本申請(qǐng)涉及一種機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)異物檢測(cè)系統(tǒng)(FOD detection system)，特別是針對(duì)活動(dòng)異物的檢測(cè)。

背景技術(shù)：

機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)異物檢測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)上的外來物(foreign object debris，縮寫為FOD)，如碎石塊、金屬零部件、飛機(jī)輪胎上脫落的橡膠塊等，以避免這些外來物損傷航空器。機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)包括機(jī)場(chǎng)跑道、機(jī)場(chǎng)滑行道、機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪以及其他需要進(jìn)行異物檢測(cè)的區(qū)域。根據(jù)外來物在機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)上的位置是否發(fā)生變化，可將其分為固定異物和活動(dòng)異物兩大類。而活動(dòng)異物又可進(jìn)一步分為無生命和有生命兩大類。無生命的活動(dòng)異物主要由于自然風(fēng)或人工氣流的影響而使位置發(fā)生變化。人工氣流包括飛機(jī)尾流(噴氣流量)、車輛尾流(排氣流量)、飛機(jī)滑行時(shí)引發(fā)的氣流、車輛行駛時(shí)引發(fā)的氣流等。有生命的活動(dòng)異物，例如鳥、狗、兔子、刺猬、蛇等，則不受控制地任意改變位置。

現(xiàn)有的機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)異物檢測(cè)系統(tǒng)針對(duì)固定異物可以達(dá)到良好的檢測(cè)效果，但并未考慮活動(dòng)異物的檢測(cè)，因而無法徹底保障航空器的安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問題是提供一種機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)針對(duì)活動(dòng)異物的檢測(cè)系統(tǒng)，以及相應(yīng)的針對(duì)活動(dòng)異物的檢測(cè)方法，可以有效地對(duì)活動(dòng)異物進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)警。

為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)活動(dòng)異物檢測(cè)系統(tǒng)包括：

——探測(cè)傳感器，用來掃描機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)并將掃描信息提供給控制器；

——確認(rèn)傳感器，用來拍攝探測(cè)傳感器掃描到異物位置的圖像并將圖像信息提供給控制器；

——控制器，包括掃描識(shí)別模塊、圖像識(shí)別模塊、異物判斷模塊；所述掃描識(shí)別模塊用來判斷探測(cè)傳感器的掃描信息中是否包含異物，并將探測(cè)傳感器掃描到異物的位置發(fā)送給確認(rèn)傳感器和異物判斷模塊；所述圖像識(shí)別模塊用來判斷確認(rèn)傳感器的圖像信息中是否包含異物，并將判定結(jié)果發(fā)送給異物判斷模塊；所述異物判斷模塊用來根據(jù)掃描識(shí)別模塊是否發(fā)現(xiàn)異物以及異物位置，同時(shí)根據(jù)圖像識(shí)別模塊是否發(fā)現(xiàn)異物，判斷所發(fā) 現(xiàn)異物為“固定異物或慢速活動(dòng)異物”、“快速活動(dòng)異物”之一。

本申請(qǐng)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)活動(dòng)異物檢測(cè)方法包括如下步驟：

第1步，探測(cè)傳感器始終掃描機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)并將掃描信息提供給控制器，控制器判斷掃描信息中是否包含異物；如果是，則進(jìn)入第2步；否則仍在第1步；

第2步，確認(rèn)傳感器在探測(cè)傳感器掃描到異物的位置拍攝圖像，并將圖像信息提供給控制器，控制器判斷圖像信息中是否包含異物；如果是，則控制器判定該異物為固定異物或慢速活動(dòng)異物；如果否，則進(jìn)入第3步；

第3步，控制器判斷探測(cè)傳感器再次提供的整個(gè)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)的掃描信息中是否包含異物；如果是，則進(jìn)入第4步；如果否，則控制器判定探測(cè)傳感器上一次掃描到的異物為快速活動(dòng)異物；

第4步，控制器根據(jù)探測(cè)傳感器上一次掃描到異物的第一位置與本次掃描到異物的第二位置之間的距離與方向，判斷兩次掃描到的異物為以下三種情況之一：

第一種情況，為同一個(gè)固定異物或同一個(gè)慢速活動(dòng)異物；

第二種情況，為同一個(gè)快速活動(dòng)異物；

第三種情況，為不同異物，返回第2步。

本申請(qǐng)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)活動(dòng)異物檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法可以準(zhǔn)確地檢測(cè)出機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)上的固定異物和活動(dòng)異物，從而徹底保障航空器的安全。

