交通基础设施智能化基础 课件 第7、8章 智慧机场、智慧桥梁

第7章智慧机场本章重点智慧机场概述数字化施工智能检测智能监测智能管理本章重点智慧机场概述数字化施工智能检测智能监测智能管理智慧机场研究背景电子机场数字机场智能机场“信息孤岛”局面概念：把所有相关信息集中储存到公共的数据中心，在统一的计

算机平台上实现数据共享和数据交换的机场；特征：计算机技术航空公司、机场、空管部门、地面交通管理部门等各自为政，很难进行数据共享概念：指机场能够有效获取、分类存储、自动处理和智能识别海

量数据的、具有高分辨率和高度智能化的机场；特征：地理信息系统技术（GIS）、遥感技术（RS）、全球定位

系统技术（GPS）、虚拟现实技术（VR）概念：利用先进技术和设备创建一个智能环境，实现旅客在机场的

自助、移动和协同作业的高服务质量和运营效率的机场；特征：RFID技术、无线技术、传感技术、移动互联网技术智慧机场研究背景电子机场数字机场智能机场“信息孤岛”局面智慧机场数字经济发展、生活水平提高舒适、便捷易出现裂缝、车辙等病害安全、耐久2019年，旅客吞吐量超13

亿人次,飞机起降量1166.0万架次航班运输量与日俱增识别技术传感器技术其他技术智慧机场基本概念智慧机场：是在数字机场的基础上，充分运用物联网、大数据、云计算、互联网等新一代信息技术建立的，具有高度感知、互联、决策能力的机场，能够通过信息化手段实现实时信息交互、协同决策及流程整合，从而提升机场的生产效率和客户服务水平，并创造价值收益，优化决策质量。陆侧空侧智慧机场的整体架构考虑到机场各个业务流程覆盖区域，全面建设智慧机场应从智慧空侧、智慧航站楼及智慧陆侧三方面开展。机场地面交通系统车辆流通及停放航站楼及机坪区跑道滑行道系统航站空间航路空间

以保障航空器、特种车辆、人员等安全运行为目的，包括航站楼隔离区域、机场空域、机务维修区、飞行区、站坪及必要的服务区域等智慧空侧

提供陆上交通与空中交通设施转换的场所，针对旅客、行李、货物实现自助值机、自助行李托运、自助安检等自助化服务。智慧航站楼集公交、地铁、高铁、私家车等不同交通方式运行为一体的综合交通枢纽，包括了航站楼非隔离区、车道边、航站楼前地面交通系统。智慧陆侧智慧机场的整体架构智慧陆侧智慧航站楼智慧空侧为实现民航运输与地面交通运输之间快捷、舒适的“空地无缝衔接”服务模式，智慧陆侧应采用多交通方式、多区域通行的智能调度与资源分配。智慧调度交通诱导屏智慧监测客流量交通运行状况大巴、机场定制班车地铁高铁出租车私家车自动泊车智慧服务智慧机场的整体架构智慧陆侧智慧航站楼智慧空侧利用先进设备帮助旅客在值机、行李托运、安检、购物、登机等过程中体验方便快捷的自助化服务。同时，便于商户为旅客提供个性化、精准化的服务，如楼内引导、航显提醒、广告推送等。智慧机场的整体架构智慧陆侧智慧航站楼智慧空侧通过对气象、空管、场面雷达、特种车辆调度及围界安全监控数据等多源异构信息进行挖掘分析，对场道运行能力、特种车辆调度等进行监控、评估、优化及预警，保障航空器安全、高效的运行。全景视频拼接空侧监测平台智慧机场基本特征智慧机场的三大特征：接入多样化、数据整合化、信息利用化。技术支持：智能识别系统、射频识别、GPS等物联网技术；实现目标：对旅客、车辆、航空器、人员等进行智能化识

别、定位、跟踪、监控和管理技术支持：云计算技术等；实现目标：高度整合并优化机场、空管、航空公司关于人、财、物、办公、协同决策等方面工作效率。技术支持：数据挖掘技术、互联网技术、无线通信技术等；实现目标：生产与商业优化、主动旅客服务、优化决策支持智慧机场典型案例自助行李托运自助检疫闸机自助行值机多证件识别仪自助安检自助登机自助导航引导北京大兴机场停车机器人协同决策中心广州白云机场二维码过检、智慧停车场上海浦东机场智能物流中心智慧安防鸟击防范迪拜机场AI全息影像引导陆侧无人驾驶地铁智慧机场发展前景

