[发明专利]一种基于点云探测的跑道路面监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及入侵异物监测和激光扫描技术领域，尤其是涉及一种基于点云探测的跑道路面监测装置及方法。

背景技术

在飞机起降过程中，跑道上存在的入侵异物（Foreign Object Debris, FOD）可能对航班的安全造成重大的威胁。潜在的危害轻则损坏机身，重则造成空难，机毁人亡。因此，为了确保航班的安全，入侵物必须及时被发现、识别，并根据其威胁等级做出相应的处理。威胁航空安全的跑道入侵物可以小至3cm直径，在上千米长的跑道上使用人工排查的方式，效率低下，且入侵物被忽略的可能性较高。因此使用一种自动化系统来高效准确地发现并排除跑道入侵物，对机场的安全运行有重要意义。

现有的FOD自动监测设备使用的技术主要是图像技术和雷达技术。图像技术对可见光的依赖较强。即便使用红外设备，受限制的因素，诸如分辨率、自动监测的准确率等，也比较多，因此没有被广泛使用。相比之下，较为广泛使用的技术是雷达监测。探测器发射不同波长的雷达波，根据回波信号判断异物的存在。但是雷达回波信号本身较复杂，直观度较差。且易受杂波和二次反射等影响，准确度和精度都有限制。

激光扫描三维成像技术是一种在正在逐渐兴起的新技术，其使用大量的激光点探测出物体表面的形状和反射强度，并生成物体表面的三维点云图像。应用在机场跑道环境中，生成的高密度点云图像（一般点距小于3cm），可以无遗失地记录下跑道路面存在的FOD。结合相应的点云目标监测算法，可以有效发现跑道上存在的入侵异物。

在机场飞机起降应用环境中，主要有三个方面的问题给监测系统提出了更高的要求。首先，理想的系统应该在第一时间发现入侵物，入侵物停留的时间越长，造成损害的可能性越大。其次，为了机场稳定有序运行，监测的结果不能遗漏跑道上存在的入侵物，也不能过分强调不遗漏而出现过多的把安全误判成危险的错误。最后，室外环境不同于实验室理想环境，地面并不是完美的平面，雾霾雨雪等天气可能带来能见度下降、路面环境变化等问题在实际应用中必须面对。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于点云探测的跑道路面监测装置及方法，其架设于跑道之外的，主要依靠激光扫描技术生成点云数据，结合视频/图像确认设备，进行跑道路面监测的装置及方法，用于监测机场跑道上存在的威胁航空安全的入侵物。本发明使用激光和图像为监测和确认手段，设计了一个完整的入侵物监测装置及方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于点云探测的跑道路面监测装置包括：

至少一个激光扫描设备，通过架设在距离跑道路面为D的一侧或者两侧，探测跑道平面及其上出现的入侵物体表面参数，生成点云数据                                                ；探测激光射线以激光扫描设备为中心，成等角间距立体扇形发射出去，其与跑道路面相交为扇形面，即监控区域；激光扫描设备以时间间隔T对其监控区域进行重复扫描，每次扫描生成一幅三维点云图像；

至少一个摄像机，通过架设在距离跑道路面为D的一侧或者两侧，用于接收处理器的命令，拍摄疑似入侵物图片，并将疑似入侵物图像信息回传至处理器；

一个处理器，用于接收激光扫描设备生成的点云数据，对每一幅点云图像通过监测算法进行判断是否有疑似入侵物。当监测算法发现疑似入侵物后，根据疑似入侵物坐标，发送触发命令，触发与疑似入侵物坐标对应的摄像机进行图像拍摄，并接收摄像机拍摄的疑似入侵物图像信息后，判断是否为真实入侵物，并进行真实入侵物清除。

优选的，所述激光扫描设备和摄像机安装在同一个塔架，激光扫描设备和摄像机通过搭建塔架架设高度是1-10米，若所述塔架安装于跑道边缘同侧位置，则相邻两个塔架之间的距离为，其中为跑道平面的宽度，为塔架距离近塔架一侧跑道边缘的距离，为激光扫描设备和摄像机二者有效作用半径中较小的半径值，且所述；若塔架安装于跑道边缘两侧交错位置，则相邻对侧两个塔架在跑道长度方向上的距离为，其中，其中为点云最大间距，为激光扫描设备的角分辨率。