附圖說明

圖1是本申請(qǐng)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)活動(dòng)異物檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本申請(qǐng)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)活動(dòng)異物檢測(cè)方法的流程圖；

圖3是圖2所示方法第4步在僅考慮探測(cè)傳感器的定位精度時(shí)的流程圖；

圖4是圖2所示方法第4步在僅考慮有生命的活動(dòng)異物時(shí)的流程圖；

圖5是圖2所示方法第4步在僅考慮無生命的活動(dòng)異物時(shí)的流程圖；

圖6是圖2所示方法第4步的優(yōu)選流程圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1，本申請(qǐng)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)活動(dòng)異物檢測(cè)系統(tǒng)包括：

——至少一個(gè)探測(cè)傳感器，用來掃描機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)并將掃描信息提供給控制器。探測(cè)傳感器可以是雷達(dá)、聲學(xué)探測(cè)設(shè)備、可見光攝像設(shè)備、紅外攝像設(shè)備、激光掃描設(shè)備中的一種或多種的組合。通常，探測(cè)傳感器每次僅能掃描機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)的部分區(qū)域，全部探 測(cè)傳感器的多次掃描區(qū)域的總和才能覆蓋整個(gè)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)。

——至少一個(gè)確認(rèn)傳感器，用來拍攝探測(cè)傳感器掃描到異物位置的圖像并將圖像信息提供給控制器。確認(rèn)傳感器可以是可見光攝像設(shè)備、紅外攝像設(shè)備中的一種或多種的組合。

——控制器，可以是計(jì)算機(jī)、MCU(微控制器)等。該控制器包括掃描識(shí)別模塊、圖像識(shí)別模塊、異物判斷模塊。所述掃描識(shí)別模塊用來判斷探測(cè)傳感器的掃描信息中是否包含異物，并將探測(cè)傳感器掃描到異物的位置發(fā)送給確認(rèn)傳感器和異物判斷模塊。所述圖像識(shí)別模塊用來采用機(jī)器識(shí)別方式和/或人工識(shí)別方式判斷確認(rèn)傳感器的圖像信息中是否包含異物，并將判定結(jié)果發(fā)送給異物判斷模塊。所述異物判斷模塊用來根據(jù)掃描識(shí)別模塊從探測(cè)傳感器的一次或多次掃描信息中是否發(fā)現(xiàn)異物以及異物位置，同時(shí)根據(jù)圖像識(shí)別模塊從確認(rèn)傳感器的一次或多次圖像信息中是否發(fā)現(xiàn)異物，判斷所發(fā)現(xiàn)異物為“固定異物或慢速活動(dòng)異物”、“快速活動(dòng)異物”之一。

優(yōu)選地，當(dāng)控制器在探測(cè)傳感器的掃描信息中未發(fā)現(xiàn)異物時(shí)，確認(rèn)傳感器不工作。當(dāng)控制器在探測(cè)傳感器的掃描信息中發(fā)現(xiàn)異物后，控制器才啟動(dòng)確認(rèn)傳感器在探測(cè)傳感器掃描到異物的位置拍攝圖像。

請(qǐng)參閱圖2，本申請(qǐng)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)活動(dòng)異物檢測(cè)方法包括如下步驟：

第1步，探測(cè)傳感器始終掃描機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)并將掃描信息提供給控制器?？刂破髋袛鄴呙栊畔⒅惺欠癜愇铩Ｈ绻?，則進(jìn)入第2步；否則仍在第1步。例如，探測(cè)傳感器每次僅能掃描機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)的部分區(qū)域，該部分區(qū)域的掃描信息不斷地提供給控制器?？刂破髋袛嗝看问盏降牟糠謪^(qū)域的掃描信息中是否包含異物。

由于全部探測(cè)傳感器的多次掃描區(qū)域的總和覆蓋整個(gè)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)，因此控制器根據(jù)收到的多個(gè)部分區(qū)域的掃描信息中是否包含異物，也可判斷整個(gè)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)是否由探測(cè)傳感器掃描出異物。

