专利名称：低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统及技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统及技术，具体讲是涉及 一种低能见度下基于红外合作标志的飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统和技 术，具体用于低能见度下飞机滑行、起飞与着陆。属于航空技术领域。
技术背景大雾等低能见度天气时，飞机无法安全起飞与着陆，致使航班延误，给个 人、航空公司和国民经济都造成损失，特别遇到紧急事务时，如出访、参加重 大紧急会议、重大救援等。由于全球经济的发展对气象环境影响越来越大，据报道，南京阴霾和大雾天气已由50年前平均2 4天增加到目前年平均100天以上，截至去年12月15 日，仅东航江苏公司，由于天气原因导致的备降航班为91班，占全部备降航班 数的93.8%，取消航班88班，占全部取消航班数的48%，延误更是高达1119 班，仅去年12月的头两个星期，因低能见度导致的航班延误就达182班、备降 10班、取消24班，占整个航班不正常比例的73%，这严重影响航空公司的声 誉。现有仪表着陆(ILS)、微波导引着陆(MLS)和全球卫星导航着陆(GLS)技术 下，机场盲降共分为三个等级I类运行要求跑道能见度不低于800米、起飞 能见度不低于400米；II类要求跑道能见度不小于350米、起飞能见度不低于 150米；IIIa类要求跑道能见度不小于210米(2001年时建设成本达10亿美元)，nib类要求跑道能见度不小于iio米。但是全球也仅有几家机场安装in类设备， 国内仅有浦东国际机场安装了m类仪表着陆导航系统，这种ni类盲降成本极高， 而且由于安全问题，也只有特别的情况才会启用。国内外相关科研人员一直致力于低能见度下飞机起飞与着陆的研究，美国 波音公司早在八十年代就开始了研究工作。近年来，学者们提出利用毫米波雷 达、红外探测成像和数字地图综合技术，研究发现，还是无法满足真正低能见 度下飞机跑道可视化。最近研究发现，紫外探测成像系统在雾天下能够探测到至少3倍能见度距 离外的紫外灯，因此提出基于紫外探测的低能见度飞机着陆和侵入物(机场上 停放的和滑行的飞机、停放的和移动的车辆、机场工作人员)告警新技术。但 是，这个探测距离还不足以达到真正低能见度下飞机着陆要求。另外，当侵入 物在相邻探测装置中间盲区和光束外时就无法告警，而且这种告警技术也很难 覆盖整个机场，更不便于机场塔台智能监控。 发明内容为解决上述问题，本发明的目的是提供一种更加先进的利用发射特定红外 光的红外合作标志配合红外探测成像系统，以实现真正低能见度下飞机滑行、 起飞与着陆视觉导引以及塔台智能监控的低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引 和监控系统及技术。为解决上述问题，本发明是采取以下的技术方案来实现的 一种低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统，其特征在于包括着 陆点区域上的红外合作标志、跑道边界上的红外合作标志、跑道尽头铅锤设置 的红外合作标志、机场上停放的和滑行的飞机上的红外合作标志、停放的和移 动的车辆上的红外合作标志、机场工作人员佩带的红外合作标志、机场附近高 大建筑物和障碍物上的红外合作标志、跑道交叉路口处设置的红外合作标志、 机场塔台上设置的回转大视场红外探测成像系统、飞机、车辆上设置的红外探测成像系统和控制所有的红外合作标志发射特定的红外光的控制计算机；所述的控制计算机控制所有的红外合作标志发射特定的红外光，所述的机场塔台上 设置的回转大视场红外探测成像系统和飞机、车辆上设置的红外探测成像系统 探测光谱范围与红外合作标志发射的红外光的波长相匹配。前述的低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统，其特征在于所述的红外合作标志都发射波长为8 12um的红外光。前述的低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统，其特征在于所述 的着陆点区域上的红外合作标志形状特殊并且易于计算机视觉识别，形状为"T" 型，"一"代表可以着陆的起始点，"I"代表着陆方向；所述的跑道边界上的 红外合作标志形状为直线型，间隔布置；所述的跑道尽头铅锤设置的红外合作标志为尺寸一定的长方形，便于利用单目成像原理，利用计算机视觉自动测量 计算得到飞机距离跑到尽头的距离信息；所述的机场上停放的和滑行的飞机上的红外合作标志为尺寸一定的全向可见的近似球形；所述的停放的和移动的车 辆上的红外合作标志为尺寸一定的全向可见的近似球形；所述的机场工作人员 佩带的红外合作标志为背心形状结构，易于佩戴；所述的机场附近高大建筑物 和障碍物上的红外合作标志具有频闪功能，布置在体现其轮廓信息的边界处； 所述的跑道交叉路口处设置的红外合作标志形状特殊易懂，形状为代表可以通 行的"t "和代表禁止通行的"x "。