公路飞机跑道（精选3篇）
公路飞机跑道 篇1
公路飞机跑道是在公路上修筑的可供飞机起飞、着陆及滑跑的路段，以下简称公路跑道，是机场网的组成部分，是重要的战略资源储备。由于飞机起飞、降落和滑行过程中，对道面产生的荷载大于公路上行驶的车辆，故启用公路跑道前，必须对道面承载能力进行检测评定。但目前公路跑道承载能力的检测和评定方法研究较为滞后，尚无配套的规范和标准，只能借鉴公路和机场的承载能力检测方法，如贝克曼梁法、落锤式弯沉仪法、自动弯沉仪法、钻芯取样法等方法来进行测试。
对公路跑道承载能力检测的研究鲜有报道，有关的研究主要集中在公路工程中，常见有落锤式弯沉仪(FWD)与贝克曼梁(BB)两种方法的对比研究，相关研究这大都认为FWD和BB的动、静弯沉结果间存在一定的线性关系[1,2,3,4]。谢国栋等人[5]将FWD和承载板测试弯沉和反算模量结果进行了对比分析，表明两者间存在良好的线性关系。宋焕宇[6]在对比分析FWD、承载板和BB的弯沉数据后，认为这三者间也存在良好的线性关系。
为了对北方某公路跑道沥青道的承载能力进行分析评定，在现场选取多个测点进行了HWD和承载板对比测试，主要通过HWD测试得到所测点的弯沉盆数据，与承载板法测得的回弹变形值进行比较，取加载中心点以及与其相邻的与承载板法相对应的另4个测点的弯沉数据作为依据，并根据动态力学理论，通过反算软件BAKFAA得到最优的道面结构层力学参数组合，使得HWD实测弯沉盆和力学计算的理论弯沉盆达到最佳拟合，将得到的模量值与承载板法根据规范得到的模量值进行对比分析，并按照FAA规范要求推算出道面等级号PCN值作为承载能力评定的标准，最后利用上述数据对该公路跑道做结构性剩余寿命预估。
1 现场测试方案与方法
1.1 公路跑道测试方案
在北方某高速公路跑道对沥青道面承载能力进行现场测试，测试情况见图1。该跑道与公路同步规划和建设，并于2003年建成，全长3 200 m，据统计该跑道所属公路年平均日交通量约为26 200辆。沥青道面总厚度为70 cm，道面结构层如图2所示。
根据该公路跑道设计使用飞机主起落架及其滑行轨迹，把公路跑道超车道部分作为测试段，选择一侧上行线车道进行检测。测试期间，对一侧靠近中线的两条车道封闭，留下最外侧车道通行。结合飞机机轮轮迹横向分布规律，并综合考虑汽车轮迹分布，对距跑道中线2.5 m沿线进行测试，以跑道端为起点，每300 m一点进行承载板试测试，每40 m一点进行HWD测试，测试方案平面布置见图3。
1.2 测试仪器和标准选择
承载板法是公路工程和机场工程中测定土基回弹模量的常用方法，一般不用作对道面承载能力的检测，而以FWD和BB法的分析评定为主。但由于公路跑道结构承载力要求高，结构层较厚，设计和施工时质量控制严格，汽车标准轴载作用下沥青道面的弯沉值无法用BB准确测得，在实际测量过程中BB测得弯沉值几乎全部为零，测得部分数据如表1所示，因而不具有任何对比参考价值。承载板法在反力装置允许的条件下，荷载的大小可以方便调节，最大荷载值能使公路跑道道面产生足够大的变形，且承载板法和BB法测得都是静力作用下的回弹变形，相关研究也表明两者存在较好相关性[6]。因此，根据公路跑道的使用特点，为了便于进行对比分析，选择HWD和承载板法两种测试方法。
1.2.1 重型落锤式弯沉仪
本次测试使用的HWD仪器的型号为Dynatest8082，最大加载重量可达30 t，现场测试见图4。公路跑道除满足汽车使用以外，主要作用是满足军用飞机的作战需要，综合考虑现阶段具有代表性的中型和重型战机荷载情况以及公路跑道的结构特征，加载质量设定为15 t和20 t，加载板直径选用450mm，加载面对道面施加最大荷载分别为1.0 MPa和1.25 MPa，测试主要依据机场道面相关规范规定的方法进行。
1.2.2 承载板法
