CN111405252B - 飞行器的安全监控系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种飞行器的安全监控系统，属于安全技术领域，该系统包括：安装在牵引装置上的数据采集组件和控制平台；数据采集组件包括用于采集雷达采集范围内的雷达数据的激光雷达、用于采集图像采集区域内的区域图像的图像采集组件、用于获取牵引装置的姿态数据和位置数据的激光陀螺仪；控制平台根据雷达数据、区域图像、姿态数据和位置数据进行安全监控；可以解决飞行器在地面移动过程中可能存在安全隐患的问题；由于结合激光雷达、图像采集组件和激光陀螺仪的数据可以实时反映飞行器附近的情况，可以实现飞行器的安全监控。

Description

飞行器的安全监控系统

技术领域

本申请涉及一种飞行器的安全监控系统，属于安全技术领域。

背景技术

随着机场设施规模扩大和飞行器起降架次的快速增长，大型机场地面运行的安全问题已开始显现。超大型机场地面运行系统庞大，关键设施的跑道、滑行道、服务车道之间相互交叉，运行条件非常复杂，必须同时采取多种防护措施，以提高机场地面运行的可靠性。

发明内容

本申请提供了一种飞行器的安全监控系统，可以解决飞行器在地面移动过程中可能存在安全隐患的问题。本申请提供如下技术方案：提供了一种飞行器的安全监控系统，所述飞行器在牵引装置的牵引下在地面上移动，所述安全监控系统包括：安装于所述牵引装置上的数据采集组件和控制平台；所述数据采集组件与所述控制平台通信连接，所述数据采集组件包括：激光雷达、图像采集组件和激光陀螺仪；

所述激光雷达，用于采集雷达采集范围内的雷达数据，并将所述雷达数据发送至所述控制平台；

所述图像采集组件，用于采集图像采集区域内的区域图像，并将所述区域图像发送至所述控制平台；

所述激光陀螺仪，用于获取所述牵引装置的姿态数据和位置数据，并将所述姿态数据和所述位置数据发送至所述控制平台；

所述控制平台，用于获取所述雷达数据、所述区域图像、所述姿态数据和所述位置数据；根据所述雷达数据、所述区域图像、所述姿态数据和所述位置数据进行安全监控。

可选地，所述控制平台，用于：

将所述雷达数据和所述区域图像融合得到安全监控图像，所述安全监控图像包括所述飞行器的位置和所述牵引装置的位置；

基于所述姿态数据和所述位置数据确定所述飞行器的移动轨迹；

获取安全检测区域的区域信息，所述安全检测区域是基于所述数据采集组件的位置、和所述数据采集组件与所述飞行器之间的距离确定的；

显示所述安全监控图像，并在所述安全监控图像上显示所述移动轨迹和所述区域信息，以供所述牵引装置的操作人员对所述飞行器进行安全监控。

可选地，所述控制平台，还用于：

在所述安全检测区域包括障碍目标时生成第一安全提示；

输出所述第一安全提示，所述第一安全提示用于提示所述操作人员在所述安全检测区域内存在所述障碍目标。

可选地，所述系统还包括与所述控制平台通信相连的第一监控终端；

所述控制平台，还用于在所述安全检测区域包括障碍目标时向所述第一监控终端发送安全警示通知；

所述第一监控终端，用于在接收到所述安全警示通知时输出安全报警。

可选地，所述系统还包括与所述控制平台通信相连的第二监控终端；

所述控制平台，还用于将所述雷达数据、所述区域图像、所述姿态数据、所述位置数据和处理信息发送至所述第二监控终端，所述处理信息是指基于所述雷达数据、所述区域图像、所述姿态数据和所述位置数据得到的信息；

所述第二监控终端，用于获取并存储所述控制平台发送的信息；在所述安全检测区域包括障碍目标时生成第二安全提示；输出所述第二安全提示，所述第二安全提示用于提示在所述安全检测区域内存在所述障碍目标。

