CN113009507A - 一种基于激光雷达的分布式机场跑道fod监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测系统，包括综合探测单元，其包括激光雷达模块、光学探测模块、识别与控制模块，并且呈阵列布置在机场跑道两侧，用于对机场跑道的FOD进行实时检测与识别；数据处理中心，用于处理从综合探测单元发出的激光雷达和光学报警信息，进行信息融合，得出是否是FOD的判断；显示控制分系统，用于将监控信息和目标的报警信息进行显示和控制，通过人机交互，完成人工FOD确认；通信网络分系统以及电源管理分系统，用于实现信息传递交互、供电等功能；具有检测精度高、虚警率低、无电磁辐射、可提供不间断监测等优势。本发明还提出了一种监测方法，具有相同特点，非常适用于机场跑道运行安全检测技术领域。

Description

一种基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测系统及方法

技术领域

本发明涉及机场飞机跑道安全检测技术领域，具体而言，涉及一种基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测系统及方法。

背景技术

目前，民航业快速发展，机场的不断扩建扩容，机场的繁忙程度不断增加，导致运行安全问题也被频繁提出。各类型的飞机在起飞和着陆的过程中偶尔会丢失一些小部件。这些部件留在跑道上，可能会损坏其他起落飞机的轮胎、机身或挡风玻璃，并很可能吸入发动机，导致严重的安全事故。

全球范围内出现FOD(跑道异物)导致的直接和间接事故成本高达130亿美元每年。目前FOD是导致多起航空事故的主要原因之一，所以跑道上FOD的检测和清理对保障机场运行安全起到了重要的作用，FOD会影响飞行安全。目前，国内外FOD探测均采用毫米波雷达加光学系统进行，其检测流程均采用毫米波雷达检测报警--视频采集识别判断。由于毫米波固有特性其检测精度，理论上最高能达到2-3cm，不能满足用户对检测精度的期望；同时，雷达是有源检测，其电磁辐射也有可能对机场跑道设备的工作造成不良影响；系统检测工作目标的确认靠图形采集与识别，由于目标材质、颜色、目标和背景色差等的不确定性等原因，识别可靠性受到制约，造成系统虚警率高、用户体验不好。鉴于以上主要原因，该类系统一直未能得到很好地推广应用，需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测系统，其能够针对现有技术的不足，提出解决方案，具有检测精度高、虚警率低、无电磁辐射、可提供不间断监测等优势。

本发明的另一目的在于提供一种基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测方法，其能够具有相同的上述特点。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测系统，包括：

综合探测单元包括激光雷达模块、光学探测模块、识别与控制模块，综合探测单元呈阵列布置在机场跑道两侧，用于对机场跑道进行实时检测与识别。

数据处理中心，用于处理从综合探测单元发出的激光雷达模块和光学探测模块的报警信息和监控信息，进行信息融合，得出是否是FOD的判断；

显示控制分系统，用于将监控信息和目标的报警信息进行显示和控制，通过人机交互，完成人工FOD确认；

通信网络分系统，用于实现综合探测单元，数据处理中心以及显示控制分系统内部和外部之间信息的链接、传递、交互；

电源管理分系统，用于对综合探测单元、数据处理中心、显示控制分系统和通信网络分系统提供工作电源以及备用电源供给。

在本发明的一些实施例中，上述综合探测单元还包括镜头清洁模块以及探测单元壳体，所述激光雷达模块、光学探测模块、镜头清洁模块以及识别与控制模块均设置于所述探测单元壳体。

在本发明的一些实施例中，上述识别与控制模块包括3D目标检测软件以及视频识别软件，所述视频识别软件接收所述光学探测模块的采集数据进行处理和识别，所述3D目标检测软件对所述激光雷达提供的信息进行处理和识别。

在本发明的一些实施例中，上述数据处理中心包括数据融合与决策软件与数据库管理软件，数据融合与决策软件用于对综合探测单元的数据进行处理和判断并做出决策，所述数据库管理软件用于对数据库的数据进行调用、对比、存档和分析。

在本发明的一些实施例中，上述显示控制分系统包括计算机服务器、显示与控制软件以及显控终端；所述计算机服务器用于接收综合探测单元和数据处理中心的数据信息，所述显示与控制软件用于将数据信息传输到所述显控终端上进行显示，以及对综合探测单元进行操作控制。

