一种机场特种车辆自动引导对接系统和方法与流程

本发明涉及一种飞机场航空地面设备领域，尤其涉及一种机场特种车辆自动引导对接系统和方法。

背景技术：

目前机场特种车辆(客梯车，食品车等)对接飞机过程普遍采用人工辅助引导驾驶员进行对接的方式，通过驾驶员驾驶车辆根据辅助人员的指引控制汽车速度和方向进行相应对接工作，过程中驾驶员不仅需要驾驶车辆，同时还要和地面人员沟通，工作强度大，因为信息传递有一定的延时性，驾驶员很难从信息中准确判断特种车辆与航空器之间的距离，而且特种车辆的车头顶部和车厢顶部等位置，对于地面指挥人员而言，存在一定的视觉盲区，故此存在一定的安全隐患，无法准确的进行对接，整个对接过程时间较长，对接效率低，有时需要反复调整，对接精度不高，没有稳定可靠的测量系统和保险装置，存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机场特种车辆自动引导对接系统和方法，旨在提高工作效率，解决现有对接方式存在安全隐患的问题。

一种机场特种车辆自动引导对接系统，应用于对接飞机的特种车辆，包括数据采集装置、处理装置和车辆主控系统；

数据采集装置设置于特种车辆的顶部，包括红外传感器、超声波传感器以及深度视觉传感器；

红外传感器、超声波传感器以及深度视觉传感器分别用于获取特种车辆与飞机之间的距离数据，深度视觉传感器还用于获取特种车辆前方的图像数据；

处理装置设置于特种车辆的内部，与数据采集装置连接，处理装置包括：

存储模块，用于存储数据采集装置输出的距离数据以及图像数据；

图像识别模块，与存储模块连接，用于从图像数据中识别飞机舱门；

位置信息确定模块，分别与存储模块和图像识别模块连接，用于按照一预定规则融合红外传感器、超声波传感器以及深度视觉传感器分别获取的距离数据，从而确定飞机舱门的位置信息，飞机舱门的位置信息包括特种车辆与飞机的相对距离以及与飞机舱门的倾斜角度；

速度控制模块，与位置信息确定模块连接，用于获取特种车辆的当前行进速度，并基于位置信息和当前行进速度生成速度控制信号传输给车辆主控系统；

提示模块，与位置信息确定模块连接，用于根据位置信息生成方向盘转向的音频提示信息；

车辆主控系统与处理装置连接，用于根据速度控制信号对特种车辆的行进速度进行控制。

进一步的，处理装置还包括：

图形生成模块，图形生成模块分别与位置信息确定模块和存储模块连接，用于基于位置信息在在图像数据中生成对标示意图形，将对标示意图形和图像数据叠加后一并输出；

显示装置，设置于特种车辆的驾驶室内的驾驶台上，与处理装置连接，用于显示对标示意图形和图像数据。

进一步的，处理装置还包括：

判断模块，与提示模块连接，用于判断驾驶人员是否按照音频提示信息进行操作；

提示模块还用于当驾驶人员未按照音频提示信息进行操作时，生成音频警告信息。

进一步的，包括两个数据采集装置，分别与处理装置连接；

其中一个数据采集装置与地面具有第一倾斜角；

另一个数据采集装置与地面具有第二倾斜角，第二倾斜角大于第一倾斜角；

处理装置还包括：

比较模块,与位置信息确定模块连接，用于将位置信息确定模块输出的实时的相对距离与一预设的第一预设距离进行比较，并输出比较结果；

切换模块，与比较模块连接,用于根据比较结果：

当相对距离大于第一预设距离时，切换模块切换至使用对应于第一倾斜角的数据采集装置，以及

当相对距离不大于第一预设距离时，切换模块切换至使用对应于第二倾斜角的数据采集装置。

进一步的，图像识别模块还用于识别特种车辆前方的障碍物，

位置信息确定模块还用于按照预定规则融合红外传感器、超声波传感器以及深度视觉传感器分别获取的距离数据，基于距离数据和障碍物确定障碍物的位置信息，障碍物的位置信息包括特种车辆与障碍物之间的距离以及的障碍物的倾斜角度；