可选地，所述控制平台，还用于显示所述雷达数据和所述区域图像。

可选地，所述安全检测区域包括以所述数据采集组件在所述牵引装置上安装位置的中心点为圆心、以所述中心点至所述飞行器的指定位置之间的距离为半径的圆形区域。

可选地，所述安全检测区域还包括：以所述中心点为圆心、以所述中心点至所述飞行器的指定位置之间的距离为内半径、以所述内半径与预设数值之和为外半径的环形区域。

可选地，所述控制平台，还用于：

获取所述数据采集组件在所述牵引装置上的安装位置；

获取所述牵引装置的第一参数和所述飞行器的第二参数；

根据所述安装位置确定所述中心点；

根据所述第一参数和所述第二参数确定所述中心点至所述飞行器的指定位置之间的距离，得到所述区域信息。

可选地，所述控制平台，还用于：

在得到所述区域信息之后，显示区域信息确认提示；

在接收到对所述区域信息的确认操作时，触发执行所述在所述安全监控图像上显示所述移动轨迹和所述区域信息的步骤。

本申请的有益效果在于：通过在牵引装置上安装数据采集组件和控制平台；数据采集组件包括激光雷达、图像采集组件和激光陀螺仪；激光雷达采集雷达采集范围内的雷达数据；图像采集组件采集图像采集区域内的区域图像；激光陀螺仪获取牵引装置的姿态数据和位置数据；控制平台获取雷达数据、区域图像和姿态数据和位置数据；根据雷达数据、区域图像、姿态数据和位置数据进行安全监控；可以解决飞行器在地面移动过程中可能存在安全隐患的问题；由于结合激光雷达、图像采集组件和激光陀螺仪的数据可以实时反映飞行器附近的情况，可以实现飞行器的安全监控。

另外，本实施例提供的安全监控系统不在飞行器上放置任何传感器，不会对现有车辆和飞行器做任何改装，通过外置传感器对飞行器周边区域进行立体全方位实时场景重建，确定安全检测区域，实时监测飞行器与障碍目标碰撞的风险，提前通过控制平台对相关人员进行通知和报警，可以保证飞行器移动的安全性。

另外，通过第一监控终端输出安全报警和/或通过第二监控终端输出第二安全提示，不仅操作人员会收到信息提示或警示，使用第一监控终端和/或第二监控终端的人员也会收到风险警示，可以提高执行防撞措施的及时性，从而提高飞行器移动的安全性。

另外，通过第二监控终端将收到的所有信息加以处理和存储，形成历史数据记录，可以供监控人员调阅和查看。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的飞行器的安全监控系统的结构示意图；

图2是本申请一个实施例提供的飞行器和牵引装置的示意图；

图3是本申请一个实施例提供的确定安全检测区域的示意图；

图4是本申请一个实施例提供的雷达数据的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

首先，对本申请涉及的若干名词进行介绍。

激光雷达(又称激光探测及测距系统)(Light Detection And Ranging，LiDAR)：是通过发射激光束来探测目标的位置的传感器。激光雷达包括发射单元与接收单元，激光雷达探测距离的工作原理包括：发射单元发出脉冲光，脉冲光照射到目标后反射一部分光回来，接收单元可以接收到返回来的信号，通过计算发射和接收的时间差就可以计算出目标的距离。基于此原理，激光雷达工作过程中能收集到大量的点云。如果点云中有目标，目标就会在点云中呈现出一个阴影。通过这个阴影可以测量出目标的距离和大小。通过点云可以生成周围环境的3D图像。点云密度越高，图像越清晰。

视觉传感器：是指通过对摄像机拍摄到的图像进行图像处理，来计算目标的特征量(面积、重心、长度和/或位置等)，并输出数据和判断结果的传感器。

可选地，视觉传感器可以兼具图像采集、图像处理和信息传递功能。

激光陀螺(又称环形激光器)，它利用物体在惯性空间转动时正反两束光随转动而产生频率差的效应来感测其相对于惯性空间的角速度或转角。在加速度计的配合下，激光陀螺可以感知物体在任意时刻的空间位置。

