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一種基于激光掃描技術的跑道路面檢測裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及入侵異物檢測和激光掃描【技術領域】，尤其是涉及一種架設于跑道邊緣的基于激光掃描技術的跑道路面檢測裝置及方法。本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術存在的問題，提供一種架設于跑道邊緣的，高效、精確的一種基于激光掃描技術的跑道路面檢測裝置及方法，檢測機場跑道上存在的威脅航空安全的入侵物。本發明包括至少一個激光掃描儀、至少一個攝像機與處理器之間的結構設計等完成本發明。本發明應用于機場跑道平面入侵物的檢測領域。
【專利說明】一種基于激光掃描技術的跑道路面檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及入侵異物檢測和激光掃描【技術領域】，尤其是涉及一種架設于跑道邊緣的種基于激光掃描技術的跑道路面檢測裝置及方法。
【背景技術】
[0002]在飛機起降過程中，跑道上存在的入侵異物(Foreign Object Debris, F0D)可能對航班的安全造成重大的威脅。潛在的危害輕則損壞機身，重則造成空難，機毀人亡。因此，為了確保航班的安全，入侵物必須及時被發現、識別，并根據其威脅等級做出相應的處理。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。因此使用一種自動化系統來高效準確地發現并排除跑道入侵物，對機場的安全運行有重要意義。
[0003]現有的FOD自動檢測設備使用的技術主要是圖像技術和雷達技術。圖像技術對可見光的依賴較強。即便使用紅外設備，受限制的因素，諸如分辨率、自動檢測的準確率等，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是雷達檢測。探測器發射不同波長的雷達波，根據回波信號判斷異物的存在。但是雷達回波信號本身較復雜，直觀度較差。且易受雜波和二次反射等影響，準確度和精度都有限制。
[0004]激光掃描三維成像技術是一種在正在逐漸興起的新技術，其使用大量的激光點探測出物體表面的形狀和反射強度，并生成物體表面的三維點云圖像。應用在機場跑道環境中，使用點距小于3cm的掃描生成的點云圖像，可以無遺失地記錄下跑道路面存在的F0D。但是直接生成的點云數據并不能自動發現FOD (不能區別入侵物和道面)，因此需要一種方法，能從大量的點云數據中檢測FOD的存在并定位。
[0005]在機場飛機起降應用環境中，主要有三個方面的問題給檢測系統提出了更高的要求。首先，理想的系統應該在第一時間發現入侵物，入侵物停留的時間越長，造成損害的可能性越大。其次，為了機場穩定有序運行，檢測的結果不能遺漏跑道上存在的入侵物，也不能過分強調不遺漏而出現過多的把安全誤判成危險的錯誤。最后，室外環境不同于實驗室理想環境，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、路面環境變化等問題在實際應用中必須面對。

【發明內容】

[0006]本發明所要解決的技術問題是:針對上述存在的問題，提供一種架設于跑道邊緣的，高效、精確的一種基于激光掃描技術的跑道路面檢測裝置及方法。用于檢測機場跑道上存在的威脅航空安全的入侵物。本發明使用激光和圖像為檢測和確認手段，設計了一個完整的入侵物檢測裝置及方法，并且首次在入侵異物檢測問題上使用激光線掃描技術，發明了 一種新的入侵異物檢測裝置及方式。
[0007]本發明采用的技術方案如下:
一種基于激光掃描技術的跑道路面檢測裝置包括:至少一個激光掃描儀，架設在跑道邊緣兩側，探測跑道平面上出現的物體參數；激光掃描儀以時間間隔T對其監控區域進行重復探測，所述激光掃描儀的扇形發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。