第2步，控制器使確認(rèn)傳感器在探測(cè)傳感器掃描到異物的位置拍攝圖像，并將圖像信息提供給控制器?？刂破髋袛鄨D像信息中是否包含異物。

如果是，則控制器判定該異物為固定異物或慢速活動(dòng)異物，并可選地發(fā)出固定異物報(bào)警信號(hào)和啟動(dòng)后續(xù)清除異物程序。因?yàn)榇_認(rèn)傳感器在探測(cè)傳感器掃描到異物的位置拍攝到了該異物，就表明該異物沒有運(yùn)動(dòng)、或者運(yùn)動(dòng)距離很小、或者運(yùn)動(dòng)速度很慢。所述慢速意味著異物運(yùn)動(dòng)速度≤確認(rèn)傳感器的覆蓋范圍直徑/確認(rèn)傳感器在在探測(cè)傳感器掃 描到異物的位置拍攝圖像與探測(cè)傳感器掃描到異物的時(shí)間差。

如果否，則進(jìn)入第3步。

第3步，控制器判斷探測(cè)傳感器再次提供的整個(gè)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)的掃描信息中是否包含異物。例如，整個(gè)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)被劃分為多個(gè)區(qū)域，由多個(gè)探測(cè)傳感器每次僅掃描一個(gè)區(qū)域。假設(shè)在第1步中，由探測(cè)傳感器A在A02區(qū)域掃描出異物。那么在第3步中，探測(cè)傳感器再次提供的整個(gè)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)的掃描信息例如是：在探測(cè)傳感器A掃描A02區(qū)域之后，緊接著的全部探測(cè)傳感器能夠覆蓋整個(gè)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)的多個(gè)部分區(qū)域的掃描信息的總和。

如果是，則進(jìn)入第4步。

如果否，則控制器判定探測(cè)傳感器上一次掃描到的異物為快速活動(dòng)異物，并可選地發(fā)出活動(dòng)異物預(yù)警信號(hào)。因?yàn)樘綔y(cè)傳感器上一次掃描發(fā)現(xiàn)異物而本次掃描未發(fā)現(xiàn)異物，這表明異物原本在機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)上而后運(yùn)動(dòng)到了機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)之外，因而判定為快速活動(dòng)異物。所述快速意味著異物運(yùn)動(dòng)速度＞確認(rèn)傳感器的覆蓋范圍直徑/確認(rèn)傳感器在在探測(cè)傳感器掃描到異物的位置拍攝圖像與探測(cè)傳感器掃描到異物的時(shí)間差。

第4步，控制器根據(jù)探測(cè)傳感器上一次掃描到異物的第一位置與本次掃描到異物的第二位置之間的距離與方向，判定兩次掃描到的異物為以下三種情況之一：

第一種情況，判定兩次掃描到的異物為同一個(gè)固定異物或同一個(gè)慢速活動(dòng)異物，并可選地發(fā)出固定異物報(bào)警信號(hào)和啟動(dòng)后續(xù)清除異物程序。

第二種情況，判定兩次掃描到的異物為同一個(gè)快速活動(dòng)異物，并可選地發(fā)出活動(dòng)異物報(bào)警信號(hào)和啟動(dòng)后續(xù)清除異物程序。

第三種情況，判定兩次掃描到的異物為不同異物，返回第2步。

仔細(xì)分析圖2所示的本申請(qǐng)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)活動(dòng)異物檢測(cè)方法可以發(fā)現(xiàn)，其最終結(jié)果是判斷由探測(cè)傳感器掃描到的異物為以下兩種情況之一：

——固定異物或慢速活動(dòng)異物；

——快速活動(dòng)異物。

為了能夠準(zhǔn)確判定，本申請(qǐng)對(duì)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)進(jìn)行至少兩次掃描并對(duì)比兩次掃描信息。

所述方法第4步中，為了判斷異物類型需要綜合考慮探測(cè)傳感器的定位精度、有生命的活動(dòng)異物(動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)距離)、無生命的活動(dòng)異物(自然風(fēng)或人工氣流)等因素。為便于描述，將探測(cè)傳感器上一次掃描到異物的第一位置與本次掃描到異物的第二位置 之間連線記為有方向的矢量L，兩次掃描的時(shí)間差記為t。

