CN114877984B - 基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统，其系统包括：飞行区场道编码模块、光栅阵列振动传感网监测模块以及行驶轨迹确定模块；飞行区场道编码模块用于基于预设的编码规则对机场的飞行区场道进行编码，获得飞行区场道编码网格单元；光栅阵列振动传感网监测模块用于基于飞行区场道编码网格单元构建光栅阵列振动传感网络，并基于光栅阵列振动传感网络采集航空器在飞行区场道内的光栅振动监测数据；行驶轨迹确定模块用于根据光栅振动监测数据确定航空器在飞行区场道中的行驶轨迹；其中，光纤光栅阵列振动传感网络为采用拉丝塔规模化制备的光栅阵列组成的传感网络。本发明可实现全方位对航空器在飞行区场道内的行驶轨迹进行监测的目的。

Description

基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统

技术领域

本发明涉及机场飞行区场道安全监测技术领域，具体涉及一种基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统。

背景技术

航空器地面滑行过程的监控是保障机场安全运行中重要的一环。航空器起飞降落在地面滑行会途径机场飞行区场道，场道包括跑道、滑行道、联络道和机坪等区域。

现有技术中，专利CN112102372A、Ji-hong ZHANG，Hao LI发表的“Research onthe method of aircraft gliding positioning based on ground vibration sensor”以及吴璨发表的“机场道面状态感知系统构建方法”公开了采用视频、雷达、激光测距仪、压电传感器等方式对航空器地面行驶过程进行监控。视频和雷达的定位精度不高，激光测距仪和压电传感器是单点传感器，只能测量局部区域。目前国内外大多数的机场监测系统多针对跑道布设，且采用的上述传感器获取的是局部关键区域的信息，即获得的监测信息是局部的、精度不高、非实时性的，造成其无法满足机场飞行区场道全方位感知的监测要求，从而导致机场的安全管理会有漏洞、不全面。

因此，急需提供一种基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统，解决现有技术中存在的无法对机场飞行区场道进行全方位感知，导致无法全方位获得航空器在飞行区场道内的行驶轨迹的技术问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统，用以解决现有技术中存在的无法对机场飞行区场道进行全方位感知，导致无法全方位获得航空器在飞行区场道内的行驶轨迹的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统，包括：飞行区场道编码模块、光栅阵列振动传感网监测模块以及行驶轨迹确定模块；

所述飞行区场道编码模块用于基于预设的编码规则对机场的飞行区场道进行编码，获得飞行区场道编码网格单元；

所述光栅阵列振动传感网监测模块用于基于所述飞行区场道编码网格单元构建光栅阵列振动传感网络，并基于所述光栅阵列振动传感网络采集的所述航空器在所述飞行区场道内的光栅振动监测数据；

所述行驶轨迹确定模块用于根据所述光栅振动监测数据确定所述航空器在所述飞行区场道中的行驶轨迹；

其中，所述光纤光栅阵列振动传感网为采用拉丝塔规模化制备的光栅阵列组成的传感网络。

在一些可能的实现方式中，所述飞行区场道编码模块包括跑道编码单元、滑行道编码单元、联络道编码单元以及机坪编码单元；

所述跑道编码单元用于基于预设的编码规则对所述机场的跑道进行编码，获得多个跑道编码网格单元；

所述滑行道编码单元用于基于预设的编码规则对所述机场的滑行道进行编码，获得多个滑行道编码网格单元；

所述联络道编码单元用于基于预设的编码规则对所述机场的联络道进行编码，获得多个联络道编码网格单元；

所述机坪编码单元用于基于预设的编码规则对所述机场的机坪进行编码，获得多个机坪编码网格单元。

在一些可能的实现方式中，所述光栅阵列振动传感网监测模块包括跑道监测单元、滑行道监测单元、联络道监测单元以及机坪监测单元；

所述跑道监测单元用于基于所述多个跑道编码网格单元构建跑道光栅阵列振动传感子网络，并基于所述跑道光栅阵列振动传感子网络采集的所述航空器在所述跑道内的跑道光栅振动监测数据；

所述滑行道监测单元用于基于所述多个滑行道编码网格单元构建滑行道光栅阵列振动传感子网络，并基于所述滑行道光栅阵列振动传感子网络采集的所述航空器在所述滑行道内的滑行道光栅振动监测数据；

