CN111652071B - 一种快速的跑道截断分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速的跑道截断分析方法，包括如下步骤：获取跑道上弹坑图像，对跑道上弹坑的图像边缘进行离散化处理，得到边缘离散点；得到最小滑跑矩形的中心点坐标，在最大允许偏斜角范围内均匀抽样得到最小滑跑矩形的偏斜角，抽样次数加1；根据最小滑跑矩形的中心点坐标、偏斜角、长和宽计算得到四个顶点的坐标；判断最小滑跑矩形是否在跑道内，如果是，进入步骤五；如果否，则回到步骤二继续抽样；判断最小滑跑矩形是否与弹坑相交，若相交，则返回步骤二继续抽样；若不相交，则在跑道上找到满足飞机起降的最小滑跑矩形；判断抽样次数是否大于N；如果小于N，回到步骤2继续抽样；如果大于N，即跑道被截断。

Description

一种快速的跑道截断分析方法

技术领域

本发明涉及机场应急领域，具体是一种快速的跑道截断分析方法。

背景技术

跑道遭到攻击后，在已知弹坑数量、位置、半径时，急需对跑道的起降功能的破坏情况进行快速评估，分析跑道是否还具备飞机起降的能力。对于不同类型的飞机起飞所需的最短滑跑距离和最小滑跑宽度不同，称为最小滑跑矩形。如果能够从被破坏的跑道中找出一条完好的满足起降条件的最小滑跑矩形，认为跑道没有被截断；如果找不到这样的最小滑跑矩形，则认为跑道被截断。由于最小滑跑矩形不一定与跑道平行，需要分析的工况较多。那么如何根据输入的最短滑跑距离和最小滑跑宽度，快速地对跑道的截断情况进行分析，给出截断分析结果是本方法需要考虑的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种快速的跑道截断分析方法，包括如下步骤：

步骤一，获取跑道上弹坑图像，对跑道上弹坑的图像边缘进行离散化处理，得到边缘离散点，保存离散点的坐标；在离散化时，每个弹坑边缘离散点的数量与弹坑半径成正比，使相邻离散点的间隔保持一致；

步骤二，在跑道长和宽范围内均匀抽样得到最小滑跑矩形的中心点坐标，在最大允许偏斜角范围内均匀抽样得到最小滑跑矩形的偏斜角，抽样次数加1；

步骤三，根据最小滑跑矩形的中心点坐标、偏斜角、长和宽计算得到四个顶点的坐标；

步骤四，判断最小滑跑矩形是否在跑道内，即最小滑跑矩形的四个顶点是否都在跑道的长宽范围内；如果是，进入步骤五；如果否，则回到步骤二继续抽样；

步骤五，判断最小滑跑矩形是否与弹坑相交，若相交，则返回步骤二继续抽样；若不相交，则在跑道上找到满足飞机起降的最小滑跑矩形；

步骤六，判断抽样次数是否大于N；如果小于N，回到步骤2继续抽样；如果大于N，则跑道上找不到满足飞机起降的最小滑跑矩形，即跑道被截断。

进一步的，所述的步骤五中的判断最小滑跑矩形是否与弹坑相交包括如下过程：

a)首先判断最小滑跑矩形的四个顶点是否在弹坑内：将弹坑边缘近似为圆形，若最小滑跑矩形的四个顶点与所有弹坑中心点的连线距离大于相应弹坑的半径时，则该四个顶点不在弹坑内部，进入b)继续判断，否则最小滑跑矩形与弹坑相交，回到步骤二继续抽样；

b)然后判断最小滑跑矩形是否与弹坑边缘相交：判断所有弹坑边缘的离散点是否有在最小滑跑矩形内部的点；若有，则认为最小滑跑矩形与弹坑相交，进入步骤二继续抽样；若没有，则在跑道上找到满足飞机起降的最小滑跑矩形。

