DE10359868B3

DE10359868B3 - Verfahren zur Erkennung von sich hinter einem Flugzeug bildendem/n Kondensstreifen sowie Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10359868B3
Application number: DE10359868A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr. Mannstein
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: EP1544639A2; DE502004006835D1; EP1544639B1; EP1544639A3

Abstract

Zum Erkennen von sich hinter einem Flugzeug bildendem/n Kondensstreifen wird mittels einer am Heck eines Flugzeugs angebrachten Kamera ein im Blickfeld der Kamera hinten am Flugzeug sich bildender Kondensstreifen aufgenommen. Die aufgenommenen Bilddaten werden in einen Computer eingegeben, von diesem erfasst und ausgewertet. DOLLAR A Gemäß der Erfindung werden Teile eines aufgenommenen Bildes, die aufgrund der Abbildungsgeometrie einen ausgebildeten Kondensstreifen zeigen müssten, mittels eines Bildverarbeitungsverfahrens mit Bildteilen des Bildes verglichen, die den eigenen Kondensstreifen nicht beinhalten können. Hierbei wird durch das Bildverarbeitungsverfahren unterschieden zwischen kein oder keine Kondensstreifen, ein oder mehrere kurzlebige Kondensstreifen, ein oder mehrere persistente, langlebige Kondensstreifen und/oder keine Erkennung möglich. DOLLAR A Beim Auswerten werden die erfassten Daten mittels eines Mustererkennungsverfahrens hinsichtlich Form und/oder Struktur der Abbildung eines Kondensstreifens untersucht. Unter Berücksichtigung unterschiedlicher Beleuchtungsrichtungen können auch die erfassten Bilddaten untersucht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von sich hinter einem Flugzeug bildenden Kondensstreifen, wobei mittels einer im hinteren Bereich des Flugzeugs angebrachten, im sichtbaren und/oder im infraroten Spektralbereich empfindlichen Kamera aufgenommene Bilddaten in einen Computer eingegeben, von diesem erfasst und ausgewertet werden.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in US 5,285,256 beschrieben. In US 5,546,183 ist ein Lidar-System beschrieben, bei welchem die optische Rückstreuung und Extinktion genutzt wird, um die Partikelgröße im Abgasstrahl eines Flugzeugs in einem Abstand von einigen hundert Metern hinter dem Flugzeug zu bestimmen. Hierzu schickt das System einen Laserstrahl durch den Abgasstrahl des Flugzeugs, welcher durch die in dem Abgasstrahl enthaltenen Partikel reflektiert wird. Das reflektierte Licht wird von einem Empfänger detektiert, in welchem mittels eines Computers eine Verarbeitung stattfindet, um die Partikelgröße in dem Abgasstrahl zu berechnen. Aus 5,208,600 ist ein Überwachungssystem bekannt, um aerodynamische Bedingungen in der Nähe eines landenden Flugzeugs zu detektieren und zu überwachen; hierzu wird ein Radarsender verwendet, um den Gleitweg zu beleuchten. Radarreflexionen von durch das Flugzeug hervorgerufenen Wirbeln u.ä. werden mittels eines Monopuls-Radarsystems empfangen und anschließend verarbeitet.
Es ist bekannt, dass die im Nachlauf von Flugzeugen bei entsprechender Lufttemperatur und -feuchte der Umgebung sich bildenden Kondensstreifen einen zusätzlichen, erwärmenden Treibhauseffekt verursachen, der in seiner Größenordnung mit dem Effekt von bei der Verbrennung entstehendem CO₂ vergleichbar ist.
Nachdem der Flugverkehr unter allen Verkehrsarten die höchsten Zuwachsraten aufweist, wird sein Anteil an der globalen Erwärmung in Zukunft noch steigen und somit auch der öffentliche und politische Druck, Maßnahmen zur Verringerung der Auswirkungen des Flugverkehrs auf das Klima zu ergreifen.
Nachdem der moderne Anteil an den derzeitigen Luftflotten bereits hochgradig auf Treibstoffeffizienz optimiert ist, sind in diesem Bereich nur relativ geringe und – durch den langwierigen Entwicklungszyklus im Flugzeugbau bedingt – langsame Veränderungen zu erwarten.
Die Vermeidung von Kondensstreifen, was oft schon durch eine relativ geringe Veränderung der Flughöhe oder -strecke erreichbar ist, da beide Möglichkeiten beispielsweise bereits zur Vermeidung von starken Turbulenzen bei Gewittern und anderen atmosphärischen Störungen angewendet werden, bietet hier ein Potential, relativ günstig und vergleichsweise schnell, zumindest einen Teil der Klimawirkung des Flugverkehrs zu reduzieren.
Eine direkte Beobachtung von Kondensstreifen aus dem verursachenden Flugzeug heraus scheint zur Zeit in der Praxis nicht stattzufinden. Zwar ist es möglich, über präzise Messungen der Temperatur, des statischen Luftdruckes und vor allem des Wasserdampfgehaltes der Umgebungsluft sowie der Treibstoffeffizienz auf die aus der Theorie bekannten Bedingungen zur Kondensstreifenbildung zu schließen; derzeit sind die erforderlichen Messgenauigkeiten jedoch nur mit relativ hohem Aufwand zu erreichen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, zur Vermeidung von Kondensstreifen ein Verfahren anzugeben, um bereits während eines Flugs zu erkennen und gegebenenfalls quasi in Echtzeit anzuzeigen, ob sich Kondensstreifen bilden und ob diese gegebenenfalls über einen längeren Zeitraum bestehen bleiben.
Gemäß der Erfindung werden bei dem gattungsgemäßen Verfahren zum Erkennen von sich hinter einem Flugzeug bildenden Kondensstreifen Teile eines aufgenommenen Bildes, die aufgrund der Abbildungsgeometrie einen ausgebildeten Kondensstreifen zeigen müssten, mittels eines Bildverarbeitungsverfahrens mit Bildteilen des Bildes verglichen werden, die den eigenen Kondensstreifen nicht beinhalten können, wobei durch das Bildverarbeitungsverfahren unterschieden wird

