CN215868183U - 机场场面监视系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型本实用新型提供了一种机场场面监视系统，涉及机场场面监视技术领域，包括监视装置，包括多个激光雷达，激光雷达能够在机场向周围发射和接收激光探测信号，并根据激光探测信号生成激光点云信号；数据融合装置与监视装置电连接，能够接收激光点云信号，并发出机场场面三维信号；警示装置与数据融合装置电连接，能够接收机场场面三维信号，并发出告警信号。在上述技术方案中，该机场场面监视系统的视场大，对机场场面的适用性好，通过核心时间同步、实时拼接算法，将单台激光雷达的视场扩大到180°的水平范围，从而提高了对大型航空器目标的适用性，特别是运动目标的普适性，既能够保证测量精度，又能够降低成本。

Description

机场场面监视系统

技术领域

本实用新型涉及机场场面监视技术领域，尤其涉及一种机场场面监视系统。

背景技术

中国经济的高速增长促进了中国民航业的快速发展，各地机场起降航班流量迅猛增加。航班流量的增加使航空运输保障部门承受了很大的压力，而民航运输机场作为整个航空运输链条的重要环节，其场面的运行保障水平直接影响着飞行安全和效率。机场飞行区内跑道、滑行道和联络道布局也日趋复杂，此外机场场面内飞行器和作业车辆的活动也日益频繁，地面运行十分繁忙，需要有效的技术手段实现对航空器(包括已关闭应答机的航空器)和车辆的位置、运动态势实时监视，以减少航空器和车辆的危险接近、碰撞等风险。

对于应答机正常开启的飞机，可以通过场面监视雷达、多点定位和ADS-B(广播式自动相关监视系统)等监视技术手段来实现对飞机的有效监视。但是对已经关闭应答机的飞机或车辆，只能通过不依赖应答机应答信号的非协同手段来监视，目前主要是通过场监雷达系统来实现定位监视。场面监视雷达是一次雷达，主要依靠电磁波的反射回波来发现目标和计算目标的位置，进而监视机场场面上的飞机，然而场面监视雷达由于信号传播多径效应产生的假目标较多，同时由于机场建筑物遮挡，存在盲区，所以测量精度不高，而且场监雷达系统需要修建专用的雷达塔，工程造价高，维护成本高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种机场场面监视系统，至少部分解决现有技术中存在的问题。

本实用新型提供了一种机场场面监视系统，包括：

监视装置，包括多个激光雷达，所述激光雷达能够在机场向周围发射和接收激光探测信号，并根据所述激光探测信号生成激光点云信号；

数据融合装置，所述数据融合装置与所述监视装置电连接，能够接收所述激光点云信号，并发出机场场面三维信号；

警示装置，所述警示装置与所述数据融合装置电连接，能够接收所述机场场面三维信号，并发出告警信号。

进一步的，所述激光雷达至少设置在机场联络道口、滑行道和停机坪。

进一步的，所述激光雷达包括：

发射器，能够发射激光探测信号；

接收器，所述接收器与所述发射器电连接，能够接收所述激光探测信号；

信号处理器，所述信号处理器与所述接收器电连接，能够接收所述激光探测信号，并发出所述激光点云信号。

进一步的，所述数据融合装置包括：

摄像头，能够获取高清影像信号；

融合处理器，所述融合处理器与所述摄像头电连接，能够接收所述高清影像信号和所述激光点云信号，并在融合处理后发出所述机场场面三维信号。

进一步的，所述数据融合装置还包括：

转化处理器，能够根据所述机场场面三维信号生成机场场面三维场景；

显示终端，所述显示终端与所述转化处理器电连接，能够接收并显示所述机场场面三维场景。

进一步的，所述警示装置包括：

数据接入器，能够获取所述机场场面三维信号；

评估处理器，所述评估处理器与所述数据接入器电连接，能够接收所述机场场面三维信号，并发出所述告警信号。

进一步的，所述数据接入器，还能够获取所述激光雷达的位置信号、所述高清影像信号、飞行计划信号、跑道状态信号和/或综合航迹信号。

进一步的，所述评估处理器，还能够接收所述机场场面三维信号、所述激光雷达的位置信号、所述高清影像信号、所述飞行计划信号、所述跑道状态信号和/或所述综合航迹信号，并发出所述告警信号。

