CN109385939B - 多入口跑道防剐蹭系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多入口跑道防剐蹭系统，多入口跑道包括跑道、与跑道平行设置的滑行道及设置于跑道和滑行道之间的多个跑道入口，其特征在于，该多入口跑道防剐蹭系统包括：处理器以及设置于每个跑道入口的安全区、探测单元、位置引导显示屏和通行显示屏；探测单元用于探测进入安全区的航空器的机头和尾翼的位置。该多入口跑道防剐蹭系统能够指引航空器停泊到跑道入口的指定位置，能够检测滑行道是否能够正常通行，并为后续航空器起到指示与预警作用。

Description

多入口跑道防剐蹭系统

技术领域

本发明属于航空领域，更具体地，涉及一种多入口跑道防剐蹭系统。

背景技术

中国民航业发展迅速，航班量日益增多，对机场跑道的运行需求也越来越旺盛。为了满足航班使用需求，提高跑道使用效率，越来越多的机场选择了多入口跑道作为机场跑道的选型，多入口与单入口跑道最大的区别在于：多入口跑道与单入口跑道相比，其最大的优势是，航空器可以提前进入多个跑道入口，进而依次进入跑道，相对于单入口跑道，节省了航空器从滑行道进入跑道入口地面滑行的时间。依靠多入口跑道的这个优势，高峰期每小时多入口跑道比单入口跑道可以多起降2.8架次的航班，在航班时刻日益饱和的今天，该数字不容小觑。多入口跑道也逐渐成为机场跑道构型的必然选择。根据数据统计，2016年，全国两千万级以上的10个机场，跑道均为多入口跑道。而且，多入口跑道也成为新改建机场的首要选型。

但是多入口跑道存在着一个难以避免的安全隐患，如图1所示，当跑道入口B中有航空器停放的时候，后方滑行道的航空器如需经过跑道入口B后的滑行道继续向前滑行进入跑道入口A，如跑道入口B中的航空器停放不到位，极有造成两架航空器剐蹭。在首都机场2010年和2014年连续发生两起此类航空器在跑道端剐蹭的事件。航空器剐蹭事件，一方面造成航空器损伤，增加了航空器维修成本，影响了旅客出行；另一方面，严重时可能影响乘客及机组的人身安全。

同时，民航局尚未针对航空器在跑道入口等待位置进行严格限制，仅在《民用机场飞行区技术标准》和航空公司的机组相关手册中要求“尽量靠近跑道等待位置，但不得侵入跑道等待位置”，而现场又缺少有效的指示或提示标志，机组仅能依靠现场跑道等待位置标记牌来主观判断自己的位置。部分机组为避免航空器滑行过线，造成跑道侵入，多采取在等待位置前一段距离即采取制动的方式。根据首都机场前期现场跟踪结果显示：80％以上航空器在机头距离等待位置10-20米的区间内即停止滑行，约5％机组在切入航空器入位线后即停止，影响航空器后的滑行道正常使用。

目前，在跑道入口有航空器占用的情况下，塔台只能指挥航空器绕行或指挥航空器在跑道入口外等待(前方的跑道入口空闲)，严重制约了跑道运行效率。如何避免多入口跑道航空器剐蹭事件的发生，充分发挥多入口跑道的运行效率，国内外机场均无相关技术可以实现。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多入口跑道防剐蹭系统，该多入口跑道防剐蹭系统能够指引航空器停泊到跑道入口的指定位置，能够检测滑行道是否能够正常通行，并为后续航空器起到指示与预警作用。

为了实现上述目的，本发明提供一种多入口跑道防剐蹭系统，所述多入口跑道包括跑道、与跑道平行设置的滑行道及设置于所述跑道和滑行道之间的多个跑道入口，该多入口跑道防剐蹭系统包括：

处理器以及设置于每个跑道入口的安全区、探测单元、位置引导显示屏和通行显示屏；

所述安全区设置在所述跑道入口内，所述安全区靠近所述跑道一侧为停泊终止点，靠近所述滑行道一侧为停泊起始点；

所述探测单元用于探测进入所述安全区的航空器的机头和尾翼的位置；

所述处理器分别根据设置于每个跑道入口的探测单元的探测结果控制相应跑道入口的位置引导显示屏显示航空器停泊引导指令，并控制相应跑道入口的通行显示屏显示滑行道通行指令。

优选地，还包括报警器，当所述探测单元探测到所述航空器的机头与停泊终止点之间的距离小于预定阈值时，所述处理器控制所述报警器报警。

优选地，所述位置引导显示屏设置在所述跑道入口靠近所述跑道的一侧，显示方向朝向所述跑道入口。

优选地，所述通行显示屏设置在所述跑道入口靠近所述滑行道的一侧，显示方向朝向所述滑行道。

优选地，还包括停止线，所述停止线设置在所述跑道入口上，位于所述安全区与所述跑道之间，所述停泊终止点与所述停止线之间的距离为0m-5m。

优选地，所述探测单元包括激光雷达探测器和/或热成像探测器。

优选地，所述处理器将所述激光雷达探测器的探测结果作为初始探测结果，通过所述热成像探测器的探测结果对所述初始探测结果进行校验。

优选地，所述处理器分别根据设置于每个跑道入口的探测单元的探测结果控制相应跑道入口的位置引导显示屏显示航空器停泊引导指令，并控制相应跑道入口的通行显示屏显示滑行道通行指令包括：

