[發(fā)明專利]一種基于激光掃描技術(shù)的跑道路面檢測(cè)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310563357.6
• 申請(qǐng)日: 2013-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN103576159A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 隋云峰;鐘琦;李華瓊;楊曉嘉;張中僅;王雨果;鄢丹青;范丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國民用航空總局第二研究所
• 主分類號(hào): G01S17/06
• 分類號(hào): G01S17/06;G01N21/88
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及入侵異物檢測(cè)和激光掃描技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種架設(shè)于跑道邊緣的種基于激光掃描技術(shù)的跑道路面檢測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)

在飛機(jī)起降過程中，跑道上存在的入侵異物（Foreign?Object?Debris,?FOD）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)來高效準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并排除跑道入侵物，對(duì)機(jī)場的安全運(yùn)行有重要意義。

現(xiàn)有的FOD自動(dòng)檢測(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)可見光的依賴較強(qiáng)。即便使用紅外設(shè)備，受限制的因素，諸如分辨率、自動(dòng)檢測(cè)的準(zhǔn)確率等，也比較多，因此沒有被廣泛使用。相比之下，較為廣泛使用的技術(shù)是雷達(dá)檢測(cè)。探測(cè)器發(fā)射不同波長的雷達(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。

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)場跑道環(huán)境中，使用點(diǎn)距小于3cm的掃描生成的點(diǎn)云圖像，可以無遺失地記錄下跑道路面存在的FOD。但是直接生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)并不能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)FOD（不能區(qū)別入侵物和道面），因此需要一種方法，能從大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中檢測(cè)FOD的存在并定位。

在機(jī)場飛機(jī)起降應(yīng)用環(huán)境中，主要有三個(gè)方面的問題給檢測(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，造成損害的可能性越大。其次，為了機(jī)場穩(wěn)定有序運(yùn)行，檢測(cè)的結(jié)果不能遺漏跑道上存在的入侵物，也不能過分強(qiáng)調(diào)不遺漏而出現(xiàn)過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能見度下降、路面環(huán)境變化等問題在實(shí)際應(yīng)用中必須面對(duì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)上述存在的問題，提供一種架設(shè)于跑道邊緣的，高效、精確的一種基于激光掃描技術(shù)的跑道路面檢測(cè)裝置及方法。用于檢測(cè)機(jī)場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檢測(cè)和確認(rèn)手段，設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的入侵物檢測(cè)裝置及方法，并且首次在入侵異物檢測(cè)問題上使用激光線掃描技術(shù)，發(fā)明了一種新的入侵異物檢測(cè)裝置及方式。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于激光掃描技術(shù)的跑道路面檢測(cè)裝置包括：

至少一個(gè)激光掃描儀，架設(shè)在跑道邊緣兩側(cè)，探測(cè)跑道平面上出現(xiàn)的物體參數(shù)；激光掃描儀以時(shí)間間隔T對(duì)其監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行重復(fù)探測(cè)，所述激光掃描儀的扇形發(fā)射面與跑道路面地面平行，且距離跑道路面地面距離小于最小入侵異物的直徑。

至少一個(gè)攝像機(jī)，架設(shè)在距離跑道路面為D’的同側(cè)位置，用于接收處理器的命令，拍攝入侵物圖片，并將入侵物圖像信息回傳至處理器，所述D’≥0；

處理器，用于接收激光掃描儀的信號(hào)，即探測(cè)到的物體參數(shù)（r,θ），判斷物體是否為入侵物；當(dāng)入侵物在固定位置存在時(shí)間超過S時(shí)，且在跑道工作區(qū)內(nèi)，則入侵物是疑似入侵物時(shí)，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,所述r是物體距離激光掃描儀的距離，θ是掃描儀探測(cè)光束的發(fā)射角度。

所述激光掃描儀安裝于跑道邊緣兩側(cè)交錯(cuò)安置，所述同側(cè)相鄰兩個(gè)激光掃描儀之間的距離為2P，所述相對(duì)側(cè)的激光掃描儀在同側(cè)相鄰兩個(gè)激光掃描儀中點(diǎn)的垂線上，所述????????????????????????????????????????????????。其激光掃描儀能達(dá)到的角分辨率的為，入侵異物空間分辨率為，則激光掃描儀的有效掃面半徑為，所述，其中為跑道平面的寬度。

所述相鄰兩個(gè)攝像機(jī)之間的距離為，其中為攝像機(jī)的有效作用半徑，為其距離近攝像機(jī)一側(cè)跑道邊緣的距離。

所述處理器處理激光掃描儀獲得物體的坐標(biāo)信息過程包括：

步驟1：將采集的激光掃描儀的信息，轉(zhuǎn)換到跑道標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系下，，其中對(duì)應(yīng)激光掃描儀在跑道上的安裝位置，x軸代表跑道平面長度方向。軸代表那個(gè)跑道平面寬度方向；

步驟2：當(dāng)或者時(shí)，則為跑道平面外的環(huán)境信號(hào)；當(dāng)時(shí)，物體是入侵物，處理器觸發(fā)攝影機(jī)進(jìn)行入侵物圖像拍攝。