图1是本申请一个实施例提供的飞行器的安全监控系统的结构示意图，其中，飞行器10在牵引装置20的牵引下在地面移动(参考图2，图2中以飞行器10为飞机、牵引装置20为飞机牵引车为例进行说明，在其它实现方式中，飞行器10也可以为其它设备，比如：航空飞机、火箭等，牵引装置20可以为运载或承载飞行器10在地面移动的其它装置)。如图1所示，该系统至少包括：安装于牵引装置20上的数据采集组件21和控制平台22。

可选地，数据采集组件21聚集式地安装在牵引装置20的车头顶部(参考图2)；或者，分散地设置在牵引装置20上的不同位置，本实施例不对数据采集组件21包括的各个组件的安装方式作限定。

数据采集组件21与控制平台22通信(有线通信或无线通信)连接。

数据采集组件21包括：激光雷达211、图像采集组件212和激光陀螺仪213。

激光雷达211用于采集雷达采集范围内的雷达数据，并将雷达数据发送至控制平台22。

激光雷达211的雷达采集范围包括激光雷达211所能探测的最远探测距离和探测角度。本实施例中，激光雷达211的最远探测距离大于数据采集组件21的中心点与飞行器10的指定位置之间的距离。其中，数据采集组件21的中心点是指各个组件的安装位置的中心点。比如：激光雷达211为150米、16线激光雷达，且激光雷达211的探测角度为360°，以保证激光雷达211可以探测出飞行器机翼下部障碍目标，防止引擎撞到障碍目标。可选地，指定位置可以是飞机的翼尖、航空飞机的尾部等，本申请不对指定位置的设置方式作限定。

雷达数据包括激光雷达211采集到的点云数据，当然，还可以包括激光雷达211所能采集到的其它数据，本申请不对雷达数据的类型作限定。

可选地，为了保证激光雷达211能够探测到飞行器整个机身范围，激光雷达211的数量为至少两个，至少两个激光雷达分别安装于牵引装置顶部和侧面。

图像采集组件212用于采集图像采集区域内的区域图像，并将该区域图像发送至控制平台22。

可选地，图像采集组件212可以为双目立体视觉相机；图像采集组件212的数量为至少一个，本实施例不对图像采集组件212的设备类型和数量作限定。

激光陀螺仪213用于获取牵引装置的姿态数据和位置数据，并将姿态数据和位置数据发送至控制平台22。

控制平台22集成有处理、显示、人机交互等功能。控制平台22可以为牵引装置中的车载终端、计算机、平板电脑等，本实施例不对控制平台22的实现方式作限定。控制平台22还集成有视觉传感器的图像处理功能、对激光雷达发送的雷达数据进行成像的功能等。

本实施例中，控制平台22用于获取雷达数据、区域图像和姿态数据和位置数据；根据雷达数据、区域图像、姿态数据和位置数据进行安全监控。

控制平台22获取到雷达数据、区域图像和姿态数据和位置数据之后，还可以将这些数据进行存储，形成历史数据以供操作人员后续调用查看。

在一个示例中，控制平台22用于将雷达数据和区域图像融合得到安全监控图像；基于姿态数据和位置数据确定飞行器的移动轨迹；获取安全检测区域的区域信息；显示安全监控图像，并在安全监控图像上显示移动轨迹和区域信息，以供牵引装置的操作人员对飞行器进行安全监控。

安全监控图像包括飞行器的位置和牵引装置的位置。

可选地，雷达数据、区域图像和姿态数据和位置数据同步发送至控制平台22；或者，异步发送至控制平台22。

可选地，将雷达数据和区域图像融合得到安全监控图像，包括：建立点云的每个点与区域图像中每个像素之间的对应关系；按照该对应关系将点云中每个点的三维坐标投影至区域图像所在的三维坐标中，得到安全监控图像。