步骤101：如果所述探测单元探测到机头，则控制器判断所述航空器进行检测区域；

步骤102：所述探测单元探测机头与停泊终止点之间的距离L1，所述处理器判断所述距离L1是否大于第一安全距离SL1；如果是，则所述处理器控制所述跑道入口的位置引导显示屏显示所述距离L1，并显示继续滑行指令，以及所述处理器控制所述跑道入口的通行显示屏显示禁止通行指令；否则，继续到步骤103；

步骤103：所述探测单元探测尾翼的位置，所述处理器根据所述尾翼的位置判断尾翼是否位于停泊终止点与停泊起始点之间；如果是，所述处理器控制所述跑道入口的位置引导显示屏显示停止滑行指令，以及控制所述跑道入口的通行显示屏显示允许通行指令。

优选地，所述处理器分别根据设置于每个跑道入口的探测单元的探测结果控制相应跑道入口的位置引导显示屏显示航空器停泊引导指令，并控制相应跑道入口的通行显示屏显示滑行道通行指令还包括：

在步骤103之后，执行以下步骤104：

步骤104：所述处理器根据所述探测单元探测的航空器的机头和/或尾翼的位置，判断所述航空器是否移动；如果所述航空器移动，所述控制器控制所述位置引导显示屏显示等待起飞指令，并控制所述通行显示屏显示允许通行指令。

优选地，所述处理器分别根据设置于每个跑道入口的探测单元的探测结果控制相应跑道入口的位置引导显示屏显示航空器停泊引导指令，并控制相应跑道入口的通行显示屏显示滑行道通行指令还包括：

在步骤104之后，执行以下步骤105：

步骤105：如果所述探测单元没有探测到机头，则所述控制器判断所述航空器离开检测区域；所述控制器控制所述跑道入口的位置引导显示屏进行复位，以及控制所述跑道入口的通行显示屏显示允许通行指令。

本发明的有益效果在于：

1)通过处理器、安全区、检测单元及位置引导显示屏的设置，指引航空器准确停泊在安全区内，确保后续航空器可以安全通过滑行道，避免航空器发生刮蹭。

2)通过处理器、探测单元及通行显示屏的设置，获取航空器在跑道入口的相对位置，获知滑行道是否可以供后方滑行道滑行的航空器正常通行，并通过通行显示屏显示滑行道能否正常通行为后续航空器起到指示与预警的作用。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的多入口跑道的示意性结构图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的多入口跑道防剐蹭系统的示意性结构图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的机头位置检测原理图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的尾翼位置检测原理图。

附图标记说明

1、跑道；2、滑行道；3、跑道入口；4、安全区；5、位置引导显示屏；6、通行显示屏；7、停泊终止点；8、停泊起始点；9、激光雷达探测器；10、热成像探测器。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明提供了一种多入口跑道防剐蹭系统，多入口跑道包括跑道、与跑道平行设置的滑行道及设置于跑道和滑行道之间的多个跑道入口，该多入口跑道防剐蹭系统包括：

处理器以及设置于每个跑道入口的安全区、探测单元、位置引导显示屏和通行显示屏；

安全区设置在跑道入口内，安全区靠近跑道一侧为停泊终止点，靠近滑行道一侧为停泊起始点；

探测单元用于探测进入安全区的航空器的机头和尾翼的位置；

处理器分别根据设置于每个跑道入口的探测单元的探测结果控制相应跑道入口的位置引导显示屏显示航空器停泊引导指令，并控制相应跑道入口的通行显示屏显示滑行道通行指令。

具体地，在航空器进入跑道入口过程中，通过位置引导显示屏显示的航空器停泊引导指令准确停泊进入安全区，确保后方滑行道可以安全通行。同时在航空器停泊过程中，通行显示屏基于航空器位于跑道入口的相对位置实时后提示方滑行道是否可以通行，为后续航空器起到指示与预警作用。

通过安全区的设置及位置引导显示屏的指引，使航空器停止位置更加准确，有效规避航空器剐蹭的风险，同时提升了跑道防侵入的水平；使航空器更加靠近跑道，缩短航空器进入跑道的地面滑行时间，提高跑道运行效率；树立多入口跑道防航空器剐蹭技术标杆，为民航局航空器停止标准的制定提供参考。

具体地，通行显示屏为红绿灯显示屏或可显示文字的显示屏，当航空器准确停泊进入安全区或跑道入口内未停放航空器时，显示绿灯，指引后续航空器可以通行；当航空器正在停泊，未进入安全区时，显示红灯，禁止后续航空器通行滑行道。

具体地，位置引导显示屏可显示航空器的机头与停泊终止点的距离，也可显示红绿灯进行明确感官提示，指引航空器继续滑行或停止前进；通行显示屏可显示飞机能够继续向前滑行或可滑行最大飞机翼展等信息，也可直观显示红绿灯进行明确感官提示。