第二方面，本发明实施例提供一种基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测方法，包括以下步骤：

S1，探测单元的初始化：对机场跑道进行彻底清理，对监测系统进行初始化设置，确保综合探测单元，数据处理中心以及显示控制分系统正常通信连接，开机由激光雷达和光学探测模块对规定的探测道面区域进行扫描探测，记录探测结果并形成后台数据库；

S2，激光雷达探测作业：将综合探测单元呈阵列布置在机场跑道两侧，设定探测范围和输出周期，在探测范围内对机场跑道进行自动3D激光扫描探测；每经过一个输出周期，输出一个3D检测文件，形成3D检测信息；

S3，3D检测信息分析识别：检测信息传输到识别与控制模块，3D目标检测软件对3D检测信息进行处理与目标识别；

S4，检测信息判断：3D目标检测软件对3D检测信息识别后，形成3D识别信息，若3D识别信息初步判断本检测周期有FOD目标，则会输出该FOD目标的位置信息；

S5，目标位置导引与图片拍摄：目标的位置信息通过识别与控制模块引导光学探测模块自动对准FOD目标的位置，拍摄FOD目标区域图片，进行采集图像；

S6，目标图像识别：利用视频识别软件对采集图像进行处理与目标检测，判断该区域图像中是否有FOD，形成图像识别信息；

S7，数据融合与智能决策：综合探测单元将3D识别信息、图像识别信息通过通信网络传至数据处理中心，数据融合与智能决策软件对信息进行融合与智能决策；若判断为有FOD则向显示控制分系统发出报警，并提供目标信息；若未发现目标，则不报警；

S8，目标显示与人工确认：显示与控制分系统在屏幕上显示目标信息，标识目标位置，作业人员对报警信息进行人工判断，如确定为是FOD，则根据相应规则进行处置；如确认报警不是FOD，则可忽略该报警。

在本发明的一些实施例中，上述S1中的后台数据库是利用数据库管理软件来实现记录、存储系统形成的背景数据、FOD数据，以便调用、查询、分析与形成报表。

在本发明的一些实施例中，上述S7中的目标信息包括采集图像的信息、位置信息以及置信度信息。

在本发明的一些实施例中，还包括镜头自清洁，所述镜头自清洁利用综合探测单元中的镜头清洁模块实现对镜头的清洁动作，所述镜头清洁模块接收到清洁信息，判定是否镜头是否被污染需要清洁，或间隔一定时间自动进行一次自清洁，以实现自动启动和关闭清洁作业，清洁动作是对镜头外部进行吹气清洁。

在本发明的一些实施例中，上述清洁信息包括激光雷达扫描的返回信息、镜头图像信息的自动感知与分析信息。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

效果一，检测精度高、检测可靠性高；本发明通过采用综合探测单元，数据处理中心，显示控制分系统，通信网络分系统，综合探测单元包括激光雷达模块的技术方案；在实施时，对机场跑道进行激光雷达对规定的探测道面区域进行扫描探测，激光雷达按预定周期输出3D检测信息，送到3D目标检测软件进行识别和初步判断，形成3D识别信息，初步判断后FOD目标，由于激光雷达检测精度高、性稳定性，3D检测软件检测能力强，可实现FOD目标的精准检测与识别，从而从根本上提高本发明的识别精度可靠性；另外，则会输出该FOD目标的位置信息，根据位置信息，光学探测模块的采集图像送到视频识别软件中进行处理，形成图像识别信息；再将图像识别信息和3D识别信息送到数据处理中心，数据融合与智能决策软件对信进行再次息融合与智能决策，进行再次判断；若为FOD目标，则发出警报，警报传输到显示与控制分系统的显示终端上，由作业人员对报警信息进行人工最终确认和处置；因此，本发明经过了两种检测手段的探测与识别，再经过一次融合判断，最后结合一次人工判断和识别，形成三重识别和判断；能切实保障对FOD目标的检测精度和识别可靠性，有效消除虚警率，提高系统的综合检测能力。

