Bruksverdien til frysepunktsensorer benyttet til vinterdrift på flyplass

Abstract

Kunnskap om forholdene på rullebanen er et essensielt bidrag for å gjennomføre sikker og effektiv drift av flyplass. Med tilstrekkelig informasjon kan tiltakene tilpasses etter nødvendighet og tidspunkt slik at andre prosesser ikke blir negativt påvirket. Bruken av kjemikalier har en negativ innvirkning på omgivelser og er en stor utgift for Avinor. Derfor er det ønskelig å benytte seg av nok, men samtidig ikke for mye kjemikalier. Hvor mye kjemikalier som er nok er derimot vanskelig å evaluere uten et komplett beslutningsgrunnlag, hvilket ikke eksisterer i dag. Brøytelederne ansvarlig for å ta operative beslutninger er derfor avhengig av sin erfaring og magefølelse når de vedtar å legge ut kjemikalie.

I forbindelse med et økt fokus på plasstjenesten og ny oppstart av sensorprosjekt på Bergen lufthavn Flesland, har det blitt behov for å videreutvikle prosedyrer og hjelpemidler for kjemikaliebruk. Dette vil hjelpe med å bygge opp kunnskapen og rammeverket for vinterdrift i Avinor. Det er montert åtte sensorer på rullebanen på Flesland; 6 aktive Frensor frysepunktsensorer fra ASFT, og 2 passive DRS511 sensorer fra VAISALA. Disse er fordelt i to tverrsnitt, nord og sør på rullebanen. Sensorene har tidligere ikke vært operative og først under vintersesongen 2018/2019 var det mulig å gjennomføre en evaluering av sensorene. En slik evaluering vil bli et bidrag for å beslutte om slike støtteverktøy utgjør en nytteverdi og om det bør satses videre på. Rapporten vil bygge opp kunnskap om sensorene og evaluere bruksverdien de utgjør for Avinor.

Bruksverdien til sensorene bygger på hvor pålitelig, nøyaktig og brukervennlig systemet er for de som skal benytte det. Eksisterende litteratur viser til at frysepunktsensorer er nøyaktige og effektive i bruk, men det er lite forskning på sensorene under operasjonelle forhold, og hvordan de fungerer i tilknytning til drift av flyplass. Påliteligheten til sensorene er analysert ved å beregne oppetiden under en stabil periode med vinterforhold og utlegg av kjemikalie. Deretter er det analysert totalt 17 caser som evaluerer troverdigheten og variasjonen til frysepunktdata. Casene og en verifisering av sensorene danner grunnlaget for å bedømme nøyaktigheten til sensorene og brukervennligheten av frysepunktdata. For å dekke kunnskapshull og tilføre informasjon om hvordan bruken av sensorene kan optimaliseres er det gjennomført et feltforsøk under normale operasjonelle forhold på Flesland. Forsøket gjør rede for kjemikalieutvikling på rullebanen ved bruk av konduktivitetsmåleren SOBO 20. Samlet presenterer rapporten forskning som tidligere ikke er gjennomført og gir verdifull informasjon om videre arbeid knyttet til kjemikalieutvikling og kjemikaliebesparelse.

Resultatene viser at de passive sensorene har en oppetid tilsvarende 100%, men kun ved 1 av 17 caser registrerer sensoren troverdig frysepunkt for deler av perioden. Ved ingen caser registrerer de passive troverdig frysepunkt over en lengre periode. Den passive sensoren i nord viste under feltforsøk at utslaget i frysepunktverdi er påvirket av tilstedeværelsen til væske. De aktive sensorene har en oppetid på 49%-65%. Fra verifisering viser sensorene avvik på +/- 6 ◦C fra frysepunkt på testvæsken, men preget av feilmeldinger og skiftende verdier. Ved 1 av 17 caser ble verdiene vurdert som troverdige, og ved 10 av 17 caser var variasjonene i frysepunktdata høyere enn 15 ◦C. Måleinstrumentet SOBO 20 viste like verdier for målinger under like forhold, men store variasjoner i løpet av feltforsøkets periode. Målingene viser ingen synlig reduksjon i kjemikaliemengden på rullebanen, da 18% av individuelle målepunkt viser lik mengde som utgangspunktet gjennom forsøksperioden. Det kan ikke påvises påvirkning fra flytrafikk, men det påvises at det legges minst 7,8m med dobbelt kjemikalieutlegg om senterlinjen. Dette utgjør 17% av kjemikalieforbruket på rullebanen.

