一種入塢飛機(jī)機(jī)型識別驗(yàn)證系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及一種用于智能飛機(jī)泊位引導(dǎo)系統(tǒng)的圖像處理、激光點(diǎn)云數(shù) 據(jù)處理和模式識別技術(shù)，特別是用于飛機(jī)泊位引導(dǎo)的運(yùn)動物體檢測、特征識別和驗(yàn)證的入 塢飛機(jī)機(jī)型識別驗(yàn)證系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛機(jī)泊位引導(dǎo)是指將到港飛機(jī)從滑行道末端導(dǎo)引至機(jī)坪的停機(jī)位置并準(zhǔn)確停泊 的過程。飛機(jī)泊位引導(dǎo)的目的是保障入塢飛機(jī)安全準(zhǔn)確停泊，能方便飛機(jī)與各種地勤接口 的準(zhǔn)確對接，并使登機(jī)橋能有效靠接飛機(jī)艙門，提高機(jī)場運(yùn)行效率和安全。自動飛機(jī)泊位引 導(dǎo)系統(tǒng)按使用傳感器的類型不同主要分為：地埋線圈類、激光掃描測距類和視覺感知類。由 于激光掃描測距類和視覺感知類自動引動系統(tǒng)能有效獲取入塢飛機(jī)的可視化信息，因此該 兩類自動飛機(jī)泊位引導(dǎo)系統(tǒng)又稱為可視化泊位引動系統(tǒng)。地埋感應(yīng)線圈類自動引導(dǎo)系統(tǒng)通 過探測是否有金屬物體經(jīng)過或停留來確定入塢飛機(jī)的位置。地埋感應(yīng)線圈的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速 度快、成本低，對天氣和照度無要求，但誤差較大、抗干擾能力低。同時，埋在地下的引線和 電子元件容易被壓壞、可靠性不高，測量精度不高，不能識別機(jī)型，可調(diào)試可維修性差。激光 掃描測距類自動引導(dǎo)系統(tǒng)通過激光測距和激光掃描來確定飛機(jī)位置、速度和機(jī)型等信息， 不受環(huán)境照度的影響、且受天氣影響較小，精度較高，可調(diào)試可維修性好。視覺感知類自動 引導(dǎo)系統(tǒng)通過光學(xué)成像方式獲取飛機(jī)入塢過程的圖像信息，進(jìn)而通過智能化信息處理技術(shù) 確定入塢飛機(jī)的位置、速度和機(jī)型等信息，系統(tǒng)架構(gòu)簡單、成本低，具有高的智能化水平，可 調(diào)性可維護(hù)性較好，但對天氣和照度有要求、適應(yīng)性較差。
[0003] 隨著視覺感知成像技術(shù)、智能化信息處理技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的不斷深入發(fā)展，可 視化飛機(jī)泊位引導(dǎo)技術(shù)能精確、快速獲取入塢飛機(jī)的入塢信息，已在機(jī)場的泊位引導(dǎo)系統(tǒng) 中得到應(yīng)用。美國Honeywell公司研制的可視化飛機(jī)泊位引導(dǎo)系統(tǒng)（VDGS)和德國西門子 公司研制的視頻泊位引導(dǎo)系統(tǒng)（VD0CKS)作為國際領(lǐng)先水平的視覺引導(dǎo)設(shè)備也在國際上一 些機(jī)場得到應(yīng)用，但這些系統(tǒng)對天氣和照度要求較高、適應(yīng)性較差，且缺乏智能化的信息處 理能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于飛機(jī)泊位引導(dǎo)的運(yùn)動物體檢測、特征 識別和驗(yàn)證的入塢飛機(jī)機(jī)型識別驗(yàn)證系統(tǒng)及方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種入塢飛機(jī)機(jī)型識別驗(yàn)證方法，其中，包括如 下步驟：
[0006]S1、場景設(shè)置，將監(jiān)測場景劃分為不同的信息處理功能區(qū)；
[0007]S2、機(jī)器視覺驗(yàn)證，基于機(jī)器視覺系統(tǒng)對入塢飛機(jī)的機(jī)型進(jìn)行識別驗(yàn)證，并與數(shù)據(jù) 庫預(yù)存的該入塢飛機(jī)的機(jī)型信息比對后得到該入塢飛機(jī)的視覺身份驗(yàn)證信息；
[0008]S3、激光掃描驗(yàn)證，基于激光掃描系統(tǒng)對所述入塢飛機(jī)的機(jī)型進(jìn)行識別驗(yàn)證，并與 數(shù)據(jù)庫預(yù)存的該入塢飛機(jī)的機(jī)型信息比對后得到該入塢飛機(jī)的激光身份驗(yàn)證信息；
[0009]S4、信息融合，將所述視覺身份驗(yàn)證信息與所述激光身份驗(yàn)證信息融合為一個驗(yàn) 證結(jié)果并輸出該驗(yàn)證結(jié)果；
