白璐 解增武 雷宁 蔡巍 吕海波

摘  要：机场助航灯系统是确保飞机飞行安全的重要视觉导航系统，在飞机行进和着陆过程中起到至关重要的作用，直接影响飞机正常起降的安全性。民航行业飞速发展，助航灯系统的数量和系统复杂度急剧上升，人工检查方式已经不再满足要求。助航灯系统需要自动监控功能，以提高助航灯系统的可靠性。该文通过调研机场运维管理的实际需求，研究机场助航灯信息管理系统及故障预警机制，为机场助航灯的日常运维管理及设备的故障预警提供有效合理的维护依据和管理手段。

关键词：助航灯;信息管理系统;故障预警机制;维护管理

中图分类号：V351.32;TM923.57      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）04-0065-03

Abstract：The Nav-Aid lighting system is important to ensure the flight safety，which plays a key role in the process of aircraft approaching and landing. The operation of the Nav-Aid lighting system is directly related to the safety of the aircraft take-off and landing. The manual inspection method of aviation lighting can not meet the requirements of the rapid development of civil aviation industry and the number and complexity of Nav-Aid system has increased dramatically. Automatically monitoring is necessary for Nav-Aid lighting system to improve reliability. In this paper，based on investigation of airport operation and maintenance，the information management system and fault early warning mechanism for airport Nav-Aid lights system are proposed，so as to provide efficient and reasonable methods for daily maintenance and management of airport Nav-Aid lights and fault early warning of equipment.

Keywords：Nav-Aid lights;information management system;fault early warning mechanism;maintenance management

0  引  言

機场助航灯系统是一种视觉辅助，是飞机在夜间或其他恶劣条件下能够平稳起飞、降落和滑行的重要保证。它不仅为夜间飞行的飞机提供视觉指示和引导信号，而且还与无线电进场着陆系统相结合，确保飞机在多种环境下都能正常运行[1]。

滑行道照明系统，跑道照明系统和进近照明系统作为机场导航照明系统的主要组成部分，在飞机起降的不同阶段均起着重要作用[2]。夜间飞行必须依靠机场助航灯系统的正常运行，使飞行员能获得当前地面跑道的信息，以确保飞机的正常运行[3]。

目前，助航灯的故障概率比较高，由于机场的面积很大，设备的覆盖范围广，采用人工检查，将耗费大量人力资源，而且一旦系统出现故障，排查故障点并及时可靠维修也是一个重大难点。一旦助航灯系统发生故障不能运行，将导致飞机场运行瘫痪。因此，检测维修部门必须迅速且准确地对助航灯系统进行维护[4]。机场助航灯维护管理系统对于维护机场的航行灯，并确保整个机场的正常运行具有重要的价值。机场助航灯设备的运维管理方法要与信息管理时代紧密结合，提高运维效率，降低人工成本和维护失败率，必将朝着自动化、网络化和智能化的方向发展[5]。

1  国内外研究现状

助航灯光监测和设备维护管理系统是机场助航灯光维护管理的主要部分，主要任务包括监测设备工作状态、提供设备运行信息、提供故障告警和预警信息、对人员和设备资产等信息管理与维护等。

自1990年以来，在北京首都机场率先引进由美国CLOUSE-HINDS生产的助航灯光计算机检测系统后，国内的其他十余家机场也相继安装了这个系统。除了美国CLOUSE-HINDS生产的助航灯光计算机检测系统外，我国还引进了德国ADB公司生产的助航灯光监控系统。这两套系统都是当时较为先进的系统，都有着不同的特点，且是不同的设计架构的典型代表[5]。

美国CLOUSE-HINDS的助航灯光计算机监控系统采用的是并行控制法，这种方式是一种集中式网络，其构成模式是：以塔台的计算机为系统的中心，与灯光站和维修站进行通信，具有通信速度快的优点，但对塔台计算机的可靠性的要求极高，一旦塔台计算机崩溃，将会影响整个系统的通信，监控系统就不会正常工作，以至于后续的维修及检查修复工作也就不能及时进行。另外，在系统实施过程中需要铺陈大量的通信电缆，会带来通信系统的接线、安装、维护和维修难度较大等问题，增加系统成本。

