一種基于點(diǎn)云探測(cè)的跑道路面監(jiān)測(cè)裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及入侵異物監(jiān)測(cè)和激光掃描【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種基于點(diǎn)云探測(cè)的跑道路面監(jiān)測(cè)裝置及方法。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道入侵異物威脅航班起降安全的問(wèn)題，主要使用激光三維掃描技術(shù)，結(jié)合視頻/圖像識(shí)別設(shè)備，設(shè)計(jì)出一套架設(shè)于跑道之外的跑道路面監(jiān)測(cè)裝置及方法，監(jiān)測(cè)機(jī)場(chǎng)跑道上出現(xiàn)的入侵異物。同時(shí)也可以用于對(duì)跑道的道面平整度狀況進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和及時(shí)反饋。本發(fā)明包括至少一個(gè)激光掃描設(shè)備、至少一個(gè)攝像機(jī)與處理器之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等完成本發(fā)明。本發(fā)明應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)跑道平面入侵物的監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于點(diǎn)云探測(cè)的跑道路面監(jiān)測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及入侵異物監(jiān)測(cè)和激光掃描【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種基于點(diǎn)云探測(cè)的跑道路面監(jiān)測(cè)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在飛機(jī)起降過(guò)程中，跑道上存在的入侵異物(Foreign Object Debris, F0D)可能對(duì)航班的安全造成重大的威脅。潛在的危害輕則損壞機(jī)身，重則造成空難，機(jī)毀人亡。因此，為了確保航班的安全，入侵物必須及時(shí)被發(fā)現(xiàn)、識(shí)別，并根據(jù)其威脅等級(jí)做出相應(yīng)的處理。威脅航空安全的跑道入侵物可以小至3cm直徑，在上千米長(zhǎng)的跑道上使用人工排查的方式，效率低下，且入侵物被忽略的可能性較高。因此使用一種自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)高效準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并排除跑道入侵物，對(duì)機(jī)場(chǎng)的安全運(yùn)行有重要意義。
[0003]現(xiàn)有的FOD自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備使用的技術(shù)主要是圖像技術(shù)和雷達(dá)技術(shù)。圖像技術(shù)對(duì)可見(jiàn)光的依賴(lài)較強(qiáng)。即便使用紅外設(shè)備，受限制的因素，諸如分辨率、自動(dòng)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確率等，也比較多，因此沒(méi)有被廣泛使用。相比之下，較為廣泛使用的技術(shù)是雷達(dá)監(jiān)測(cè)。探測(cè)器發(fā)射不同波長(zhǎng)的雷達(dá)波，根據(jù)回波信號(hào)判斷異物的存在。但是雷達(dá)回波信號(hào)本身較復(fù)雜，直觀度較差。且易受雜波和二次反射等影響，準(zhǔn)確度和精度都有限制。
[0004]激光掃描三維成像技術(shù)是一種在正在逐漸興起的新技術(shù)，其使用大量的激光點(diǎn)探測(cè)出物體表面的形狀和反射強(qiáng)度，并生成物體表面的三維點(diǎn)云圖像。應(yīng)用在機(jī)場(chǎng)跑道環(huán)境中，生成的高密度點(diǎn)云圖像(一般點(diǎn)距小于3cm)，可以無(wú)遺失地記錄下跑道路面存在的F0D。結(jié)合相應(yīng)的點(diǎn)云目標(biāo)監(jiān)測(cè)算法，可以有效發(fā)現(xiàn)跑道上存在的入侵異物。
[0005]在機(jī)場(chǎng)飛機(jī)起降應(yīng)用環(huán)境中，主要有三個(gè)方面的問(wèn)題給監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提出了更高的要求。首先，理想的系統(tǒng)應(yīng)該在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)入侵物，入侵物停留的時(shí)間越長(zhǎng)，造成損害的可能性越大。其次，為了機(jī)場(chǎng)穩(wěn)定有序運(yùn)行，監(jiān)測(cè)的結(jié)果不能遺漏跑道上存在的入侵物，也不能過(guò)分強(qiáng)調(diào)不遺漏而出現(xiàn)過(guò)多的把安全誤判成危險(xiǎn)的錯(cuò)誤。