处理装置还包括：

危险识别模块，分别与位置信息确定模块连接，用于基于障碍物的位置信息判断特种车辆是否存在危险；

制动模块，与危险识别模块连接，用于当存在危险情况时，生成特种车辆制动控制信号传输给车辆主控系统；

车辆主控系统根据车辆制动控制信号对特种车辆进行制动。

进一步的，特种车辆为机场地服用客梯车、或者机场地服用食品车或者机场地服用垃圾车。

一种机场特种车辆自动引导对接方法，应用于对接飞机的特征车辆；其特征在于，采用前述的一种机场特种车辆自动引导对接系统，具有如下步骤：

步骤a1，红外传感器、超声波传感器以及深度视觉传感器分别获取特种车辆与飞机之间的距离数据，深度视觉传感器还获取特种车辆前方的图像数据；

步骤a2，存储距离数据和图像数据，从图像数据中识别飞机舱门；

步骤a3，按照预定规则融合红外传感器、超声波传感器以及深度视觉传感器分别获取的距离数据，确定飞机舱门的位置信息，飞机舱门的位置信息包括特种车辆与飞机的相对距离以及与飞机舱门的倾斜角度；

步骤a4，根据位置信息生成方向盘转向的音频提示信息；

步骤a5，获取特种车辆的当前行进速度，并基于位置信息和当前行进速度生成速度控制信号传输给车辆主控系统；

步骤a6，车辆主控系统与处理装置连接，用于根据速度控制信号对特种车辆的行进速度进行控制。

进一步的，还包括：

步骤a7，对基于位置信息生成对标示意图形，将对标示意图形和图像数据信息叠加；

步骤a8，将对标示意图形和图像数据叠加后显示在位于驾驶室内的显示装置上。

进一步的，还包括：

步骤a9，判断驾驶人员是否按照音频提示信息进行操作；

步骤a10，当驾驶人员未按照音频提示信息进行操作时生成音频警告信息。

进一步的，还包括：

步骤a11，基于图像数据识别特种车辆前方的障碍物；

步骤a12，按照预定规则融合红外传感器、超声波传感器以及深度视觉传感器分别获取的距离数据，基于距离数据和障碍物确定障碍物的位置信息，障碍物的位置信息包括特种车辆与障碍物之间的距离以及的障碍物的倾斜角度；

步骤a13，基于障碍物的位置信息判断特种车辆是否存在危险；

步骤a14，当存在危险情况时，生成车辆制动控制信号传输给车辆主控系统；

步骤a15，车辆主控系统根据车辆制动控制信号对特种车辆进行制动。

本发明的有益技术效果是：本发明通过采用基于光学、深度视觉图像和超声波等复合型测距传感器的自动引导对接系统。准确测量特种车辆与飞机间的距离和位置状态，辅助车辆完成与飞机自动精准对接，无需反复调整，无需地面人员指挥，实时显示车辆运行状态，驾驶员可以在显示器中看见当前对接画面，并根据系统提示控制车辆方向，其余工作车辆自动完成。解决目前工作中配置人员多，工作强度大，对接效率低，对接精度低及存在安全隐患的问题。

附图说明

图1-2为本发明机场特种车辆自动引导对接系统在特种车辆的位置示意图；

图3为本发明一种机场特种车辆自动引导对接系统的模块连接示意图；

图4为本发明一种机场特种车辆自动引导对接系统中的数据采集装置模块示意图；

图5为本发明一种机场特种车辆自动引导对接系统中的处理装置模块示意图；

图6为本发明一种机场特种车辆自动引导对接系统的另一种实施方式的模块示意图；

图7-10为本发明的机场特种车辆自动引导对接方法的方法步骤流程图。

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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