承载板法测试需要现场架设仪表，调试较为费时，为了减少测试工作量，按要求每300 m取一个测点，共取6个测点进行测试，为了全面而详细地检测荷载作用下道面的变形情况，测试时利用承载钢架将10个位移检测装置沿预设轴线排布，考虑到两侧部位变形较小，在外侧选用千分表来记录道面变形，在承载板的轴线方向按不同间距放置6个百分表和4个千分表，左右两边各5个表呈对称排布，距离刚性承载板边缘距离依次为0 cm、30 cm、60 cm、100cm、150 cm，如图5所示。同样，HWD在同一测点，相似间距的多个位移传感器同样能得到荷载中心及相邻区域的弯沉值。
测试的加载值是由0.1 MPa开始，每0.25 MPa为一级，加到1.5 MPa为止，测得各级道面的回弹变形值，按《公路路基路面现场测试规程》[7]中式(1)计算出其回弹模量E0。
式(1)中，E0为道面回弹模量，MPa;μ0为道面泊松比，根据相关路面设计规范规定选用;Li为结束实验前的各级实测回弹变形值;pi为对应于Li的各级压力值。
2 检测数据整理与分析
一般都认为HWD检测属于动载测试，而承载板法属于静载测试，两种方法性质有一定的差异，但有相关研究表明，无论是动载还是静载其理论基础都是弹性层状体系理论，其误差在容许的范围内，因而可以进行对比分析。
2.1 道面弯沉分析
2.1.1 荷载中心处道面弯沉分析
荷载作用中心处的弯沉是分析道面力学性能的重要参数，考虑公路跑道的整体状况，选取各测点荷载作用中心处道面弯沉值进行分析，图6的(a)和(b)中分别记录沥青道面在1.0 MPa和1.25 MPa荷载作用下，HWD测试和承载板测试在跑道上6个位置处测得的弯沉值。
分析图6可以发现，尽管HWD测得的弯沉值和承载板测试测得的弯沉值在数值和波动幅度上存在差异，但在曲线形状和曲线变化趋势方面基本相同，两者数值方面的差异一方面是由于承载板分级加载通过公式计算的的弯沉只是回弹变形，而HWD检测方法测得的弯沉既包括回弹变形又包括塑性变形，另一方面HWD脉冲荷载持续时间仅为25～30ms，如此短的作用时间内，瞬间能量爆发的冲击作用，使得道面变形加大，国外已有学者做现场动力试验研究后发现，地基中卡车引起的竖向应力大约是自身净重的4倍[8]，同时动荷载对道面会产生附加的影响，比如惯性、共振等都会使得动载作用下弯沉值较大。
2.1.2 单侧点弯沉盆对比分析
为了对HWD和承载板两种方法测试结果进行对比分析，选取3个比较有代表性的测点，根据对沥青道面的测试数据，绘制不同测点在1.0 MPa和1.25 MPa两种不同荷载下半弯沉盆，结果详见图7。
由图7的弯沉值可以发现，承载板法与HWD检测结果之间具有相同或相近的变化趋势，进一步可以说明两者之间存在一定的相关性，同时可以发现承载板测试中有的测点最外侧弯沉值异常抬高，主要原因是由于在现场测试时，最外侧行车道车辆驶过时会影响最外侧千分表的读数，使弯沉值异常。
2.2 反算模量的对比分析
利用HWD弯沉数据进行路面结构模量反分析是一个非常复杂的问题，最终都归结为非线性最优化问题，经过几十年的发展，目前已有相关的理论成果，国内外研究人员也相应开发了多种反算软件，本次反算主要用BAKFAA来完成，其界面如图8所示。研究表明，层数越多，反算结果可靠性越差[1]。因此将该公路跑道沥青道面结构简化为“水稳砂砾基层+三灰碎石基层+水泥稳定碎石上基层+沥青混凝土上面层”四层结构来进行反算。而承载板法模量主要借鉴前面公式(1)计算得出。
根据模量的反算方法，对公路跑道道面承载板测试和1.0 MPa及1.25 MPa荷载作用下HWD测试得的数据进行了反算，优化拟合出的公路跑道的各个不同测点的各结构层模量。HWD动荷载作用下的模量属于动模量，承载板法作用下的模量为静模量，两者性质不同，但两者间仍有一定的联系，整理得到的模量值见图9。
从图9给出公路跑道测点的HWD和承载板反算模量值的线性关系曲线，可以看出，由于施工的不均匀性，同一路段的不同测点的模量皆不相同，即便是相邻测点，模量的差异也十分明显。就承载板法反算的模量和HWD反算的模量数值来看，两者曲线变化趋势和形状相似程度较高，但相对数值却大为不同。在图9中，HWD测试在1.0 MPa和1.25MPa两次测试反算出的模量较为接近，承载板法得到的反算模量较HWD的小得多，将承载板测试模量值整体乘以2后发现，其曲线和HWD的反算模量曲线基本一致。基本与美国的《AASTO设计指南》中认为的动模量一般为静模量的2～3倍的结论相吻合。