作为优选方案，还包括报警器，当探测单元探测到航空器的机头与停泊终止点之间的距离小于预定阈值时，处理器控制报警器报警。

具体地，报警器可以采用分级方式进行报警，分级报警共分四级报警：当航空器的机头超过停泊终止点时，为红色报警，报警方式为“语音提示红色报警并在监控中心的监控系统弹出红色报警提示；当航空器的机头与停泊终止点之间的距离小于预定阈值的1/4时，橙色报警，报警方式为“语音提示橙色报警并在监控系统弹出橙色报警提示；当航空器的机头与停泊终止点之间的距离小于预定阈值的1/2、大于预定阈值的1/4时，黄色报警，报警方式为“语音提示黄色报警并在监控系统弹出黄色报警提示；当航空器的机头与停泊终止点之间的距离小于预定阈值、大于预定阈值的2/4时，蓝色报警，报警方式为“语音提示蓝色报警并在监控系统弹出蓝色报警提示。其中，提示信息包括所属跑道入口及距离停泊终止点的距离信息等。

作为优选方案，位置引导显示屏设置在跑道入口靠近跑道的一侧，显示方向朝向跑道入口。

作为优选方案，通行显示屏设置在跑道入口靠近滑行道的一侧，显示方向朝向滑行道。

更优选地，位置引导显示屏及通行显示屏可同时显示文字提示及信号灯提示，其中：位置引导显示屏可显示飞机距离指定停止点距离，也可显示红绿灯进行明确感官提示；通行显示屏可显示飞机能够继续向前滑行或可滑行最大飞机翼展等信息，也可直观显示红绿灯进行明确感官提示。

作为优选方案，还包括停止线，所述停止线设置在所述跑道入口上，位于所述安全区与所述跑道之间，所述停泊终止点与所述停止线之间的距离为0m-5m。

作为优选方案，探测单元包括激光雷达探测器和/或热成像探测器。

具体地，在探测单元设备选型过程中，需要选取不干扰跑道入口同时能够准确判断航空器位置的的设备。

目前对飞机位置进行识别的技术主要分为三大类：接触式、感应式和视频监控。其中接触式技术主要包括地感线圈、光纤光栅，其不足之处是破损道面、一次性投入大，影响道面耐受力；感应式技术包括多普勒雷达、激光探测、红外光幕，其主要问题是可能会干扰导航或机载信号，需要进行技术选型可行性评估；视频监控技术包括高清监控、热成像监控及红外补光监控，高清监控、红外补光易受逆光、夜间照度的影响，特殊天气下极易失效，热成像技术不受照度、天气影响。

综上，本申请根据民航法规、行业规章对上述可行技术选型进行充分评估，选取了激光雷达、图像识别技术对飞机位置进行准确识别。

通过激光雷达探测器及热成像探测器的设置，激光雷达探测器可以精确判定航空器的机头与停泊终止点的距离信息，并通过互联的位置引导显示屏引导飞机停到指定的安全区内。当前机进入跑道入口B后，热成像探测器会对飞机位置进行判定，如能探测到飞机，说明机尾后的C滑行道滑行安全距离不够，通过互联的通行显示屏提示排队飞机滑行到此处需等待；待前机停到指定位置后，热成像探测器识别不到飞机的同时，会提示滑行道等待飞机继续滑行至指定位置。

作为优选方案，处理器将激光雷达探测器的探测结果作为初始探测结果，通过热成像探测器的探测结果对初始探测结果进行校验。

作为优选方案，处理器分别根据设置于每个跑道入口的探测单元的探测结果控制相应跑道入口的位置引导显示屏显示航空器停泊引导指令，并控制相应跑道入口的通行显示屏显示滑行道通行指令包括：

步骤101：如果探测单元探测到机头，则控制器判断航空器进行检测区域；

步骤102：探测单元探测机头与停泊终止点之间的距离L1，处理器判断距离L1是否大于第一安全距离SL1；如果是，则处理器控制跑道入口的位置引导显示屏显示距离L1，并显示继续滑行指令，以及处理器控制跑道入口的通行显示屏显示禁止通行指令；否则，继续到步骤103；

步骤103：探测单元探测尾翼的位置，处理器根据尾翼的位置判断尾翼是否位于停泊终止点与停泊起始点之间；如果是，处理器控制跑道入口的位置引导显示屏显示停止滑行指令，以及控制跑道入口的通行显示屏显示允许通行指令。

作为优选方案，处理器分别根据设置于每个跑道入口的探测单元的探测结果控制相应跑道入口的位置引导显示屏显示航空器停泊引导指令，并控制相应跑道入口的通行显示屏显示滑行道通行指令还包括：

在步骤103之后，执行以下步骤104：

步骤104：处理器根据探测单元探测的航空器的机头和/或尾翼的位置，判断航空器是否移动；如果航空器移动，控制器控制位置引导显示屏显示等待起飞指令，并控制通行显示屏显示允许通行指令。

作为优选方案，处理器分别根据设置于每个跑道入口的探测单元的探测结果控制相应跑道入口的位置引导显示屏显示航空器停泊引导指令，并控制相应跑道入口的通行显示屏显示滑行道通行指令还包括：

在步骤104之后，执行以下步骤105：

步骤105：如果探测单元没有探测到机头，则控制器判断航空器离开检测区域；控制器控制跑道入口的位置引导显示屏进行复位，以及控制跑道入口的通行显示屏显示允许通行指令。

因目前国内无多入口跑道防剐蹭的技术，为了避免出现运行安全问题，在跑道入口有飞机占用的情况下，塔台只能指挥飞机绕行或指挥飞机在跑道入口外等待(前方的跑道入口空闲)，严重制约了跑道运行效率。