[0010]S5、顯示，通過顯示裝置接收并顯示所述驗(yàn)證結(jié)果。
[0011] 上述的入塢飛機(jī)機(jī)型識別驗(yàn)證方法，其中，所述機(jī)器視覺驗(yàn)證步驟S2進(jìn)一步包 括：
[0012] S21、飛機(jī)捕獲，在設(shè)置好的飛機(jī)泊位場景中通過所述攝像裝置捕獲待停泊飛機(jī)的 視頻圖像；
[0013]S22、飛機(jī)識別及身份驗(yàn)證，對步驟S21捕獲到的待停泊飛機(jī)進(jìn)行機(jī)型及身份驗(yàn) 證，以進(jìn)一步保證所述待停泊飛機(jī)安全準(zhǔn)確停泊，包括 ：
[0014]S221、參數(shù)驗(yàn)證，提取所述視頻圖像中的飛機(jī)參數(shù)并與預(yù)置于數(shù)據(jù)庫中的機(jī)型數(shù) 據(jù)進(jìn)行比對，得到機(jī)型相似度參數(shù)；
[0015]S222、模板匹配，將所述視頻圖像與預(yù)置于所述數(shù)據(jù)庫中的機(jī)型模板進(jìn)行比對，得 到模板相似度參數(shù)，其中；
[0016]S223、綜合判斷，所述機(jī)型數(shù)據(jù)相似度參數(shù)與所述模板相似度參數(shù)大于或等于一 驗(yàn)證閾值時，則通過所述待停泊飛機(jī)的機(jī)型與身份驗(yàn)證。
[0017] 上述的入塢飛機(jī)機(jī)型識別驗(yàn)證方法，其中，所述模板匹配步驟S222進(jìn)一步包括：
[0018]S2221、全局模板匹配，以整幅所述視頻圖像為被搜索圖像，以所述數(shù)據(jù)庫中的標(biāo) 準(zhǔn)飛機(jī)圖像為模板，計算全局模板相似度參數(shù)；
[0019]S2222、局部模板匹配，分別以S221中提取得到的所述飛機(jī)參數(shù)為被搜索圖像，分 別以所述數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)飛機(jī)參數(shù)為模板，分別計算出所述飛機(jī)引擎、飛機(jī)機(jī)翼、飛機(jī)機(jī)頭 和所述飛機(jī)尾翼的4個相似度，去掉所述4個相似度中的最小值，計算所述4個相似度中其 余3個相似度的平均數(shù)為局部模板相似度參數(shù)。
[0020] 上述的入塢飛機(jī)機(jī)型識別驗(yàn)證方法，其中，所述綜合判斷步驟S223包括：
[0021] 若所述機(jī)型相似度參數(shù)、全局模板相似度參數(shù)和所述局部模板相似度參數(shù)中至少 有2個大于或等于0. 85,則通過身份驗(yàn)證，或，所述機(jī)型相似度參數(shù)、全局模板相似度參數(shù) 和所述局部模板相似度參數(shù)都大于〇. 7,則通過身份驗(yàn)證。
[0022] 上述的入塢飛機(jī)機(jī)型識別驗(yàn)證方法，其中，所述激光掃描驗(yàn)證步驟S3進(jìn)一步包 括：
[0023]S31、數(shù)據(jù)預(yù)處理；
[0024]S32、飛機(jī)捕獲，通過所述激光掃描系統(tǒng)對設(shè)置好的飛機(jī)泊位場景中的捕獲區(qū)分別 進(jìn)行水平和垂直方向連續(xù)掃描，比對當(dāng)前掃描行和前幀掃描參數(shù)直至捕獲到所述入塢飛 機(jī)，并計算飛機(jī)的機(jī)鼻位置；
[0025]S33、飛機(jī)識別及身份驗(yàn)證，對步驟S32捕獲到的所述入塢飛機(jī)進(jìn)行機(jī)型及身份驗(yàn) 證，包括：
[0026]S331、獲取所述入塢飛機(jī)的特征參數(shù)，并將所述特征參數(shù)固化在所述激光掃描系 統(tǒng)內(nèi)以備隨時調(diào)用，所述特征參數(shù)包括飛機(jī)機(jī)艙寬度、飛機(jī)機(jī)鼻高度、飛機(jī)機(jī)頭俯視輪廓、 飛機(jī)機(jī)頭側(cè)視輪廓和飛機(jī)引擎數(shù)據(jù)；
[0027]S332、按照預(yù)先設(shè)定的優(yōu)先等級判別順序，對所述入塢飛機(jī)的特征參數(shù)與預(yù)存的 待入塢飛機(jī)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)比對，并根據(jù)比對結(jié)果輸出驗(yàn)證結(jié)果。
[0028] 上述的入塢飛機(jī)機(jī)型識別驗(yàn)證方法，其中，所述步驟S332進(jìn)一步包括：
[0029]S3321、機(jī)鼻高度驗(yàn)證：
[0030] 對所述入塢飛機(jī)機(jī)頭進(jìn)行垂直掃描并獲取目標(biāo)點(diǎn)；
