[发明专利]基于数据驱动-力学模型融合的道面结构性能分析方法及系统

权利要求书

1.一种基于数据驱动-力学模型融合的道面结构性能分析方法，其特征在于，包括：

建立基于感知信息的机场刚性道面力学模型，以及建立全尺寸飞机虚拟样机的模型；

采集飞机起飞和降落过程中的对道面的作用力数据，将所述作用力数据输入所述机场刚性道面力学模型，通过所述飞机虚拟样机模型在机场刚性道面力学模型中模拟对道面的作用，获得模拟道面结构的变化数据；

根据模拟道面结构的变化数据，得到道面的空间力学响应和结构性能指标参数，如道面的空间力学响应和结构性能指标参数达到安全阈值，则发出警报；

在机场道路上取若干段采集道面，每段道面位于飞机行驶轨迹的一侧设置光源，另一侧设置高清相机；飞机起飞和降落过程中，光源启动，同时高清相机拍摄道面的图像；

提取图像中超出亮度设定值区域设为参考区域，计算所述参考区域的尺寸，将所述参考区域的对比度m和饱和度n作为所述图像特征值；

根据道面结构的标准要求，获取达到安全阈值时的道面结构图像，以该图像为临界图像，并对应地提取临界图像的特征值，将所述临界图像的特征值作为特征值阈值；

将所述图像特征值与特征值阈值进行比较，如达到或超出阈值，则道面的空间力学响应和结构性能达到极限，如果此时机场刚性道面力学模型未发出警报，则发出辅助分析的警报；如果此时机场刚性道面力学模型已发出警报，则需对道面进行实地检测是否还符合安全要求。

2.根据权利要求1所述基于数据驱动-力学模型融合的道面结构性能分析方法，其特征在于，所述建立基于感知信息的机场刚性道面力学模型包括：

建立黏弹性地基上足尺道面板三维有限元仿真模型，设定地基材料弹性参数、阻尼参数、接缝传荷参数；

输入机场道面和飞机状态数据，对飞机动态荷载进行仿真分析；将测点位置荷载和环境特征值作为输入，各工况下的道面结构力学响应与结构力学监测值建立联系进行结构参数反演分析，获得高仿真数值模型。

3.根据权利要求2所述基于数据驱动-力学模型融合的道面结构性能分析方法，其特征在于所述黏弹性地基上足尺道面板三维有限元仿真模型通过以下方法验证：运用所述三维有限元仿真模型分别计算多种荷载状态下的道面结构响应，与现场感知信息进行对比分析，迭代计算使理论值与实测值的偏差平方和最小，优化模型参数、验证分析模型合理性。

4.根据权利要求1所述基于数据驱动-力学模型融合的道面结构性能分析方法，其特征在于，所述建立模拟全尺寸飞机虚拟样机的模型包括：

利用CATIA软件建立飞机机身、起落架和机轮的三维几何模型，并将所述几何模型导入ADAMS/Aircraft；然后在ADAMS/Aircraft中定义机身气动力、构建质量、约束质量、约束及通信器，生成相应的模板文件并建立机身子系统、前起落架子系统、前起落架机轮子系统、主起落架子系统和主起落架机轮子系统，建立各子系统之间及与飞机试验台之间的通信器，完成虚拟样机全机模型的装配。

5.根据权利要求1所述基于数据驱动-力学模型融合的道面结构性能分析方法，其特征在于：所述采集飞机起飞和降落过程中的对道面的作用力数据包括的力学响应、环境特征、荷载特征，采用数据分布假设判别方法，提出异常数据；采用鲁棒回归填补缺失与异常数据；采用卡尔曼滤波减小数据的波动性，提高感知数据的利用质量。

6.一种基于数据驱动-力学模型融合的道面结构性能分析系统，其特征在于，包括：

机场刚性道面力学模型；

模拟全尺寸飞机虚拟样机的模型；

数据采集模块，用于采集飞机起飞和降落过程中的作用力数据；

数据处理模块，用于将所述作用力数据输入所述机场刚性道面力学模型，模拟出将飞机虚拟样机对机场刚性道面力学模型中模拟道面的作用，获得模拟道面的变化数据；根据模拟道面的变化数据，得到道面的空间力学响应和结构性能指标参数；

报警模块，用于在道面的空间力学响应和结构性能指标参数达到安全阈值时发出警报；

光源，设于机场道路上飞机行驶轨迹的一侧；

高清相机，设于飞机行驶轨迹的另一侧，用于飞机起飞和降落过程中，拍摄道面的图像；

图像处理与分析模块，用于提取图像的特征值，并将所述图像的特征值与特征值阈值进行比较，如达到或超出阈值，则道面的空间力学响应和结构性能达到极限，如果此时机场刚性道面力学模型未发出警报，则发出辅助分析的警报；所述图像的特征值通过以下方式确定：提取图像中超出亮度设定值区域设为参考区域，计算所述参考区域的尺寸，将所述参考区域的对比度m和饱和度n作为所述图像特征值；所述特征值阈值通过以下方式确定：根据道面结构的标准要求，获取达到安全阈值时的道面结构图像，以该图像为临界图像，并对应的提取临界图像的特征值，将所述临界图像的特征值作为特征值阈值。