通过该技术，可以带来以下改变：

(1)入口滑行道飞机停止位置更加准确，有效规避航空器剐蹭的风险，提升了运行安全水平，节约了航空器剐蹭后带来的损伤维护成本。

(2)入口滑行道飞机停止位置更加准确，可提升跑道防侵入的水平，避免飞机划过指定停止点带来的跑道运行安全问题。

(3)入口滑行道飞机停止位置更加准确，使入口滑行道飞机更加靠近跑道，缩短飞机进入跑道的地面滑行时间，提高跑道运行效率：如每架飞机可节约至少4s左右的地面滑行时间，意味着降低跑道占用时间至少4s。

按照80％以上飞机在机头距离等待位置10-20米的区间内即停止滑行，以及飞机静止状态到开始滑行进入跑道每秒4米左右的速度测算：80％距离等待位置平均距离为(10+20)/2＝15米，15/4＝3.75秒。

(4)入口滑行道飞机停止位置更加准确，后方滑行道飞机可以无障碍进入其他跑道入口，节省了飞机从滑行道进入跑道入口地面滑行的时间，同样可以降低跑道占用时间。

(5)树立多入口跑道防航空器剐蹭技术标杆，为民航局飞机停止标准的制定提供参考。

实施例

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的多入口跑道的示意性结构图。图2示出了根据本实用新型的一个实施例的多入口跑道防剐蹭系统的示意性结构图。图3示出了根据本实用新型的一个实施例的机头位置检测原理图。图4示出了根据本实用新型的一个实施例的尾翼位置检测原理图。其中，附图3中阴影部分为雷达检测面，引用中的实线为距离标记线。

如图1-图4所示，该多入口跑道防剐蹭系统，多入口跑道包括跑道1、与跑道1平行设置的滑行道2及设置于跑道1和滑行道2之间的多个跑道入口3，该多入口跑道防剐蹭系统包括：处理器以及设置于每个跑道入口的安全区4、探测单元、位置引导显示屏5和通行显示屏6；

安全区4设置在跑道入口3内，安全区4靠近跑道1一侧为停泊终止点7，靠近滑行道2一侧为停泊起始点8；

探测单元用于探测进入安全区4的航空器的机头和尾翼的位置；

处理器分别根据设置于每个跑道入口的探测单元的探测结果控制相应跑道入口3的位置引导显示屏5显示航空器停泊引导指令，并控制相应跑道入口3的通行显示屏6显示滑行道通行指令。

其中，还包括报警器，当探测单元探测到航空器的机头与停泊终止点之间的距离小于预定阈值时，处理器控制报警器报警。

其中，位置引导显示屏5设置在跑道入口3靠近跑道的一侧，显示方向朝向跑道入口3。

其中，通行显示屏6设置在跑道入口3靠近滑行道2的一侧，显示方向朝向滑行道。

其中，还包括停止线，所述停止线设置在所述跑道入口3上，位于所述安全区4与所述跑道1之间，所述停泊终止点与所述停止线之间的距离为2m。

其中，探测单元包括激光雷达探测器9和热成像探测器10。

其中，处理器将激光雷达探测器9的探测结果作为初始探测结果，通过热成像探测器10的探测结果对初始探测结果进行校验。

其中，处理器分别根据设置于每个跑道入口的探测单元的探测结果控制相应跑道入口的位置引导显示屏显示航空器停泊引导指令，并控制相应跑道入口的通行显示屏显示滑行道通行指令包括：

步骤101：如果探测单元探测到机头，则控制器判断航空器进行检测区域；

步骤102：探测单元探测机头与停泊终止点之间的距离L1，处理器判断距离L1是否大于第一安全距离SL1；如果是，则处理器控制跑道入口3的位置引导显示屏5显示距离L1，并显示继续滑行指令，以及处理器控制跑道入口的通行显示屏显示禁止通行指令；否则，继续到步骤103；

步骤103：探测单元探测尾翼的位置，处理器根据尾翼的位置判断尾翼是否位于停泊终止点7与停泊起始点8之间；如果是，处理器控制跑道入口3的位置引导显示屏显5示停止滑行指令，以及控制跑道入口3的通行显示屏6显示允许通行指令。

其中，处理器分别根据设置于每个跑道入口3的探测单元的探测结果控制相应跑道入口3的位置引导显示屏5显示航空器停泊引导指令，并控制相应跑道入口3的通行显示屏6显示滑行道通行指令还包括：

在步骤103之后，执行以下步骤104：

步骤104：处理器根据探测单元探测的航空器的机头和/或尾翼的位置，判断航空器是否移动；如果航空器移动，控制器控制位置引导显示屏5显示等待起飞指令，并控制通行显示屏显示允许通行指令。

其中，处理器分别根据设置于每个跑道入口3的探测单元的探测结果控制相应跑道入口3的位置引导显示屏5显示航空器停泊引导指令，并控制相应跑道入口3的通行显示屏显示6滑行道通行指令还包括：

在步骤104之后，执行以下步骤105：

步骤105：如果探测单元没有探测到机头，则控制器判断航空器离开检测区域；控制器控制跑道入口的位置引导显示屏5进行复位，以及控制跑道入口的通行显示屏显示6允许通行指令。