进一步的，所述警示装置包括：

目标识别处理器，能够根据所述告警信号识别警示目标，并发出识别信号；

警示器，所述警示器与所述目标识别处理器电连接，能够接收所述识别信号，并向所述警示目标发出警示信号。

进一步的，所述警示器包括音频警示器和/或视频警示器。

在上述技术方案中，该机场场面监视系统的视场大，对机场场面的适用性好，通过核心时间同步、实时拼接算法，将单台激光雷达的视场扩大到180°的水平范围，从而提高了对大型航空器目标的适用性，特别是运动目标的普适性，既能够保证测量精度，又能够降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1为本实用新型一个实施例中提供的机场场面监视系统的电连接示意图；

图2为本实用新型一个实施例中提供的监视装置的示意图；

图3为本实用新型一个实施例中提供的数据融合装置的示意图；

图4为本实用新型一个实施例中提供的警示装置的示意图；

图5为本实用新型另一个实施例中提供的机场场面监视系统的电连接示意图；

图6为本实用新型另一个实施例中提供的机场场面监视系统的实施步骤示意图。

附图标记：

100、监视装置；200、数据融合装置；300、警示装置。

101、激光雷达；

201、摄像头；202、融合处理器；203、转化处理器；204、显示终端；

301、数据接入器；302、评估处理器；303、目标识别处理器；304、警示器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合；并且，基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

参考图1至图6所示，本实用新型提供了一种机场场面监视系统，包括：

监视装置100，包括多个激光雷达101，所述激光雷达101能够在机场向周围发射和接收激光探测信号，并根据所述激光探测信号生成激光点云信号；

数据融合装置200，所述数据融合装置200与所述监视装置100电连接，能够接收所述激光点云信号，并发出机场场面三维信号；

警示装置300，所述警示装置300与所述数据融合装置200电连接，能够接收所述机场场面三维信号，并发出告警信号。

该机场场面监视系统在实施时主要包括了以下步骤：S101多个激光雷达101在机场向周围发射和接收激光探测信号，并根据所述激光探测信号生成激光点云信号；S102根据所述激光点云信号生成机场场面三维信号；S103根据所述机场场面三维信号生成告警信号。其中，所述激光雷达101至少设置在机场联络道口、滑行道和停机坪，当然，除此之外，该激光雷达101还可以根据需求设置在机场的其他关键位置，作用是通过在关键区域布局安装激光雷达101，采集该关键区域已关闭应答机的航空器或车辆的交通态势信息。激光雷达101可以实现搜索目标和发现目标，进而测量目标距离、速度、角位置等运动参数，还可以测量目标反射率、散射截面和形状等特征参数，本申请中就是将已关闭应答机的航空器或车辆作为目标，利用激光雷达101测量已关闭应答机的航空器或车辆的距离、速度、角位置等运动参数，以及已关闭应答机的航空器或车辆的反射率、散射截面和形状等特征参数。

相比于传统的雷达，传统雷达是微波和毫米波波段的电磁波为载波，而激光雷达101是工作在光频波段的雷达，激光雷达101利用光频波段的电磁波先向目标发射激光探测信号，然后将其接收到的同波信号与发射信号相比较，根据已知光速(约为30万千米/秒)计算出两者信号之间的时间差、相位差来确定激光雷达101与目标之间的相对距离，再通过水平旋转扫描或相控扫描测量目标的方位，再通过获取不同俯仰角度的信号，就可以获得目标的高度信息。