在确保安全运营的基础上，以提升机场运输能力与效率为目标。从机场选址、布局到基础设施建设等方面均将考虑环境影响，形成以旅客为中心、安全、高效、智能化、绿色节能的智慧化航空城。基于大数据分析及协同决策技术的机场网协同发展机场布局及跑道结构设计优化场面运行及资源优化调度分配航空器进近精细化管理机场、高铁、公路和水路的综合交通网实现无缝运输本章重点智慧机场概述数字化施工智能检测智能监测智能管理数字化施工基本概念数字化施工：是综合利用北斗定位、地理信息、物联网、智能传感、自动控制等数字化技术对工程机械的施工质量进行记录和指挥，并辅以人工决策的成套技术，涵盖了机场航路、飞行区、航站楼及陆侧交通等多区域的建设。组成：机械控制子系统、信息分析管理子系统数字化施工建设内容及意义数字化施工土石方工程道面工程地基处理：碎石桩、CFG桩、排水板……土石方填筑：振动碾压、冲击碾压、强夯……后场监控：水泥/沥青拌合站质量、水稳拌合站质量……前场监控：摊铺质量监控、碾压质量监控……运输监控：成品料称站管理、成品料运输管理……机场数字化施工从根本上改变了传统施工质量检验方式，优化了工程信息管理方式，保证了施工质量可追溯，大大降低了人工及建设成本。数字化施工关键技术空间信息1系统仿真2可视化虚拟3RSGPSGIS借助计算机系统，对地球表层空间中有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述相似原理、信息技术→系统模型→动态研究BIM技术建筑虚拟三维模型→建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息等可视化VR数字化施工发展现状昆明长水机场添加标题在水稳层和沥青层的摊铺作业时局部应用2011201420152016郑州新郑机场添加标题在二期扩建工程中使用了数字化振动碾压技术进行土方压实北京大兴机场添加标题采用振动碾压、冲击碾压和强夯等数字化技术海口美兰机场添加标题在二期扩建工程中采用了数字化振动碾压和冲击碾压……数字化施工起源于数字化压实填筑技术，现今国内外研究热点主要集中于连续压实技术（CCC）和智能压实技术（IC）。数字化施工应用案例是4F级国际机场、国际航空枢纽、丝绸之路经济带中等级最高的航空港之一、我国首个全场应用数字化施工监控的典型示范工程。新建机场项目概况3条新建跑道67万m2的航站楼36万m2的综合交通中心GTC成都天府国际机场振碾机轨迹、遍数、厚度、速度、密实度等夯击次数、高度、选择类型、车辆、切换标段沉桩深度、灌入量、反插次数、状态监控、车辆状态、切换标段等振碾机碎石桩机强夯机本章重点智慧机场概述数字化施工智能检测智能监测智能管理智能检测基本概念现场检测照片病害类型破损程度等级评价性能评估养护方法机场道面智能检测平台物联网技术三维激光扫描技术高清摄像技术红外成像技术探地雷达技术……定期“体检”智能检测由传统的人工检测发展为自动化、智能化检测，智能检测技术不仅提高了道面检测和使用效率、规范技术人员操作，还能针对病害数据建立全生命周期模型，实现对病害发展的跟踪、检测与预警，及时制定合理的养护方案。无损检测（NonDestructiveTesting，NDT）在不影响被检测对象使用性能的前提下，采用射线、超声、红外、电磁等技术，并结合现代化仪器对被测体进行缺陷、化学、物理参数检测的技术。智能检测关键技术无损检测弯沉检测非弯沉检测静载设备动载设备探地雷达红外热成像表面波频谱分析抗滑性能测试平整度性能测试渗水性能测试稳态震动型设备脉冲型设备贝克曼梁落锤式弯沉仪FWD/重锤式弯沉仪HWDHWD探地雷达智能检测关键技术跑道异物（ForeignObjectDebris,FOD）识别