a) kein/keine Kondensstreifen,
b) ein kurzlebiger oder mehrere kurzlebige Kondensstreifen,
c) ein persistenter, langlebiger oder mehrere persistente, langlebige Kondensstreifen und/oder
d) keine Erkennung möglich.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand von Ansprüchen 2 bis 10.
Möglichst hoch am Heck eines Flugzeugs an einer geeigneten Stelle, beispielsweise am oberen Ende des Seitenleitwerks ist eine im sichtbaren und/oder im infraroten Spektralbereich empfindliche Kamera, wie beispielsweise eine miniaturisierte Videokamera, mit entsprechend ausgelegter Optik, welche gegen Umwelteinflüsse und weitgehend gegen direkte Sonneneinstrahlung geschützt ist, so installiert, dass sich im Blickfeld vorzugsweise einer miniaturisierten Videokamera ein oder meh rere sich möglicherweise hinter dem Flugzeug bildende Kondensstreifen bis zum Horizont erfassen lassen.
Hierbei ist eine Kamera vorzusehen, mit welcher durch Wahl von Belichtungszeit und Blende auch nachts bei Sternenlicht interpretierbare Bilder aufgenommen werden können. Die mittels der Kamera aufgenommenen Bilder werden über entsprechend ausgelegte Leitungen in einen Computer eingegeben, von welchem Belichtungs- und Blendeneinstellungen u.ä. der Kamera vorzugsweise einer miniaturisierten Videokamera gesteuert sowie gegebenenfalls eine Erfassung und Auswertung der aufgenommenen Bilder vorgenommen werden.
Zweckmäßigerweise wird/werden als erstes ein aufgenommenes Bild oder aufgenommene Bilder bezüglich der Lage des Horizonts durch Verschiebung und Drehung normalisiert.
Darüber hinaus können gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mittels eines geeigneten Mustererkennungsverfahrens die erfassten Bilder auf die typische Form und Struktur der Abbildung eines Kondensstreifens unter Berücksichtigung unterschiedlicher Beleuchtungsrichtungen untersucht werden. Ferner können die erfassten Bilder auch unter Berücksichtigung unterschiedlicher Beleuchtungsrichtungen untersucht werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens können mittels eines entsprechend angepassten Mikroprozessors sowohl die Steuerung beispielsweise einer miniaturisierten Videokamera als auch die anschließende Bildverarbeitung durchgeführt werden.
Das Ergebnis einer Auswertung kann vorzugsweise in stark reduzierter Form, beispielsweise durch Anzeigen mittels farbiger Lampen oder durch Integrieren in ein digitales Displaysystem dem/den Piloten bekannt gegeben werden.
Gleichzeitig können dieselben Informationen/Daten über eine funktechnische Datenübertragung, wie sie bereits in vielen Flugzeugen vorgesehen ist, an eine zentrale Stelle übermittelt und ausgewertet werden, um dort beispielsweise für die Flugroutenplanung nachfolgender Flugzeuge verwendet werden zu können.
Ferner können gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die erfassten Bilddaten auf einem geeigneten Trägermedium zusammen mit anderen Informationen, wie beispielsweise Position, Druck, Außentemperatur und Außenfeuchte gespeichert werden, um zu einem späteren Zeitpunkt ausgewertet zu werden. Natürlich können die mittels beispielsweise einer miniaturisierten Videokamera aufgenommenen Bilder auch direkt auf einen Monitor ins Cockpit oder auch in den Passagierraum übertragen werden.
Um eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung der Länge des Kondensstreifens zu erreichen, können zwei oder mehr gegebenenfalls unterschiedliche Kameratypen an verschiedenen Stellen des Flugzeuges installiert und zeitlich koordiniert betrieben werden, um bei der Bildverarbeitung mit Hilfe bekannter Stereotechniken die Länge der Kondensstreifen zu ermitteln, oder beispielsweise durch einen Rückstreulaser die Entfernung zu den sichtbaren Teilen des Kondensstreifens zu messen.
Feuchte Schichten, in denen sich bevorzugt Kondensstreifen bilden, heben sich bei geeigneten Beleuchtungsbedingungen gegenüber dem Hintergrund ab, da sich dort oft schon natürliche oder von anderen Flugzeugen verursachte Zirren befinden. Mittels einer weiteren Bildverarbeitung ist es in diesen Fallen möglich, die relative Lage dieser Schichten in bezug auf das Flugniveau zu bestimmen, um so zusätzliche Information zur Wahl eines optimalen Flugniveaus bereitzustellen.
Eine bevorzugte Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Gebiet der Zivilluftfahrt. Es ist damit zu rechnen, dass in nicht allzu ferner Zukunft regulative Maßnahmen ergriffen werden, um die Auswirkungen der Luftfahrt auf das Klima zu mindern. Grosse Luftfahrtgesellschaften haben aus Gründen der Außendarstellung bereits heute Interesse bekundet, sich umweltfreundlich zu zeigen. Somit besteht das Potential, einen erheblichen Teil der Verkehrsflugzeuge mit einer Anlage zur Erkennung und Anzeige von Kondensstreifen auszustatten.
Da das vorstehend beschriebene Verfahren zum überwiegenden Teil aus bereits im Flugzeugbau Verwendung findenden, handelsüblichen Mitteln realisiert werden kann, sollte sich bei entsprechender Bewertung des Klimaeffektes der Kondensstreifen und insbesondere des Einsparungspotentials ein günstiges Kosten/Nutzen-Verhältnis erreichen lassen.