请参阅图1-6，本发明提供一种机场特种车辆自动引导对接系统，应用于对接飞机的特种车辆；其特征在于，包括数据采集装置(1)、处理装置(2)和车辆主控系统(3)；

数据采集装置(1)设置于特种车辆的顶部，包括红外传感器(11)、超声波传感器(12)以及深度视觉传感器(13)；

红外传感器(11)、超声波传感器(12)以及深度视觉传感器(13)分别用于获取特种车辆与飞机之间的距离数据，深度视觉传感器(13)还用于获取特种车辆前方的图像数据；

处理装置(2)设置于特种车辆的内部，与数据采集装置(1)连接，处理装置(2)包括：

存储模块(20)，用于存储红外传感器(11)、超声波传感器(12)以及深度视觉传感器(13)分别获取特种车辆前方的距离数据以及深度视觉传感器(13)获取的图像数据；

图像识别模块(21)，与存储模块(20)连接，用于从图像数据信息中识别飞机舱门；

位置信息确定模块(22)，分别与存储模块(20)和图像识别模块(21)连接，用于按照一预定规则融合红外传感器(11)、超声波传感器(12)以及深度视觉传感器(13)分别获取的距离数据，从而确定飞机舱门的位置信息，位置信息包括特种车辆与飞机的相对距离以及与飞机舱门的倾斜角度；

速度控制模块(23)，与位置信息确定模块(22)连接，用于获取特种车辆的当前行进速度，并基于位置信息和特种车辆的当前行进速度生成速度控制信号传输给车辆主控系统(3)；

提示模块(24)，与位置信息确定模块(22)连接，用于根据位置信息生成方向盘转向的音频提示信息；

车辆主控系统(3)，与处理装置(2)连接，用于根据速度控制信号对特种车辆行进速度进行控制。

深度视觉传感器(13)测量精度较低，但是测量距离远，超声波传感器测量精度高，但是测量范围较小，红外传感器的测量精度和范围处于二者之间，因此，上述的预定规则可以为：在远距离范围时，以深度视觉传感器(13)测距为主，超声波传感器(12)和红外传感器(11)测距为辅，在中间段距离范围时，以红外传感器(11)测距为主，超声波传感器(12)和深度视觉传感器(13)测距为辅，在近距离范围时，以超声波传感器(12)测距为主，红外传感器(11)和深度视觉传感器(13)测距为辅。本发明采用红外传感器(11)、超声波传感器(12)以及深度视觉传感器(13)三种传感器对前方物体进行距离测量，保证测量的准确性。

特种车辆的当前行进速度可以从车辆主控系统(3)中获取，也可以从车轮上的车速传感器直接获取，随着距离的接近，适当降低车速，安全可靠。

驾驶员通过车辆控制方向提示来控制行车方向摆正车身，可以进一步避免自身判断时间延迟，控制车俩运行不及时的问题。

进一步的，系统还包括：处理装置(2)还包括图形生成模块(25)，图形生成模块(25)分别与位置信息确定模块(22)和存储模块(20)连接，用于基于位置信息生成对标示意图形，将对标示意图形和简化后的图像数据叠加后一并输出。

显示装置(4)，设置于驾驶室内的驾驶台上，与处理装置(2)连接，用于显示对标示意图形和图像数据信息。

优选的，对图像数据进行简化，将对标示意图形和简化后的图像数据叠加后一并输出，对图像数据信息进行简化，简化包括但不限于可以提取图像数据的有效区域，在有效区域上添加对标示意图形，有效区域可以是包含飞机舱门附近的区域，去掉远离飞机舱门的区域，简化后的图像数据清晰的、简洁明了，重点明确，使驾驶员能够集中注意重点部位，进行对位连接。