可选地，基于姿态数据和位置数据确定飞行器的移动轨迹，包括：根据牵引装置的位置数据和牵引装置与飞行器之间的距离确定飞行器的位置，将牵引装置的姿态数据确定为飞行器的姿态数据，得到飞行器的移动轨迹。

安全检测区域是基于数据采集组件21的位置、和数据采集组件21与飞行器之间的距离确定的。

安全检测区域包括以数据采集组件在牵引装置上安装位置的中心点为圆心、以中心点至飞行器的指定位置之间的距离为半径的圆形区域。可选地，安全检测区域还包括：以中心点为圆心、以中心点至飞行器的指定位置之间的距离为内半径、以内半径与预设数值之和为外半径的环形区域。

参考图3，假设飞行器的翼展61米，机身长度57米；牵引装置的宽度2.1米，长度5.7米。图3中以单位为毫米为例进行数字标注。数据采集组件21中心点到指定位置距离为48米，以数据采集组件21中心点为圆心，48米为半径做圆，得到安全检测区域。可选地，安全检测区域还包括圆形区域之外的环形区域，且预设数值为8米，则可以以56米为半径做一个圆，得到完整的安全检测区域。

图3中以安全检测区域为圆形为例进行说明，在其它实现方式中，安全检测区域也可以矩形、多边形或者不规则形状等，本实施例不对安全检测区域的形状作限定。

可选地，获取安全检测区域的区域信息，包括：获取数据采集组件在牵引装置上的安装位置；获取牵引装置的第一参数和飞行器的第二参数；根据安装位置确定中心点；根据第一参数和第二参数确定中心点至飞行器的指定位置之间的距离，得到安全检测区域的区域信息。区域信息包括中心点和中心点至飞行器的指定位置之间的距离。

第一参数包括但不限于：牵引装置的长度、宽度、与飞行器之间的牵引距离；第二参数包括但不限于：飞行器的翼展、飞行器的机身长度。

可选地，控制平台22在得到区域信息之后，显示区域信息确认提示；在接收到对区域信息的确认操作时，触发执行在安全监控图像上显示移动轨迹和区域信息的步骤。

可选地，控制平台22还用于显示雷达数据和区域图像。其中，雷达数据构成点云图像，参考图4所示的点云图像。

控制平台22还用于在安全检测区域包括障碍目标时生成第一安全提示；输出第一安全提示。第一安全提示用于提示操作人员安全检测区域内存在障碍目标。

第一安全提示的输出方式包括但不限于：显示输出、音频输出、指示灯闪烁、和/或震动等，本实施例不对第一安全提示的输出方式作限定。

可选地，障碍目标是阻碍飞行器移动的对象，障碍目标包括但不限于：人、车辆、物体等，本实施例不对障碍目标的类型作限定。

可选地，若安全检测区域包括以数据采集组件在牵引装置上安装位置的中心点为圆心、以中心点至飞行器的指定位置之间的距离为半径的圆形区域；以及，以中心点为圆心、以中心点至飞行器的指定位置之间的距离为内半径、以内半径与预设数值之和为外半径的环形区域，则圆形区域中存在障碍目标时输出的第一安全提示与环形区域中存在障碍目标时输出的第一安全提示以不同显示方式显示，比如：以不同颜色显示、不同文字显示等。

可选地，控制平台22确定安全检测区域是否包括障碍目标，包括：使用图像识别算法识别区域图像中是否存在障碍目标。其中，图像识别算法包括但不限于：利用高斯拉普拉斯算子检测的方法、利用像素点Hessian矩阵及其行列式值的方法等，本实施例不对图像识别算法的类型作限定。