[0008]至少一個攝像機，架設在距離跑道路面為D’的同側位置，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’ ^ O ；
處理器，用于接收激光掃描儀的信號，即探測到的物體參數(r，Θ )，判斷物體是否為入侵物；當入侵物在固定位置存在時間超過S時，且在跑道工作區內，則入侵物是疑似入侵物時，根據疑似入侵物坐標，發送觸發命令，觸發與疑似入侵物坐標對應的攝像機進行圖像拍攝，并接收攝像機拍攝的疑似入侵物圖像信息后進行是否為真實入侵物，并進行真實入侵物清除，所述r是物體距離激光掃描儀的距離，Θ是掃描儀探測光束的發射角度。
[0009]所述激光掃描儀安裝于跑道邊緣兩側交錯安置，所述同側相鄰兩個激光掃描儀之間的距離為2P，所述相對側的激光掃描儀在同側相鄰兩個激光掃描儀中點的垂線上，所述
P = R +4R2-W2。其激光掃描儀能達到的角分辨率的為，入侵異物空間分辨率為!則激光掃描儀的有效掃面半徑r力,所述R ,其中,為跑道平面的寬度。
[0010]所述相鄰兩個攝像機之間的距離為Jkf= 2扣2-(D'+W.)2 ,其中f為攝像機的有
效作用半徑，D'為其距離近攝像機一側跑道邊緣的距離。
[0011]所述處理器處理激光掃描儀獲得物體的坐標信息過程包括:
步驟1:將采集的激光掃描儀的信·息，轉換到跑道標準坐標系下HUOS 5+?,
^ =,其中(?,九)對應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。軸代表那個跑道平面寬度方向；
步驟2:當或者.V <0時，則為跑道平面外的環境信號；當OSySiT時，物體是入
侵物，處理器觸發攝影機進行入侵物圖像拍攝。
[0012]所述T范圍是0.1s到0.5s, S范圍是Is到3s。
[0013]所述激光掃描儀是線性激光掃描儀。
[0014]一種基于激光掃描技術的跑道路面檢測裝置還包括監控終端，所述監控終端遠程登錄處理器，讀取圖像信號，人工最終確認入侵物。
[0015]一種基于激光掃描技術的跑到路面檢測方法包括:
步驟1:通過至少一個激光掃描儀探測跑道平面上出現的物體參數；激光掃描儀以時間間隔T對其監控區域進行重復探測，所述激光掃描儀的扇形發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；
步驟2:處理器接收激光掃描儀的信號，即探測到的物體參數(r，Θ )，判斷物體是否為入侵物；當入侵物在固定位置存在時間超過S時，且在跑道工作區內，則入侵物是疑似入侵物時，根據疑似入侵物坐標，發送觸發命令，觸發與疑似入侵物坐標對應的攝像機進行圖像拍攝，并接收攝像機拍攝的疑似入侵物圖像信息后進行是否為真實入侵物，并進行真實入侵物清除，所述r是物體距離激光掃描儀的距離，Θ是掃描儀探測光束的發射角度。
[0016]所述激光掃描儀安裝于跑道邊緣兩側交錯安置，所述同側相鄰兩個激光掃描儀之間的距離為2P，所述相對側的激光掃描儀在同側相鄰兩個激光掃描儀中點的垂線上，所述
【權利要求】
1.一種基于激光掃描技術的跑道路面檢測裝置，其特征在于包括: 至少一個激光掃描儀，探測跑道平面上出現的物體參數；激光掃描儀以時間間隔T對其監控區域進行重復探測，所述激光掃描儀的扇形發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； 至少一個攝像機，架設在距離跑道路面為D’的同側位置，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’ ^ O ； 處理器，用于接收激光掃描儀的信號，即探測到的物體參數(r，Θ )，判斷物體是否為入侵物；當入侵物在固定位置存在時間超過S時，且在跑道工作區內，則入侵物是疑似入侵物時，根據疑似入侵物坐標，發送觸發命令，觸發與疑似入侵物坐標對應的攝像機進行圖像拍攝，并接收攝像機拍攝的疑似入侵物圖像信息后進行是否為真實入侵物，并進行真實入侵物清除，所述r是物體距離激光掃描儀的距離，Θ是掃描儀探測光束的發射角度。
