CN106199750A - 机场飞行区活动异物检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种机场飞行区活动异物检测系统，包括：探测传感器，用来扫描机场飞行区并将扫描信息提供给控制器；确认传感器，用来拍摄探测传感器扫描到异物位置的图像并将图像信息提供给控制器；控制器，包括扫描识别模块、图像识别模块、异物判断模块。一方面判断探测传感器的扫描信息中是否包含异物，另一方面判断确认传感器的图像信息中是否包含异物；根据探测传感器的一次或多次扫描信息以及确认传感器的一次或多次图像信息，控制器判断所发现异物为“固定异物或慢速活动异物”、“快速活动异物”之一。本申请可以准确地检测出机场飞行区上的固定异物和活动异物，彻底保障航空器的安全。

Description

机场飞行区活动异物检测系统及其检测方法

技术领域

本申请涉及一种机场飞行区异物检测系统(FOD detection system)，特别是针对活动异物的检测。

背景技术

机场飞行区异物检测系统用于检测机场飞行区上的外来物(foreign objectdebris，缩写为FOD)，如碎石块、金属零部件、飞机轮胎上脱落的橡胶块等，以避免这些外来物损伤航空器。机场飞行区包括机场跑道、机场滑行道、机场停机坪以及其他需要进行异物检测的区域。根据外来物在机场飞行区上的位置是否发生变化，可将其分为固定异物和活动异物两大类。而活动异物又可进一步分为无生命和有生命两大类。无生命的活动异物主要由于自然风或人工气流的影响而使位置发生变化。人工气流包括飞机尾流(喷气流量)、车辆尾流(排气流量)、飞机滑行时引发的气流、车辆行驶时引发的气流等。有生命的活动异物，例如鸟、狗、兔子、刺猬、蛇等，则不受控制地任意改变位置。

现有的机场飞行区异物检测系统针对固定异物可以达到良好的检测效果，但并未考虑活动异物的检测，因而无法彻底保障航空器的安全。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种机场飞行区针对活动异物的检测系统，以及相应的针对活动异物的检测方法，可以有效地对活动异物进行检测和预警。

为解决上述技术问题，本申请机场飞行区活动异物检测系统包括：

——探测传感器，用来扫描机场飞行区并将扫描信息提供给控制器；

——确认传感器，用来拍摄探测传感器扫描到异物位置的图像并将图像信息提供给控制器；

——控制器，包括扫描识别模块、图像识别模块、异物判断模块；所述扫描识别模块用来判断探测传感器的扫描信息中是否包含异物，并将探测传感器扫描到异物的位置发送给确认传感器和异物判断模块；所述图像识别模块用来判断确认传感器的图像信息中是否包含异物，并将判定结果发送给异物判断模块；所述异物判断模块用来根据扫描识别模块是否发现异物以及异物位置，同时根据图像识别模块是否发现异物，判断所发现异物为“固定异物或慢速活动异物”、“快速活动异物”之一。

本申请机场飞行区活动异物检测方法包括如下步骤：

第1步，探测传感器始终扫描机场飞行区并将扫描信息提供给控制器，控制器判断扫描信息中是否包含异物；如果是，则进入第2步；否则仍在第1步；

第2步，确认传感器在探测传感器扫描到异物的位置拍摄图像，并将图像信息提供给控制器，控制器判断图像信息中是否包含异物；如果是，则控制器判定该异物为固定异物或慢速活动异物；如果否，则进入第3步；

第3步，控制器判断探测传感器再次提供的整个机场飞行区的扫描信息中是否包含异物；如果是，则进入第4步；如果否，则控制器判定探测传感器上一次扫描到的异物为快速活动异物；

第4步，控制器根据探测传感器上一次扫描到异物的第一位置与本次扫描到异物的第二位置之间的距离与方向，判断两次扫描到的异物为以下三种情况之一：

第一种情况，为同一个固定异物或同一个慢速活动异物；

第二种情况，为同一个快速活动异物；

第三种情况，为不同异物，返回第2步。

本申请机场飞行区活动异物检测系统及其检测方法可以准确地检测出机场飞行区上的固定异物和活动异物，从而彻底保障航空器的安全。

附图说明

图1是本申请机场飞行区活动异物检测系统的结构示意图；

图2是本申请机场飞行区活动异物检测方法的流程图；

图3是图2所示方法第4步在仅考虑探测传感器的定位精度时的流程图；

图4是图2所示方法第4步在仅考虑有生命的活动异物时的流程图；

图5是图2所示方法第4步在仅考虑无生命的活动异物时的流程图；

图6是图2所示方法第4步的优选流程图。

具体实施方式

请参阅图1，本申请机场飞行区活动异物检测系统包括：

——至少一个探测传感器，用来扫描机场飞行区并将扫描信息提供给控制器。探测传感器可以是雷达、声学探测设备、可见光摄像设备、红外摄像设备、激光扫描设备中的一种或多种的组合。通常，探测传感器每次仅能扫描机场飞行区的部分区域，全部探测传感器的多次扫描区域的总和才能覆盖整个机场飞行区。