可选地，若存在障碍目标，则控制平台22通过雷达数据获取该障碍目标的距离信息；结合障碍目标的图像信息和距离信息，控制平台22可以得到障碍目标的位置。

可选地，安全监控系统还包括与控制平台22通信相连的第一监控终端23。此时，控制平台22还用于在安全检测区域包括障碍目标时，向第一监控终端23发送安全警示通知；第一监控终端23用于在接收到安全警示通知时输出安全报警。

可选地，安全报警的输出方式包括但不限于：音频输出、显示屏显示、震动、和/或灯光闪烁等，本实施例不对安全报警的输出方式作限定。

可选地，第一监控装置23包括但不限于：手机、对讲机、可穿戴式设备等地面人员使用的终端，本实施例不对第一监控终端23的类型作限定。

可选地，安全监控系统还包括与控制平台22通信相连的第二监控终端24。此时，控制平台22还用于将雷达数据、区域图像、姿态数据、位置数据和处理信息发送至所述第二监控终端24。其中，所述处理信息是指基于所述雷达数据、所述区域图像、所述姿态数据和所述位置数据得到的信息。比如：安全监控图像、移动轨迹和区域信息等。相应地，第二监控终端24用于获取并存储控制平台22发送的信息；在安全检测区域包括障碍目标时生成第二安全提示；输出第二安全提示。

可选地，第二监控终端24包括但不限于：计算机、平板电脑、笔记本电脑等，本实施例不对第二监控终端24的类型作限定。可选地，第二监控终端24为飞行器的中央控制设备。

第二安全提示用于提示在安全检测区域内存在障碍目标。

第二安全提示的输出方式包括但不限于：音频输出、显示屏显示、震动、和/或灯光闪烁等，本实施例不对第二安全提示的输出方式作限定。

可选地，第二监控终端24还与其它设备通信连接，比如：监控人员的手机、可穿戴式设备等，此时，第二安全提示的输出方式还包括向其它设备发送第二安全提示，以供其它设备显示第二安全提示。

第二监控终端24确定安全检测区域是否包括障碍目标的方式与控制平台22确定安全检测区域是否包括障碍目标的方式相同。

可选地，第二监控终端24为飞行器的中央控制台中的终端。由于第二监控终端24存储有安全监控图像、移动轨迹和区域信息，因此，可以形成历史数据供监控人员调阅和查看。

需要补充说明的是，本实施例提供的安全监控系统还可以包括更多地功能，比如：通过控制平台显示用户登录界面，以供操作人员登录后再进行飞行器的安全监控的功能；或者，控制平台和第二监控终端的后台数据管理的功能等，本实施例不对安全监控系统的功能一一列举。

综上所述，本实施例提供的安全监控系统，通过在牵引装置上安装数据采集组件和控制平台；数据采集组件包括激光雷达、图像采集组件和激光陀螺仪；激光雷达采集雷达采集范围内的雷达数据；图像采集组件采集图像采集区域内的区域图像；激光陀螺仪获取牵引装置的姿态数据和位置数据；控制平台获取雷达数据、区域图像和姿态数据和位置数据；根据雷达数据、区域图像、姿态数据和位置数据进行安全监控；可以解决飞行器在地面移动过程中可能存在安全隐患的问题；由于结合激光雷达、图像采集组件和激光陀螺仪的数据可以实时反映飞行器附近的情况，可以实现飞行器的安全监控。

另外，本实施例提供的安全监控系统不在飞行器上放置任何传感器，不会对现有车辆和飞行器做任何改装，通过外置传感器对飞行器周边区域进行立体全方位实时场景重建，确定安全检测区域，实时监测飞行器与障碍目标碰撞的风险，提前通过控制平台对相关人员进行通知和报警，可以保证飞行器移动的安全性。

另外，通过第一监控终端输出安全报警和/或通过第二监控终端输出第二安全提示，不仅操作人员会收到信息提示或警示，使用第一监控终端和/或第二监控终端的人员也会收到风险警示，可以提高执行防撞措施的及时性，从而提高飞行器移动的安全性。

