CN104575110A - 避免地面上的飞行器和障碍物发生碰撞的方法和系统 - Google Patents

Abstract

飞行器，本公开的实施例涉及用于避免地面上的飞行器和障碍物之间发生碰撞的方法和系统。所述方法包括：从传感器接收指示飞行器向前方向的方向信号以及从摄像机接收表示从飞行器翼尖视域的视频图像。利用这些信息，处理器基于方向信号确定飞行器翼尖将行进通过其的预测路径。视频图像与表示视域内预测路径的叠加图一起显示。以这种方式，叠加图提供协助防止飞行器与视域中的障碍物发生碰撞的信息。

Description

避免地面上的飞行器和障碍物发生碰撞的方法和系统

技术领域

本发明的实施例通常涉及飞行器，以及更具体地涉及用于避免地面上的飞行器和障碍物之间发生碰撞的方法和系统。

背景技术

飞行器的操作人员必须经常操纵地面上的飞行器。这种情况会在地面操作过程中发生，所述地面操作诸如当飞行器正在滑行时，操纵进出飞行器库时，或使得飞行器逆行远离终点站时。

地面上的障碍物(诸如建筑物、另外的飞行器、车辆和其它障碍物)可能位于滑行飞行器的路径上。操作人员经过培训以便利用他们的视觉来检测这些障碍物。然而，在许多情况下，由于飞行器的尺寸(例如，大的机翼后掠角，从驾驶员座舱到翼尖的距离等)以及操作人员在飞行器周围区域内视域受限，对于操作人员而言在地面操作过程中会难于监控飞行器的最远部位。其结果是，操作人员可能无法检测到可能处于飞行器翼尖路径上的障碍物。在许多情况下，操作人员只能在采取防止与障碍物发生碰撞所需的规避动作已经为时已晚的情况下才检测到障碍物。

与障碍物发生碰撞不仅能够损坏飞行器，而且还可以使得飞行器发生故障以及导致航班取消。与飞行器维修和迫降相关的成本会是显著的。因此，及时检测到位于飞行器地面路径上的障碍物并避免与其发生碰撞是需要解决的一个重要问题。

因此，希望提供可以减少飞行器和障碍物之间发生碰撞的可能性和/或防止飞行器和障碍物之间发生碰撞的方法、系统和设备。还希望协助操作人员操纵飞行器，且给正在操纵飞行器的操作人员提供辅助指导，使得能够避免与这种障碍物发生碰撞。还希望提供可用于检测地面上的障碍物并确定飞行器相对于所检测到障碍物的当前和预测位置的技术。还希望给操作人员提供采取适当的步骤以避免飞行器和所检测到的障碍物之间发生碰撞的机会。此外，结合附图和前述的技术领域和前述技术领域和背景技术，本发明的其它所需特征和特性将从随后的详细描述和所附的权利要求变得显而易见。

发明内容

在一个实施例中，提供用于避免地面上的飞行器和障碍物之间发生碰撞的一种方法，所述方法包括：从传感器接收指示飞行器向前方向的方向信号以及从摄像机接收表示从飞行器翼尖的视域的视频图像。利用这些信息，处理器基于方向信号确定飞行器翼尖将行进通过其的预测路径。视频图像与表示视域内预测路径的叠加图(overlay)一起显示。以这种方式，叠加图提供协助防止飞行器与视域中的障碍物发生碰撞的信息。

在另一个实施例中，提供一种系统。该系统包括提供指示飞行器方向的方向信号的传感器；以及用于提供飞行器翼尖视域内的视频图像的摄像机。处理器基于方向信号确定在飞行器翼尖视域内的用于飞行器翼尖的预测路径并用于生成表示预测路径的叠加图像。显示视频图像和叠加图以便提供协助避开障碍物的信息。

附图说明

在下文将结合以下附图对本发明的实施例进行描述，其中相同的附图标记指示相同的元件，以及：

图1A和图1B是根据一个实施例的飞行器的示意图；

图2是根据一个实施例的飞行控制系统的方框图；

图3至图5是根据一个实施例的飞行器的显示器的示意图；

图6是根据一个实施例的处于被拖曳状态下的飞行器的示意图；以及

图7是根据一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

如本文所用，词语“示例性”意味着“充当实例、例子或例证”。以下详细描述在本质上仅仅是示例性的，而并不意旨限制本发明或本发明的应用和用途。在本文中描述成“示例性的”的任何实施例并不一定被解释成优于或胜过其它实施例。在该具体实施方式部分中所述的所有实施例是为了使得本领域的技术人员能够实现或使用本发明而并非限制由权利要求所限定的本发明的范围而提供的示例性实施例。此外，决不意旨受到在前面的技术领域、背景技术、发明内容、以下具体实施方式部分而言所呈现的任何明示或暗示理论的约束。

