一种机场跑道异物的监测系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于图像识别领域中的物体探测和识别技术领域，具体地涉及用于机场跑道异物的监测系统和方法。
【背景技术】
[0002]对于机场安全运行而言，实现对跑道的完整监视非常重要。在繁忙机场，由于飞机和其他车辆频繁使用跑道，导致跑道不断受到损伤，产生类似于坑洼这样的损伤。在偶然情况下，跑道上也会出现由于飞机起降、尾流以及其他原因造成的异物。这些异物会造成空难、人员伤亡以及航空公司的经济损失。
[0003]针对机场跑道的上述问题，业界采用不同的方法监控跑道:比如传统依靠工作人员定期上跑道按一定规则走动的跑道道面人工排查。然而，依靠人的肉眼进行排查是低效和极耗人力的。此外，受跑道环境影响，人工排查是不可靠的。
[0004]一些机场使用雷达系统自动监测跑道损伤、异物和交叉道口可能出现的危险情况。其具体方法是通过向跑道发射微波信号，并接收反射信号的方式来进行检测和分析。由于微波信号是脉冲或结构，因此可以通过计算信号到达接收机的时间得到异物与雷达之间的距离。由于雷达传感器的波长较短，并且脉冲重叠频率高，因此，利用雷达传感器是可以实现极高的距离分辨率并且减少地面杂波影响。然而，使用雷达系统用于跑道监视有其局限性:雷达对于金属物体具有极高的检测效果，但对于橡胶之类的非金属物体却不敏感；采用雷达系统无法完全避免雷达盲区以及其他一些障碍或固定设施(比如)对检测结果造成的影响；对于一些微小金属物体反射的强信号所导致的异物虚警也很难排除。
[0005]另外一些机场利用红外或热成像系统检测异物，避免潜在冲突，然而，红外或热成像系统只能通过感应物体发射的红外线来实现检测，对于物体的温度和环境温度接近的情况则无能为力。相对于环境背景温度，小物体的热量较少，红外或热成像系统很难检测到。特别是在一些极端异常气象条件下(比如:冷天或者热天)，红外或热成像系统受到的影响最大。此外，红外或热成像系统所成画面损失了物体的边缘、颜色等信息，不利于异物的确认和分辨。
[0006]还有一些机场利用视频摄像机，通过视频摄像机回传图像信号进行处理来发现和识别异物，然而，这种利用视频摄像机的方法也存在一些问题:对复杂多变的机场跑道环境不具备广泛的适应性，会产生大量的虚警。
[0007]目前已知的四类探测系统有:
[0008]Xsight公司Fodetect系统外观，以色列Xsight公司的Fodetect系统，其采用毫米波雷达和近红外光学传感器，安装在跑道边灯上或旁边，毫米波雷达工作波段为76?77GH，传感器节点数量众多，部署成本高，因安置于跑道旁边，传感器易受污损，后期维护保养困难。参见:US Patent 20090243881 (USPC 分类号 340905)。
[0009]Stratech公司iFerret系统外观，新加坡Strech公司的iFerret系统，其采用纯光学系统即光学传感器，光学传感器安装在转台上面，转台安装在塔架上面或上方，但光学系统对机场复杂环境适应性(光照突变、雨、雾)不如雷达传感器，导致检测性能受限；usPatent 20110063445。
[0010]Qinetiq公司的Tarsier系统外观，Qinetiq公司的Tarsier系统，其采用毫米波雷达检测，视频监控设备确认，毫米波雷达工作波段94.5GHz ο雷达传感器和视频监控设备同时安装于塔架上，塔架位于跑道端头。系统工作距离较长，覆盖范围较广，因此对小尺寸异物检测效果不佳；另外配有用于确认用途的光学相机，雷达天线安装在塔架上面，光学相机安装在雷达天线罩旁边，用于异物确认，一条跑道只需要在跑道两头各部署1套塔架式混合传感器。参考欧洲发明ΕΡ 1869496Β1。
[0011]Trex 公司的 Fodfinder 系统外观，Trex Enterprises 公司的车载 Fodfinder 系统，有两种款式:第一款:Fodfinder XM系列，采用毫米波雷达检测，另外配有确认用途光学相机，雷达天线和光学相机安装在车辆顶部；毫米波雷达工作频段77?81GHz，车载式工作期间需关闭跑道，上跑道进行检测，占用跑道，因此并未提高跑道利用率。Fodfinder XF系列，毫米波雷达传感器和光学传感器安装于塔架上方，毫米波雷达工作频段77?81GHz，毫米波雷达用于检测和发现异物，光学传感器用于确认。参见US7782251 B2。
【发明内容】
[0012]针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种能结合雷达和光学传感器的优点，将雷达和光学传感器共同部署在跑道附近，并通过信息融合的方式对传感器处理结果进行判断，从而有效降低虚警，提高系统可靠性的机场跑道异物的监测系统和方法。