德国ADB公司的助航灯光监控系统采用的是串行控制法，这样的优势是控制单元之间可以共享数据，通信系统安装过程中需要较少的通信电缆，使成本大大节约，也使安装、维护和维修难度变小，但是与采用并行控制方案比较，其缺点是通信速度较慢[6]。

经过了几代的更迭与进步，我国的监控系统的发展水平逐步增长，监控系统的功能也越来越完善，但是仍然存在一些不成熟的地方。比较突出的问题是通过人力资源来管理机场的设备缺乏针对性，管理效率低，不适合助航灯光的维护管理。因此，本文基于机场助航灯光维护管理的特有性质，提出针对助航灯设备的资产管理、生命体征管理及全生命周期的管理方法，可以提高助航系统的管理效率。

2  助航灯信息管理系统

机场助航灯光是机场的重要保障设施，保证飞机在夜间和复杂气象条件下飞行，飞机的安全直接受灯光系统运行的可靠性影响。首都机场40 km范围内的3.4万套灯具，分布距离约0.1～5 m不等，共有约40种左右不同灯具，每种灯具至少20种备件，灯具品牌复杂，类型繁多。由于机场助航灯数量多、分布范围广，巡查全场需要投入的人力、物力巨大，并且纯人工巡查容易造成漏查、误查、统计错误等问题，将直接影响整个机场的安全运行。

本文提出的助航灯信息管理系统利用物联网技术、大数据技术、人机交互技术将机场助航灯的身份信息、生命体征信息、相干关系人（企业）信息、设备周转信息等一系列数据进行统一管理、集中分析，在极大简化管理流程、降低施工及维护等作业难度的同时，可以提高助航灯运维管理的效率和精准性。助航灯信息管理系统主要包括：

（1）系统主页：显示灯具区域分布、实时状态、灯具总量及故障灯数量等;

（2）灯具管理：工作区管理、库房管理、维护管理、灯具分布设置等;

（3）报警信息：显示及查询灯具报警、期限报警、库存报警、设备故障及生命周期预警等告警及预警信息;

（4）灯具维护：日常巡检管理、维护管理等;

（5）用户管理：用户信息管理、角色管理等;

（6）数据统计：历史监测数据、维修及保养记录、故障告警信息等数据的统计分析;

（7）系统管理：系统配置后台，负责用户账号、权限管理。

鉴于助航灯设备数量较多，原始设备信息不完善等客观原因，本系统采用人工录入与图像录入等多种录入方式，利用图像识别技术，简化批量设备信息录入的流程，减少信息录入的工作量，并降低了录入信息的错误概率。

3  助航灯故障预警机制

传统的助航灯运维管理方法存在耗时耗力、问题发现不及时、故障只能事后处置无法提前预警等痛点。本文提出的故障预警机制，可以在助航灯设备出现异常时，第一时间发出告警，使运维人员可以及时处理。同时，系统利用大数据挖掘与分析技术，可以对助航灯设备可能发生的故障提前预警，降低助航灯设备发生故障的概率。

本文设计的助航灯管理系统在助航灯设备内增加了实时监测设备，该设备主要监测温度、振动和工作电流三个物理量。其中，温度变量与时间变量相结合，作为助航灯设备故障发生的背景条件。振动监测量用于诊断助航灯设备是否出现碎裂或安装部件松动等故障，工作电流监测量用于诊断助航灯设备是否出现断路或短路故障。

振动监测类相关故障预警策略关系式如下所示：

其中，Vi为第i次振动检测值;Vmean为统计周期内的所有振动检测值的平均值;f为根据统计结果人为确定的振动故障预警累计次数;α为判定振动故障的比例系数。

在上式中，當左侧的统计次数大于右侧的振动故障超限次数时，系统将自动发出振动异常预警，相关工作人员则根据此预警信息排查助航灯设备可能存在的碎裂或安装部件松动等故障。为了避免飞机起降过程中强冲击引起振动监测设备频繁出现误报情况，在系统运行过程中，系统管理人员在保障系统漏报概率达标的情况下，根据故障预警与现场诊断反馈情况的匹配程度，人为调整故障预警累计次数f和比例系数α的大小，则可以降低系统的误报概率。飞机起降引起的振动超限报警是瞬时的，而助航灯故障引起的报警持续时间要长一些。因此，通过合理调整α和f的大小，可以在满足一定误报率的情况下，初步判定是否为助航灯故障报警。此方法计算简单，便于提升系统的响应时间。