图1A和图1B示出飞行器100，其包括根据某些实施例的用于实施光学翼尖监控系统的仪表。如下面将要描述的那样，翼尖监控系统可用于减少或消除飞行器100与当飞行器正在滑行时处于飞行器翼尖路径上的障碍物之间发生碰撞的可能性。

根据一个非限制性实施例，飞行器100包括垂直稳定翼102；两个水平稳定翼104-1和104-2；两个主翼106-1和106-2；两个喷气式发动机108-1，108-2；以及光学空中交通检测系统，该系统包括大致位于飞行器100翼尖处的摄像机110-1，110-2。虽然喷气式发动机108-1，108-2被示出为安装到机身上，但是该布置是非限制性的，且在其它实施方式中喷气式发动机108-1，108-2可安装到机翼106-1，106-2上。另外，所示的摄像机110-1，110-2的相应位置是非限制性的，但通常而言，摄像机110-1，110-2定位成用于提供飞行器右机翼和左机翼的翼尖视域(110-1'，110-2')。在一些实施例中，摄像机110-1，110-2可大致定位在飞行器翼尖处。在一些实施例中(例如，由于物理空间要求或如图所示的展开的翼尖设计)，摄像机110-1，110-2可定位在与实际翼尖相距已知距离处。这允许在摄像机视域的中心和所显示图像中的实际翼尖之间进行补偿，如将在下文中更详细论述的那样。

摄像机110-1，110-2用于获取视域(FOV)110-1'，110-2'的视频图像。在一些实施例中，摄像机110-1，110-2是视频摄像机，其能够以选定的帧率(例如，每秒30帧)获取具有FOV的视频图像。在一些实施例中，摄像机110-1，110-2仍可为图像摄像机，其可根据所希望的图像输入速率以选定的或可变的摄像速率操作。此外，摄像机110-1，110-2可利用下述摄像机来执行，诸如高清晰度的摄像机，对夜间操作具有低光性能的录像机和/或具有红外(IR)能力的摄像机等等。在一些实施例中，可以采用多个摄像机，以及利用常规的虚拟图像技术将相应的FOV组合或“拼接”到一起。

在一些实施例中，视域(FOV)110-1'，110-2'可根据飞行器100的实施方式和设计来改变这样FOV可由操作人员(飞行员)来改变或根据其它信息自动地改变。在一些实施例中，摄像机的视域110-1'，110-2'可以是固定的，而在其它情况下其也可以是可调节的。例如，在一个实施方式中，摄像机110-1，110-2可具有可变焦距(即，变焦透镜)，其可以被调节以改变视域110-1'，110-2'。因此，该实施例可基于周围区域和/或飞行器的速度来改变视场和视域，这样可以改变在视域110-1'，110-2'内的空间位置和大小。当摄像机110-1，110-2具有可调节的FOV时，处理器(在图1A-1B中未示出)可以命令摄像机摄像头来预先调整FOV。摄像机110-1，110-2的光学距离也可以根据飞行器100的实施方式和设计而改变。

根据示例性实施例，飞行器100机载的传感器用于提供指示飞行器向前方向和转向方向的方向信号。在一些实施例中，传感器采用的是旋转传感器(yaw sensor)(在图1A-1B中未示出)，以及在一些实施例中采用起落架方向或转向传感器112。通过获知飞行器100在滑行时将移动的方向，机载计算机可以预测飞行器翼尖将行进通过其的路径。利用该信息，产生叠加图像以便连同来自摄像机110-1，110-2的视频图像一同显示。组合的图像给操作人员(例如，飞行员)提供翼尖路径的视觉指示，并且可由操作人员看到会与机翼(或翼尖)发生碰撞的障碍物，从而安全地避免与障碍物发生碰撞。所公开的翼尖监控系统的非限制性实例包括当传感器指示飞行器通常在直的向前方向上前进时显示表示该视域内翼尖路径的大致直线。当飞行器开始转向(左机翼或右机翼)时，则显示弧形线，其指示翼尖将采取的通过FOV的弧形路径。以这种方式，通过在飞行器100正在滑行时提供协助避开障碍物的信息来增强飞行器的安全性。