最后，室外環(huán)境不同于實(shí)驗(yàn)室理想環(huán)境，地面并不是完美的平面，霧霾雨雪等天氣可能帶來(lái)能見(jiàn)度下降、路面環(huán)境變化等問(wèn)題在實(shí)際應(yīng)用中必須面對(duì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種基于點(diǎn)云探測(cè)的跑道路面監(jiān)測(cè)裝置及方法，其架設(shè)于跑道之外的，主要依靠激光掃描技術(shù)生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，結(jié)合視頻/圖像確認(rèn)設(shè)備，進(jìn)行跑道路面監(jiān)測(cè)的裝置及方法，用于監(jiān)測(cè)機(jī)場(chǎng)跑道上存在的威脅航空安全的入侵物。本發(fā)明使用激光和圖像為監(jiān)測(cè)和確認(rèn)手段，設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的入侵物監(jiān)測(cè)裝置及方法。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種基于點(diǎn)云探測(cè)的跑道路面監(jiān)測(cè)裝置包括:
至少一個(gè)激光掃描設(shè)備，通過(guò)架設(shè)在距離跑道路面為D的一側(cè)或者兩側(cè)，探測(cè)跑道平面及其上出現(xiàn)的入侵物體表面參數(shù)，生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)Ρ^,y,ζ);探測(cè)激光射線(xiàn)以激光掃描設(shè)備為中心，成等角間距立體扇形發(fā)射出去，其與跑道路面相交為扇形面，即監(jiān)控區(qū)域；激光掃描設(shè)備以時(shí)間間隔T對(duì)其監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行重復(fù)掃描，每次掃描生成一幅三維點(diǎn)云圖像；
至少一個(gè)攝像機(jī)，通過(guò)架設(shè)在距離跑道路面為D的一側(cè)或者兩側(cè)，用于接收處理器的命令，拍攝疑似入侵物圖片，并將疑似入侵物圖像信息回傳至處理器；
一個(gè)處理器，用于接收激光掃描設(shè)備生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)每一幅點(diǎn)云圖像通過(guò)監(jiān)測(cè)算法進(jìn)行判斷是否有疑似入侵物。當(dāng)監(jiān)測(cè)算法發(fā)現(xiàn)疑似入侵物后，根據(jù)疑似入侵物坐標(biāo)，發(fā)送觸發(fā)命令，觸發(fā)與疑似入侵物坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)進(jìn)行圖像拍攝，并接收攝像機(jī)拍攝的疑似入侵物圖像信息后，判斷是否為真實(shí)入侵物，并進(jìn)行真實(shí)入侵物清除。
[0008]優(yōu)選的，所述激光掃描設(shè)備和攝像機(jī)安裝在同一個(gè)塔架，激光掃描設(shè)備和攝像機(jī)通過(guò)搭建塔架架設(shè)高度是1-10米，若所述塔架安裝于跑道邊緣同側(cè)位置，則相鄰兩個(gè)塔架
之間的距離為
【權(quán)利要求】
1.一種基于點(diǎn)云探測(cè)的跑道路面監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于包括:至少一個(gè)激光掃描設(shè)備，通過(guò)架設(shè)在距離跑道路面為D的一側(cè)或者兩側(cè)，探測(cè)跑道平面及其上出現(xiàn)的入侵物體表面參數(shù)，生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于點(diǎn)云探測(cè)的跑道路面監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述激光掃描設(shè)備和攝像機(jī)安裝在同一個(gè)塔架，激光掃描設(shè)備和攝像機(jī)通過(guò)搭建塔架架設(shè)高度是1-10米，若所述塔架安裝于跑道邊緣同側(cè)位置，則相鄰兩個(gè)塔架之間的距離為
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種基于點(diǎn)云探測(cè)的跑道路面監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述監(jiān)控區(qū)域是平面扇形發(fā)散的激光掃描儀沿塔架上下直線(xiàn)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)立體扇形掃描激光發(fā)射區(qū)域；激光掃描儀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)探測(cè)點(diǎn)在跑道長(zhǎng)度方向上移動(dòng)，激光掃描儀直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)探測(cè)點(diǎn)在跑道寬度方向上移動(dòng)，激光掃描儀采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)八U，幻；激光掃描儀沿塔架上下直線(xiàn)移動(dòng)范圍大于或等于JTtana ;激光掃描儀的扇形旋轉(zhuǎn)軸與塔架垂直方向夾角為Q ,即旋轉(zhuǎn)平面與地面夾角為G , W為跑道寬度；從而實(shí)現(xiàn)對(duì)跑道檢測(cè)區(qū)域的覆蓋；x=xtf+rsm(^ + 4), J = ye+rcos(0+ ^0)cosα , ? 為跑道平面的高度，且ζ = O , (?,?)為激光掃描設(shè)備在跑道上架設(shè)位置的坐標(biāo),r為激光掃描設(shè)備激光源到被測(cè)點(diǎn)之間的測(cè)量距離，多為激光束在扇形發(fā)射面上旋轉(zhuǎn)的角度+力其零度方向與跑道寬度方向的夾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于激光掃描技術(shù)的跑道路面檢測(cè)裝置，其特征在于所述T范圍是30s到5min 范圍是I度到10度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的一種基于點(diǎn)云探測(cè)的跑道路面監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于還包括: 至少一個(gè)監(jiān)控終端，遠(yuǎn)程登錄處理器，用于顯示可疑FOD圖像，進(jìn)行最終人工確認(rèn)，并且在手動(dòng)模式和調(diào)試狀態(tài)下手動(dòng)遠(yuǎn)程操控激光掃描設(shè)備和攝像機(jī)。