FOD是指可能损伤航空器的某种外来的物质、碎屑或物体，现有的FOD探测系统主要采用雷达探测技术与视频图像识别技术。异物识别工作原理多传感器探测前端设备雷达监控系统后台追踪监测异物位置主控系统智能分析指挥中心预警处理典型FOD探测系统毫米波雷达探测（主）视频图像识别（辅）视频图像识别智能检测关键技术巡检机器人以智能巡检技术为核心，整合机器人本体技术、电力设备、非接触检测技术、多传感器融合技术、导航及行为规划技术于一体的复杂系统，具有检测道面外形特征、强度指标、异物障碍及清除等功能。跑道常规巡检跑道无人机巡检围界无人机巡检跑道除障机器人跑道检测多机器人系统工作原理图本章重点智慧机场概述数字化施工智能检测智能监测智能管理智能监测机场智能监测系统包括机场飞行区道路结构安全监测（地基处理及土石方工程监测）、机场航站区航站楼结构安全监测、机场进出地面交通基础设施（桥梁/隧道）结构安全监测等内容等。安

全

保

障

体

系标

准

规

范

体

系应用层飞行区监测系统航站区监测系统机场地面交通监测系统服务层身份验证工作流引擎检索服务统计分析智能监督技术评价辅助决策设备配置GIS服务预警分析数据库基础数据预警数据飞行区监测数据航站区监测数据安防监测数据其他监测数据统计分析数据设备配置数据基础设施服务集群数据储存网络安全通信安全传感元件智能监测外部环境感知监测利用气象传感器、能见度仪及雷达系统等设备对环境状况进行整体性监测和预警，以确定该地温度、湿度、降雨量、风速风向、雨雪雾、日照强度等外部环境数据。热电阻温度计光纤光栅温度计湿度计雨量计气象站雷达系统能见度仪智能监测道面结构性状监测机场道面性状是表征道面使用状况和推测道面使用寿命的客观依据，主要分为结构强度性状（道面强度、稳定性和耐久性）和功能性状（平整度和抗滑性）。多层弯沉仪MDD振弦式应变计土压力计竖向应变温度水平应变裂缝变形动态位移应力应变加速度内部温度内部湿度渗透压道面抗滑监测内容本章重点智慧机场概述数字化施工智能检测智能监测智能管理智能管理机场智能管理系统在管理信息系统、办公自动化系统、决策支持系统的功能和技术集成的基础上，应用人工智能专家系统、知识工程、模式识别、人工神经网络等先进技术，进行智能化、集成化、协调化的新一代的机场管理系统。机场智能管理系统现场指挥调度机场运行控制机场安保管理机场规划管理机场场道养护航站楼经营管理智能管理机场智慧安防系统包括控制指挥中心、视频监控、门禁控制系统、围界入侵防范系统、消防报警系统、防盗报警系统、在线巡更系统、停车场管理系统、楼宇环境控制系统、烟雾探测系统、雷达探测视频监控等。围界安防管控平台智能管理可视化分析决策系统