具体设备选型如下：

采用先进的激光雷达探测器和图像处理相结合的技术，利用激光雷达设备的优越特性(探测范围为100×50m立面以上)，可以实现一套位置探测设备同时探测机头和机尾位置，并通过位置引导显示屏和通行显示屏的LED显示屏给予飞机驾驶员提示。

(1)设备选型依据：

选择响应时间小，可成三维图像并实时监控的激光雷达，激光普段在人眼不可见的800nm之上为准，确保激光不可见，满足民航标准，探测精度高，满足成像物体的基本需要，电磁频率符合民航标准。

视频成像选择可视角度大，满足此区域的监测范围，像素满足监测需求，并且具备红外增强功能，夜间可通过周围灯光辅助成像。

雷达选型：

①雷达介绍

激光雷达是以激光为光源，通过探测激光与被探测无相互作用的光波信号来遥感测量的。使用振动拉曼技术进行测量的激光雷达技术即为拉曼激光雷达。激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。激光雷达与无线电雷达的工作原理基本相同，且依赖于所采用的探测技术。其中直接探测型激光雷达的基本结构与激光测距机颇为相近。工作时，由发射系统发送一个信号，经目标反射后被接收系统收集，通过测量激光信号往返传播的时间而确定目标的距离。至于目标的径向速度，则可以由反射光的多普勒频移来确定，也可以测量两个或多个距离，并计算其变化率而求得速搜索度。

与普通微波雷达相比，激光雷达由于使用的是激光束，工作频率较微波高了许多，因此带来了分辨率高，抗有源干扰能力强，体积小质量轻的特点。

②热成像探测器介绍

热成像探测器包括红外线发射器、接收器、以及信号处理器，信号处理器的信号输出端经红外线发射电路与红外线发射器连接；信号输入端经红外线接收电路与红外线接收器连接，其反馈信号输出端与外围控制电路连接。在红外线探测器中，热电元件检测人体的存在或移动，并把热电元件的输出信号转换成电压信号。然后，对电压信号进行波形分析。于是，只有当通过波形分析检测到由人体产生的波形时，才输出检测信号。缺点：容易受各种热源、阳光源干扰。红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探测器接收。易受射频辐射的干扰。环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。激光雷达探测虽然与红外探测有类似的缺点，但相比红外探测，激光雷达穿透性高于红外探测，相对于天气的影响要小于红外探测，而且不产生辐射与干扰的雷达杂波，所以目前为止优于其他方式。

③具体选型

通过对几款雷达设备进行参考，其中包括：日本北阳HOKUYO-2维激光扫描测距仪UXM-30LXH-EWA：测量距离80米，角度分辨率0.125°。适用于测量下一个RTG的距离。可以检测尺寸，位置和对象的移动方向。多回波功能适用于雨，雪和雾等恶劣环境。该型号内置加热器，可以在寒冷的环境中正常使用。传感器的接口是以太网。扫描时间50ms，扫描角度190°。需要一个10-30VDC电源。RobotEye RE05 3D激光雷达：实现对扫描范围和扫描精度的即时调整。它重量轻，体积小，坚固耐用，同时具有优于同类产品的扫描范围：水平扫描范围360°，垂直扫描范围70°、观测范围常规目标30m。除此之外，在各轴的3D数据点采集密度可达到100点每度。禾赛科技40线激光雷达Pandar：国产三维激光雷达，扫描原理：旋转电机，线数：40，最小垂直角分辨率：0.33°，探测距离150m，水平视场角360°，垂直视场角-16°～7°。性能参数符合要求，但是价格约40万。通过扫描角度、覆盖范围、响应时间以及价格进行对比，日本的激光雷达属于2D响应时间在50ms，RobotEye RE05 3D激光雷达的探测范围30m，国产禾赛科技40线激光雷达Pandar的参数合理价格昂贵。所以选择响应时间较小的VLP-16三维激光雷达，其优势在于相较于的二维雷达(响应时间50毫秒)，数据采集速度快(响应时间11毫秒)，分辨率高，并且在扫描范围和价格上更为合理，对于温度和振动的适应性强；通过波束控制，探测点(点云)可以任意分布并配制，用激光雷达的高精度快速探测能力。

当三维激光雷达探测到航空器时保持跟踪并且实时对比机头与安全停止线的距离，通过相机的图像处理进行漏洞辅助，然后我们会在位置引导显示屏上提示飞行员在此区域是可以停止飞机并且通过后边的通行显示屏告知后边的飞机可以继续前进。

④三维激光雷达的技术参数

支持两次回波；

垂直测量角度范围：30°(﹢15°到﹣15°)；

垂直方向角度分辨率：2°；

水平方向测量角度范围：360°；

水平方向角度分辨率：0.1°到0.4°；

测量频率：5到20Hz；

可以通过网络浏览器监测和改变电机的转速；

激光安全等级：1级(人眼安全)；

激光波长：905nm；

传感器功率：8W(典型值)；

工作电压：9-32V；

重量：830g；

外形尺寸：103mm*72mm；

响应时间：500m/sec²振幅，时间11msec；

振动：5Hz to 2000Hz，3G rms；

防护等级：IP67。

⑤热成像探测器

热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲，热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。