电流监测类相关故障预警策略关系式如下所示：

Ireal-Imean≥αImean，即Ireal≥（1+α）Imean

其中，α为判定短路故障的比例系数;Imean为统计周期内的所有电流检测值的平均值;Ireal为最新一次的电流检测值。

Imean-Ireal≥βImean，即（1-β）Imean≥Ireal

其中，β为判定断路故障的比例系数;Imean为统计周期内的所有电流检测值的平均值;Ireal为最新一次的电流检测值。

在上式中，助航灯系统管理人员需根据设备的工作时长、工作环境温度、维修保养记录等信息设定合理的短路、断路比例系数，助航灯管理系统便可准确判定设备的电气类故障，在助航灯设备发生断路或短路故障前，给出故障预警。

4  实验结论

4.1  振动监测类相关故障预警策略分析

通过平台获取多组振动监测数据，并对多组数据进行统计分析，初步确定故障预警的累计次数f为40，比例系数α为0.45，则αf=18。获取助航灯在飞机起降和故障条件下的振动监测数据，其故障预警分析如图1所示。

通过图1可以看出，报警次数门限设定在18时，飞机起降引起的振动超限可以被滤除，而助航灯故障引起的振动超限则可以被有效地检测出来，因此利用本文提出的振动监测故障预警策略，可以在降低系统误报率的同时，准确判定助航灯设备自身故障。此外，通过观察此图可以发现，助航灯振动异常时，存在监测值陡降的过程，这也可以帮助管理者分析故障原因。

4.2  电流监测类相关故障预警策略分析

通过平台获取多组电流监测数据，并对多组数据进行统计分析，初步确定短路故障比例系数α为1.1，断路故障比例系数β为0.9。获取助航灯在故障条件下的电流监测数据，其故障预警分析如图2和图3所示。

5  结  论

综合分析以上实验结果可以看出，通过助航灯振动监测及历史数据的统计分析可以对助航地灯的装配牢固性进行有效检测，实现助航灯工作可靠性、平稳性的准确判定;通过电流监测及历史数据分析，可以判断助航灯是否存在断路或短路故障，并可通过长期的数据统计分析，判定助航灯是否存在短暂的闪烁现象。

参考文献：

[1] 王会林，杨圣云，余晓春，等.机场助航灯光故障定位计算机检测系统的研发 [J].韩山师范学院学报，2007（3）：23-28.

[2] 刘增禹，王立文，王强，等.机场助航灯光光强动态检测系统 [J].中国民航学院学报，2006，24（3）：20-23+31.

[3] 王立文，李春，王丙元.助航灯光故障检测与诊断系统的研究与实现 [J].电气应用，2007（26）：106-110.

[4] 曲娜.机场助航灯光监控系统设计 [J].可编程控制器与工厂自动化，2007（7）：77-80.

[5] 王丙元，倪善庆，李宝胜，等.机场助航灯光远程监控系统研究与实现 [J].计算机工程与设计，2010，31（8）：1878-1881.

[6] 张伟东，沈佳冰.助航灯光的预防性维护方法的实践与探讨 [J].机场建设，2003（3）：19-22.

作者简介：白璐（1968-），男，汉族，天津人，灯光管理主管，本科，研究方向：机场助航灯光运行维护;解增武（1971-），男，汉族，山西运城人，就职于飞行区管理部，副总经理，工程师，硕士研究生，研究方向：机场飞行区安全管理及运行维护;雷宁（1982-），女，汉族，四川内江人，业务经理，工程师，硕士研究生，研究方向：机场运行与安全业务信息化;蔡巍（1981-），男，汉族，湖南益阳人，总经理，中级职称，本科，研究方向：物联网及信息系统;吕海波（1976-），男，汉族，山东禹城人，教师，高级工程师，硕士研究生，研究方向：物联网通信与应用技术。