所述联络道监测单元用于基于所述多个联络道编码网格单元构建联络道光栅阵列振动传感子网络，并基于所述联络道光栅阵列振动传感子网络采集的所述航空器在所述联络道内的联络道光栅振动监测数据；

所述机坪监测单元用于基于所述多个机坪编码网格单元构建机坪光栅阵列振动传感子网络，并基于所述机坪光栅阵列振动传感子网络采集的所述航空器在所述机坪内的机坪光栅振动监测数据。

在一些可能的实现方式中，所述行驶轨迹确定模块包括跑道内行驶轨迹确定单元、滑行道内行驶轨迹确定单元、联络道内行驶轨迹确定单元以及机坪内行驶轨迹确定单元；

所述跑道内行驶轨迹确定单元用于根据所述跑道光栅振动监测数据确定所述航空器在所述跑道内的第一行驶轨迹；

所述滑行道内行驶轨迹确定单元用于根据所述滑行道光栅振动监测数据确定所述航空器在所述滑行道内的第二行驶轨迹；

所述联络道内行驶轨迹确定单元用于根据所述联络道光栅振动监测数据确定所述航空器在所述联络道内的第三行驶轨迹；

所述机坪内行驶轨迹确定单元用于根据所述机坪光栅振动监测数据确定所述航空器在所述机坪内的第四行驶轨迹。

在一些可能的实现方式中，所述光栅阵列振动传感网络包括连续的多个测区，所述多个测区与所述飞行区场道编码网格单元一一对应，所述光栅振动监测数据包括与所述多个测区一一对应的多个光栅振动监测子数据；所述行驶轨迹确定模块包括实时位置确定单元以及行驶轨迹确定单元；

所述实时位置确定单元用于基于所述多个光栅振动监测子数据确定所述航空器在所述多个测区中的多个实时位置；

所述行驶轨迹确定单元用于基于所述多个实时位置确定所述航空器的行驶轨迹。

另一方面，本发明还提供了一种基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测方法，包括：

基于预设的编码规则对机场的飞行区场道进行编码，获得飞行区场道编码网格单元；

基于所述飞行区场道编码网格单元构建光栅阵列振动传感网络，并基于所述光栅阵列振动传感网络采集所述航空器在所述飞行区场道内的光栅振动监测数据；

根据所述光栅振动监测数据确定所述航空器在所述飞行区场道中的行驶轨迹；

其中，所述光纤光栅阵列振动传感网为采用拉丝塔规模化制备的光栅阵列组成的传感网络。

采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统，通过飞行区场道编码模块基于预设的编码规则对机场的飞行区场道进行编码，获得飞行区场道编码网格单元，并基于飞行区场道编码网格单元构建光栅阵列振动传感网络，可发挥光栅阵列技术的大容量、高密度的优势，获得航空器在飞行区场道内的全区域、高精度光栅振动监测数据，实现对飞行区场道全方位的监测，进而可通过行驶轨迹确定模块确定航空器在飞行区场道中的行驶轨迹，实现对行驶轨迹的全方位监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。

图1为本发明提供的基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统的一个实施例结构示意图；

图2为本发明提供的行驶轨迹确定模块的一个实施例结构示意图；

图3为本发明提供的基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测方法的实施例流程示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做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。

在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如：A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明提供了一种基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统，以下分别进行说明。

在展示实施例前，先对光栅阵列进行介绍：光栅阵列为采用拉丝塔规模化制备的连续光栅阵列。

应当理解的是：光栅阵列并不仅仅限于该名称，只要是采用拉丝塔规模化制备的连续光栅阵列都为光栅阵列，在其他示例中，光栅阵列还可以称为光栅阵列、光纤光栅阵列、阵列光纤光栅、连续光栅、连续光栅阵列、连续低反射率光栅、连续弱光栅、弱光栅阵列、低反射率光栅阵列等。

其中，光栅阵列具备以下技术优势：

1.规模化优势：具有多测点、大容量、高灵敏度、长距离的优势。

2.多参量监测优势：可以组建大容量的光栅阵列温度传感网、光栅阵列湿度传感网、光栅阵列振动传感网以及光栅阵列应变传感网。

3.安装施工简便和规模化成本低的优势：光栅阵列通过工业化成缆工艺和技术对光栅阵列进行保护，既能有效隔离外界破坏或异物损坏，又能保护传感能力不受影响，极大提高的光栅阵列对恶劣外部环境、工程施工、现场其他因素破坏的耐受能力。

