一种基于激光点云的航空器推出避撞方法及系统技术方案

本申请涉及民航机场运行安全控制领域，特别是涉及一种基于激光点云的航空器推出避撞方法及系统。所述方法包括以下步骤：获取当前时刻目标区域的激光点云A；获取A中非地面激光点云A

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光点云的航空器推出避撞方法及系统


[0001]本专利技术涉及民航机场运行安全控制领域，特别是涉及一种基于激光点云的航空器推出避撞方法及系统。

技术介绍

[0002]在机场，航空器不能自行从停机位推出，需要由牵引车将其推出。停机位之间空间较小，加上航空器机型尺寸较大，使得推出过程中航空器通道狭窄，且牵引车视线被航空器遮挡，看不到推出航空器附近的情况。因此在机坪上增加了专门的观察人员和指挥人员判断航空器推出过程中是否会发生碰撞。
[0003]上述依赖人工判断的方式主要存在以下问题：1)当前大部分机场特别是繁忙机场航班起降量较大，必须在全天候各种气象条件下正常运行，因此需要推出航空器的情况比较多，对人工的需求量大；2)人工判断是否会发生碰撞的方式，受观察人员和指挥人员能力经验等因素制约，导致碰撞事故时有发生；同时机坪区域上大量的活动的航空器、车辆，也给在机坪上工作的观察人员和指挥人员在带来了安全隐患。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于，提供一种基于激光点云的航空器推出避撞方法及系统，以基于激光点云实现对航空器是否会发生碰撞的自动预判，解决现有依赖人工判断航空器推出过程中是否会发生碰撞的方法存在的安全性问题。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了一种基于激光点云的航空器推出避撞方法，包括以下步骤：
[0006]S100，获取当前时刻目标区域的激光点云A。
[0007]S200，对A进行过滤处理，得到A中非地面激光点云A
’
。/>[0008]S300，根据A
’
中任意两非地面激光点之间的距离对A
’
进行聚类，得到{A
’1，A
’2，
…
，A
’
Q
}，A
’
q
为聚类得到的第q个类别，q的取值范围为1到Q，Q为聚类得到的类别数量。
[0009]S400，遍历{A
’1，A
’2，
…
，A
’
Q
}，如果{A
’1，A
’2，
…
，A
’
Q
}中存在运动航空器对应的类别，则获取{C1，C2，
…
，C
P
}，并进入S500；C1为目标区域中的第1个运动航空器，C2为目标区域中的第2个运动航空器，C
P
为目标区域中的第P个运动航空器，P为目标区域中运动航空器的数量。
[0010]S500，如果当前时刻{C1，C2，
…
，C
P
}中存在运动航空器C
q
的运动方向与机鼻朝向不同，则进入S600。
[0011]S600，根据当前时刻和历史时刻{C1，C2，
…
，C
P
}的机鼻的最前端的坐标、机鼻朝向和机型尺寸信息预测下一时刻{C1，C2，
…
，C
P
}的机鼻的最前端的坐标和机鼻朝向。
[0012]S700，根据{C1，C2，
…
，C
P
}的机型尺寸信息、下一时刻{C1，C2，
…
，C
P
}的机鼻的最前端的坐标和机鼻朝向获取下一时刻{C1，C2，
…
，C
P
}的三维包围框。
[0013]S800，如果下一时刻C
q
的三维包围框和下一时刻{C1，C2，
…
，C
P
}中除C
q
以外的其他
运动航空器的三维包围框的距离小于设定距离阈值，或者下一时刻C
q
的三维包围框和{A
’1，A
’2，
…
，A
’
Q
}中除{C1，C2，
…
，C
P
}对应的类别以外的其他类别中点的距离小于设定距离阈值，则进行预警。
[0014]本专利技术与现有技术相比具有明显的有益效果，借由上述技术方案，本专利技术提供的基于激光点云的航空器推出避撞方法及系统可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有以下有益效果：
[0015]本专利技术基于目标区域的激光点云识别了目标区域中正在推出的航空器，并对目标区域中正在推出和自主运动的航空器的下一时刻的机鼻的最前端位置和机鼻朝向进行了预测，基于预测的下一时刻的机鼻的最前端位置和机鼻朝向构建了下一时刻正在推出和自主运动的航空器的三维包围框，并在推出航空器三维包围框与自主运动航空器三维包围框的距离小于设定距离阈值或者推出航空器三维包围框和非运动航空器类别中激光点的距离小于设定距离阈值时进行预警。本专利技术实现了对航空器是否会发生碰撞的自动预判，本专利技术无需在推出航空器时在机坪添加观察人员和指挥人员来防止碰撞，进而避免给上述人员带来安全隐患，提高推出航空器过程的安全性。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本专利技术实施例提供的基于激光点云的航空器推出避撞方法的流程图；
[0018]图2为本专利技术实施例提供的基于激光点云的航空器推出避撞系统的结构示意图。
具体实施方式
[0019]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]根据本专利技术的第一方面，提供了一种基于激光点云的航空器推出避撞方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0021]S100，获取当前时刻目标区域的激光点云A。