前述的低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统，其特征在于所述 的飞机上的红外探测成像系统，利用计算机视觉技术和模式识别方法识别着陆 点区域上的红外合作标志，根据红外合作标志，利用计算机视觉技术提取出飞 机的偏航角、俯仰角和滚转角等着陆信息辅助着陆，飞行员通过红外探测成像 系统探测机场上的红外合作标志，从而实现低能见度下着陆跑道可视化。一种利用前述的低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统进行飞机 着陆的方法，其特征在于具有以下步骤(1) GPS等导航系统把飞机导引到着陆机场附近；(2) 飞机上的红外探测成像系统实时检测和显示地面目标，飞行员一旦通 过飞机上的红外探测成像系统观察到机场着陆跑道情况，飞行员就依靠此系统 观察决策着陆；(3) 红外探测成像系统利用计算机视觉技术和模式识别方法把自动获得的 着陆信息和探测到的图像信息显示在显示屏上，同时提示飞行员，飞行员通过 显示屏获得相关着陆信息实现低能见度下飞机的着陆。前述的利用低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统进行飞机着陆 的方法，其特征在于利用红外探测成像系统自动着陆切换到自动着陆系统， 红外探测成像系统通过计算机视觉技术和红外合作标志导引飞机实现自动着 陆。一种利用前述的低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统进行飞机 滑行和车辆移动的方法，其特征在于具有以下步骤(1 )飞机上和车辆上的红外探测成像系统把获得的探测图像实时显示出来;(2) 红外探测成像系统利用计算机视觉技术和模式识别方法把自动获得的 行驶信息(可以通行、禁止通行、前方有障碍物和弯道信息等)提示飞行员和 驾驶员；(3) 飞行员和驾驶员通过显示屏获得低能见度下的路况进行行驶。 一种利用前述的低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统进行塔台监控的方法，其特征在于具有以下步骤(1) 塔台上的回转大视场红外探测成像系统回转扫描探测整个机场，探测 到机场上的红外合作标志并且显示在大屏幕上；(2) 当回转大视场红外探测成像系统利用计算机视觉技术和模式识别方法 发现可能的危险信息(非法通行，着陆跑道上有异常等)时告警；(3) 指挥人员通过显示屏实时观察指挥。本发明专利的有益效果是在浓雾下，本发明探测距离是目前最先进的紫 外探测系统在雾天下探测紫外灯距离的2倍多，且成本低，易实现智能监控。 与现有文献中的长、短波红外探测融合技术相比，本发明只需利用一种对地形 比较敏感的8 12um长波红外探测成像系统，就可以大大提高探测距离。本发明应用前景广阔，也适用于低能见度下公路、水路交通、防撞击、救援、 危险区域警告等应用领域。
图1是低能见度下具有合作标志的着陆跑道示意图。 图中标号名称1、着陆点区域上的T型红外合作标志，2、跑道边界上的直线型红外合作标 志，3、跑道尽头铅锤设置的长方形红外合作标志。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作具体的介绍图1是低能见度下具有合作标志的着陆跑道示意图。如图1所示，在着陆 点区域上的红外合作标志形状为T型，"一"代表可以着陆的起始点，"I "代表着陆方向；跑道边界上的红外合作标志形状为一系列直线段间隔布置；跑道尽头铅锤设置的红外合作标志为尺寸一定的长方形，机场上停放的和滑行的飞 机上的红外合作标志为尺寸一定的全向可见的近似球形；停放的和移动的车辆 上的红外合作标志为尺寸一定的全向可见的近似球形；机场工作人员佩带的红 外合作标志为类似于马路清洁工穿的反光背心结构；机场附近高大建筑物和障 碍物上的红外合作标志具有频闪功能，而且布置在边界处，体现其轮廓信息； 跑道交叉路口处设置的红外合作标志形状为代表可以通行的"t"和代表禁止 通行的"X";机场塔台上设置的回转大视场红外探测成像系统的探测光谱范围 与红外合作标志发射的波长为8 12um的红外光相匹配；飞机、车辆上设置的红 外探测成像系统的探测光谱范围与红外合作标志发射的波长为8、2um的红外光 相匹配。低能见度下，GPS等导航系统把着陆飞机导引到着陆机场附近，飞机上的红 外探测成像系统实时检测和显示地面目标，飞行员一旦通过飞机上的红外探测 成像系统观察到机场着陆跑道情况，飞行员就依靠此系统观察决策着陆，如果 切换到自动着陆系统，则红外探测成像系统通过计算机视觉技术和红外合作标 志导引飞机实现自动着陆。低能见度下，滑行飞机和移动车辆上的红外探测成像系统把获得的探测图 像实时显示在显示屏上，同时，红外探测成像系统利用计算机视觉技术和模式 识别方法把自动获得的行驶信息(可以通行、禁止通行、前方有障碍物和弯道 信息等)提示给飞行员和驾驶员，飞行员和驾驶员通过显示屏获得低能见度下 的路况进行行驶。低能见度下，塔台上的回转大视场红外探测成像系统回转扫描探测整个机 场，探测到机场上的红外合作标志并且显示在大屏幕上，当回转大视场红外探 测成像系统利用计算机视觉技术和模式识别方法发现可能的危险信息(非法通 行，着陆跑道上有异常等)时告警，同时，指挥人员通过显示屏实时观察指挥。 通过以上的系统和方法可以达到低能见度下飞机安全滑行、起飞和着陆。 