——至少一个确认传感器，用来拍摄探测传感器扫描到异物位置的图像并将图像信息提供给控制器。确认传感器可以是可见光摄像设备、红外摄像设备中的一种或多种的组合。

——控制器，可以是计算机、MCU(微控制器)等。该控制器包括扫描识别模块、图像识别模块、异物判断模块。所述扫描识别模块用来判断探测传感器的扫描信息中是否包含异物，并将探测传感器扫描到异物的位置发送给确认传感器和异物判断模块。所述图像识别模块用来采用机器识别方式和/或人工识别方式判断确认传感器的图像信息中是否包含异物，并将判定结果发送给异物判断模块。所述异物判断模块用来根据扫描识别模块从探测传感器的一次或多次扫描信息中是否发现异物以及异物位置，同时根据图像识别模块从确认传感器的一次或多次图像信息中是否发现异物，判断所发现异物为“固定异物或慢速活动异物”、“快速活动异物”之一。

优选地，当控制器在探测传感器的扫描信息中未发现异物时，确认传感器不工作。当控制器在探测传感器的扫描信息中发现异物后，控制器才启动确认传感器在探测传感器扫描到异物的位置拍摄图像。

请参阅图2，本申请机场飞行区活动异物检测方法包括如下步骤：

第1步，探测传感器始终扫描机场飞行区并将扫描信息提供给控制器。控制器判断扫描信息中是否包含异物。如果是，则进入第2步；否则仍在第1步。例如，探测传感器每次仅能扫描机场飞行区的部分区域，该部分区域的扫描信息不断地提供给控制器。控制器判断每次收到的部分区域的扫描信息中是否包含异物。

由于全部探测传感器的多次扫描区域的总和覆盖整个机场飞行区，因此控制器根据收到的多个部分区域的扫描信息中是否包含异物，也可判断整个机场飞行区是否由探测传感器扫描出异物。

第2步，控制器使确认传感器在探测传感器扫描到异物的位置拍摄图像，并将图像信息提供给控制器。控制器判断图像信息中是否包含异物。

如果是，则控制器判定该异物为固定异物或慢速活动异物，并可选地发出固定异物报警信号和启动后续清除异物程序。因为确认传感器在探测传感器扫描到异物的位置拍摄到了该异物，就表明该异物没有运动、或者运动距离很小、或者运动速度很慢。所述慢速意味着异物运动速度≤确认传感器的覆盖范围直径/确认传感器在在探测传感器扫描到异物的位置拍摄图像与探测传感器扫描到异物的时间差。

如果否，则进入第3步。

第3步，控制器判断探测传感器再次提供的整个机场飞行区的扫描信息中是否包含异物。例如，整个机场飞行区被划分为多个区域，由多个探测传感器每次仅扫描一个区域。假设在第1步中，由探测传感器A在A02区域扫描出异物。那么在第3步中，探测传感器再次提供的整个机场飞行区的扫描信息例如是：在探测传感器A扫描A02区域之后，紧接着的全部探测传感器能够覆盖整个机场飞行区的多个部分区域的扫描信息的总和。

如果是，则进入第4步。

如果否，则控制器判定探测传感器上一次扫描到的异物为快速活动异物，并可选地发出活动异物预警信号。因为探测传感器上一次扫描发现异物而本次扫描未发现异物，这表明异物原本在机场飞行区上而后运动到了机场飞行区之外，因而判定为快速活动异物。所述快速意味着异物运动速度＞确认传感器的覆盖范围直径/确认传感器在在探测传感器扫描到异物的位置拍摄图像与探测传感器扫描到异物的时间差。