4.成本优势：可实现大规模拉丝制备、工业化成缆，安装施工工艺简单，因此单测点分摊成本低，降低整体成本经济。

图1为本发明提供的基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统的一个实施例结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统10包括：飞行区场道编码模块100、光栅阵列振动传感网监测模块200以及行驶轨迹确定模块300；

飞行区场道编码模块100用于基于预设的编码规则对机场的飞行区场道进行编码，获得飞行区场道编码网格单元；

光栅阵列振动传感网监测模块200用于基于飞行区场道编码网格单元构建光栅阵列振动传感网络，并基于光栅阵列振动传感网络采集航空器在飞行区场道内的光栅振动监测数据；

行驶轨迹确定模块300用于根据光栅振动监测数据确定航空器在飞行区场道中的行驶轨迹；

其中，光纤光栅阵列振动传感网络为采用拉丝塔规模化制备的光栅阵列组成的传感网络。

与现有技术相比，本发明实施例提供的基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统10，通过设置飞行区场道编码模块100基于预设的编码规则对机场的飞行区场道进行编码，获得飞行区场道编码网格单元，并基于飞行区场道编码网格单元构建光栅阵列振动传感网络，可发挥光栅阵列技术的大容量、高密度的优势，获得航空器在飞行区场道内的全区域、高精度光栅振动监测数据，实现对飞行区场道全方位的监测，进而可通过行驶轨迹确定模块300确定航空器在飞行区场道中的行驶轨迹，实现对行驶轨迹的全方位监测。

需要说明的是：光栅阵列振动传感网络由多根光栅振动传感光缆构成，每一根光栅振动传感光缆包括间隔设置的多个光栅振动传感器。光栅振动传感器埋设于飞行区场道下方。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，飞行区场道编码模块100包括跑道编码单元110、滑行道编码单元120、联络道编码单元130以及机坪编码单元140；

跑道编码单元110用于基于预设的编码规则对机场的跑道进行编码，获得多个跑道编码网格单元；

滑行道编码单元120用于基于预设的编码规则对机场的滑行道进行编码，获得多个滑行道编码网格单元；

联络道编码单元130用于基于预设的编码规则对机场的联络道进行编码，获得多个联络道编码网格单元；

机坪编码单元140用于基于预设的编码规则对机场的机坪进行编码，获得多个机坪编码网格单元。

本发明实施例通过分别对跑道、滑行道、联络道和机坪进行编码，可确定航空器在跑道、滑行道、联络道和机坪上的行驶轨迹，而不仅仅只对航空器在跑道上的行驶轨迹进行监测，实现对航空器在飞行区场道中的全方位监测。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，光栅阵列振动传感网监测模块200包括跑道监测单元210、滑行道监测单元220、联络道监测单元230以及机坪监测单元240；

跑道监测单元210用于基于多个跑道编码网格单元构建跑道光栅阵列振动传感子网络，并基于跑道光栅阵列振动传感子网络采集的航空器在跑道内的跑道光栅振动监测数据；

滑行道监测单元220用于基于多个滑行道编码网格单元构建滑行道光栅阵列振动传感子网络，并基于滑行道光栅阵列振动传感子网络采集的航空器在滑行道内的滑行道光栅振动监测数据；

联络道监测单元230用于基于多个联络道编码网格单元构建联络道光栅阵列振动传感子网络，并基于联络道光栅阵列振动传感子网络采集的航空器在联络道内的联络道光栅振动监测数据；

机坪监测单元240用于基于多个机坪编码网格单元构建机坪光栅阵列振动传感子网络，并基于机坪光栅阵列振动传感子网络采集的航空器在机坪内的机坪光栅振动监测数据。

本发明实施例通过对跑道、滑行道、联络道和机坪分别构建跑道光栅阵列振动传感子网络、滑行道光栅阵列振动传感子网络、联络道光栅阵列振动传感子网络以及机坪光栅阵列振动传感子网络，可实现对跑道、滑行道、联络道和机坪上航空器轨迹的监测，确保对飞行区场道的全方位监测。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，行驶轨迹确定模块300包括跑道内行驶轨迹确定单元310、滑行道内行驶轨迹确定单元320、联络道内行驶轨迹确定单元330以及机坪内行驶轨迹确定单元340；