上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式 所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统，其特征在于包括着陆点区域上的红外合作标志、跑道边界上的红外合作标志、跑道尽头铅锤设置的红外合作标志、机场上停放的和滑行的飞机上的红外合作标志、停放的和移动的车辆上的红外合作标志、机场工作人员佩带的红外合作标志、机场附近高大建筑物和障碍物上的红外合作标志、跑道交叉路口处设置的红外合作标志、机场塔台上设置的回转大视场红外探测成像系统、飞机、车辆上设置的红外探测成像系统和控制所有的红外合作标志发射特定的红外光的控制计算机；所述的控制计算机控制所有的红外合作标志发射特定的红外光，所述的机场塔台上设置的回转大视场红外探测成像系统和飞机、车辆上设置的红外探测成像系统探测光谱范围与红外合作标志发射的红外光的波长相匹配。
2、 根据权利要求1所述的低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统， 其特征在于所述的红外合作标志都发射波长为8 12um的红外光。
3、 根据权利要求1所述的低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统， 其特征在于所述的着陆点区域上的红外合作标志形状为"T"型，"一"代表可 以着陆的起始点，"l"代表着陆方向；所述的跑道边界上的红外合作标志形状 为直线型，间隔布置；所述的跑道尽头铅锤设置的红外合作标志为尺寸一定的 长方形；所述的机场上停放的和滑行的飞机上的红外合作标志为尺寸一定的全 向可见的近似球形；所述的停放的和移动的车辆上的红外合作标志为尺寸一定 的全向可见的近似球形；所述的机场工作人员佩带的红外合作标志为背心形状结构；所述的机场附近高大建筑物和障碍物上的红外合作标志具有频闪功能， 布置在体现其轮廓信息的边界处；所述的跑道交叉路口处设置的红外合作标志 形状为代表可以通行的"t "和代表禁止通行的"x"。
4、 根据权利要求1所述的低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统， 其特征在于所述的飞机上设置的红外探测成像系统，利用计算机视觉技术和模 式识别方法识别着陆点区域上的红外合作标志，根据红外合作标志，利用计算 机视觉技术提取出飞机的着陆信息辅助着陆。
5、 利用前述的低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统进行飞机着 陆的方法，其特征在于具有以下步骤(1) 导航系统把飞机导引到着陆机场附近；(2) 飞机上的红外探测成像系统实时检测和显示地面目标，飞行员通过飞机上的红外探测成像系统观察机场着陆跑道情况，飞行员依靠此系统观察决策着陆；(3) 红外探测成像系统利用计算机视觉技术和模式识别方法把自动获得的 着陆信息和探测到的图像信息显示在显示屏上，同时提示飞行员，飞行员通过 显示屏获得相关着陆信息实现低能见度下飞机的着陆。
6、 根据权利要求5所述的利用低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控 系统进行飞机着陆的方法，其特征在于利用红外探测成像系统自动着陆切换 到自动着陆系统，红外探测成像系统通过计算机视觉技术和红外合作标志导引 飞机自动着陆。
7、 利用前述的低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统进行飞机滑 行和车辆移动的方法，其特征在于具有以下步骤(1) 飞机上和车辆上的红外探测成像系统把获得的探测图像实时显示出来；(2) 红外探测成像系统利用计算机视觉技术和模式识别方法把自动获得的 行驶信息提示飞行员和驾驶员；(3) 飞行员和驾驶员通过显示屏获得低能见度下的路况进行行驶。
8、 利用前述的低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统进行塔台监 控的方法，其特征在于具有以下步骤(1) 塔台上的回转大视场红外探测成像系统回转扫描探测整个机场，探测 到机场上的红外合作标志并且显示在大屏幕上；(2) 当回转大视场红外探测成像系统利用计算机视觉技术和模式识别方法 发现可能的危险信息时告警；(3) 指挥人员通过显示屏实时观察指挥。
全文摘要
本发明涉及一种低能见度下飞机起飞着陆的视觉导引和监控系统及技术，其系统包括在着陆点区域、跑道边界、跑道尽头、机场上停放的和滑行的飞机上、停放的和移动的车辆上、机场附近高大建筑物和障碍物上、跑道交叉路口处设置的红外合作标志；机场塔台上、飞机和车辆上设置的红外探测成像系统和控制计算机；控制计算机控制所有的红外合作标志发射特定的红外光，红外探测成像系统探测光谱范围与红外合作标志发射的红外光的波长相匹配。本发明利用计算机视觉和模式识别技术，自动提取相关信息导引机场车辆通行、飞机滑行、起飞与着陆，实现对整个机场的智能监控；本发明同样适用于低能见度下的公路、水路交通、防撞击、救援、危险区域警告等领域。
文档编号B64F1/20GK101244765SQ20081001974
公开日2008年8月20日 申请日期2008年3月14日 优先权日2008年3月14日
发明者倪立学, 徐贵力, 鹏 李, 李开宇, 彪 王, 田裕鹏, 程月华 申请人:南京航空航天大学