第4步，控制器根据探测传感器上一次扫描到异物的第一位置与本次扫描到异物的第二位置之间的距离与方向，判定两次扫描到的异物为以下三种情况之一：

第一种情况，判定两次扫描到的异物为同一个固定异物或同一个慢速活动异物，并可选地发出固定异物报警信号和启动后续清除异物程序。

第二种情况，判定两次扫描到的异物为同一个快速活动异物，并可选地发出活动异物报警信号和启动后续清除异物程序。

第三种情况，判定两次扫描到的异物为不同异物，返回第2步。

仔细分析图2所示的本申请机场飞行区活动异物检测方法可以发现，其最终结果是判断由探测传感器扫描到的异物为以下两种情况之一：

——固定异物或慢速活动异物；

——快速活动异物。

为了能够准确判定，本申请对机场飞行区进行至少两次扫描并对比两次扫描信息。

所述方法第4步中，为了判断异物类型需要综合考虑探测传感器的定位精度、有生命的活动异物(动物的运动距离)、无生命的活动异物(自然风或人工气流)等因素。为便于描述，将探测传感器上一次扫描到异物的第一位置与本次扫描到异物的第二位置之间连线记为有方向的矢量L，两次扫描的时间差记为t。

在仅考虑探测传感器的定位精度时，请参阅图3，如果矢量L的大小≤探测传感器的定位精度，则控制器判定两次扫描到的异物为同一个固定异物或同一个慢速活动异物。否则控制器判定两次扫描到的异物为同一个快速活动异物或不同异物。所述慢速与快速分别指小于或大于矢量L/t的大小。或者，所述慢速与快速由确认传感器的覆盖范围直径/确认传感器在在探测传感器扫描到异物的位置拍摄图像与探测传感器扫描到异物的时间差所决定。例如，探测传感器的定位精度为10米，其两次扫描到异物位置的距离为8米小于其定位精度，则控制器直接判定其两次扫描到的异物为同一个固定异物或同一个慢速活动异物。

在仅考虑有生命的活动异物时，请参阅图4，控制器预存有飞鸟和小型动物的运动速度v，例如是平均运动速度，也可为最大运动速度等。如果矢量L的大小≤v×t，则控制器判定两次扫描到的异物为同一个快速活动异物。否则控制器判定两次扫描到的异物为不同异物。由于飞鸟和小型动物的运动方向无规律可循，因此只比较它们的运动距离是否在合理范围内。

在仅考虑无生命的活动异物时，请参阅图5，控制器采集风向、风速，例如记为有方向的矢量W。控制器还判断两次扫描的时间差内是否有飞机或车辆经过机场飞行区。如果有飞机经过机场飞行区，则控制器采集飞机尾流的方向和速度、飞机滑行时引发的气流方向和速度，例如分别记为有方向的矢量P1和P2。如果有车辆经过机场飞行区，则控制器采集车辆尾流的方向和速度、车辆行驶时引发的气流方向和速度，例如分别记为有方向的矢量C1和C2。这五个有方向的矢量W、P1、P2、C1和C2就是所有的自然风和人工气流。控制器将实际存在的自然风和人工气流因素进行矢量相加得到矢量和A，这是一个表示速度的矢量。如果矢量L的方向与矢量和A的方向相同、且矢量L的大小≤矢量A的大小×t，则控制器判断两次扫描到的异物为同一个活动异物。否则控制器判断两次扫描到的异物为不同异物。将矢量L的方向与矢量和A的方向之间的夹角记为α。该夹角α≤一定阈值就认为矢量L的方向与矢量和A的方向相同。在最严格的条件下，该阈值取为0。通常，该阈值的取值范围例如为0～90度，其中0～45度为优选范围，0～30度为更优选范围。

图3、图4、图5给出了三种因素单独考虑时判断两次扫描到的异物是否为同一异物的方法，在实践中将三者相结合才是判断异物类型的优选方案，如图6所示。在图6所示的优选方案中，首先考虑探测传感器的定位精度，将其两次扫描到的异物分为“同一个固定异物或同一个慢速活动异物”、“同一个快速活动异物或不同异物”两类。然后考虑无生命的活动异物，将“同一个快速活动异物或不同异物”类别中的部分“同一个快速活动异物”分离出来。最后考虑有生命的活动异物，将“同一个快速活动异物或不同异物”类别中剩余部分区分为“同一个快速活动异物”和“不同异物”。由于综合考虑了传感器的定位精度、动物运动、自然风、人工气流等影响活动异物检测的因素，该优选方案可以对机场飞行区上的固定异物和活动异物(特别是后者)达到良好的检测效果，填补了现有的机场飞行区异物检测系统的空白。

以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机场飞行区活动异物检测系统，其特征是，包括：

——探测传感器，用来扫描机场飞行区并将扫描信息提供给控制器；

——确认传感器，用来拍摄探测传感器扫描到异物位置的图像并将图像信息提供给控制器；

——控制器，包括扫描识别模块、图像识别模块、异物判断模块；所述扫描识别模块用来判断探测传感器的扫描信息中是否包含异物，并将探测传感器扫描到异物的位置发送给确认传感器和异物判断模块；所述图像识别模块用来判断确认传感器的图像信息中是否包含异物，并将判定结果发送给异物判断模块；所述异物判断模块用来根据扫描识别模块是否发现异物以及异物位置，同时根据图像识别模块是否发现异物，判断所发现异物为“固定异物或慢速活动异物”、“快速活动异物”之一。