一个面向机场管理的决策辅助平台，支持从机场基础设施、地面服务、航班运行态势、场面监管、机位管理等多个维度进行日常运行监测与管理，以及突发事件下的应急指挥调度管理。机场运维管理可视化机场场面监管可视化航班运行进程可视化航空紧急事件管理运营调度管理可视化运营数据分析研判系统功能第8章智慧桥梁本章重点智慧桥梁概述桥梁BIM项目管理桥梁健康监测桥梁智能检测本章重点智慧桥梁概述桥梁BIM项目管理桥梁健康监测桥梁智能检测什么是智慧桥梁？智慧桥梁：智慧桥梁是集成人工智能、大数据等先进信息化技术，感知桥梁运行状态、判断故障、最终预测安全风险，实现信息融合和桥梁运营的智慧精细化管理，是智慧城市重要组成部分，也是地方桥梁维管法规落地的重要基础性平台。无人机倾斜摄影移动互联网大数据云计算BIMGIS数据库三维全景B/S架构系统集成人工智能物联网桥梁建设背景现状及特点总量多：2018年末，全国公路桥梁85.2万座数量持续增长：近十年均新增2.57万座大桥、特大桥数量多：2018年末，大桥98869座（11.6%），特大桥梁5053座（0.59%）跨江、跨海、跨峡谷等超大跨径桥梁工程多：其中长江大桥总量135座（长江干流、含在建）桥梁运营安全形势严峻洪水、超载、腐蚀老化、车船撞击是桥梁垮塌的主要原因基建老龄化带来信息化、智能化的需求美国：65%公路急需整修，25%桥梁已经无法满足交通需求日本：建造完成50年以上为老龄化标准，2019年老龄化桥梁27%，预计2029年增至52%中国：建国初期和90年代两个建设高峰，将迎来一批老龄化高维护要求的桥梁2007.6九江大桥2012.8哈尔滨阳明滩大桥2011.7福建公馆桥新基建对桥梁信息化的支持2020年初，力度空前推出以5G、大数据中心、工业互联网等为核心的新型基础设施建设发展要求，支持桥梁工程与智能建造、智慧服务的深度融合与转变；桥梁全寿命期信息化建设即为桥梁的新型基础设施建设。新型基础建设包含的七大领域5G基站建设城际高速铁路和城市轨道交通特高压大数据中心人工智能工业互联网新能源汽车充电桩桥梁全寿命期信息化建设工业互联网大数据人工智能云计算……5G、AI-IoT桥梁工程+智能建造、智慧服务桥梁全寿命期信息化工程构思立项开始施工交付使用结束决策阶段设计阶段时间运营阶段施工阶段运行目标设计、可行性研究设计、计划、招投标施工桥梁全寿命期智慧桥梁架构数据化可视化智慧化数据采集接入层包含云服务IT基础设施、物联网、监测设备管理、AI智能终端、智能巡检管养终端等；数据层通过数据缓存、结构化和非结构化存储以及大数据存储方案实现对施工、运营各类数据的存储管理；平台层各类子系统和组件，为不同应用层系统共享；应用层针对特定业务领域的专有系统，为不同应用层系统共享；交互层面向用户提供大屏驾驶舱、电脑PC端、智能手机APP等数据交互界面。本章重点智慧桥梁概述桥梁BIM项目管理桥梁健康监测桥梁智能检测什么是桥梁BIM项目管理？桥梁BIM项目管理：以三维数字技术为基础，集成了工程项目设施实体与功能特性的数字化表达，包含了三维信息模型、新的信息架构及组织方式、移动互联网、云技术，甚至物联网的应用。工程设计应用模型碰撞检查工程量统计三维建模自动成图检查模型是否存在直接的冲突，安全空间、操作空间是否合理，避免施工过程中的不必要变更，实现问题早发现、早处理。自动生成材料清单，并将模型创建的清单和原始二维设计图进行对比，及时发现工程量统计过程中遇到的问题。材料统计中发现的问题以及纠错模型钢筋相互碰撞检查直观分析路线走向和地貌地形特征，对桥梁的中心桩号和规模进行初步确定。将一些信息输入设计平台，对上、下部构件的模型进行调取，从而获得三维桥梁模型。剖切BIM模型创建相关的施工图，再进行二维标识和标注，直接交付业主，减少二维设计不一致性，为后续设计交底、深化设计提供依据。施工建设应用场地布置优化施工仿真模拟动画物料设备管理云平台施工管理各功能区域建立相应模型，依据施工组织设计或施工方案进行模拟分析，重新分析优化，多次循环优化过程，得出合理场地布置方案。制作相关工序或施工方案仿真动画，进行模拟与比选，也可用于技术交底，动画形式让作业队伍直观了解方案设计原理与实施步骤、指导现场施工。RFID技术与BIM的桥梁信息模型结合，实现跨区域节点，进行物料设备信息的采集和交互，提升桥梁施工过程中的物料设备管理效率。将模型数据上传至云平台，通过手机端、网页端使用平台进度计划、质量管理、安全管理、文明施工、文档管理、监控监测等模块进行项目管理。运维管养应用竣工模型、资料信息整理远程监控及维修加固传统方式困境：

竣工验收资料多，传统方式难以分类管理保存；项目运营期长，资料难以保留久远；资料多为纸质不易于及时查阅等。BIM项目管理优势：

前期将BIM模型数据及各类信息上传至云平台，即可实现随时随地查看相关施工信息，为后期运维提供数据支持。传统方式困境：

桥梁运营一段时间后，需经常定期检查与特殊检查。传统的检查监测存在诸如货车超载严重，监测频率低、现场维护远等问题。BIM项目管理优势：

通过传统人工检测技术与BIM+在线监测技术结合互补，进行实时在线监测，海量数据智能运算存储、连续稳定数据输送、及时发现解决出现的异常情况。本章重点智慧桥梁概述桥梁BIM项目管理桥梁健康监测桥梁智能检测什么是桥梁健康监测？桥梁健康监测：指运用各种现代化监测与信息化技术，对桥梁结构运营环境、荷载输入、结构力学状态及响应参数进行实时、连续监测，并对监测数据进行存储、分析，为桥梁在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况异常严重时发出预警信号，为桥梁的维护维修和管理决策提供依据与指导

