后輸出結(jié)冰概率信號(hào)。

所述的監(jiān)控終端11采用工業(yè)用pc機(jī)，配置有網(wǎng)卡，開(kāi)設(shè)有串口，供人機(jī)交互界面9、結(jié)冰預(yù)警裝置10、第一無(wú)線(xiàn)通信模塊7以及接收采集數(shù)據(jù)使用。

所述的數(shù)據(jù)中心包括第二無(wú)線(xiàn)通信模塊15、internet網(wǎng)絡(luò)12、機(jī)場(chǎng)基站服務(wù)器13、移動(dòng)終端14；其中第二無(wú)線(xiàn)通信模塊15、機(jī)場(chǎng)基站服務(wù)器13、移動(dòng)終端14與internet網(wǎng)絡(luò)12連接；第二無(wú)線(xiàn)通信模塊15與監(jiān)控終端11連接。

所述的第二無(wú)線(xiàn)通信模塊15用于監(jiān)控終端11輸出的結(jié)冰概率信號(hào)和決策命令的無(wú)線(xiàn)傳輸，并連接internet網(wǎng)絡(luò)12訪(fǎng)問(wèn)機(jī)場(chǎng)基站服務(wù)器13，將結(jié)冰概率信號(hào)和決策命令保存在機(jī)場(chǎng)基站服務(wù)器13中；移動(dòng)終端14是便攜、可聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)設(shè)備，由地面調(diào)度員和地面保障人員手持，通過(guò)連接internet網(wǎng)絡(luò)12得到登錄權(quán)限后，獲取存儲(chǔ)在機(jī)場(chǎng)基站服務(wù)器13中的結(jié)冰概率信號(hào)和決策命令并實(shí)時(shí)顯示在其app界面上。

如圖2所示，所述的監(jiān)控終端11中內(nèi)嵌有溫度、積冰預(yù)測(cè)模型，這兩種模型采用的是有指導(dǎo)的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，彼此嵌套在一起。其中，溫度預(yù)測(cè)模型的輸入層有4個(gè)神經(jīng)元，即由風(fēng)速、環(huán)境溫度、道面相對(duì)濕度、道面內(nèi)部溫度信號(hào)作為溫度預(yù)測(cè)模型的輸入樣本，輸出層有1個(gè)神經(jīng)元，即道面預(yù)測(cè)溫度y1；而積冰模型輸入層是1個(gè)神經(jīng)元，即由上述道面預(yù)測(cè)溫度y1作為其輸入樣本，輸出層也是1個(gè)神經(jīng)元，即結(jié)冰概率信號(hào)y2。其中，具體隱含層神經(jīng)元數(shù)目是由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從作用效果來(lái)理解，是一個(gè)前饋型網(wǎng)絡(luò)，主要采用非線(xiàn)性映射進(jìn)行函數(shù)逼近，逐步改善網(wǎng)絡(luò)的性能。結(jié)合bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理——梯度最速下降法，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到的實(shí)際輸出值與期望值的比較誤差作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中修正模型的校正基準(zhǔn)。進(jìn)一步糾正學(xué)習(xí)規(guī)則，誤差邊向后傳播邊修正連接權(quán)和閾值，使得網(wǎng)絡(luò)輸出逐步逼近期望輸出，得到可靠的溫度、積冰預(yù)測(cè)模型。

為了使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)過(guò)程的輸出連續(xù)，采用sigmoid函數(shù)。sigmoid函數(shù)將網(wǎng)絡(luò)輸出值固定在(0,1)區(qū)間，網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí)，賦予連接權(quán)和閾值很小的隨機(jī)數(shù)，并設(shè)置最大學(xué)習(xí)次數(shù)和誤差精度。由給定輸入樣本對(duì)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，邊向后傳播誤差，邊修正權(quán)和閾值，直到網(wǎng)絡(luò)誤差達(dá)到期望誤差精度為止。又輸出的結(jié)冰概率信號(hào)正好與概率值的區(qū)間相似，故結(jié)冰概率信號(hào)即為概率預(yù)測(cè)，能形象地預(yù)測(cè)未來(lái)機(jī)場(chǎng)局部天氣，掌握道面狀況，實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警，給監(jiān)控室的監(jiān)控人員和地面調(diào)度員以及地面保障人員一個(gè)警示信號(hào)，從而及時(shí)地做出決策。