进一步的，所述的通过在跑道范围内均匀抽样的方式得到最小滑跑矩形的中心点坐标和偏斜角，基于抽样得到的中心点坐标和偏斜角计算最小滑跑矩形的四个顶点，用于与弹坑进行相交检测。

进一步的，弹坑边缘离散点的坐标计算公式为如下公式：

其中，X_hi、Y_hi、r_i分别为第i个弹坑的纵坐标、横坐标和半径，n为弹坑数量；Δl为相邻离散点的间隔；x_hij、y_hij分别为第i个弹坑的第j个边缘离散点的纵坐标和横坐标，为第i个弹坑的边缘离散点个数。

进一步的，最小滑跑矩形的中心点坐标计算公式下所示：

其中，x_m、y_m为抽样得到的最小滑跑矩形的中心点坐标；x_p、y_p分别为跑道中心点的纵坐标和横坐标；rand(-11)服从-1到1的均匀分布；h、w分别为跑道的长和宽；

最小滑跑矩形在跑道内的偏斜角的计算公式如下所示：

其中，θ_m为抽样得到的最小滑跑矩形在跑道内的偏斜角；θ_max为最大偏斜角；h_m为最小滑跑矩形的长；

最小滑跑矩形四个顶点的坐标计算公式如下式所示：

其中，x_m1、y_m1、x_m2、y_m2、x_m3、y_m3、x_m4、y_m4分别为最小滑跑矩形四个顶点的纵坐标和横坐标；w_m为最小滑跑矩形的宽。

本发明的有益效果是：本发明根据输入的最短滑跑距离和最小滑跑宽度，可快速地对跑道的截断情况进行分析，给出截断分析结果。

附图说明

图1为一种快速的跑道截断分析方法的流程图；

图2为跑道是否被截断示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，本发明的目的是针对跑道快速毁伤评估问题提供一种快速的截断分析方法，用来分析毁伤后的跑道是否满足飞机起降要求。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种快速的跑道截断分析方法。

1)对跑道上弹坑的边缘进行离散化处理，保存离散点的坐标。在离散化时，每个弹坑边缘离散点的数量与弹坑半径成正比，确保相邻离散点的间隔基本保持一致，不能过密也不能过稀；

2)在跑道长和宽范围内均匀抽样得到最小滑跑矩形的中心点坐标，在最大允许偏斜角范围内均匀抽样得到最小滑跑矩形的偏斜角，抽样次数加1；

3)根据最小滑跑矩形的中心点坐标、偏斜角、长和宽计算得到四个顶点的坐标；

4)判断最小滑跑矩形是否在跑道内，即最小滑跑矩形的四个顶点是否都在跑道的长宽范围内。如果是，进入第5)步；如果否，则跳到第2)步继续抽样；

5)判断最小滑跑矩形是否与弹坑相交。具体判断方法分为两步：

a)首先判断最小滑跑矩形的四个顶点是否在弹坑内：将弹坑边缘近似为圆形，如果最小滑跑矩形的四个顶点与所有弹坑中心点的连线距离大于相应弹坑的半径时，认为该四个顶点不在弹坑内部，进入b)继续判断，否则认为最小滑跑矩形与弹坑相交，跳到第2)步继续抽样；

b)然后判断最小滑跑矩形是否与弹坑边缘相交：判断所有弹坑边缘的离散点是否有在最小滑跑矩形内部的点。如果有，则认为最小滑跑矩形与弹坑相交，进入第2)步继续抽样；如果没有，则认为在跑道上可以找到满足飞机起降的最小滑跑矩形，即跑道没有被截断，终止仿真。

6)判断抽样次数是否大于N。如果小于N，跳到第2)步继续抽样；如果大于N，则认为跑道上找不到满足飞机起降的最小滑跑矩形，即跑道被截断，终止仿真。由于最小滑跑矩形的中心点坐标在跑道内均匀抽样，当N足够大时，参与判断的最小滑跑矩形会均匀分布于跑道内，通过其判断得出跑道是否被截断的结果置信度会逼近100％。当N越大时，耗时也越长，可根据跑道长、宽大小来选取N。