效果二，持续监测性好；本发明主要适用于机场跑道的FOD目标的检测和识别，识别后即可安排工作或者作业人员进行及时清理，避免FOD在跑道上滞留，影响飞行安全。上述方案能自动适应不同地区、不同天气(雨雪等)、不同时间，因此，一旦开启本发明，就可以提供24小时跑道FOD高精度、可靠监测，从而保障飞机安全起降，保证飞行安全。

效果三，无电磁辐射风险；机场飞行区对无线电发射有着极为严格的要求，没有经过检测验证任何设备不得在飞行区投入使用；本发明采用的探测器件是激光雷达，除了精确度高、稳定性好的特点外，没有电磁辐射的元件，避免了传统技术中采用的毫米波雷达带来的电磁辐射风险，不会对飞行安全带来任何影响；因此，本发明还具有电磁兼容性好、无电磁辐射的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的监测方法流程示意图；

图2为本发明实施例的监测系统示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。需要说明的是，在本文中，若出现第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，若出现术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，若出现语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。

实施例

本发明主要用于机场道面异物监测及告警，引导作业人员及时处置FOD，关联分析FOD事件，提高FOD事件预防与管理水平。

第一方面，本发明实施例提供一种基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测系统，包括：

综合探测单元，综合探测单元包括激光雷达模块，光学探测模块，识别与控制模块，综合探测单元呈阵列布置在机场跑道两侧，用于对机场跑道进行实时检测与识别；在本实施例中，上述综合探测单元还包括镜头清洁模块，探测单元壳体，而激光雷达模块、光学探测模块、镜头清洁模块以及识别与控制模块均设置于探测单元壳体。光学探测模块用于采集疑似FOD的目标位置的图像信息送到识别与控制模块中进行进一步的分析和判断；镜头清洁模块包括感应装置以及动作装置，感应装置用于实现对镜头的清洁度感知，主要是通过光学探测模块的采集视频的反馈，以及激光雷达模块的反馈信息，从而实现感知自身的清洁度，当发现清洁度不达标，可能影响的到采集图像的质量时，发出镜头自清洁动作信号到动作装置，本实施例的动作装置包括送风机构，实现吹风清洁。上述识别与控制模块包括3D目标检测软件以及视频识别软件，视频识别软件接收光学探测模块的采集图像数据，3D目标检测软件对激光雷达提供的扫描信息进行处理和识别进而产生3D识别信息。而探测单元壳体则可以将光学探测模块，镜头清洁模块，识别与控制模块以及激光雷达模块进行一定程度的防护和集成化，便于使用和延长使用寿命。

数据处理中心，用于处理从综合探测单元发出的激光雷达模块和光学探测模块的报警信息和监控信息和监控信息(图像识别信息)，进行信息融合，得出是否是FOD的判断；上述数据处理中心包括数据融合与决策软件与数据库管理软件，数据融合与决策软件用于对综合探测单元的数据(报警信息和图像识别信息)进行处理和判断并做出决策，数据库管理软件用于对数据库的数据进行调用、对比、存档和分析。而数据库是对机场跑道FOD的数据进行存档和保存，包括了几乎全部可能出现在机场跑道的FOD数据，该数据包含了FOD的形状，种类，大小等参数，从而在判断时，实现数据库中的FOD数据调用，对比和分析，从而实现对监测信息和数据，是否为FOD进行判断，得出结论，以便于后续步骤中的处理。

显示控制分系统，用于将监控信息和目标的报警信息进行显示和控制，通过人机交互，完成人工FOD确认；上述显示控制分系统包括计算机服务器、显示与控制软件以及显控终端；计算机服务器用于接收综合探测单元和数据处理中心的数据信息，显示与控制软件用于将数据信息传输到显控终端上进行显示，以及对综合探测单元进行操作控制。当综合探测单元和数据处理中心中的数据信息传输到计算机服务器上，再利用显示与控制软件将该数据信息进行一定的转化后，以普通人能够读取信息语言传输到显控终端上，而显控终端配备有工作人员，工作人员接受到这些信息，可以实时了解到现在的机场跑道上实时状态，并进行人工判断，是否确认是FOD目标；一旦发现有异常，工作人员也能对异常进行确认以及控制处理，通过显控终端发出相关指令，如自清洁指令，以及控制视频采集装置到疑似FOD的目标位置采集图像信息的指令等。