图2是根据示例性实施例的用于飞行器100的各个系统200的方框图，所述系统200实施光学翼尖监控系统和/或能够实施光学翼尖监控方法。各种飞行控制系统200包括计算机202，各种传感器210，摄像机和摄像机控制系统214，存储器228和显示单元212。

根据示例性实施例，摄像机110-1，110-2和摄像机控制系统214将原始或经处理的摄像机图像提供到计算机202。在一些实施例中，原始图像可被发送到计算机202以便在软件实施例中进行处理。在一些实施例中，硬件、固件和/或软件经由摄像机控制系统214处理原始图像数据并将经处理的图像数据提供给计算机202。在其它实施例中，摄像机控制系统214可配置成将经处理的图像数据直接发送到显示器212。

飞行器传感器210包括多个传感器，包括常规的偏航率传感器和起落架方向或转向传感器(图1B中的112)，其提供指示飞行器100的向前方向(和转向方向)的方向信号。计算机202利用该信息来预测飞行器翼尖将在视域摄像机110-1'，110-2'内行进通过其的路径以及以便生成叠加图像从而连同来自摄像机110-1，110-2的视频图像一起显示。

显示单元212显示关于飞行器状态的信息，包括来自摄像机110-1，110-2的视域和叠加图。显示单元212通常还包括但不限于报警器220，以提供口头警告、警报或警告音或其它可听信息。显示单元212的显示屏幕222可包括飞行员平视显示器、交通防碰撞显示器或如可包括在任何特定实施例中的其它显示器。一些显示器222包括被照亮以指示特定状态发生的图标224和/或以便显示文本信息的文本消息屏幕226。

根据一个实施例，图2中所示的各种飞行器系统200通过各种配置的软件和/或硬件模块来实施。例如，计算机202包括一个或多个处理器、软件模块或硬件模块。(多个)处理器存在于单个集成电路内，诸如单核或多核微处理器，或配合来实现计算机202功能的任何数目的集成电路设备和/或电路板。计算机202可操作地耦联到存储器系统228，存储器系统228可包含用于计算机202的软件指令或数据，或者可由计算机202使用来存储用于传输、进一步处理或以后检索的信息。根据一个实施例，存储器系统228是单一类型的存储器组件，或者由多种不同类型的存储器组件构成。存储器系统228可包括非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)，闪存等)，易失性存储器(例如，动态随机存取存储器(DRAM))，或两者的某种组合。在一个实施例中，所述光学空中交通检测系统经由存储于存储器系统228中的软件程序来在计算机202中实施。

一旦已经确定翼尖的预测路径，则可在显示器212上将它们所生成的叠加图呈现给飞行器操作人员。图3至图5是可在任何特定实施方式中可采用的一些示例性显示器的示意图。在图3中，显示器300呈现在视域304-1，304-2内的叠加图301-1，302-2。在图3所示的实例中，叠加图301-1，302-2显示为大致直线，这表明飞行器以大致直线方向前进。此外，图标可包括颜色特征，所述颜色特征根据飞行器的地面速度可为诸如像绿色、琥珀色或红色。

在图4中，显示器400呈现视域404-1，404-2内的叠加图401-1，402-2。在图4的实例中，叠加图401-1，402-2显示为在左机翼(port direction)方向上前进的圆弧，指示这架飞行器正在左机翼方向上转向。

在图5中，显示器500呈现视域504-1，504-2内的叠加图501-1，502-2。在图5的实例中，叠加图501-1，502-2显示为在右机翼方向上前进的圆弧，指示这架飞行器正在右机翼方向上转向。

除了给滑行飞行器内的操作人员显示翼尖的预测路径之外，本公开预期给拖曳设备的操作人员显示翼尖的预测路径，拖曳设备的操作人员可将飞行器移动进出飞行器库或操纵飞行器远离登机口。在该实施例中，由于在拖曳设备中的更低视野点，对于操作人员而言甚至可能更难于能够凭视觉评估翼尖路径。相应地，图6示出正由拖曳设备602拖曳的飞行器600。飞行器600包括具有视域604'的翼尖摄像机604(在图6仅示出一个)。示出翼尖预测路径的翼尖摄像机图像(参见图3-5)和叠加图经由缆线606连接或经由无线608连接传送到拖曳设备602。该信息在拖曳设备602的显示器610上呈现给拖曳设备602的操作人员，给拖曳设备的操作人员提供翼尖视图连同翼尖的预测路径。任选地，在无线实施例中，摄像机的图像和翼尖的预测路径可被传送到由拖曳设备602的操作人员所携带的台式计算机或其它装置。