具体实施方式

对跑道上弹坑的边缘进行离散化处理，保存离散点的坐标。在离散化时，每个弹坑边缘离散点的数量与弹坑半径成正比，确保相邻离散点的间隔基本保持一致，不能过密也不能过稀。弹坑边缘离散点的坐标计算公式如式(1)所示：

其中，X_hi、Y_hi、r_i分别为第i个弹坑的纵坐标、横坐标和半径，n为弹坑数量；Δl为相邻离散点的间隔；x_hij、y_hij分别为第i个弹坑的第j个边缘离散点的纵坐标和横坐标，为第i个弹坑的边缘离散点个数。

在跑道长和宽范围内均匀抽样得到最小滑跑矩形的中心点坐标，在最大允许偏斜角范围内均匀抽样得到最小滑跑矩形的偏斜角，抽样次数加1。

最小滑跑矩形的中心点坐标计算公式如式(2)所示：

其中，x_m、y_m为抽样得到的最小滑跑矩形的中心点坐标；x_p、y_p分别为跑道中心点的纵坐标和横坐标；rand(-11)服从-1到1的均匀分布；h、w分别为跑道的长和宽。

最小滑跑矩形在跑道内的偏斜角的计算公式如式(3)所示：

其中，θ_m为抽样得到的最小滑跑矩形在跑道内的偏斜角；θ_max为最大偏斜角；h_m为最小滑跑矩形的长。

根据最小滑跑矩形的中心点坐标、偏斜角、长和宽计算得到四个顶点的坐标。最小滑跑矩形四个顶点的坐标计算公式如式(4)所示：

其中，x_m1、y_m1、x_m2、y_m2、x_m3、y_m3、x_m4、y_m4分别为最小滑跑矩形四个顶点的纵坐标和横坐标；w_m为最小滑跑矩形的宽。

判断最小滑跑矩形是否在跑道内，即最小滑跑矩形的四个顶点是否都在跑道的长宽范围内。如果是，进入第5)步；如果否，则跳到第2)步继续抽样。

具体判断方法为：依次判断最小滑跑矩形的四个顶点是否在跑道内部。将其中某个顶点与跑道四个顶点用直线连接，跑道的四条边与四条连线可组成四个三角形，三角形的三个顶点坐标已知，可计算四个三角形的面积。如果四个三角形的面积之和大于跑道的面积，该顶点在跑道外；否则，该顶点在跑道内部。

判断最小滑跑矩形是否与弹坑相交。具体判断方法分为两步：

a)首先判断最小滑跑矩形的四个顶点是否在弹坑内：将弹坑边缘近似为圆形，如果最小滑跑矩形的四个顶点与所有弹坑中心点的连线距离大于相应弹坑的半径时，认为该四个顶点不在弹坑内部，进入b)继续判断，否则认为最小滑跑矩形与弹坑相交，跳到第2)步继续抽样；

b)然后判断最小滑跑矩形是否与弹坑边缘相交：判断所有弹坑边缘的离散点是否有在最小滑跑矩形内部的点。如果有，则认为最小滑跑矩形与弹坑相交，进入第2)步继续抽样；如果没有，则认为在跑道上可以找到满足飞机起降的最小滑跑矩形，即跑道没有被截断，如图2所示。