将两种不同方法在不同荷载下得到的反算模量做相关性分析，结果如图10所示，相关系数R[2]为0.931 01，表明两者间具有较好的相关性，该结论与本领域的许多研究成果相近，从侧面也反应了HWD的测试结果较为接近实际。
3 道面结构承载能力评价
公路跑道承载能力的评价结论按机场道面强度通报的方法得出，其中道面等级号PCN是与飞机等级号ACN对应的表明道面承载能力的指标，下面用道面等级号PCN技术评定法计算公路跑道PCN值，并用相关结论推算评价机型当量道面剩余累计作用次数。
3.1 道面PCN值计算
利用反算软件BAKFAA可以得到土基回弹模量，同时它还能计算得到道面结构总的当量厚度t，便于下一步计算。土基回弹模量E0和土基CBR之间可用近似关系式换算，SHELL公司和《民用机场道面评价管理技术规范》[9]都认为土基顶面模量近似为CBR值的10倍。通过上述方法算得测试公路跑道整个测试段土基回弹模量值和CBR值见表2。
按照《机场道面设计》[10]中柔性道面的PCN求法计算:
式中，t为道面总的当量厚度cm;DSWL为道面能安全承受的推导单轮荷载，kg;Ps为标准轮胎压力，取1.25 MPa;CBR为地基强度的加州承载比;常数C1、C2分别为0.569 5和32.035时，计算结果见表3。
3.2 公路跑道结构性剩余寿命预估
根据《民用机场道面评价管理技术规范》中的方法，利用上述计算得到的数据和公式(4)可以将评价机型(此处以某型飞机为例)当量道面剩余累计作用次数Ne得出:
式(4)中，Ne为评价机型剩余累计作用次数;he为沥青混凝土道面结构有效厚度，cm;α为沥青混凝土道面当量换算系数，建议取值范围为1.7～2.0;CBR为土基加州承载比，%;qe为评价机型当量单轮荷载的胎压，MPa;ESWL为评价机型当量单轮荷载，kN。
计算结果如表4所示。
结果表明该公路跑道的剩余累计作用次数较多，道面承载力较好，在相当长一段时间内能满足其使用要求。
4 总结
对公路跑道沥青道面结构承载力按照均匀间距布置测试点，采取承载板和HWD两种测试方法进行现场试验，通过对弯沉等相关数据对比和计算分析，可得出以下结论:
(1)传统的静载方法不能真实地评价公路跑道沥青道面在飞机和汽车混合交通使用中的动力过程，而HWD设备的动荷载过程则更加符合实际情况，操作也较为方便快捷。
(2)通过对比HWD和承载板法测得的弯沉值发现，两者间存在一定的线性关系，反算模量对比分析表明，承载板法反算出的静模量平均值均较HWD测试反算出来的动模量平均值小，动模量大约为静模量的2倍，与相关研究结论相符。
(3)采用HWD对公路跑道道面承载能力进行评价，采用机场道面强度PCN通报方法，北方某公路跑道沥青道面PCN值评定为154/F/A/W/T，计算评价某机型当量道面剩余累计作用次数为33 368 118次，承载能力较好。
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磁极变化导致飞机跑道改造? 篇2
根据相关资料描述:目前地磁北极正以每年64千米的速度从加拿大北部往俄罗斯西伯利亚方向移动,在美国佛罗里达州的坦帕机场,主跑道的编码正是它相对于北磁极的角度,因为磁极偏移,所以不得不改造跑道。
为什么机场跑道跟磁极需要对应?磁极对机场跑道的建设很重要吗?
机场跑道的设计需要考虑很多因素,首先考虑的是当地主导风向和机场周边的地形。磁极的变化只是会对飞机的导航有影响,而对跑道的设计并没有影响。
跑道的设计考虑最多的因素应该是当地的气象、地理环境和地质条件。气象主要是风向和雾霾,地理环境主要是周围不能有高山和高大建筑物,此外机场不能建在地质断裂带和地震带。因为飞机起飞或降落时逆风飞行更为有利,避免侧风,所以风向才是跑道设计首要考虑的因素。
因为飞机在逆风中起降可以增加飞机的空气浮力,就像我们放风筝,也都是要逆风放飞.这样才能把风筝抬起来。飞机也是同一个道理,所以你在机场送客时,最受欢迎的告别语是“祝你一路平安!”而不是“祝你一路顺风!”