[0022]根据本专利技术，A＝{(x1,y1,z1)，(x2,y2,z2)，
…
，(x
N
,y
N
,z
N
)}，(x
n
,y
n
,z
n
)为A中第n个激光点的坐标，x
n
、y
n
和z
n
分别为A中第n个激光点的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标，n的取值范围为1到N，N为A中激光点的数量。
[0023]可以理解的是，可以在机场中增设激光雷达来获取目标区域的激光点云。本领域技术人员知悉，现有技术中任何利用激光雷达获取激光点云的方法均落入本专利技术的保护范围。
[0024]S200，对A进行过滤处理，得到A中非地面激光点云A
’...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光点云的航空器推出避撞方法，其特征在于，包括以下步骤：S100，获取当前时刻目标区域的激光点云A；S200，对A进行过滤处理，得到A中非地面激光点云A
’
；S300，根据A
’
中任意两非地面激光点之间的距离对A
’
进行聚类，得到{A
’1，A
’2，
…
，A
’
Q
}，A
’
q
为聚类得到的第q个类别，q的取值范围为1到Q，Q为聚类得到的类别数量；S400，遍历{A
’1，A
’2，
…
，A
’
Q
}，如果{A
’1，A
’2，
…
，A
’
Q
}中存在运动航空器对应的类别，则获取{C1，C2，
…
，C
P
}，并进入S500；C1为目标区域中的第1个运动航空器，C2为目标区域中的第2个运动航空器，C
P
为目标区域中的第P个运动航空器，P为目标区域中运动航空器的数量；S500，如果当前时刻{C1，C2，
…
，C
P
}中存在运动航空器C
q
的运动方向与机鼻朝向不同，则进入S600；S600，根据当前时刻和历史时刻{C1，C2，
…
，C
P
}的机鼻的最前端的坐标、机鼻朝向和机型尺寸信息预测下一时刻{C1，C2，
…
，C
P
}的机鼻的最前端的坐标和机鼻朝向；S700，根据{C1，C2，
…
，C
P
}的机型尺寸信息、下一时刻{C1，C2，
…
，C
P
}的机鼻的最前端的坐标和机鼻朝向获取下一时刻{C1，C2，
…
，C
P
}的三维包围框；S800，如果下一时刻C
q
的三维包围框和下一时刻{C1，C2，
…
，C
P
}中除C
q
以外的其他运动航空器的三维包围框的距离小于设定距离阈值，或者下一时刻C
q
的三维包围框和{A
’1，A
’2，
…
，A
’
Q
}中除{C1，C2，
…
，C
P
}对应的类别以外的其他类别中激光点的距离小于设定距离阈值，则进行预警。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S600中，所述根据当前时刻和历史时刻{C1，C2，
…
，C
P
}的机鼻的最前端的坐标、机鼻朝向和机型尺寸信息预测下一时刻{C1，C2，
…
，C
P
}的机鼻的最前端的坐标和机鼻朝向，包括：对于{C1，C2，
…
，C
P
}中除C
q
以外的任一运动航空器：从航迹数据库中获取前N次的机鼻的最前端的历史坐标，根据所述历史坐标、当前时刻的机鼻的最前端的坐标和机鼻朝向，使用卡尔曼滤波算法，预测下一时刻的机鼻的最前端的坐标和机鼻朝向。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S600中，所述根据当前时刻和历史时刻{C1，C2，
…
，C
P
}的机鼻的最前端的坐标、机鼻朝向和机型尺寸信息预测下一时刻{C1，C2，
…
，C
P
}的机鼻的最前端的坐标和机鼻朝向，包括：S610，对于C
q
：根据当前时刻C
q
的机鼻的最前端的坐标、机鼻朝向以及机型尺寸信息获取当前时刻的前轮中心点位置P
ng
(T)，保存到航迹数据库中；根据从航迹数据库获取的C
q
的前N次的前轮中心点位置{P
ng
(T
‑
1)，P
ng
(T
‑
2)，
…
，P
ng
(T
‑
N)}，预测下一时刻前轮中心点位置P
ng
(T+1)和前轮中心点的运动方向HDG
ng
(T+1)；获取当前时刻C
q
的前轮中心点的运动方向HDG
ng
(T)；S620，根据P
ng
(T)、P
ng
(T+1)、HDG
ng
(T)和HDG
ng
(T+1)获取前轮所做圆周运动的半径r
ng
；根据机型尺寸信息获取前轮与主轮中心点P
mg
之间的距离l
wb
；根据r
ng
和l
wb
获取P
mg
的运动半径r
crit
，并结合HDG
ng
(T+1)
‑
HDG
ng
(T)选择匹配的轨迹模型；S630，获取HDG
ng
(T)和当前时刻机鼻朝向间的夹角γ
T
，根据匹配的轨迹模型获取当前时刻前轮中心点的初始角度和最终角度并预测HDG
ng
(T+1)和下一时刻机鼻朝向间的夹角γ
T+1
；根据HDG
ng
(T+1)和γ
T+1
预测下一时刻机鼻朝向。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S700中，C
q
的机型尺寸...

【专利技术属性】
技术研发人员：金立杰，李恒，罗晓艳，陈亚超，
申请(专利权)人：中国民用航空总局第二研究所，
类型：发明
国别省市：