相较于红外热成像设备，高像素的工业相机在可视上更加清晰，并且可以清晰看到的航空器影响以及行进过程；而红外热能量成像的不稳定的视频，会随着稳定变化图像有所改变对于没有温度的地方也会存在缺失不显示，只能监测一个大概的轮廓，没有工业相机成像的清晰，具备红外增强功能的工业相机可以在夜间通过环境灯光来实现对监测区域的成像。搭配工业相机的CCD靶面，确保有效探测范围，并且可以调焦。

相较于其他普通相机，工业相机在工作温度可靠性上面有很大的优势。

摄像机技术参数：

像素数：2592*2048；

帧频：50fps；

像元间距：4.8μm；

高清具备红外增强功能；

CCTV镜头分辨率：900万像素；

CCTV镜头覆盖范围：6mm～100mm；

运行温度：-20℃to+65℃；

储藏温度：-40℃to+80℃。

⑥处理器选型

工业级嵌入式单板电脑，体积小性能高，版面3.5寸，Windows系统，目前为止性能最好，并且体积最小的可用嵌入式单板电脑。

对比其他的工业级单板电脑，研华与研祥的工控机是质量最好的，可靠性最高，工作温度可以在-40～85℃，而此项目需要的工控机需要嵌入在LED显示牌里，而能做到最小的嵌入式单板电脑目前只有研华的嵌入式单板电脑适合用于此项目。

工控机技术参数：

CPU：Intel Core i5socket；

内存：8G；

主板核心：Intel QM57；

显卡：主板集成；

网卡：千兆2个网口；

工作温度：-40～85℃。

⑦软件部分

激光雷达处理软件；

实时图像处理软件；

后台监控远程操作软件。

⑧设备参数汇总表

(2)设备可行性分析

利用最新的三维激光雷达为主并且与图像处理辅助相结合的技术识别飞机停留位置，并提示跑道入口后方的滑行道是否可以供飞机滑行。该项目中涉及物体位置探测、系统简单逻辑判定。

其中，激光雷达和图像处理相结合的技术有如下优点：

a.系统技术先进。VLP-16激光雷达传感器体积很小，成本更低，可以大规模生产。同时，它保留了Velodyne激光雷达的突破性的关键特点：实时(无延迟)，360°，3D数据采集和测量。测量距离半径100米以上，可实现到半径150-200米。低功耗(<10W)，重量轻(约830克)，紧凑(直径约103mm，高度72mm)，其双回选项特性(可逆时针或是顺时针旋转)。Velodyne的VLP-16支持16个通道，每秒30万个三维点云数据，水平视场360°，垂直视场30°，上下±15°。VLP-16没有明显的外部旋转部件(旋转部分在内部)，使得在具有挑战性的环境中，它具有高度适应性。

通过先进的数字信号处理和波形分析，得到高精度的延展距离和校准反射率数据。

①设备特性

·水平视场(FOV)360°

·转速：每秒5-20转(可调)

·垂直场(FOV)30°

·回波可达100米(有效距离取决于实用应用)

②校准反射率

VLP-16采用256位分辨率对物体反射率进行测量，在1至100m范围不受激光功率和距离影响。根据商用反射率标准采用反射器进行反射率完全校准，形成校准表存储在VLP-16的PFGA中。

·漫反射器的测量值从0-100对应从0％到100％的反射率。

·反射镜的测量值从101-254，其中255对应理想反射镜的反射率，101-254对应部分遮挡或有缺陷的反射镜的反射率。

③回波模式

由于激光的光束发散，一个单一的激光发射往往命中多个对象产生多个回波。VLP-16会分析多个回波并单独记录最强的回波或最后回波，亦或同时记录上述这两种回波。

多数的光束部分照射在近壁，光束的其余部分照射在远壁。只有在两壁距离大于1m的条件下VLP-16才会记录两次回波。如果最强的回波是最后的回波，那么记录第二强的回波。

b.系统不产生雷达性质的电磁波。该系统利用红外激光探测技术，不产生雷达电磁波。

c.系统安装方便，体积小。

d.系统运维简单。对于民用机场，尤其是多跑道(多入口跑道)的繁忙运输机场，跑道及滑行道的运维时间有限，就要求设备运维简单，时间较短。

e.雨雪天气，由于因为红外激光的穿透能力强，所以通过三维激光雷达的探测可以满足对飞机的探测。

f.在编写控制端程序中可以添加反馈信号，如雷达失灵根据雷达的端口转换为反馈信号为0000001，同理LED失灵反馈信号为0000010，图像采集设备失灵反馈信号0000011等，在控制端程序中接受反馈信号转换成警告提示。

g.提示后方滑行可用距离。

通过三维激光雷达测出机尾到安全停止线的距离，从而计算出机尾到滑行道中线的距离(x)。

可滑行的最小距离(d)＝最大翼展/2+最小净距

机型	最大翼展/m	最小净距/m	可滑行的最小距离(d)/m
				A	15	8.75	16.25
B	24	9.5	21.5
				C	36	10.5	28.5
D	52	14.5	40.5
				E	65	15	47.5
F	80	17.5	57.5