飞机跑道上的奇怪数字有啥用?飞行员起飞和着陆时全靠它们
为什么这则新闻中说磁极变化影响到机场跑道建设呢?所谓的改造,其实是对跑道方位标志进行改造,对它进行重新粉刷和编码,而不是对整个机场跑道方向进行改造。如果要改造整条跑道,代价太大了。
而跑道上究竟有什么标志呢?跑道上的标志是引导飞机起飞降落的方位标志。为了使驾驶员能准确地辨认跑道方向,以便控制飞机按照标注的方位沿着跑道中心线起降,在每一条跑道两端的道面上,必须按照规定的尺寸大小,用白色大字标注所有方位的跑道编号,就相当于跑道的名字一样。
所谓跑道方位,就是跑道中心线的磁方位角。跑道中心线是驾驶员驾机起飞或降落时前进的方向。为精确起见,全球都采用360度的方位予以表示。以正北为0度,顺时针旋转到正东为90度、正南为180度、正西为270度,再回到正北为360度或0度。这里的正北、正南都是指的地极方向,也就是真方向。
每条跑道就以它所朝向的度数作为其编号。为了简明易记,跑道编号只用两位数表示,即方向度数的百位数和十位数,个位数按四舍五入进位到十位数。比如,一条指向为西北284度的跑道,它的编号就是28,如果是285度,编号就是29。
同一条跑道,因为有两个朝向,所以就有两个编号,而这两个编号一般是相差18,因为正好隔了180度。比如,如果有一条跑道从起飞方向看到的编号是18,而从降落方向看到的编号就是36。跑道号都是两位数,如果第一位没有数就用0来表示。例如,指向东北的方向为50度,跑道号就是05。
跑道号以宽3米、长9米的数字用明亮的白漆漆在跑道的端头,十分醒目。驾驶员在空中可以清楚地看到跑道号,也就等于知道了飞机降落在这条跑道时的方向。
另外,如果某机场有同方向的几条平行跑道,就再分别冠以L(左)、C (中)、R(右)等英文字母,以示区别。
塔台上的管制员只要告诉驾驶员跑道号,驾驶员就应该能确定所使用的跑道和起降方向。
飞机跑道上这种标志方位的数据主要用在飞机的起飞和着陆过程中。
传统的飞机导航系统依赖磁罗盘现在好几种系统综合起来用
早期的飞机都是依靠地面标志和地图去认路,驾驶员必须用双眼盯住地面,搜索标志物,比如高塔、铁路、河流等,这叫目视导航。随着科技的发展,飞机飞得越来越快,越来越高,目视导航已经不能满足需要。于是驾驶员的手头添加了时钟和计算尺(或计算器)两种工具。时钟要求走时精确,可靠性强;计算尺(或计算器)则是经过专门设计的,刻画有根据飞机飞行所用的速度、距离、角度之间的关系编制成的计算步骤和程序等,这是推测导航。
而在计算中,有一个因素需要考虑,就是方向,而方向用什么测呢?罗盘!利用磁罗盘测出的方向叫磁方向,这种方向的北方叫磁北。地极的北方叫真北,真北方向叫真方向。真方向与磁方向之间偏差的角度叫做磁差。
另外,飞机上的铁制零件和磁场也会影响磁罗盘发生指向偏差,这个偏差叫做罗差。罗差在飞机出厂前会由制造厂家测量好,驾驶员在飞机上使用罗盘时得到的读数要加上罗差,才能得到磁方向,再加上磁差就得到真方向。
航空地图上标有各地的磁差,因为地球是圆形,磁场的分布在各地也不同。在中低纬度地区,磁方向与真方向之间的偏差还不大,但到了离极地很近的高纬度地区,磁差就变得很大了。所以一般在南北纬60度以上的地区飞行,磁方向就不能使用了。
如今,导航的方法一般由好几种系统综合起来应用,除了传统的磁罗盘导航系统,还有卫星导航系统,以及地面雷达导航系统等。几种方法综合起来就能取长补短,精确计算出飞机的飞行位置和飞行目标。
现在的飞机上都有自动导航系统,只要输入机场跑道上的方向度数,就能计算出飞行方向,并能自动调整飞机姿态控制飞机着陆过程。地球磁极的变化会影响飞机导航参数,所以需要重新设定。不过,实际上,只要测出这个偏差,现代导航系统可以自动调整。
地球磁场每时每刻都在变化磁极已经发生过多次颠倒