在僅考慮探測(cè)傳感器的定位精度時(shí)，請(qǐng)參閱圖3，如果矢量L的大小≤探測(cè)傳感器的定位精度，則控制器判定兩次掃描到的異物為同一個(gè)固定異物或同一個(gè)慢速活動(dòng)異物。否則控制器判定兩次掃描到的異物為同一個(gè)快速活動(dòng)異物或不同異物。所述慢速與快速分別指小于或大于矢量L/t的大小?；蛘?，所述慢速與快速由確認(rèn)傳感器的覆蓋范圍直徑/確認(rèn)傳感器在在探測(cè)傳感器掃描到異物的位置拍攝圖像與探測(cè)傳感器掃描到異物的時(shí)間差所決定。例如，探測(cè)傳感器的定位精度為10米，其兩次掃描到異物位置的距離為8米小于其定位精度，則控制器直接判定其兩次掃描到的異物為同一個(gè)固定異物或同一個(gè)慢速活動(dòng)異物。

在僅考慮有生命的活動(dòng)異物時(shí)，請(qǐng)參閱圖4，控制器預(yù)存有飛鳥和小型動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)速度v，例如是平均運(yùn)動(dòng)速度，也可為最大運(yùn)動(dòng)速度等。如果矢量L的大小≤v×t，則控制器判定兩次掃描到的異物為同一個(gè)快速活動(dòng)異物。否則控制器判定兩次掃描到的異物為不同異物。由于飛鳥和小型動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)方向無規(guī)律可循，因此只比較它們的運(yùn)動(dòng)距離是否在合理范圍內(nèi)。

在僅考慮無生命的活動(dòng)異物時(shí)，請(qǐng)參閱圖5，控制器采集風(fēng)向、風(fēng)速，例如記為有方向的矢量W?？刂破鬟€判斷兩次掃描的時(shí)間差內(nèi)是否有飛機(jī)或車輛經(jīng)過機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)。如果有飛機(jī)經(jīng)過機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)，則控制器采集飛機(jī)尾流的方向和速度、飛機(jī)滑行時(shí)引發(fā)的氣流方向和速度，例如分別記為有方向的矢量P1和P2。如果有車輛經(jīng)過機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)，則控制器采集車輛尾流的方向和速度、車輛行駛時(shí)引發(fā)的氣流方向和速度，例如分別記為有方向的矢量C1和C2。這五個(gè)有方向的矢量W、P1、P2、C1和C2就是所有的自然風(fēng)和人工氣流。控制器將實(shí)際存在的自然風(fēng)和人工氣流因素進(jìn)行矢量相加得到矢量和A，這是一個(gè)表示速度的矢量。如果矢量L的方向與矢量和A的方向相同、且矢量L的大小≤矢量A的大小×t，則控制器判斷兩次掃描到的異物為同一個(gè)活動(dòng)異物。否則控制器判斷兩次掃描到的異物為不同異物。將矢量L的方向與矢量和A的方向之間的夾角記為α。該夾角α≤一定閾值就認(rèn)為矢量L的方向與矢量和A的方向相同。在最嚴(yán)格的條件下，該閾值取為0。通常，該閾值的取值范圍例如為0～90度，其中0～45度為優(yōu)選范圍，0～30度為更優(yōu)選范圍。

圖3、圖4、圖5給出了三種因素單獨(dú)考慮時(shí)判斷兩次掃描到的異物是否為同一異物的方法，在實(shí)踐中將三者相結(jié)合才是判斷異物類型的優(yōu)選方案，如圖6所示。在圖6 所示的優(yōu)選方案中，首先考慮探測(cè)傳感器的定位精度，將其兩次掃描到的異物分為“同一個(gè)固定異物或同一個(gè)慢速活動(dòng)異物”、“同一個(gè)快速活動(dòng)異物或不同異物”兩類。然后考慮無生命的活動(dòng)異物，將“同一個(gè)快速活動(dòng)異物或不同異物”類別中的部分“同一個(gè)快速活動(dòng)異物”分離出來。最后考慮有生命的活動(dòng)異物，將“同一個(gè)快速活動(dòng)異物或不同異物”類別中剩余部分區(qū)分為“同一個(gè)快速活動(dòng)異物”和“不同異物”。由于綜合考慮了傳感器的定位精度、動(dòng)物運(yùn)動(dòng)、自然風(fēng)、人工氣流等影響活動(dòng)異物檢測(cè)的因素，該優(yōu)選方案可以對(duì)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)上的固定異物和活動(dòng)異物(特別是后者)達(dá)到良好的檢測(cè)效果，填補(bǔ)了現(xiàn)有的機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)異物檢測(cè)系統(tǒng)的空白。

以上僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本申請(qǐng)。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。