对机尾到滑行道中线的距离(x)与可滑行的最小距离(d)进行比较，在通行显示屏显示，为后方飞机滑行进行提示。

当x≥57.5时，后方可滑行的最大机型为F，通行显示屏上显示“F/x”；

当47.5≤x＜57.5时，后方可滑行的最大机型为E，通行显示屏上显示“E/x”；

当40.5≤x＜47.5时，后方可滑行的最大机型为D，通行显示屏上显示“D/x”；

当28.5≤x＜40.5时，后方可滑行的最大机型为C，通行显示屏上显示“C/x”；

当21.5≤x＜28.5时，后方可滑行的最大机型为B，通行显示屏上显示“B/x”；

当16.25≤x＜21.5时，后方可滑行的最大机型为A，通行显示屏屏上显示“A/x”；

当x＜16.5时，后方飞机不可以滑行，通行显示屏上显示“停”。

(3)系统结构功能

a.激光雷达主探测系统

根据激光雷达测量原理对行进中的飞机进行扫描定位，判断位置。

激光雷达英语简称“LiDAR”，Light Detection and Ranging，设备中间有激光器光源，一般阵列激光发射905纳米波长的脉冲。因为激光的强汇聚性，激光的光束遇到了前方的物体或者障碍物，经反弹回来被接收焦平面激光雷达接收器接收，通过计算光束发出到接收的时间差，比较精确地判断物体和激光雷达之间的距离。

扫描方式为全固态激光扫描及激光信号接收，即采用非机械扫描方式即相控阵扫描和微机械电控扫描实现激光扫描探测。

多个激光束在竖直方向沿不同角度发出，经水平方向扫描实现对目标区域三维轮廓探测。

角分辨率是指成像系统或系统的一个部件的分辨能力。即成像系统或系统元件能有差别地区分开两相邻物体最小间距的能力。分辨本领一般用成像系统对两个最小可辨目标之间所张角度大小表示，通常用测度角的弧度系统描述，亦称角分辨本领(或角分辨率)。转换成物体大小为2cm。

在雷达显示中距离通过不同远近的颜色可以直观的看到，以及航空器形状大小，跟距数据比对按照飞机大小进行。

b.图像探测系统

摄像系统具备红外增强功能，夜间通过跑道边灯灯光亮度来采集清晰图像。根据连续高清图像进行分析对图像中的物体进行定位，判断位置，视频图像上传至监控中心，提供实时视频对航空器是否到达标记距离位置来判断距离机尾安全线的距离，由LED显示。同样的原理在雷达探测中也是通过判断标记位置，来判断航空器是否到达指定位置，以及距离信息。在非常恶劣的天气情况下，虽然会产生一些噪声对图像处理带来一些困难，但是非常恶劣的天气情况下，航空器一般会被停止放行。

在图像中通过识别算法对图像中的飞机大小，行走过的距离，形状，颜色等进行分析判断，给予其对应的信息。

c.数据传输系统

通过数据传输系统连接监控中心进行数据传输。通过网线连接两个LED显示屏，嵌入式单板电脑连接激光雷达，以及摄像设备。并通过工业级交换机，进行LED显示屏数据，激光雷达数据，摄像设备数据，以及反馈监控中心数据间的传输。

d.LED显示系统

通过LED实时显示探测系统探测后的结果对飞行员进行指示。前置LED显示牌通过数字提示飞行员距离安全停止线距离，后置LED显示牌提示排队航空器是否可以通行。

(4)实施方案

根据实际需求，我们采用激光雷达和图像处理相结合的技术方案。采用激光雷达确定航空器行进的精确位置，判断符合要求的停止位置。采用图像处理方式判断航空器的具体入位情况，或判断是否为航空器，并将图像实时传送到监控中心，协助机场管理机构实施监管。

a.具体步骤

系统采用激光雷达和实时图像采集共同探测目标。激光雷达探测目标的距离，同时工控机对采集图像进行图像处理判定目标的属性。进而判定是飞机还是车辆人员等其他目标。

激光扫描设备在航空器距离100m时探测到滑行中的飞机，并随时跟踪，在三维激雷达持续发射多光束红外不可见激光，投射到航空器上会产生反射，三维激光雷达的接收器会根据通过航空器各个部分远近不同的反射回的光路进行三维的成像，并随时跟踪，并根据三维激光雷达在各个距离的阈值进行，判断航空器行驶的距离，并与标记好的标记位置进行判断。

探测横向覆盖极限距离：三维激光雷达测量范围是1m～100m，当航空器机头行驶至扫描半径范围100m时候三维激光雷达即可探测到航空器行进。以三维激光雷达距离停止线最远边的距离52m为高，以距离安全停止线20m位置为底边，算出位置引导显示屏倒计数时最远端探测距离为56m在三维探测器覆盖范围内。通过三维激光雷达测出机尾到安全停止线的距离，从而计算出机尾到滑行道中线的距离(x)。通过对机尾到滑行道中线的距离(x)与可滑行的最小距离(d)进行比较，在通行显示屏显示，为后方飞机滑行进行提示。

探测纵向覆盖高度：三维激光雷达的视场为30°通过距离停止区跑道边最近端28m计算，可算出道边探测最低高度((假设航空器中间与跑道边重合)为约16.2m，中线探测约为29m。视场随着距离增加而增加所以探测高度满足民航客机的高度，纵向覆盖最近点即可覆盖全部航空器。