另外，通过第二监控终端将收到的所有信息加以处理和存储，形成历史数据记录，可以供监控人员调阅和查看。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种飞行器的安全监控系统，其特征在于，所述飞行器在牵引装置的牵引下在地面上移动，所述安全监控系统包括：安装于所述牵引装置上的数据采集组件和控制平台；所述数据采集组件与所述控制平台通信连接，所述数据采集组件包括：激光雷达、图像采集组件和激光陀螺仪；

所述激光雷达，用于采集雷达采集范围内的雷达数据，并将所述雷达数据发送至所述控制平台；所述激光雷达能够探测到所述飞行器整个机身范围；

所述图像采集组件，用于采集图像采集区域内的区域图像，并将所述区域图像发送至所述控制平台；

所述激光陀螺仪，用于获取所述牵引装置的姿态数据和位置数据，并将所述姿态数据和所述位置数据发送至所述控制平台；

所述控制平台，用于获取所述雷达数据、所述区域图像、所述姿态数据和所述位置数据；根据所述雷达数据、所述区域图像、所述姿态数据和所述位置数据进行安全监控；

所述控制平台，用于：

将所述雷达数据和所述区域图像融合得到安全监控图像，所述安全监控图像包括所述飞行器的位置和所述牵引装置的位置；

基于所述姿态数据和所述位置数据确定所述飞行器的移动轨迹；

获取安全检测区域的区域信息，所述安全检测区域是基于所述数据采集组件的位置、和所述数据采集组件与所述飞行器之间的距离确定的；所述安全检测区域包括以所述数据采集组件在所述牵引装置上安装位置的中心点为圆心、以所述中心点至所述飞行器的指定位置之间的距离为半径的圆形区域；所述区域信息包括所述中心点和所述中心点至所述飞行器的指定位置之间的距离；所述指定位置为飞机的翼尖或航空飞机的尾部；

显示所述安全监控图像，并在所述安全监控图像上显示所述移动轨迹和所述区域信息，以供所述牵引装置的操作人员对所述飞行器进行安全监控。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制平台，还用于：

在所述安全检测区域包括障碍目标时生成第一安全提示；

输出所述第一安全提示，所述第一安全提示用于提示所述操作人员在所述安全检测区域内存在所述障碍目标。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述控制平台通信相连的第一监控终端；

所述控制平台，还用于在所述安全检测区域包括障碍目标时向所述第一监控终端发送安全警示通知；

所述第一监控终端，用于在接收到所述安全警示通知时输出安全报警。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述控制平台通信相连的第二监控终端；

所述控制平台，还用于将所述雷达数据、所述区域图像、所述姿态数据、所述位置数据和处理信息发送至所述第二监控终端，所述处理信息是指基于所述雷达数据、所述区域图像、所述姿态数据和所述位置数据得到的信息；

所述第二监控终端，用于获取并存储所述控制平台发送的信息；在所述安全检测区域包括障碍目标时生成第二安全提示；输出所述第二安全提示，所述第二安全提示用于提示在所述安全检测区域内存在所述障碍目标。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制平台，还用于显示所述雷达数据和所述区域图像。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述安全检测区域还包括：以所述中心点为圆心、以所述中心点至所述飞行器的指定位置之间的距离为内半径、以所述内半径与预设数值之和为外半径的环形区域。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制平台，还用于：

获取所述数据采集组件在所述牵引装置上的安装位置；

获取所述牵引装置的第一参数和所述飞行器的第二参数；

根据所述安装位置确定所述中心点；

根据所述第一参数和所述第二参数确定所述中心点至所述飞行器的指定位置之间的距离，得到所述区域信息。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制平台，还用于：

在得到所述区域信息之后，显示区域信息确认提示；

在接收到对所述区域信息的确认操作时，触发执行所述在所述安全监控图像上显示所述移动轨迹和所述区域信息的步骤。

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