【技术实现步骤摘要】
一种面向机场飞行区无人机巡检路径规划和异物探测方法
本专利技术涉及路径规划技术和图像智能识别技术，尤其涉及无人机自主路径规划技术和机场FOD图像检测技术。
技术介绍
FOD(ForeignObjectDebris)是指可能损伤航空器或系统的某种外来物质、碎屑或物品。FOD的来源种类繁杂，主要包括人员、机场基础设施(如道面，助航灯光和标志、标记牌)、机场环境(如野生动物，雪，冰)和机场区域的运营设备。FOD一直是影响通航机场正常安全运行的重要因素，每年都造成了难以计量的机场直接和间接损失。异物探测技术则是在这种背景下应运而生，主要通过各种技术手段对跑道进行检索，识别外来物质，反馈回终端统一处理。目前各个中小机场对于FOD的防范大多是由工作人员完成，通常每天要对跑道进行4次人工巡检。但是人工巡检耗时耗力，效率低下并且很难保障异物完全被清除。常用的FOD探测系统有激光雷达系统，在受检道面关键位置安装设备，通过发射毫米波雷达探测，对跑道路面进行不间断扫描，如探测到FOD则触发警报；热成像系统，通过热像仪来检查出外来物发出的不同波长的...
【技术保护点】
1.一种面向机场飞行区无人机巡检路径规划方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤一：对目标机场区域通过GIS应用处理形成矢量格式的平面图，对平面图细分得到跑道和主滑行道的平面图，对跑道和主滑行道的平面图进行解析，得到各自的边界坐标，存入数据库备用；/n步骤二：根据连通性不同，将跑道和主滑行道的平面图进行分块，得到跑道、主滑行道和联络滑行道的区域位置；/n步骤三：选择区域对其进行路径规划，得到巡检路径轨迹坐标，将巡检路径轨迹坐标传入巡检无人机；/n步骤四：根据巡检路径轨迹坐标设置巡检无人机的相关飞行参数，无人机执行巡检任务，并将巡检区域视频流进行实时回传。/n
【技术特征摘要】
1.一种面向机场飞行区无人机巡检路径规划方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：对目标机场区域通过GIS应用处理形成矢量格式的平面图，对平面图细分得到跑道和主滑行道的平面图，对跑道和主滑行道的平面图进行解析，得到各自的边界坐标，存入数据库备用；
步骤二：根据连通性不同，将跑道和主滑行道的平面图进行分块，得到跑道、主滑行道和联络滑行道的区域位置；
步骤三：选择区域对其进行路径规划，得到巡检路径轨迹坐标，将巡检路径轨迹坐标传入巡检无人机；
步骤四：根据巡检路径轨迹坐标设置巡检无人机的相关飞行参数，无人机执行巡检任务，并将巡检区域视频流进行实时回传。
2.根据权利要求1所述的一种面向机场飞行区无人机巡检路径规划方法，其特征在于：所述步骤二具体包括以下步骤：
S021：对步骤1中的平面图进行栅格化：将无人机可飞行区域的栅格记为0，不可飞行区域的栅格记为1，得到采用01矩阵表示的目标机场区域，该01矩阵的X方向为与跑道方向平行的方向，Y方向为与跑道方向垂直的方向，01矩阵下标数值小的方向为跑道方向；
S022：沿跑道方向，将该方向的每行或者每列所有元素累加求和；
S023：筛选出所有求和等于零的项，将其相邻的行数或列数合并，得到跑道与主滑行道的区域位置；
S024：对目标机场区域中除开跑道与主滑行道的区域采用种子填充法进行搜寻，得到各个联络滑行道的范围与位置。
3.根据权利要求2所述的一种面向机场飞行区无人机巡检路径规划方法，其特征在于：所述S024具体包括以下步骤：
a.搜寻所有i+1行或者j+1列的元素为1的值，在这些行或列中元素为1的元素之间随机选取一个值为0的元素作为种子，将该种子的坐标记为A(i+1，y)或者B(x，j+1)，并赋予label，将与该种子相邻的所有元素为0的可行域方格压入栈中，其中，i为01矩阵中的行向量，j为01矩阵中的列向量；
b.弹出栈顶元素，赋予其与种子相同的label，将与该栈顶元素相邻的所有元素为0的可行域方格都压入栈中；
c.重复b步骤，直到栈为空，得到每个栈所表示的联络滑行道的范围与位置，并将各个栈空间里存储的数据存入数据库，给各个部分按照label命名。
4.根据权利要求1所述的一种面向机场飞行区无人机巡检路径规划方法，其特征在于：所述步骤三中采用“Z”字扫描法进行轨迹规划，具体包括以下步骤：
根据步骤二中得到的跑道、主滑行道和联络滑行道的位置，分别计算跑道、主滑行道和联络滑行道在X，Y方向上的距离：xmax-xmin和ymax-ymin；当xmax-xmin>ymax-ymin时，在跑道、主滑行道和联络滑行道按照X方向进行Z字扫描，得到其路径规划；当xmax-xmin<ymax-ymin时，在跑道、主滑行道和联络滑行道按照Y方向进行Z字扫描，得到其路径规划；
所述“Z”字扫描法步骤如下：
获取待Z字扫描区域内所有点的坐标，先将行坐标由小到大依次进行排列，再将列坐标从小到大依次进行排列；
任意选择一行/列，将该行/列的排列顺序重新通过冒泡排序法从大到小排列；
将所有的点按照顺序连接起来。
5.基于权利要求1至4任意一项所述的一种面向机场飞行区无人机巡检路径规划方法的异物探测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S100：从步骤四回传的巡检区域视频流中提取需要检测的图像帧，对所述图像帧进行预处理得到最终要检测的区域图像，所述预处理依次包括图像增强、图像配准和叠加、图像分割；
S200：提取最终要检测的区域图像中的亮度特征、颜色特征和边缘特征；
S300：计算S200中各个特征检测出异物的基本概率；
S400：根据S300得到的基本概率计算各特征之间的支持度，并按照支持度的大小对各特征进行融合，得到融合后的图像；
S500：根据融合后的图像来确认是否存在异于道面背景的物体。
6.根据权利要求5所述的异物探测方法，其特征在于：在所述S100中采用基于多尺度Retinex算法进行图像增强；
所述多尺度Retinex算法，表达式如下：
L(x,y)＝I(x,y)*F(x,y)(2)
logRi(x,y)＝logI(x,y)-log...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤新民，陈济达，刘金安，李腾，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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