6.基于權(quán)利要求1的一種基于點(diǎn)云探測(cè)的跑道路面監(jiān)測(cè)方法，其特征在于包括:步驟1:通過(guò)至少一個(gè)激光掃描設(shè)備通過(guò)架設(shè)在距離跑道路面為D的一側(cè)或者兩側(cè)，探測(cè)跑道平面及其上出現(xiàn)的入侵物體表面參數(shù)，生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)；探測(cè)激光射線(xiàn)以激光掃描設(shè)備為中心，成等角間距立體扇形發(fā)射出去，其與跑道路面相交為扇形面，即監(jiān)控區(qū)域；激光掃描設(shè)備以時(shí)間間隔T對(duì)其監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行重復(fù)掃描，每次掃描生成一幅三維點(diǎn)云圖像；步驟2:處理器接收激光掃描儀的信號(hào)，用于接收激光掃描設(shè)備生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)每一幅點(diǎn)云圖像通過(guò)監(jiān)測(cè)算法進(jìn)行判斷是否有疑似入侵物，當(dāng)監(jiān)測(cè)算法發(fā)現(xiàn)疑似入侵物后，根據(jù)疑似入侵物坐標(biāo)，發(fā)送觸發(fā)命令，觸發(fā)與疑似入侵物坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)進(jìn)行圖像拍攝，并接收攝像機(jī)拍攝的疑似入侵物圖像信息后進(jìn)行是否為真實(shí)入侵物，并進(jìn)行真實(shí)入侵物清除。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于點(diǎn)云探測(cè)的跑道路面監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述激光掃描設(shè)備和攝像機(jī)安裝在同一個(gè)塔架，激光掃描設(shè)備和攝像機(jī)通過(guò)搭建塔架架設(shè)高度是1-10米，若所述塔架安裝于跑道邊緣同側(cè)位置，則相鄰兩個(gè)塔架之間的距離為

8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種基于點(diǎn)云探測(cè)的跑道路面監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述監(jiān)控區(qū)域是平面扇形發(fā)散的激光掃描儀沿塔架上下直線(xiàn)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)立體扇形掃描激光發(fā)射區(qū)域；激光掃描儀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)探測(cè)點(diǎn)在跑道長(zhǎng)度方向上移動(dòng)，激光掃描儀直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)探測(cè)點(diǎn)在跑道寬度方向上移動(dòng)，激光掃描儀采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù);激光掃描儀沿塔架上下直線(xiàn)移動(dòng)范圍大于或等于JTtaniK ;激光掃描儀的扇形旋轉(zhuǎn)軸與塔架垂直方向夾角為&即旋轉(zhuǎn)平面與地面夾角為a, W為跑道寬度；從而實(shí)現(xiàn)對(duì)跑道檢測(cè)區(qū)域的覆蓋；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于點(diǎn)云探測(cè)的跑道路面監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述T范圍是30s到5min, ?范圍是I度到10度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9之一所述的一種基于點(diǎn)云探測(cè)的跑道路面監(jiān)測(cè)方法，其特征在于還包括:至少一個(gè)監(jiān)控終端，遠(yuǎn)程登錄處理器，用于顯示可疑FOD圖像，進(jìn)行最終人工確認(rèn)，并且在手動(dòng)模式和調(diào)試狀態(tài)下手動(dòng)遠(yuǎn)程操控激光掃描設(shè)備和攝像機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01V8/10GK103675939SQ201310668570
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】金爾文, 隋運(yùn)峰, 鐘琦, 李華瓊, 楊曉嘉, 張中僅, 王雨果, 鄢丹青, 范丹 申請(qǐng)人:中國(guó)民用航空總局第二研究所