判断抽样次数是否大于N。如果小于N，跳到第2)步继续抽样；如果大于N，则认为跑道上找不到满足飞机起降的最小滑跑矩形，即跑道被截断，如图2所示，终止仿真。由于最小滑跑矩形的中心点坐标在跑道内均匀抽样，当N足够大时，参与判断的最小滑跑矩形会均匀分布于跑道内，通过其判断得出跑道是否被截断的结果置信度会逼近100％。当N越大时，耗时也越长，可根据跑道长、宽大小来选取N。对于一般跑道，N取1000～5000均可满足实际需要，在确保快速评估的同时，又能确保评估结果的准确度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种快速的跑道截断分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，获取跑道上弹坑图像，对跑道上弹坑的图像边缘进行离散化处理，得到边缘离散点，保存离散点的坐标；在离散化时，每个弹坑边缘离散点的数量与弹坑半径成正比，使相邻离散点的间隔保持一致；

步骤二，在跑道长和宽范围内均匀抽样得到最小滑跑矩形的中心点坐标，在最大允许偏斜角范围内均匀抽样得到最小滑跑矩形的偏斜角，抽样次数加1；

步骤三，根据最小滑跑矩形的中心点坐标、偏斜角、长和宽计算得到四个顶点的坐标；

步骤四，判断最小滑跑矩形是否在跑道内，即最小滑跑矩形的四个顶点是否都在跑道的长宽范围内；如果是，进入步骤五；如果否，则回到步骤二继续抽样；

步骤五，判断最小滑跑矩形是否与弹坑相交，若相交，则返回步骤二继续抽样；若不相交，则在跑道上找到满足飞机起降的最小滑跑矩形；

步骤六，判断抽样次数是否大于N；如果小于N，回到步骤2继续抽样；如果大于N，则跑道上找不到满足飞机起降的最小滑跑矩形，即跑道被截断；

弹坑边缘离散点的坐标计算公式为如下公式：

其中，X_hi、Y_hi、r_i分别为第i个弹坑的纵坐标、横坐标和半径，n为弹坑数量；Δl为相邻离散点的间隔；x_hij、y_hij分别为第i个弹坑的第j个边缘离散点的纵坐标和横坐标，为第i个弹坑的边缘离散点个数；

最小滑跑矩形的中心点坐标计算公式下所示：

其中，x_m、y_m为抽样得到的最小滑跑矩形的中心点坐标；x_p、y_p分别为跑道中心点的纵坐标和横坐标；rand(-11)服从-1到1的均匀分布；h、w分别为跑道的长和宽；

最小滑跑矩形在跑道内的偏斜角的计算公式如下所示：

其中，θ_m为抽样得到的最小滑跑矩形在跑道内的偏斜角；θ_max为最大偏斜角；h_m为最小滑跑矩形的长；

最小滑跑矩形四个顶点的坐标计算公式如下式所示：

其中，x_m1、y_m1、x_m2、y_m2、x_m3、y_m3、x_m4、y_m4分别为最小滑跑矩形四个顶点的纵坐标和横坐标；w_m为最小滑跑矩形的宽。

2.根据权利要求1所述的一种快速的跑道截断分析方法，其特征在于，所述的步骤五中的判断最小滑跑矩形是否与弹坑相交包括如下过程：

a)首先判断最小滑跑矩形的四个顶点是否在弹坑内：将弹坑边缘近似为圆形，若最小滑跑矩形的四个顶点与所有弹坑中心点的连线距离大于相应弹坑的半径时，则该四个顶点不在弹坑内部，进入b)继续判断，否则最小滑跑矩形与弹坑相交，回到步骤二继续抽样；

b)然后判断最小滑跑矩形是否与弹坑边缘相交：判断所有弹坑边缘的离散点是否有在最小滑跑矩形内部的点；若有，则认为最小滑跑矩形与弹坑相交，进入步骤二继续抽样；若没有，则在跑道上找到满足飞机起降的最小滑跑矩形。

3.根据权利要求1所述的一种快速的跑道截断分析方法，其特征在于，通过在跑道范围内均匀抽样的方式得到最小滑跑矩形的中心点坐标和偏斜角，基于抽样得到的中心点坐标和偏斜角计算最小滑跑矩形的四个顶点，用于与弹坑进行相交检测。