采用上述本發(fā)明提供的機(jī)場(chǎng)道面積冰預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟：

步驟1)在監(jiān)控終端11的控制下，利用風(fēng)速傳感器1、環(huán)境溫度傳感器2、道面溫濕度傳感器3和溫度傳感器4實(shí)時(shí)采集機(jī)場(chǎng)的風(fēng)速、環(huán)境溫度、道面溫度及其相對(duì)濕度以及道面內(nèi)部溫度，由信號(hào)調(diào)理板5對(duì)上述溫度、濕度、風(fēng)速信號(hào)進(jìn)行濾波和信號(hào)放大在內(nèi)的預(yù)處理，之后由協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊6進(jìn)行通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，與第一無(wú)線(xiàn)通信模塊7在同一協(xié)議下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；再由第一無(wú)線(xiàn)通信模塊7對(duì)上述預(yù)處理后的信號(hào)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸，經(jīng)路由器8在同一網(wǎng)絡(luò)下傳輸給監(jiān)控終端11；

步驟2)利用監(jiān)控終端11內(nèi)嵌的溫度預(yù)測(cè)模型、積冰預(yù)測(cè)模型對(duì)上述作為輸入樣本的采集信號(hào)進(jìn)行處理；溫度預(yù)測(cè)模型、積冰預(yù)測(cè)模型為其中t-溫度、t-時(shí)間、-地面相對(duì)濕度、v-風(fēng)速，利用輸入樣本對(duì)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一定次數(shù)的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，通過(guò)非線(xiàn)性逼近的方法輸出結(jié)冰概率信號(hào)；在人機(jī)交互界面9上顯示輸出結(jié)冰概率信號(hào)并由監(jiān)控室的監(jiān)控人員鍵入有關(guān)的控制和決策命令，然后傳送給監(jiān)控終端11；當(dāng)結(jié)冰概率信號(hào)值超過(guò)設(shè)定的警戒值時(shí)利用結(jié)冰預(yù)警裝置10發(fā)出預(yù)警信號(hào)，進(jìn)而對(duì)機(jī)場(chǎng)道面未來(lái)的狀況進(jìn)行局部氣象預(yù)測(cè)；

步驟3)第二無(wú)線(xiàn)通信模塊15連接internet網(wǎng)絡(luò)12訪(fǎng)問(wèn)機(jī)場(chǎng)基站服務(wù)器13，將監(jiān)控終端11輸出的結(jié)冰概率信號(hào)和決策命令保存在機(jī)場(chǎng)基站服務(wù)器13中；

步驟4)地面調(diào)度員和地面保障人員通過(guò)移動(dòng)終端14連接internet網(wǎng)絡(luò)12，在移動(dòng)終端14的app上進(jìn)行身份驗(yàn)證，得到機(jī)場(chǎng)基站服務(wù)器13的授權(quán)后，獲取存儲(chǔ)在機(jī)場(chǎng)基站服務(wù)器13中的結(jié)冰概率信號(hào)和決策命令并實(shí)時(shí)顯示在其app界面上，以便地面調(diào)度員和地面保障人員實(shí)時(shí)掌握機(jī)場(chǎng)道面狀況，當(dāng)結(jié)冰概率信號(hào)超過(guò)設(shè)定的警戒值時(shí)，移動(dòng)終端14的app上的報(bào)警功能就會(huì)被觸發(fā)，邊發(fā)出報(bào)警聲邊震動(dòng)，從而提醒地面調(diào)度員及時(shí)地做出決策、地面保障人員做好預(yù)防工作。