通信网络分系统，用于将综合探测单元，数据处理中心以及显示控制分系统的内部和外部之间实现数据传输；本实施例的通信网络分系统包括无线通信网络和有线通信网络，两者结合实现数据传输。

电源管理分系统，用于对综合探测单元、数据处理中心、显示控制分系统和通信网络分系统提供工作电源以及备用电源供给。

第二方面，本发明实施例还提供一种基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测方法，包括以下步骤：

S1，探测单元的初始化：对机场跑道进行彻底清理，对监测系统进行初始化设置，确保综合探测单元，数据处理中心以及显示控制分系统正常通信连接，开机由激光雷达和光学探测模块对规定的探测道面区域进行扫描探测，记录探测结果并形成后台数据库；首先是进行一个初始化，保证本发明的整个系统是正常运行，且数据库已经完全准备完毕包括数据存储和存档，初始化的扫描记录探测结果送到数据库中进行完善成后台数据库，台数据库是利用数据库管理软件来实现记录、存储系统形成的背景数据、FOD数据，以便调用、查询、分析与形成报表。此时的后台数据库则包括了原始存储的FOD信息，以及现在的初始状态下的机场跑道信息，一旦有异物掉落到机场跑道，就能够实现即时调用数据库对比发现异常，从而进行后续及时的处理。

S2，激光雷达探测作业：将综合探测单元呈阵列布置在机场跑道两侧，设定探测范围和输出周期，在探测范围内对机场跑道进行自动3D激光扫描探测；每经过一个输出周期，输出一个3D检测文件，形成3D检测信息；根据机场跑道的实际情况以及综合探测单元的分布设置的密度，进行设定每一个综合探测单元的探测范围，即激光雷达的探测范围，本实施例采用的是探测范围是180°；而输出周期是指每隔多长时间，输出一个该时间范围内的一个3D检测文件，形成3D检测信息，而该输出周期是根据自身的机场跑道的繁忙程度和密度进行自适应调整设置，在本实施例中的输出周期采用的是3分钟；当然这里的输出周期和探测范围可以是其他数值，这里只是本实施例所采用的参数而已，不代表对其数值的限制。

S3，3D检测信息分析识别：3D检测信息传输到识别与控制模块，利用识别与控制模块中的3D目标检测软件对3D检测信息进行处理与目标识别；

S4，检测信息判断：3D目标检测软件对3D检测信息识别后，形成3D识别信息，若3D识别信息初步判断本检测周期有FOD目标，则会输出该FOD目标的位置信息；此时为第一次对疑似FOD目标的初步判断。

S5，目标的位置信息通过识别与控制模块引导光学探测模块自动对准FOD目标的位置，拍摄FOD目标区域图片，形成采集图像；

S6，目标图像识别：利用视频识别软件对采集图像进行处理与目标检测，判断该区域图像中是否有FOD，形成图像识别信息；

S7，数据融合与智能决策：综合探测单元将3D识别信息、图像识别信息通过通信网络传至数据处理中心，数据融合与智能决策软件对信息进行融合与智能决策；若判断为有FOD则向显示控制分系统发出报警，并提供目标信息；若未发现目标，则不报警；此时为第二次对疑似FOD目标综合及融合判断。

S8，目标显示与人工确认：显示与控制分系统在屏幕上显示目标信息，标识目标位置，作业人员对报警信息进行人工判断，如确定为是FOD，则根据相应规则进行处置；如确认报警不是FOD，则可忽略该报警。此时是第三次判断，进行最终的人工判断。

这里还需要强调的是，在本实施例中，上述S7中的目标信息包括采集图像的信息、位置信息以及置信度信息。该些信息均会传输到显控终端中进行显示，以提供给工作人员以参考。置信度是经过数据处理中心经过计算得出的相对概率数值，也就是置信水平，如发现疑似FOD，置信度为0.95，即有95％的可能性是的确是FOD。同样该数值也是提供给工作人员进行判断予以参考。