Det er for høye variasjoner og for lav pålitelighet på frysepunktdata til å påstå at frysepunktsensorene er brukervennlige. Det er ikke funnet en løsning på problemene knyttet til datakvaliteten ved sesongslutt 2019. Grunnet forhold som ikke var optimale under feltforsøket kan det ikke konkluderes noe om hvordan sensorene kan optimaliseres på rullebanen. En bevistgjøring og redusering av dobbelt utlegg kan potensielt spare Avinor for 17% av kjemikaliemengden og derav redusere miljøpåkjenningen. Mer forskning på kjemikalievariasjoner er nødvendig, men da sensorene hverken er pålitelige, gir et nøyaktig bilde av forholdene på rullebanen, eller er brukervennlige, utgjør systemet en liten bruksverdi for plasstjenesten og brøyteleder slik det fungerer i dag.

Knowledge about the runway conditions provides an essential contribution in order to carry out safe and efficient operations at the airport. With sufficient information the measures can be adapted according to necessity and time, so that other processes are not adversely affected. The use of chemicals has a negative impact on the environment and is a large expense for Avinor. Therefore it is desirable to use enough, but at the same time not too much chemicals. How much chemicals is considered enough on the other hand is not easy to determine without a complete basis of decision, which does not exist today. The plow managers responsible for making operational decisions are therefore dependent on their experience and gut feeling when they decide on applying chemicals.

Due to an increased focus on the ground crew and a new startup of the sensor project on Bergen airport Flesland, there has been a need to further develop procedures and tools for chemical operations. This will help when building up knowledge and framework for winter operation in Avinor. There are eight sensors installed in the runway at Flesland; 6 active Frensor freezing point sensors from ASFT and 2 passive DRS511 sensors from VAISALA. These are located in two cross sections, in the north and south of the runway. The sensors have previously not been operative and not until the winter season of 2018/2019 was it possible to carry out an evaluation of the sensors. Such an evaluation will be a contribution when deciding if such support systems provide utility value and should be pursued further. This report will develop knowledge of the sensors and evaluate the utility value they provide for Avinor.

The utility value of the sensors is based on how reliable, accurate and user-friendly the system is for those who uses it. Existing literature indicates that freezing point sensors are accurate and effective in use, but there is little research on the sensors during operational conditions, and how they function in connection with operation of an airport. The reliability of the sensors is analyzed by calculating the percentage of reported freezing-point data, during a stable period with winter conditions and chemical outlay. A total of 17 cases have further been analyzed evaluating the credibility and variation of freezing point data. The cases and a verification form the basis for evaluating the accuracy of the sensors and how user-friendly the data is. To cover knowledge gaps and provide information on how to optimized the use of the sensors, a field test has been carried out during normal operational conditions at Flesland. The experiment gives an account of the chemical development on the runway using the conductivity instrument SOBO 20. Overall, the report presents research that has not previously been carried out and provides valuable information on further work related to chemical development and chemical savings.

The results revealed that the passive sensors reports freezing points 100% of the time, but only in 1 of 17 cases does the sensor report credible freezing points a part of the period. In non cases does the passive sensor register credible freezing points for a considerable time. The passive sensor located north showed that the freezing point value is influenced by the presence of liquid. The active sensors reports freezing points 49%-65% of the time. From verification, the sensors showed a deviations of +/- 6 ◦C from the freezing point of the test liquid, and characterized by error messages and changing values. The freezing point values were evaluated as credible in 1 out of 17 cases. The variations of the freezing point data were higher than 15 ◦C in 10 out of 17 cases. The measuring devise SOBO 20 gave equal values for measurements carvii ried out with equal conditions, yet major variations during the test period. The average of the measurements showed no clear reduction in the amount of chemical on the runway, as 18% of individual measuring-points showed equal amount as the starting amount throughout. The air traffic showed no clear affect on the chemical amount, but it is shown that at least 7.8m of chemicals are added double about the center line. This represents 17% of the chemical consumption on the runway.

There are too high variations and too low reliability on the freezing point data to claim that the freezing point sensors are user-friendly. No solution has been found to the problems associated with the data quality at the end of the season 2019. Due to the conditions that were not optimal during the field trial, it cannot be concluded on how the sensors can be optimized on the runway. Awareness of the extra usage and reduction of the double outlay can potentially save Avinor of 17% of the chemical amount and hence reduce the environmental impact. More research on chemical variations is needed, but since the sensors are neither reliable, provide an accurate picture of the runway conditions, nor are user-friendly, the system provides a low utility value for the ground crew and runway inspector as it operates today