在激光雷达101的测量过程中，激光雷达101每次发射以及接收激光探测信号，通过该闭环动作，所获得的目标位置信息称之为点云，每一个点云都包含了三维坐标信息，以及颜色信息、反射强度信息、回波次数信息等，这就可以形成激光点云信号。在该激光点云信号的获取过程中，可以通过激光雷达101的发射器、接收器和信号处理器协同实现，因此，所述激光雷达101包括发射器，能够发射激光探测信号；接收器，所述接收器与所述发射器电连接，能够接收所述激光探测信号；信号处理器，所述信号处理器与所述接收器电连接，能够根据接收的所述激光探测信号，并发出所述激光点云信号。其中，发射器和接收器电连接，接收器和信号处理器电连接。

接着，通过对激光点云信号进行预处理，如坐标转换、去噪声，以及聚类处理，提取聚类后的特征，根据特征进行分类等后处理工作，就可以构建出一个完整的、机器能够理解的机场场面场景。此时，所述数据融合装置200包括摄像头201，能够获取高清影像信号；融合处理器202，所述融合处理器与所述摄像头电连接，能够接收所述高清影像信号和所述激光点云信号，并在融合处理后发出所述机场场面三维信号。其中，摄像头201和融合处理器202电连接，通过对多种监视信息进行坐标变换、时空对准、滤波融合处理，获得包括机场跑道、滑行道、停机坪以及机场周边一定空域高度范围内的空中目标和地面车辆的精确位置，在机场背景地图上实现机场活动区域内的运动态势显示，包括预激活飞行计划指定的静态目标和目标停止运动之后的静止位置的探测显示。将海量激光点云信号与高清影像信号融合，利用后处理等技术手段，可以实现场景自动化三维模型构建，获得可实景展示、可量测的三维互动场景。此时，所述数据融合装置200还包括转化处理器203，能够根据所述机场场面三维信号生成机场场面三维场景；显示终端204，所述显示终端204与所述转化处理器电连接，能够接收并显示所述机场场面三维场景。其中，转化处理器203和显示终端204电连接。由此可知，采用激光雷达101扫描设备扫描机场场面真实场景的激光点云信号，后期对信号进行特征提取、坐标转化、配准、三维重建、纹理映射，生成具有真实地理坐标位置和真实信号的三维机场场面场景。

最后，所述警示装置300包括数据接入器301，能够获取所述机场场面三维信号；评估处理器302，所述评估处理器302与所述数据接入器301电连接，能够接收所述机场场面三维信号，并发出所述告警信号。其中，数据接入器301和评估处理器302电连接。其实，所述数据接入器301除了可以获取所述机场场面三维信号，还能够获取所述激光雷达101的位置信号、所述高清影像信号、飞行计划信号、跑道状态信号和/或综合航迹信号。接入的信号可以用于已关闭应答机目标的检测、航迹动态跟踪、初始航迹抑制、目标识别，用于后续对进港、离港和机坪区域的目标提供间隔计算、监视。

因此，所述评估处理器302，还能够根据所述机场场面三维信号、所述激光雷达101的位置信号、所述高清影像信号、所述飞行计划信号、所述跑道状态信号和/或所述综合航迹信号，并发出所述告警信号。该告警信号具有评估决策处理的效果，主要作用是辅助管制员或驾驶员保持飞机与飞机之间、飞机与车辆之间的间隔，并及时对潜在的违反最小间隔和违反管制运行规定的情况进行提示。告警单元可以通过选择机场场面三维信号、所述激光雷达101的位置信号、所述高清影像信号、所述飞行计划信号、所述跑道状态信号和/或所述综合航迹信号生成所述告警信号进行评估，进行潜在冲突分析，实时检测场面目标的运动趋势。