在本实施例中，还包括镜头自清洁，镜头自清洁利用综合探测单元中的镜头清洁模块实现对镜头的清洁动作，镜头清洁模块接收到清洁信息，判定是否镜头是否被污染、需要清洁，以实现自动启动和关闭清洁作业，清洁动作是对镜头外部进行吹气清洁。上述清洁信息包括激光雷达扫描的返回信息、镜头图像信息的自动感知与分析信息。当镜头清洁模块利用光雷达扫描的返回信息、镜头图像信息的自动感知到自身镜头可能清洁度已经达不到标准后，会发送信号到显示与控制分系统中的显控终端予以提示，工作人员下达启动镜头清洁模块的动作装置，进行清洁操作，本实施例中的清洁操作为实现风吹清洁，因为一般均为灰尘杂质附着，利用风吹即可；而传统技术的中水洗，需要水路管道和电子线路协同，才可能实现，比较麻烦；并且还可以损伤镜头。在本实施例中，镜头外部镀自清洁涂层，可以很大程度上减少灰尘、水渍等在外表面的附着，从而提高镜头防尘效果。或间隔一定时间自动进行一次自清洁，该时间间隔根据使用的实际情况而定，而在本是发明的实施例中，采用的时间间隔是1小时。

这里还需要说明的是，本发明当然还包括存储器和处理器；

其中，存储器可以是但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。

处理器1可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。该处理器102可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

综上所述，本发明实施例通过采用综合探测单元，数据处理中心，显示控制分系统，通信网络分系统，综合探测单元包括激光雷达模块的技术方案；在实施时，对机场跑道进行激光雷达对规定的探测道面区域进行扫描探测，激光雷达按预定周期输出3D检测信息，送到3D目标检测软件进行识别和初步判断，形成3D识别信息，初步判断后FOD目标，由于激光雷达检测精度高、性稳定性，3D检测软件检测能力强，可实现FOD目标的精准检测与识别，从而从根本上提高本发明的识别精度可靠性；另外，则会输出该FOD目标的位置信息，根据位置信息，光学探测模块的采集图像送到视频识别软件中进行处理，形成图像识别信息；再将图像识别信息和3D识别信息送到数据处理中心，数据融合与智能决策软件对信进行再次息融合与智能决策，进行再次判断；若为FOD目标，则发出警报，警报传输到显示与控制分系统的显示终端上，由作业人员对报警信息进行人工最终确认和处置；因此，本发明经过了两种检测手段的探测与识别，再经过一次融合判断，最后结合一次人工判断和识别，形成三重识别和判断；能切实保障对FOD目标的检测精度和识别可靠性，有效消除虚警率，提高系统的综合检测能力。本发明主要适用于机场跑道的FOD目标的检测和识别，识别后即可安排工作或者作业人员进行及时清理，避免FOD在跑道上滞留，影响飞行安全。上述方案能自动适应不同地区、不同天气(雨雪等)、不同时间，因此，一旦开启本发明，就可以提供24小时跑道FOD高精度、可靠监测，从而保障飞机安全起降，保证飞行安全。机场飞行区对无线电发射有着极为严格的要求，没有经过检测验证任何设备不得在飞行区投入使用；本发明采用的探测器件是激光雷达，除了精确度高、稳定性好的特点外，没有电磁辐射的元件，避免了传统技术中采用的毫米波雷达带来的电磁辐射风险，不会对飞行安全带来任何影响；因此，本发明具有电磁兼容性好、无电磁辐射的优势。非常适合在飞机跑道的FOD排查的领域内进行使用，利用激光雷达的高精度性，实现较好的识别，具备较好的推广使用价值。本发明检测精度高、虚警率低、无电磁辐射、可提供不间断监测等优势。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

综上所述，本发明实施例提供的一种基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测系统及方法，能够解决现有技术中的不足，如检测精度还不足，效果一般等问题，本发明具有别可靠性高，虚警率低，持续监测性好，没有电磁辐射，对飞行安全具有保障的特点。非常适合在飞机跑道中运行检测技术领域进行推广使用，具备较高的推广价值和前景。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测系统，其特征在于，包括：