[0013]本发明的第一方面，提供一种机场跑道异物的监测系统，该系统包括:与多个F0D监测点、无线接入点、数据中心、控制中心、机场专网连接的F0D专用网络；与无线接入点连接的手持移动终端；
[0014]所述手持移动终端，获得无线接入点转发F0D专用网络传输的异物信息，并发送清理异物指示；手持移动终端向无线接入点发送回馈信息、访问信息；
[0015]所述F0D专用网络，获得每个F0D监测点发出的监测点回传信息；获得机场专网发送的飞行计划；获得控制中心发送的异物确认指令、监测点控制指令、异物信息、控制中心状态信息、数据库操作指令；获得数据中心发送的数据融合结果、视频拼接信号、监测点控制指令；获得手持移动终端的回馈信息、手持移动终端的访问信息、无线接入点的状态信息;
[0016]所述数据中心，获得F0D专用网络传输的监测点回传信息、F0D监测点控制指令、手持移动终端回馈信息、手持移动终端访问信息、控制中心状态信息、数据库操作指令、无线接入点状态信息；
[0017]所述控制中心，获得F0D专用网络传输机场专网的飞行计划、数据融合结果、视频拼接信号；
[0018]所述每个F0D监测点，获得F0D专用网络传输的异物确认指令，用于对异物信息进行确认。
[0019]本发明的第二方面，提供一种机场跑道异物的监测方法，该方法包括；
[0020]步骤S1:每个F0D监测点的毫米波雷达传感器，提取跑道监控区域内的异物信息；同时，每个F0D监测点的光学传感器，获取对应监控区域异物的图像数据；
[0021]步骤S2:所述毫米波雷达传感器将异物信息送往雷达报文处理服务器，雷达报文处理服务器将异物信息发送至数据中心的数据融合服务器群；所述光学传感器将异物信息送往数据中心的检测算法服务器群，所述检测算法服务器群发送检测异物的雷达数据；
[0022]步骤S3:所述数据融合服务器群对异物的雷达数据和图像数据坐标进行转换，使异物的雷达和图像数据源的数据时空对齐进行数据融合判决，获得真实异物信息；
[0023]步骤S4:控制中心客户端接收到异物信息，对异物确认、分辨以及清理。
[0024]有益的技术效果:
[0025]本发明系统的解决的技术问题及优点:该系统可用于监视、发现并定位机场跑道异物、跑道道面状态(道面裂纹、积雪、积水、能见度)，辅助或替代传统人工巡检，避免了人工巡检带来的跑道占用以及巡检可靠性问题，提高机场跑道通行率，保障了飞行安全。
[0026]通过手持终端获得的异物精确位置信息，结合手持终端自带的机场电子地图可以引导异物清理工作人员准确及时到达异物发生地，进行异物清理工作；在异物清理过程中，还可通过手持终端对所发现异物进行编码、登记、拍照并将这些回馈信息发回；通过手持终端发送的访问信息，异物清理工作人员可通过无线接入点远程访问数据库，进行数据更新、用户信息更改操作。手持移动终端具有的上述功能使异物清理工作人员的工作更加高效和方便。
[0027]F0D监测系统是影响机场运行安全的重要装备，因此，独立的F0D专用网络一方面保证了足够的通信带宽和稳定的数据传输，另一方面也使运行系统不会对机场现有通信网络造成干扰和影响。F0D专用网络承担各子系统之间的数据传输，而不是子系统之间进行数据直传，这样做的好处在于:降低了网络系统的复杂度和耦合性，子系统之间相互影响的可能性降低。同时使系统具有了良好的扩展性，可以有效应对因机场跑道改扩建所引发的系统变动。
[0028]在硬件上，因受制于航站楼和其他建筑的空间，上述信息一般由位于同一机房里的数据中心进行集中处理，同时这样也便于后续运行保障；在软件和系统层面，把功能划分，将数据中心、客户终端和控制中心分开独立部署，这样有利于系统各部分的升级维护，也符合机场用户的需求:机场用户不会关心。
[0029]控制中心会根据数据融合结果判断是否有异物；控制中心还可根据飞行计划制定F0D监测点扫描策略、异物清理计划、告知异物清理工作人员有多少时间用于清理异物。视频拼接信号会将跑道道面的监测画面和跑道状态直观呈现在控制中心工作人员面前，为控制中心进行决策提供依据。这些都有效提高了控制中心对跑道异物信息的获取能力，有利于控制中心掌握跑道状态并提高决策能力。
[0030]通过异物确认，可进一步防止F0D监测系统虚警的发生，避免了因虚假异物警报影响机场正常运行情况的发生。
[0031]本发明与上述现有技术相比，本发明在系统架构设计和数据处理方面有其独创性，还体现在:
[0032](1)区别于其他塔架类系统，本发明F0D监测点中的光学传感器有两类，一类专门用于检测，弥补雷达传感器对非金属材质异物不敏感的缺点；
[0033](2)区别于边灯类和车载类系统，采用塔架式系统部署方式。
[0034](3)区别于塔架类纯光学系统，将本发明F0D监测点中的光学传感器采用检测用途的光学传感