所述警示装置300包括目标识别处理器303，能够根据所述告警信号识别警示目标；警示器304，所述警示器304与所述目标识别处理器303电连接，能够接收所述识别信号，并向所述警示目标发出警示信号。其中，目标识别处理器303与警示器304电连接，所述警示器304包括音频警示器304和/或视频警示器304。若有告警情况，则对目标标识出告警信息，生成目标告警报告，即可直接在监控席位上显示。系统通过告警窗口配合自动弹出方式提醒管制员或驾驶员处理告警信息。同时，可根据需要增加音频告警提示，声学设备联动并提供告警提示音等。

该机场场面监视系统的优点是视场大，对机场场面的适用性好。通过核心时间同步、实时拼接算法，将单台激光雷达101的视场扩大到180°的水平范围，从而提高了对大型航空器目标的适用性，特别是运动目标的普适性。通过对设备的外方位元素进行标定，输出的激光点云信号能够与机场的地理坐标完美匹配。

而且定姿定位精度高，能够实时处理。通过应用边缘计算技术，目标检测算法、位姿估计算法和目标跟踪算法。对激光雷达101、相机等传感器获取的点云信号进行实时处理。系统能够准确的区分场面背景信息与航空器目标之间的空间结构差异，从而正确的发现场面的所有航空器目标(包括应答机已关闭的航空器)。同时，抗干扰效果好，具备一定的抵抗噪声干扰的能力，能够稳定的输出准确的位置和姿态，能够稳定的跟踪运动中的目标，输出轨迹号，可以用于应答机已关闭的航空器监视。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种机场场面监视系统，其特征在于，包括：

监视装置，包括多个激光雷达，所述激光雷达能够在机场向周围发射和接收激光探测信号，并根据所述激光探测信号生成激光点云信号；

数据融合装置，所述数据融合装置与所述监视装置电连接，能够接收所述激光点云信号，并发出机场场面三维信号；

警示装置，所述警示装置与所述数据融合装置电连接，能够接收所述机场场面三维信号，并发出告警信号。

2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述激光雷达至少设置在机场联络道口、滑行道和停机坪。

3.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述激光雷达包括：

发射器，能够发射激光探测信号；

接收器，所述接收器与所述发射器电连接，能够接收所述激光探测信号；

信号处理器，所述信号处理器与所述接收器电连接，能够接收所述激光探测信号，并发出所述激光点云信号。

4.根据权利要求3所述的，其特征在于，所述数据融合装置包括：

摄像头，能够获取高清影像信号；

融合处理器，所述融合处理器与所述摄像头电连接，能够接收所述高清影像信号和所述激光点云信号，并在融合处理后发出所述机场场面三维信号。

5.根据权利要求4所述的，其特征在于，所述数据融合装置还包括：

转化处理器，能够根据所述机场场面三维信号生成机场场面三维场景；

显示终端，所述显示终端与所述转化处理器电连接，能够接收并显示所述机场场面三维场景。

6.根据权利要求4所述的，其特征在于，所述警示装置包括：

数据接入器，能够获取所述机场场面三维信号；

评估处理器，所述评估处理器与所述数据接入器电连接，能够接收所述机场场面三维信号，并发出所述告警信号。

7.根据权利要求6所述的，其特征在于，

所述数据接入器，还能够获取所述激光雷达的位置信号、所述高清影像信号、飞行计划信号、跑道状态信号和/或综合航迹信号。

8.根据权利要求7所述的，其特征在于，

所述评估处理器，还能够接收所述机场场面三维信号、所述激光雷达的位置信号、所述高清影像信号、所述飞行计划信号、所述跑道状态信号和/或所述综合航迹信号，并发出所述告警信号。

9.根据权利要求6所述的，其特征在于，所述警示装置包括：

目标识别处理器，能够根据所述告警信号识别警示目标，并发出识别信号；

警示器，所述警示器与所述目标识别处理器电连接，能够接收所述识别信号，并向所述警示目标发出警示信号。

10.根据权利要求9所述的，其特征在于，所述警示器包括音频警示器和/或视频警示器。

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