综合探测单元包括激光雷达模块、光学探测模块、识别与控制模块，综合探测单元呈阵列布置在机场跑道两侧，用于对机场跑道进行实时检测与识别；

数据处理中心，用于处理从综合探测单元发出的激光雷达模块和光学探测模块的报警信息和监控信息和监控信息，进行信息融合，得出是否是FOD的判断；

显示控制分系统，用于将监控信息和目标的报警信息进行显示和控制，通过人机交互，完成人工FOD确认；

通信网络分系统，用于实现综合探测单元，数据处理中心以及显示控制分系统内部和外部之间信息的链接、传递、交互；

电源管理分系统，用于对综合探测单元、数据处理中心、显示控制分系统和通信网络分系统提供工作电源以及备用电源供给。

2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测系统，其特征在于，所述综合探测单元还包括镜头清洁模块以及探测单元壳体，所述激光雷达模块、光学探测模块、镜头清洁模块以及识别与控制模块均设置于所述探测单元壳体。

3.根据权利要求2所述的基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测系统，其特征在于，所述识别与控制模块包括3D目标检测软件以及视频识别软件，所述视频识别软件接收所述光学探测模块的采集数据进行处理和识别，所述3D目标检测软件对所述激光雷达提供的信息进行处理和识别。

4.根据权利要求3所述的基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测系统，其特征在于，所述数据处理中心包括数据融合与决策软件与数据库管理软件，所述数据融合与决策软件用于对综合探测单元的数据进行处理和判断并做出决策，所述数据库管理软件用于对数据库的数据进行调用、对比、存档和分析。

5.根据权利要求4所述的基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测系统，所述显示控制分系统包括计算机服务器、显示与控制软件以及显控终端；所述计算机服务器用于接收综合探测单元和数据处理中心的数据信息，所述显示与控制软件用于将数据信息传输到所述显控终端上进行显示以对是否是FOD进行判断，以及对综合探测单元进行操作控制。

6.一种基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，探测单元的初始化：对机场跑道进行彻底清理，对监测系统进行初始化设置，确保综合探测单元，数据处理中心以及显示控制分系统正常通信连接，开机由激光雷达和光学探测模块对规定的探测道面区域进行扫描探测，记录探测结果并形成后台数据库；

S2，激光雷达探测作业：将综合探测单元呈阵列布置在机场跑道两侧，设定探测范围和输出周期，在探测范围内对机场跑道进行自动3D激光扫描探测；每经过一个输出周期，输出一个3D检测文件，形成3D检测信息；

S3，3D检测信息分析识别：检测信息传输到识别与控制模块，3D目标检测软件对3D检测信息进行处理与目标识别；

S4，检测信息判断：3D目标检测软件对3D检测信息识别后，形成3D识别信息，若3D识别信息初步判断本检测周期有FOD目标，则会输出该FOD目标的位置信息；

S5，目标位置导引与图片拍摄：目标的位置信息通过识别与控制模块引导光学探测模块自动对准FOD目标的位置，拍摄FOD目标区域图片，进行采集图像；

S6，目标图像识别：利用视频识别软件对采集图像进行处理与目标检测，判断该区域图像中是否有FOD，形成图像识别信息；

S7，数据融合与智能决策：综合探测单元将3D识别信息、图像识别信息通过通信网络传至数据处理中心，数据融合与智能决策软件对信息进行融合与智能决策；若判断为有FOD则向显示控制分系统发出报警，并提供目标信息；若未发现目标，则不报警；

S8，目标显示与人工确认：显示与控制分系统在屏幕上显示目标信息，标识目标位置，作业人员对报警信息进行人工判断，如确定为是FOD，则根据相应规则进行处置；如确认报警不是FOD，则可忽略该报警。

7.根据权利要求6所述的基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测方法，其特征在于，S1中的后台数据库是利用数据库管理软件来实现记录、存储系统形成的背景数据、FOD数据，以便调用、查询、分析与形成报表。

8.根据权利要求7所述的基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测方法，其特征在于，S7中的目标信息包括采集图像的信息、位置信息以及置信度信息。

9.根据权利要求6所述的基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测方法，其特征在于，还包括镜头自清洁，所述镜头自清洁利用综合探测单元中的镜头清洁模块实现对镜头的清洁动作，所述镜头清洁模块接收到清洁信息，判定是否镜头是否被污染需要清洁，或间隔一定时间自动进行一次自清洁，以实现自动启动和关闭清洁作业，清洁动作是对镜头外部进行吹气清洁。

10.根据权利要求9所述的基于激光雷达的分布式机场跑道FOD监测方法，其特征在于，所述清洁信息包括激光雷达扫描的返回信息、镜头图像信息的自动感知与分析信息。

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