。桥梁健康监测系统典型健康监测系统构成，主要包括：两个部分：现场前端采集、后端数据处理与评估五个子系统：传感器子系统、自动化数据采集子系统、中心数据库子系统、结构预警安全评估子系统、用户界面子系统智能传感技术加速度传感技术光纤应变传感技术光纤光栅FBG传感长标距FBG传感分布式光纤传感伺服加速度仪电容式压电式MEMS应变片式激光测振仪光纤光栅式基于振动的结构监测中，加速度响应是结构最为主要的响应物理量之一。应变是对结构损伤最为敏感的指标之一，传统的应变传感技术主要是电子式应变传感技术，包括电阻应变片、钢弦式应变计和PVDF压电传感器等。优点：质量轻、体积小、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰、可分布或者准分布式测量、使用期限内维护费用。智能传感技术位移传感技术为保证桥梁几何、刚度状态满足设计要求，桥梁在施工和使用过程中，均需进行关键截面的几何状态变形测试。激光测量微波雷达数字图像相关性解析激光定向直线传播，通过测量发射端和接收端的光程差来反算测点的位移变化激光对变形物体连续拍照，变形物体表面进行特征点标记，采用一定的相关算法对连续图像的特征点进行匹配追踪实现位移变化的测量依据相位干涉测量方法使用多幅合成雷达图像，这些图像对应不同时刻对相同区域的重复观测，根据雷达接收到的回波的相位差反演生成目标形变图数据分析方法数据预处理

由特征提取和特征选择构成，前者从原始数据中获取特征，后者去除其中冗余、不相关的特征。

桥梁结构健康监测数据分析中常提取的特征有频域特征、时频域特征、统计特征、力学特征等几类。特征工程模式识别数据清洗：数据噪声、长期趋势项、野值、失敏等数据错误。缺失值：不要求数据可忽略缺失值；反之进行数据插补。数据降维：降低随机变量的个数以提升后续效率、利于数据可视化。

同时利用多通道或多种传感器数据以得到更好的分析结果。

数据融合将非结构化数据与结构化数据综合利用，能够最大程度地发挥大数据的价值。数据融合

在损伤识别中表现为对损伤存在与否、位置、程度的判别方法.

在结构状态评估中则用于荷载模式识别、荷载效应分析、安全预警、传感器故障识别等问题。本章重点智慧桥梁概述桥梁BIM项目管理桥梁健康监测桥梁智能检测什么是桥梁检测？桥梁检测：通过专业技术人员利用特定的仪器、设备或人体感官，对桥梁结构的特性或性能进行检验测试的一种行为。外观损伤内部缺陷力学性能几何参数目视检查无损检测试验技术目视检查主要内容日常检查:桥梁检查车对全桥进行巡视检查。经常检查:偏重于结构性检查。定期检查:根据桥梁的运行年限定期对桥梁做比较全面的综合的检查，评定桥梁技术状况，判断桥梁的抗灾能力。桥梁检测制度目视检测技术智能巡检无人机对特殊桥梁，如悬索桥、斜拉桥、大跨高墩桥等特殊结构进行检测工作，近距离、高精度的对桥梁主体及附属设施的裂缝、缺损、剥落破损、锈蚀等病害进行影像的数据采集，便于后期对桥梁运行状况的数据分析。检测项目检测内容钢桁梁钢结构高强螺栓是否缺失、是否锈蚀、是否有其他异常索塔混凝土蜂窝麻面、露筋、剥落掉块、裂缝、避雷针完好情况节点板螺栓是否缺失、是否锈蚀、是否有其他异常高桥墩混凝土蜂窝麻面、露筋、剥落掉块及裂缝缆索是否锈蚀、涂装是否脱落、是否有其他异常常规检测盲区其他异常情况检测桥梁墩顶、支座等危险部位时，安全系数高，保证人员安全无需辅助措施，直接到达需检测部位，大大节省了费用传统检测难以到达的场所可轻松到达，保证了细致性和全面性经常性检查时，无需封闭道路，保证了交通正常运行及时性优点目视检测技术结构外观病害及变形图像识别技术3D摄影+基于机器学习技