对标示意图形包括表示车身的对标线，以及对标线正前方的矩形框，矩形框表示车辆理想对接位置，只要飞机舱门在矩形框内，就可以表示对接完毕，对标示意图形还可以包括距离刻度线，驾驶员通过显示装置(4)上的显示界面所示车辆理想对接位置和车辆控制方向提示来控制行车方向摆正车身，扫除高度对接的视野盲区。

作为一个举例示意，显示装置(4)的显示界面左边显示舱门距离、舱门偏差以及登机口偏角等信息，显示界面右边显示简化的图像数据、对标示意图形，只要保证飞机舱门在对标线正前方的矩形框内即可表示完成对接。

特种车辆和飞机舱门位置对准之后，特种车辆升高对接平台，特种车辆和飞机舱门对接完毕。

进一步的处理装置(2)还包括：

判断模块(26)，与提示模块(24)连接，用于判断驾驶人员是否按照音频提示信息进行操作，或者还可以判断目前正在进行的操作；

提示模块(24)还用于当驾驶人员未按照音频提示信息进行操作时生成音频警告信息。

或者进行其他违规操作时，生成音频警告信息。

驾驶员走神或者不小心的误操作，或者不按照音频提示信息进行操作，均会影响对接结果，例如音频提示信息告知驾驶员打左方向盘，驾驶员却打了右方向盘，车辆与飞机舱门的偏角便会变大，此时通过音频警告信息告知驾驶员调整当前操作，避免错误继续发生。

进一步的，作为本发明系统的另一种实施方式，参见图6，该系统包括两个数据采集装置(1)，分别与处理装置(2)连接，其中一个数据采集装置(1)与地面具有第一倾斜角；

另一个数据采集装置(1)与地面具有第二倾斜角，第二倾斜角大于第一倾斜角；

处理装置(2)还包括一切换模块(27)，分别与位置信息确定模块(22)连接，用于当位置信息确定模块(22)确定的相对距离大于第一预设距离时，切换模块(27)切换至与地面具有第一倾斜角的数据采集装置(1)与位置信息确定模块(22)连接，当位置信息确定模块(22)确定的相对距离不大于第一预设距离时，切换模块(27)切换至与地面具有第二倾斜角的数据采集装置(1)与位置信息确定模块(22)连接。

红外传感器(11)、超声波传感器(12)以及深度视觉传感器(13)均有一定的测量视野，当特种车辆与飞机的相对距离越近，视野越窄；如果只使用一个数据采集装置(1)，距离数据采集装置(1)采集前方的图像视野也越窄，由于数据采集装置(1)低于飞机舱门，会导致数据采集装置(1)无法继续采集准确距离和识别飞机舱门。如果数据采集装置(1)与地面的夹角度数较高，例如垂直即90度时，在特种车辆与飞机距离较远时，便无法采集道前方的距离数据和图像数据。

因此，作为本发明的一个优选实施例，本发明在特种车辆顶部设置两个结构相同的数据采集装置(1)，其中一个数据采集装置(1)与地面具有第一倾斜角，例如0-15度，另一个数据采集装置(1)与地面具有第二倾斜角，例如45-90度，在相对距离大于第一预设距离时，使用第一倾斜角的数据采集装置(1)进行前方/斜上方的距离测量和图像采集，在相对距离不大于第一预设距离时，使用第二倾斜角的数据采集装置(1)进行斜上方/上方的距离测量和图像采集，扫除高度对接的视野盲区。

进一步的，处理装置(2)还包括：

图像识别模块(21)还用于识别特种车辆前方的障碍物；

位置信息确定模块(22)还用于按照预定规则融合红外传感器(11)、超声波传感器(12)以及深度视觉传感器(13)分别获取的距离数据，基于距离数据和障碍物确定障碍物的位置信息，障碍物的位置信息包括特种车辆与障碍物之间的距离以及的障碍物的倾斜角度；