2.根据权利要求1所述的机场飞行区活动异物检测系统，其特征是，所述探测传感器是雷达、声学探测设备、可见光摄像设备、红外摄像设备、激光扫描设备中的一种或多种的组合。

3.根据权利要求1所述的机场飞行区活动异物检测系统，其特征是，所述确认传感器是可见光摄像设备、红外摄像设备中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的机场飞行区活动异物检测系统，其特征是，当控制器在探测传感器的扫描信息中未发现异物时，确认传感器不工作；当控制器在探测传感器的扫描信息中发现异物后，控制器才启动确认传感器拍摄探测传感器扫描到异物位置的图像。

5.一种机场飞行区活动异物检测方法，其特征是，包括如下步骤：

第1步，探测传感器始终扫描机场飞行区并将扫描信息提供给控制器，控制器判断扫描信息中是否包含异物；如果是，则进入第2步；否则仍在第1步；

第2步，确认传感器在探测传感器扫描到异物的位置拍摄图像，并将图像信息提供给控制器，控制器判断图像信息中是否包含异物；如果是，则控制器判定该异物为固定异物或慢速活动异物；如果否，则进入第3步；

第3步，控制器判断探测传感器再次提供的整个机场飞行区的扫描信息中是否包含异物；如果是，则进入第4步；如果否，则控制器判定探测传感器上一次扫描到的异物为快速活动异物；

第4步，控制器根据探测传感器上一次扫描到异物的第一位置与本次扫描到异物的第二位置之间的距离与方向，判断两次扫描到的异物为以下三种情况之一：

第一种情况，为同一个固定异物或同一个慢速活动异物；

第二种情况，为同一个快速活动异物；

第三种情况，为不同异物，返回第2步。

6.根据权利要求5所述的机场飞行区活动异物检测方法，其特征是，所述方法第4步中，在仅考虑探测传感器的定位精度时，请参阅图3，如果矢量L的大小≤探测传感器的定位精度，则控制器判定两次扫描到的异物为同一个固定异物或同一个慢速活动异物；否则控制器判定两次扫描到的异物为不同异物或同一个快速活动异物；所述矢量L是指探测传感器两次扫描到异物位置的连线，有方向。

7.根据权利要求5所述的机场飞行区活动异物检测方法，其特征是，所述方法第4步中，在仅考虑有生命的活动异物时，控制器预存有动物的运动速度v；如果矢量L的大小≤v×t，则控制器判定两次扫描到的异物为同一个活动异物；否则控制器判定两次扫描到的异物为不同异物；所述t指两次扫描的时间差。

8.根据权利要求5所述的机场飞行区活动异物检测方法，其特征是，所述方法第4步中，在仅考虑无生命的活动异物时，控制器采集风向、风速，还判断两次扫描的时间差内是否有飞机或车辆经过机场飞行区；如果有飞机经过机场飞行区，则控制器采集飞机尾流的方向和速度、飞机滑行时引发的气流方向和速度；如果有车辆经过机场飞行区，则控制器采集车辆尾流的方向和速度、车辆行驶时引发的气流方向和速度；控制器将实际存在的自然风和人工气流因素进行矢量相加得到矢量和A；如果矢量L的方向与矢量和A的方向相同、且矢量L的大小≤矢量A的大小×t，则控制器判断两次扫描到的异物为同一个活动异物；否则控制器判断两次扫描到的异物为不同异物；所述矢量L是指探测传感器两次扫描到异物位置的连线，有方向；所述t指两次扫描的时间差。

9.根据权利要求8所述的机场飞行区活动异物检测方法，其特征是，矢量L的方向与矢量和A的方向之间的夹角≤一阈值就认为矢量L的方向与矢量和A的方向相同。

10.根据权利要求6、7、8、9中任一项所述的机场飞行区活动异物检测方法，其特征是，所述方法第4步中，综合考虑探测传感器的定位精度、无生命的活动异物和有生命的活动异物三个因素；

首先根据探测传感器的定位精度，将异物分为“同一个固定异物或同一个慢速活动异物”、“同一个快速活动异物或不同异物”两类；

然后根据无生命的活动异物的运动方向和距离，将“同一个快速活动异物或不同异物”类别中的部分“同一个快速活动异物”分离出来；

最后根据有生命的活动异物的运动距离，将“同一个快速活动异物或不同异物”类别中剩余部分区分为“同一个快速活动异物”和“不同异物”。