跑道内行驶轨迹确定单元310用于根据跑道光栅振动监测数据确定航空器在跑道内的第一行驶轨迹；

滑行道内行驶轨迹确定单元320用于根据滑行道光栅振动监测数据确定航空器在滑行道内的第二行驶轨迹；

联络道内行驶轨迹确定单元330用于根据联络道光栅振动监测数据确定航空器在联络道内的第三行驶轨迹；

机坪内行驶轨迹确定单元340用于根据机坪光栅振动监测数据确定航空器在机坪内的第四行驶轨迹。

本发明实施例可获得航空器在跑道内的第一行驶轨迹、在滑行道内的第二行驶轨迹、在联络道内的第三行驶轨迹以及在机坪内的第四行驶轨迹，可实现航空器在飞行区场道内各区域的全方位监测，进而可确保机场的运行安全性和航空器的行驶安全性。

在本发明的一些实施例中，光栅阵列振动传感网络包括连续的多个测区，多个测区与飞行区场道编码网格单元一一对应，光栅振动监测数据包括与多个测区一一对应的多个光栅振动监测子数据；则如图2所示，行驶轨迹确定模块300包括实时位置确定单元301以及行驶轨迹确定单元302；

实时位置确定单元301用于基于多个光栅振动监测子数据确定航空器在多个测区中的多个实时位置；

行驶轨迹确定单元302用于基于多个实时位置确定航空器的行驶轨迹。

应当理解的是：各个测区的覆盖范围可根据实际情况进行调整，在此不做具体限定。

另一方面，本发明实施例还提供了一种基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测方法，如图3所示，基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测方法包括：

S301、基于预设的编码规则对机场的飞行区场道进行编码，获得飞行区场道编码网格单元；

S302、基于飞行区场道编码网格单元构建光栅阵列振动传感网络，并基于光栅阵列振动传感网络采集的航空器在飞行区场道内的光栅振动监测数据；

S303、根据光栅振动监测数据确定航空器在飞行区场道中的行驶轨迹；

其中，光纤光栅阵列振动传感网络为采用拉丝塔规模化制备的光栅阵列组成的传感网络。

上述实施例提供的基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测方法可实现上述基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统实施例中描述的技术方案，上述步骤具体实现的原理可参见上述基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统实施例中的相应内容，此处不再赘述。

以上对本发明所提供的基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统，其特征在于，包括：飞行区场道编码模块、光栅阵列振动传感网监测模块以及行驶轨迹确定模块；

所述飞行区场道编码模块用于基于预设的编码规则对机场的飞行区场道进行编码，获得飞行区场道编码网格单元；

所述光栅阵列振动传感网监测模块用于基于所述飞行区场道编码网格单元构建光栅阵列振动传感网络，并基于所述光栅阵列振动传感网络采集所述航空器在所述飞行区场道内的光栅振动监测数据；

所述行驶轨迹确定模块用于根据所述光栅振动监测数据确定所述航空器在所述飞行区场道中的行驶轨迹；

所述飞行区场道编码模块包括跑道编码单元、滑行道编码单元、联络道编码单元以及机坪编码单元；

所述跑道编码单元用于基于预设的编码规则对所述机场的跑道进行编码，获得多个跑道编码网格单元；

所述滑行道编码单元用于基于预设的编码规则对所述机场的滑行道进行编码，获得多个滑行道编码网格单元；

所述联络道编码单元用于基于预设的编码规则对所述机场的联络道进行编码，获得多个联络道编码网格单元；

所述机坪编码单元用于基于预设的编码规则对所述机场的机坪进行编码，获得多个机坪编码网格单元；

所述光栅阵列振动传感网络包括连续的多个测区，所述多个测区与所述飞行区场道编码网格单元一一对应，所述光栅振动监测数据包括与所述多个测区一一对应的多个光栅振动监测子数据；所述行驶轨迹确定模块包括实时位置确定单元以及行驶轨迹确定单元；

