[發明專利]一種從點云數據檢測飛機姿態的參數模型匹配方法

有效

• 申請號: 201410114518.8
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN103853893B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: 黃榮順;隋運峰;鐘琦;李華瓊;王雨果;鄢丹青
• 申請（專利權）人: 中國民用航空總局第二研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑

技術領域

本發明涉及基于激光掃描技術的飛機自動引導泊位系統，尤其是一種從單幅點云數據計算飛機姿態的參數模型匹配方法。

背景技術

在機場場面監控，尤其是飛機停泊自動引導系統中，需要準確感知飛機的姿態，包括所處的位置、所占的空間以及運動的速度和方向等信息。傳統的感知方式（如感應線圈、雷達和視頻等技術手段）有不同程度的缺陷：感應線圈技術探測能力差，且安裝維護操作工程量大；雷達技術對飛機姿態的細節表達能力差；視頻手段受天氣和光線的影響較強，且距離計算誤差較大。

激光掃描技術因其測量準確性高、細節清晰、分辨力強且對天氣環境適應能力強等優點，近年來有快速的發展，適合中短距離上的感知探測。三維激光掃描設備一般安裝在航站樓上，正對泊位區域，且靠近泊機位。設備在水平和俯仰兩個方向上轉動探測，獲得三維點云數據，以抽樣點的形式表征被掃描表面的幾何特征和材質反射特征。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術存在的問題，從泊位系統的激光掃描設備獲取的點云數據計算飛機姿態是泊位引導過程中核心的一個環節出發。本發明提出一種使用參數模型匹配的方法，從單一探測源掃描生成的三維點云數據，計算飛機姿態的方法。本發明方法的輸入是一幅點云數據（見相關說明中點云數據要求）。輸出是飛機參數模型表達式的參數和三個關鍵點的坐標。從本發明方法的輸出可以直接計算出機型特征值，如機鼻高度、機翼高度、翼展寬度機艙寬度和機鼻到機翼的距離等。使用這些特征值跟民航機型數據庫作對比可以識別飛機的機型。從多次使用本發明方法獲得的輸出結合泊機位的信息，還可以直接計算出引導飛機泊位的距離、偏移、朝向和速度信息。以上信息足以滿足泊位自動引導系統的需求。

本發明采用的技術方案如下：?

一種從點云數據檢測飛機姿態的參數模型匹配方法包括：

步驟1：通過激光掃描儀運動，獲得機場單位時間內的水平掃描線；根據快速合并算法將每條水平掃描線劃分為點云數據組，當每組點云數據長度P<TH1；所述每條水平掃描線中第一個點作為一個組的起點，每條水平掃描線最后一個點作為一個組的終點，起點與終點的距離為長度P；TH1為閾值，所述TH1范圍是5米到8米；

步驟2：計算分組的點云數據中每個點的曲率????????????????????????????????????????????????，根據曲率變化判定法將點云組分割成點云段；當分割為點云段后，每個點云段數據長度時，丟棄本次數據；否則，保留本次點云段；其中范圍是2米到5米；

步驟3：對每個點云段進行圓弧段模型或直線段模型匹配；

步驟4：計算所有圓弧段的平均圓心，飛機參數模型的機鼻模型參數為,其中為半徑的分布標準樣本差;

步驟5：將所有的直線模型參數轉化為形式，其中為直線距離圓弧心最近的點，為直線的斜率，判斷該直線模型屬于機身側面還是機翼；并判斷點云數據取自前側角度拍攝還是正前角度拍攝，最終確定飛機姿態。

進一步的，所述步驟1快速合并算法具體步驟是：把每條掃描線中第一個點作為一個點云數據組的起點，若一個點與前一個點之間的距離小于閾值，該點與前一個點處于同一個組，否則認為該點是一個新的點云數據組的起始點，前一個點是前一個點云數據組的終止點，一般取到，其中是激光掃描儀水平轉動的角度步長，是該點到激光掃描儀的距離。

進一步的，所述步驟2中曲率變化判定法具體步驟為：設前一點、當前點和下一點的曲率分別是、和，如果或者則認為曲率變化較大，一般取值是0.2-0.5。

進一步的，所述步驟3具體過程是：通過均開方差（mean?square?root?error），取平均平方差最小的幾何模型代表每個點云數據段，去除點云數據段的平均平方差大于的點云數據，一般取值是0.2-1米。

進一步的，所述步驟4具體包括：

步驟41：計算所有圓弧段的平均圓心，并統計分布標準樣本差，其中n表示任意一點，n>0；

步驟42：去除圓心距離平均圓心超過3倍標準樣本差的圓弧，剩下的圓弧再次計算圓弧段的平均圓心和圓弧段的平均半徑。飛機參數模型的機鼻模型參數為，其中為圓弧段的半徑的分布標準樣本差。

進一步的，所述步驟5中判斷該直線模型屬于機身側面還是機翼具體步驟為：與的距離在[0.9R,1.1R]之間，則認為該直線來自機身側面，否則來自機翼。