当探测到等待起飞的飞机，判断机头到达安全停止线20米时，开始在位置引导显示屏显示距离。位置引导显示屏显示的距离为机头移动的实时距离，同时计算飞机距离尾部安全线的距离，根据实时距离进行停机，由位置引导显示屏显示。最终将机头及机尾位置的监控图像监控信息传输至监控中心，辅助监控中心决策。

b.设备探测环境分析

①在设备垂直扫描角度上，可以看到，周围设备的高度不会高于1m，而探测设备的高度也在大约1m位置，所以其遮挡垂直扫描范围在待飞区跑道中线处探测最高为29m，不会对探测设备造成影响。根据航空器的高度，计算理论探测区域，在机头与机尾部都在探测范围内，所以在对于用机头位置判断与机尾位置判断的探测系统来说其纵向探测距离满足最大飞机高度的情况，其他的机型都可以探测到。

②其它设备对多入口探测在水平方向的影响，在纵向高度上设备探测点为机头探测点与机尾探测点，此两点的高度均高于一般放置与跑道边的边灯、指示牌的高度，所以对探测影响几乎没有。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种多入口跑道防剐蹭系统，所述多入口跑道包括跑道、与跑道平行设置的滑行道及设置于所述跑道和滑行道之间的多个跑道入口，其特征在于，该多入口跑道防剐蹭系统包括：

处理器以及设置于每个跑道入口的安全区、探测单元、位置引导显示屏和通行显示屏；

所述安全区设置在所述跑道入口内，所述安全区靠近所述跑道一侧为停泊终止点，靠近所述滑行道一侧为停泊起始点；

所述探测单元用于探测进入所述安全区的航空器的机头和尾翼的位置；

所述处理器分别根据设置于每个跑道入口的探测单元的探测结果控制相应跑道入口的位置引导显示屏显示航空器停泊引导指令，并控制相应跑道入口的通行显示屏显示滑行道通行指令，通行显示屏为红绿灯显示屏。

2.根据权利要求1所述的多入口跑道防剐蹭系统，其特征在于，还包括报警器，当所述探测单元探测到所述航空器的机头与停泊终止点之间的距离小于预定阈值时，所述处理器控制所述报警器报警。

3.根据权利要求1所述的多入口跑道防剐蹭系统，其特征在于，所述位置引导显示屏设置在所述跑道入口靠近所述跑道的一侧，显示方向朝向所述跑道入口。

4.根据权利要求1所述的多入口跑道防剐蹭系统，其特征在于，所述通行显示屏设置在所述跑道入口靠近所述滑行道的一侧，显示方向朝向所述滑行道。

5.根据权利要求1所述的多入口跑道防剐蹭系统，其特征在于，还包括停止线，所述停止线设置在所述跑道入口上，位于所述安全区与所述跑道之间，所述停泊终止点与所述停止线之间的距离为0m -5m。

6.根据权利要求1所述的多入口跑道防剐蹭系统，其特征在于，所述探测单元包括激光雷达探测器和/或热成像探测器。

7.根据权利要求6所述的多入口跑道防剐蹭系统，其特征在于，所述处理器将所述激光雷达探测器的探测结果作为初始探测结果，通过所述热成像探测器的探测结果对所述初始探测结果进行校验。

8.根据权利要求1所述的多入口跑道防剐蹭系统，其特征在于，所述处理器分别根据设置于每个跑道入口的探测单元的探测结果控制相应跑道入口的位置引导显示屏显示航空器停泊引导指令，并控制相应跑道入口的通行显示屏显示滑行道通行指令包括：

步骤101：如果所述探测单元探测到机头，则控制器判断所述航空器进行检测区域；

步骤102：所述探测单元探测机头与停泊终止点之间的距离L1，所述处理器判断所述距离L1是否大于第一安全距离SL1；如果是，则所述处理器控制所述跑道入口的位置引导显示屏显示所述距离L1，并显示继续滑行指令，以及所述处理器控制所述跑道入口的通行显示屏显示禁止通行指令；否则，继续到步骤103；

步骤103：所述探测单元探测尾翼的位置，所述处理器根据所述尾翼的位置判断尾翼是否位于停泊终止点与停泊起始点之间；如果是，所述处理器控制所述跑道入口的位置引导显示屏显示停止滑行指令，以及控制所述跑道入口的通行显示屏显示允许通行指令。

9.根据权利要求8所述的多入口跑道防剐蹭系统，其特征在于，所述处理器分别根据设置于每个跑道入口的探测单元的探测结果控制相应跑道入口的位置引导显示屏显示航空器停泊引导指令，并控制相应跑道入口的通行显示屏显示滑行道通行指令还包括：

在步骤103之后，执行以下步骤104：

步骤104：所述处理器根据所述探测单元探测的航空器的机头和/或尾翼的位置，判断所述航空器是否移动；如果所述航空器移动，所述控制器控制所述位置引导显示屏显示等待起飞指令，并控制所述通行显示屏显示允许通行指令。

10.根据权利要求9所述的多入口跑道防剐蹭系统，其特征在于，所述处理器分别根据设置于每个跑道入口的探测单元的探测结果控制相应跑道入口的位置引导显示屏显示航空器停泊引导指令，并控制相应跑道入口的通行显示屏显示滑行道通行指令还包括：

在步骤104之后，执行以下步骤105：

步骤105：如果所述探测单元没有探测到机头，则所述控制器判断所述航空器离开检测区域；所述控制器控制所述跑道入口的位置引导显示屏进行复位，以及控制所述跑道入口的通行显示屏显示允许通行指令。