图7是示出由各种任务所执行步骤的方法700的流程图。结合图7所示方法700执行的各种任务可由处理单元内的软件、硬件、固件或它们的任意组合来执行。为了说明的目的，图7所示方法700的以下描述可参考上面结合图1-6中所提及的元件。在实践中，图7所示方法的一部分可由所述系统的不同元件来执行。还应当理解的是，图7的方法可包括任意数量的附加或替代性的任务，以及图7所示的方法可被并入到具有在本文中没有详细描述的附加功能的更全面的程序或过程内。此外，图7中所示的一项或多项任务可从图7所示的方法700的实施例中省略，只要保持预期的整体功能不变即可。

程序开始于步骤702，在步骤702中从摄像机(图1A中的110-1，110-2)接收视频图像以便提供翼尖的视域110-1'和110-2'。此外，步骤704从传感器(从诸如像起落架传感器(图1A中的112))接收指示方向(包括转向信息)的方向信号。在步骤706中，生成指示翼尖将采取的通过视域110-1'和110-2'的预测路径的叠加图。如上面所指出的那样，如果摄像机(图1A中的110-1，110-2)不能物理地定位在翼尖处，则计算机(图2中的202)可补偿到实际翼尖的距离，因为从视域的中心到翼尖的距离对于任何特定的实施例而言是已知的。在步骤708中，叠加图显示在视域(图1A中的110-1'，110-2')内。显示器可以是常规的驾驶员座舱屏幕显示器，平视显示器，或在拖曳飞行器的拖曳设备中的显示器。任选地，叠加图可经由颜色特征或以其它信息呈现。

所公开的方法和系统提供用于飞行器的光学翼尖监控系统，其通过相对于如由操作人员所引导的飞行器向前方向的翼尖路径视觉指示器由操作人员增强飞行器的安全地面行进。这使得操作人员有机会来确定潜在的碰撞以便及时地避免发生影响飞行器安全以及乘客便利性的碰撞。

应当理解的是，结合本文所公开实施例描述的各种示例性的逻辑块/任务/步骤、模块、电路和算法步骤可作为电子硬件、计算机软件或两者的组合来实施。以上在功能性和/或逻辑块组件(或模块)和各种处理步骤方面对实施例和实施方式的其中一些进行了描述。然而，应当理解的是，这种块组件(或模块)可通过配置成执行指定功能的任何数目的硬件、软件和/或固件组件来实施。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，在上面已经在其通常的功能性方面对各种示例性组件、块、模块、电路及步骤进行了描述。至于这种功能是作为硬件还是软件来实施取决于特定应用和强加于整个系统的设计约束。熟练的技术人员可针对每一特定应用以各种方式实现所述的功能，但是，这种实现决策不应被解释为导致脱离本发明的范围。例如，系统或组件的实施例可采用各种集成的电路组件，例如存储器元件/数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，其可在一个或多个微处理器或其它控制装置的控制下执行各种功能。此外，本领域的那些技术人员将会意识到本文所述的实施例仅仅是示例性的实施方式。

可由通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、离散硬件组件或经设计以执行本文所述功能的其任意组合来实施或执行结合本文所公开实施例所述的各种示例性逻辑块、模块以及电路。通用处理器可以是微处理器，但在替代的方案中，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和一个微处理器、多个微处理器、与DSP核心结合的一个或多个微处理器的组合，或者任何其它的这种配置。词语“示例性的”在本文中专用于意味着“充当实例、例子或例证”。在本文中描述成“示例性”的任何实施例没有必要被解释为优于或胜过其它实施例。

结合本文所公开实施例描述的方法或算法步骤可直接在硬件、由处理器执行的软件模块、或这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动盘、CD-ROM、或本领域已知的任何其它形式的存储介质中。示例性的存储介质耦联到处理器，使得处理器可从存储介质读取信息并将信息写入到存储介质内。在替代方案中，存储介质可整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。