2.根據權利要求1所述的一種基于激光掃描技術的跑道路面檢測裝置，其特征在于所述激光掃描儀安裝于跑道邊緣兩側交錯安置，所述同側相鄰兩個激光掃描儀之間的距離為2P，所述相對側的激光掃描儀在同側相鄰兩個激光掃描儀中點的垂線上，所述 +，其激光掃描儀能達到的角分辨率的為死，入侵異物空間分辨率為i則激光掃描儀的有效掃面半徑為A=之/?,所述RkiF,其中力跑道平面的寬度。
3.根據權利要求1所述的一種基于激光掃描技術的跑道路面檢測裝置，其特征在于所述相鄰兩個攝像機之間的距離為M= 2^Ra-(D'+Wf ,其中f為攝像機的有效作用半徑，D'為其距離近攝像機一側跑道邊緣的距離。
4.根據權利要求1所述的一種基于激光掃描技術的跑道路面檢測裝置，其特征在于所述處理器處理激光掃描儀獲得物體的坐標信息過程包括: 步驟1:將采集的激光掃描儀的信息，轉換到跑道標準坐標系下6+?,j =，其中(?,九)對應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，y軸代表跑道平面寬度方向； 步驟2:當7 >,或者7 <0時，則為跑道平面外的環境信號；當且連續出現時間超過S時，物體是入侵物，處理器觸發攝影機進行入侵物圖像拍攝。
5.根據權利要求4所述的一種基于激光掃描技術的跑道路面檢測裝置，其特征在于所述T范圍是0.1s到0.5s，S范圍是Is到3s。
6.根據權利要求5所述的一種基于激光掃描技術的跑道路面檢測裝置，其特征在于所述激光掃描儀是線性激光掃描儀。
7.根據權利要求1至6之一所述的一種基于激光掃描技術的跑道路面檢測裝置，其特征在于還包括監控終端，所述監控終端遠程登錄處理器，讀取圖像信號，人工最終確認入侵物。
8.根據權利要求1所述的一種基于激光掃描技術的跑到路面檢測方法，其特征在于包括: 步驟1:通過至少一個激光掃描儀探測跑道平面上出現的物體參數；激光掃描儀以時間間隔T對其監控區域進行重復探測，所述激光掃描儀的扇形發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； 步驟2:處理器接收激光掃描儀的信號，即探測到的物體參數(r，Θ )，判斷物體是否為入侵物；當入侵物在固定位置存在時間超過S時，且在跑道工作區內，則入侵物是疑似入侵物時，根據疑似入侵物坐標，發送觸發命令，觸發與疑似入侵物坐標對應的攝像機進行圖像拍攝，并接收攝像機拍攝的疑似入侵物圖像信息后進行是否為真實入侵物，并進行真實入侵物清除，所述r是物體距離激光掃描儀的距離，Θ是掃描儀探測光束的發射角度。
9.根據權利要求8所述的一種基于激光掃描技術的跑到路面檢測方法，其特征在于所述激光掃描儀安裝于跑道邊緣兩側交錯安置，所述同側相鄰兩個激光掃描儀之間的距離為2P，所述相對側的激光掃描儀在同側相鄰兩個激光掃描儀中點的垂線上，所述P=i?+，其激光掃描儀能達到的角分辨率的為芑，入侵異物空間分辨率為4,則激光掃描儀的有效掃面半徑力R=d所述R之!V，其中W為跑道平面的寬度；所述相鄰兩個攝像機之間的距離為If = 2#,其中為攝像機的有效作用半徑，D'為其距離近攝像機一側跑道邊緣的距離。
10.根據權利要求8所述的一種基于激光掃描技術的跑到路面檢測方法，其特征在于所述處理器處理激光掃描儀獲得物體的坐標信息過程包括: 步驟1:將采集的激光掃描儀的信息，轉換到跑道標準坐標系下Z = (6+?,y = rsm0+ye ,其中對應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，y軸代表那個跑道平面寬度方向；` 步驟2:當7 >,或者7 <0時，則為跑道平面外的環境信號；當0<75,且連續出現時間超過S時，物體是入侵物，處理器觸發攝影機進行入侵物圖像拍攝。
【文檔編號】G01N21/88GK103576159SQ201310563357
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月14日 優先權日:2013年11月14日
【發明者】隋云峰, 鐘琦, 李華瓊, 楊曉嘉, 張中僅, 王雨果, 鄢丹青, 范丹 申請人:中國民用航空總局第二研究所