所述实时位置确定单元用于基于所述多个光栅振动监测子数据确定所述航空器在所述多个测区中的多个实时位置；

所述行驶轨迹确定单元用于基于所述多个实时位置确定所述航空器的行驶轨迹；

其中，所述光栅阵列振动传感网为采用拉丝塔规模化制备的光栅阵列组成的传感网络，且栅阵列振动传感网络由多根光栅振动传感光缆构成，每一根光栅振动传感光缆包括间隔设置的多个光栅振动传感器；光栅振动传感器埋设于飞行区场道下方。

2.根据权利要求1所述的基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统，其特征在于，所述光栅阵列振动传感网监测模块包括跑道监测单元、滑行道监测单元、联络道监测单元以及机坪监测单元；

所述跑道监测单元用于基于所述多个跑道编码网格单元构建跑道光栅阵列振动传感子网络，并基于所述跑道光栅阵列振动传感子网络采集的所述航空器在所述跑道内的跑道光栅振动监测数据；

所述滑行道监测单元用于基于所述多个滑行道编码网格单元构建滑行道光栅阵列振动传感子网络，并基于所述滑行道光栅阵列振动传感子网络采集的所述航空器在所述滑行道内的滑行道光栅振动监测数据；

所述联络道监测单元用于基于所述多个联络道编码网格单元构建联络道光栅阵列振动传感子网络，并基于所述联络道光栅阵列振动传感子网络采集的所述航空器在所述联络道内的联络道光栅振动监测数据；

所述机坪监测单元用于基于所述多个机坪编码网格单元构建机坪光栅阵列振动传感子网络，并基于所述机坪光栅阵列振动传感子网络采集的所述航空器在所述机坪内的机坪光栅振动监测数据。

3.根据权利要求2所述的基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测系统，其特征在于，所述行驶轨迹确定模块包括跑道内行驶轨迹确定单元、滑行道内行驶轨迹确定单元、联络道内行驶轨迹确定单元以及机坪内行驶轨迹确定单元；

所述跑道内行驶轨迹确定单元用于根据所述跑道光栅振动监测数据确定所述航空器在所述跑道内的第一行驶轨迹；

所述滑行道内行驶轨迹确定单元用于根据所述滑行道光栅振动监测数据确定所述航空器在所述滑行道内的第二行驶轨迹；

所述联络道内行驶轨迹确定单元用于根据所述联络道光栅振动监测数据确定所述航空器在所述联络道内的第三行驶轨迹；

所述机坪内行驶轨迹确定单元用于根据所述机坪光栅振动监测数据确定所述航空器在所述机坪内的第四行驶轨迹。

4.一种基于光栅阵列振动传感网络的航空器地面行驶轨迹监测方法，其特征在于，包括：

基于预设的编码规则对机场的飞行区场道进行编码，获得飞行区场道编码网格单元；

基于所述飞行区场道编码网格单元构建光栅阵列振动传感网络，并基于所述光栅阵列振动传感网络采集的所述航空器在所述飞行区场道内的光栅振动监测数据；

根据所述光栅振动监测数据确定所述航空器在所述飞行区场道中的行驶轨迹；

基于预设的编码规则对机场的飞行区场道进行编码，包括：

基于预设的编码规则对所述机场的跑道进行编码，获得多个跑道编码网格单元；

基于预设的编码规则对所述机场的滑行道进行编码，获得多个滑行道编码网格单元；

基于预设的编码规则对所述机场的联络道进行编码，获得多个联络道编码网格单元；

基于预设的编码规则对所述机场的机坪进行编码，获得多个机坪编码网格单元；

所述光栅阵列振动传感网络包括连续的多个测区，所述多个测区与所述飞行区场道编码网格单元一一对应，所述光栅振动监测数据包括与所述多个测区一一对应的多个光栅振动监测子数据；

所述根据所述光栅振动监测数据确定所述航空器在所述飞行区场道中的行驶轨迹，包括：

基于所述多个光栅振动监测子数据确定所述航空器在所述多个测区中的多个实时位置；

基于所述多个实时位置确定所述航空器的行驶轨迹；

其中，所述光栅阵列振动传感网为采用拉丝塔规模化制备的光栅阵列组成的传感网络，且栅阵列振动传感网络由多根光栅振动传感光缆构成，每一根光栅振动传感光缆包括间隔设置的多个光栅振动传感器；光栅振动传感器埋设于飞行区场道下方。