在该文献中，诸如第一、第二等的关系术语可单独使用以将一个实体或动作与另一个实体或动作进行区分，而不一定要求或暗示这些实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。诸如“第一”、“第二”、“第三”等的数字序号仅仅代表着多个中的不同单个，而并不意味着任何顺序或序列，除非由权利要求语言特别限定。在任何权利要求中的文字顺序并不意味着工艺步骤必须以根据这种顺序的时间或逻辑顺序来执行，除非其由权利要求的语言特别限定。在不脱离本发明的范围时，该工艺步骤可以任何顺序进行互换，只要这种互换不违背权利要求语言且在逻辑上不是无意义的。

此外，根据上下文，在描述不同元件之间关系中使用的诸如“连接”或“耦联到”的词语并不意味着必须在这些元件之间进行直接的物理连接。例如，两个元件可以物理、电、逻辑的方式或以任何其它方式通过一个或多个附加元件连接到彼此。

尽管已经在前面的详细描述中提出至少一个示例性实施例，但应该意识到的是存在大量的变型。还应当理解的是，一个示例性实施例或多个示例性实施例仅仅是实例，且并不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，前面的详细描述将给本领域的技术人员提供用于实施一个示例性实施例或多个示例性实施例的方便路线图(road map)。应当理解的是，在不脱离如在所附的权利要求和其法律等同物中提出的本发明范围的情况下，可对元件的功能和结构进行各种改变。

Claims (17)

1.一种用于避免地面上的飞行器和障碍物之间发生碰撞的方法，所述方法包括：

在飞行器机载的处理器处从传感器接收方向信号，所述方向信号指示飞行器方向；以及

在飞行器机载的处理器处从摄像机接收视频图像，所述视频图像表示飞行器机翼的视域；

由处理器基于方向信号确定飞行器机翼将行进通过的预测路径；以及

在显示器上显示视频图像连同表示第一视域内预测路径的叠加图；

其中，叠加图提供协助防止飞行器与视域中的障碍物发生碰撞的信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于显示包括在飞行器内的显示器上显示视频图像和叠加图。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于显示包括在平视显示器上显示视频图像和叠加图。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于显示包括在拖曳飞行器的拖曳设备中的显示器上显示视频图像和叠加图。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于接收方向信号包括从传感器接收指示飞行器前起落架转向位置的方向信号。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于显示叠加图包括当方向信号指示飞行器在大致直的方向上前进时显示大致直线。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于显示叠加图包括当方向信号指示飞行器远离大致直的方向转向时显示弧形线。

8.一种用于避免地面上的飞行器和障碍物之间发生碰撞的方法，所述方法包括：

在飞行器机载的处理器处从传感器接收方向信号，所述方向信号指示飞行器方向；以及

在飞行器机载的处理器处从第一摄像机接收第一视频图像，所述第一视频图像表示飞行器第一机翼的第一视域；

在飞行器机载的处理器处从第二摄像机接收第二视频图像，所述第二视频图像表示飞行器第二机翼的第二视域；

由处理器基于方向信号确定飞行器第一机翼将行进通过的第一预测路径以及飞行器第二机翼将行进通过的第二预测路径；以及

在显示器上显示第一视频图像连同表示第一视域内第一预测路径的叠加图，以及在显示器上显示第二视频图像连同表示第二视域内第二预测路径的叠加图；

其中，第一和第二叠加图提供协助防止飞行器与第一和第二视域中的障碍物发生碰撞的信息。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于显示包括在飞行器内的显示器上显示第一和第二视频图像以及第一和第二叠加图。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于显示包括在平视显示器上显示第一和第二视频图像以及第一和第二叠加图。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于显示包括在拖曳飞行器的拖曳设备中的显示器上显示第一和第二视频图像以及第一和第二叠加图。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于接收方向信号包括从传感器接收指示飞行器前起落架转向位置的方向信号。

13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于显示第一和第二叠加图包括当方向信号指示飞行器在大致直的方向上前进时显示大致直线。

14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于显示第一和第二叠加图包括当方向信号指示飞行器远离大致直的方向转向时显示弧形线。

15.一种飞行器，所述飞行器包括：

提供指示飞行器方向的方向信号的传感器；

用于提供飞行器机翼视域内的视频图像的摄像机；

处理器，用于基于方向信号确定在翼尖视域内的飞行器机翼的预测路径并用于生成表示预测路径的叠加图像；以及

显示器，用于显示视频图像和叠加图以便提供协助避开障碍物的信息。

16.根据权利要求15所述的飞行器，其特征在于所述传感器包括位于飞行器起落架上的转向传感器。

17.根据权利要求15所述的飞行器，其特征在于所述显示器包括在飞行器内或在拖曳飞行器的拖曳设备中的显示器。