地球磁场其实每时每刻都在发生变化,而且是不规律地运动。在地球的一些矿物中,记录了地球磁极颠倒的过程,这些矿物中的磁极与我们现在的地球磁场不同。科学家可以通过分析把这些变化都还原出来,但因为时间相隔太远,都以万年为计算单位,不能得到精确的年份,所以无法得出其中的规律性,也无法推测出地磁倒转会给地球和地球上的生物带来什么变化。
地球为啥会产生磁场,还没争出结果
关于地球磁场形成的原因,现在还只是停留在假说阶段。
开始有的人认为,地球本身就是一个如磁铁一样的大磁体,所以产生了磁场。但是铁磁物质在温度升高到760℃以后,就会丧失磁性。而地心的温度高达5 000～6 000℃,培融的铁、镍物质早就失去了磁性,因而不可能构成地球大磁体。
公路飞机跑道 篇3
1 检测原理
Hough变换是Hough在1962年提出的一种形状匹配技术,是一种检测、定位直线和解析曲线的有效方法。用极坐标方程来表示平面中任意一条直线,即可以用ρ和θ两个参数确定下来,对于图像空间任意点(x,y),其函数关系为:
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其中:ρ为原点到直线的距离(即原点到直线的垂直线的长度);θ确定了直线的方向(即原点到直线的垂直线与x轴方向的夹角)。x,y与ρ,θ的对应关系如图1所示。
如果对位于同一直线L上的n个点进行上述变换,则原图像空间n个点在参数空间中对应地得到n条正弦曲线,并且这些曲线相交于同一点。
2 检测方案
2.1 地平线检测
地平线的斜率与跑道的滚转角之间存在对应关系,因此检测出地平线对飞机着陆是至关重要的。地平线是天空和地面的分界线,而天空与地面在亮度上存在明显差异,所以可以把原图RGB图像转换为HSV(色度,饱和度,亮度)图像。在采用Canny算子进行边缘检测之后,利用Hough变换,在参数空间取最大的累计点对应的(ρ,θ),将其反变换到图像空间。但在OpenCV中cvHough Lines2函数得到的结果是地平线的点集。所以最后还要采用最小二乘法进行直线拟合得到最终的地平线。如图2～图4所示。
2.2 跑道检测
将采集来的RGB飞机跑道原图转换为灰度图像,同样进行Canny算子边缘检测及高斯滤波。之后也进行Hough变换,但此时会得到多条直线,所以需要对所得到的直线进行筛选。筛选的原则:
(1) 跑道直线的长度,直线长度太短的小于某定值则不考虑该直线。
(2) 直线与图4所得地平线之间的夹角进行判断,夹角在一定范围之外的不予考虑。标准根据实际情况设定。
根据上述筛选原则,得到最终结果即为跑道边缘。
利用OpenCV所提供的图像处理与计算机视觉方面的许多通用函数可以很方便地实现上述算法。
3 OpenCV仿真结果
根据以上的方案,最终检测结果如图5所示。整个算法使用C语言编程,在OpenCV的软件开发平台上实现了飞机跑道及地平线识别。
由图5所示,飞机跑道的RGB原图的地平线及跑道被成功地提取。
4 结 语
通过对图像处理进行研究,合理编写了飞机跑道及地平线检测算法,成功在OpenCV环境下进行仿真。并且当采用非同类图片时,地平线识别效果也很好。但是也存在问题,即在跑道识别当中,筛选之后仍然存在几条直线的重叠的问题,这还要进行进一步的优化。
摘要：讨论了Intel开源计算机视觉库(Open Computer Vision,OpenCV)在图像处理中的应用。跑道识别是无人机着陆图像导航中的一项关键技术,准确而实时地检测出飞机跑道及地平线对推动无人机着陆导航技术的发展及减少着陆过程中的事故起着至关重要的作用。采用的方法是对无人机航拍采集到的RGB数字原图进行预处理之后,在OpenCV平台上进行Hough变换,从而提取其飞机跑道边缘及地平线,并最终成功的在OpenCV上实现了飞机跑道及地平线识别的仿真。实验证实了该检测算法在无人机着陆导航技术中的可行性。
关键词：OpenCV,图像处理,跑道识别,Hough变换
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