Claims

Verfahren zum Erkennen von sich hinter einem Flugzeug bildenden Kondensstreifen, wobei mittels einer im hinteren Bereich des Flugzeugs angebrachten, im sichtbaren und/oder im infraroten Spektralbereich empfindlichen Kamera aufgenommene Bilddaten in einen Computer eingegeben, von diesem erfasst und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass Teile eines aufgenommenen Bildes, die aufgrund der Abbildungsgeometrie einen ausgebildeten Kondensstreifen zeigen müssten, mittels eines Bildverarbeitungsverfahrens mit Bildteilen des Bildes verglichen werden, die den eigenen Kondensstreifen nicht beinhalten können, wobei durch das Bildverarbeitungsverfahren, unterschieden wird a) kein/keine Kondensstreifen, b) ein kurzlebiger oder mehrere kurzlebige Kondensstreifen, c) ein persistenter, langlebiger oder mehrere persistente, langlebige Kondensstreifen und/oder d) keine Erkennung möglich.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verschieben und Drehen eines aufgenommenen Bildes dieses bezüglich der Lage des Horizonts normalisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auswerten die erfassten Bilddaten mittels eines Mustererkennungsverfahrens hinsichtlich Form und/oder Struktur der Abbildung eines Kondensstreifens untersucht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Bilddaten auch unter Berücksichtigung unterschiedlicher Beleuchtungseinrichtungen untersucht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis einer Auswertung der erfassten Bilddaten in stark reduzierter Form angezeigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis einer Auswertung der erfassten Bilddaten auf mindestens einem Monitor dem/den Piloten angezeigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis einer Auswertung der erfassten Bilddaten per Funk an eine Bodenzentrale übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Bilddaten und/oder das Auswerteergebnis auf einem Trägermedium zusammen mit weiteren Informationen, gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommenen Bilder als solche direkt auf einen Monitor oder auf Monitoren ins Cockpit und/oder den Passagierraum übertragen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei geeigneten Beleuchtungsbedingungen gegenüber dem Hintergrund der sich bevorzugt in feuchten Schichten bildenden Kondensstreifen mittels weiterer Bildverarbeitungsverfahren die relative Lage dieser Schichten bezüglich des Flugniveaus bestimmt wird.