危险识别模块(28)，分别与位置信息确定模块(22)和图像识别模块(21)连接，用于基于障碍物的位置信息判断特种车辆是否存在危险；

制动模块(29)，与危险识别模块(28)连接，用于当存在危险情况时，生成特种车辆制动控制信号传输给车辆主控系统(3)；

车辆主控系统(3)根据车辆制动控制信号对特种车辆进行制动。

本发明机场特种车辆自动引导对接系统能够及时获取前方是否存在障碍物等危险情况，如若遇到危险情况，自动控制特种车辆刹车，及时避免产生严重后果。

在最后的车辆停刹阶段，多种距离测量方式协同整车行驶状态监控相互补偿，确保停车对接位置准确。

进一步的，特种车辆为机场地服用客梯车、机场地服用食品车或者机场地服用垃圾车。

参见图7-10，本发明还提供一种机场特种车辆自动引导对接方法，使用前述的一种机场特种车辆自动引导对接系统，具有如下步骤：

步骤a1，红外传感器(11)、超声波传感器(12)以及深度视觉传感器(13)分别获取特种车辆与飞机之间的距离数据，深度视觉传感器(13)还获取前方的图像数据；

步骤a2，存储距离数据和图像数据，从图像数据中识别飞机舱门；

步骤a3，按照预定规则融合红外传感器(11)、超声波传感器(12)以及深度视觉传感器(13)分别获取的距离数据，确定飞机舱门的位置信息，飞机舱门的位置信息包括特种车辆与飞机的相对距离以及与飞机舱门的倾斜角度；

步骤a4，根据位置信息生成方向盘转向的音频提示信息；

步骤a45，获取特种车辆的当前行进速度，并基于位置信息和当前行进速度生成速度控制信号传输给车辆主控系统(4)，以对特种车辆行进速度进行控制；

步骤a6，根据位置信息生成方向盘转向的音频提示信息。

进一步的，该方法还包括：

步骤a7，对基于位置信息生成对标示意图形，将对标示意图形和图像数据信息叠加；

步骤a8，将对标示意图形和图像数据叠加后显示在位于驾驶室内的显示装置(4)上。

进一步的，该方法还包括：

步骤a9，判断驾驶人员是否按照音频提示信息进行操作；

步骤a10，当驾驶人员未按照音频提示信息进行操作时生成音频警告信息。

在步骤a8中还可以判断驾驶人员目前正在进行的其余操作；

步骤a9中，还可以当驾驶人员进行其他违规操作时，生成音频警告信息。

进一步的，该方法还包括：

步骤a11，基于图像数据识别特种车辆前方的障碍物；

步骤a112，按照预定规则融合红外传感器(11)、超声波传感器(12)以及深度视觉传感器(13)分别获取的距离数据，基于距离数据和障碍物确定障碍物的位置信息，障碍物的位置信息包括特种车辆与障碍物之间的距离以及的障碍物的倾斜角度；

步骤a13，基于障碍物的位置信息判断特种车辆是否存在危险；

步骤a14，当存在危险情况时，生成车辆制动控制信号传输给车辆主控系统(4)；

步骤a15，车辆主控系统(3)根据车辆制动控制信号对特种车辆进行制动。

基于本发明的一种机场特种车辆自动引导对接系统和方法，通过复合传感器自动引导对接系统完成对车辆速度的控制，对飞机舱门等对接位置进行自动识别、定位，将位姿坐标转换为可视信息，在系统显示器上显示，辅助驾驶员完成车辆与飞机舱门准确对接。整个对接过程无需地面人员指挥，实质降低了没有本系统情况下一半的人力需求。并且降低了整个对接过程时间成本和提升效率。系统为飞机对接过程提供了极其可靠的安全保障。首先系统使用多种测距手段进行数据融合，是测量结果稳定可靠，对于天气环境的变化影响有极强的鲁棒性和适应性。在有精准测距的情况下，系统可以通过整车的运行状态判断所实施的控制策略、报警危险状态，保证整车运行过程中的安全可控。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。