[0031] 對所述目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行二次曲線擬合，得到所述入塢飛機(jī)機(jī)鼻高度的測量值；
[0032] 如果該機(jī)鼻高度的測量值與預(yù)設(shè)機(jī)鼻高度之差在一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，視為通過機(jī)鼻高 度驗(yàn)證；
[0033]S3322、機(jī)艙寬度驗(yàn)證：
[0034] 對所述入塢飛機(jī)機(jī)頭進(jìn)行水平掃描并獲取目標(biāo)點(diǎn)；
[0035] 將所述目標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換到x-y-z坐標(biāo)，取其中最大和最小的X坐標(biāo)，求該最大和最小的 X坐標(biāo)之差得到所述入塢飛機(jī)機(jī)艙寬度的測量值；
[0036] 如果該機(jī)艙寬度大于理論機(jī)艙寬度與一寬度系數(shù)的乘積，視為通過機(jī)艙寬度驗(yàn) 證。
[0037] 上述的入塢飛機(jī)機(jī)型識別驗(yàn)證方法，其中，所述步驟S332進(jìn)一步包括：
[0038]S3323、機(jī)頭俯視輪廓驗(yàn)證：
[0039] 對所述入塢飛機(jī)機(jī)頭進(jìn)行水平掃描并獲得目標(biāo)點(diǎn)；
[0040] 將所述目標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換到x-y-z坐標(biāo)，對所述目標(biāo)點(diǎn)的X和y坐標(biāo)進(jìn)行二次曲線擬合 得到y(tǒng)=f (X);
[0041] 使用所述目標(biāo)點(diǎn)的X值，通過預(yù)置的飛機(jī)機(jī)頭輪廓的高次曲線方程，計算出所述 目標(biāo)點(diǎn)的理論y坐標(biāo)值；
[0042] 求出所有所述目標(biāo)點(diǎn)的y值與所述理論的y坐標(biāo)值的誤差，并求出平均誤差和方 差；
[0043] 根據(jù)所述平均誤差求出所有所述目標(biāo)點(diǎn)的平均絕對誤差，若所述平均絕對誤差與 所述方差均小于或等于一俯視輪廓設(shè)定值，視為通過所述入塢飛機(jī)的機(jī)頭俯視輪廓驗(yàn)證。
[0044] 上述的入塢飛機(jī)機(jī)型識別驗(yàn)證方法，其中，所述步驟S332進(jìn)一步包括：
[0045]S3324、機(jī)頭側(cè)視輪廓驗(yàn)證：
[0046] 對所述入塢飛機(jī)機(jī)頭進(jìn)行垂直掃描并獲得目標(biāo)點(diǎn)；
[0047] 將所述目標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換到x-y-z坐標(biāo)，對所述目標(biāo)點(diǎn)的z和y坐標(biāo)進(jìn)行二次曲線擬合 得到y(tǒng)=f(z);
[0048] 使用所述目標(biāo)點(diǎn)的z值，通過預(yù)置的飛機(jī)機(jī)頭輪廓的高次曲線方程，計算出所述 目標(biāo)點(diǎn)的理論y坐標(biāo)值；
[0049] 求出所有所述目標(biāo)點(diǎn)的y值與所述理論y坐標(biāo)值的誤差，并求出平均誤差和方 差；
[0050] 根據(jù)所述平均誤差求出所有所述目標(biāo)點(diǎn)的平均絕對誤差，若所述平均絕對誤差與 所述方差均小于或等于一側(cè)視輪廓設(shè)定值，視為通過所述入塢飛機(jī)的機(jī)頭側(cè)視輪廓驗(yàn)證。
[0051] 上述的入塢飛機(jī)機(jī)型識別驗(yàn)證方法，其中，所述步驟S332進(jìn)一步包括：
[0052]S3325、引擎數(shù)據(jù)驗(yàn)證：
[0053] 根據(jù)所述入塢飛機(jī)機(jī)鼻位置預(yù)算出引擎應(yīng)出現(xiàn)的理論位置，該理論位置至少有兩 個，對該理論位置進(jìn)行水平方向的激光掃描并獲得目標(biāo)點(diǎn)；
[0054] 將水平方向的激光掃描得到的所述目標(biāo)點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到x-y-z三維坐標(biāo)，尋 找距離理論引擎中心最近的坐標(biāo)點(diǎn)，并尋找與該最近的坐標(biāo)點(diǎn)連續(xù)的點(diǎn)，得到一點(diǎn)集，點(diǎn)集 中最左端和最右端的兩個目標(biāo)點(diǎn)的距離作為引擎寬度；
[0055] 若該引擎寬度與標(biāo)準(zhǔn)值的差距小于或等于一設(shè)定閾值，且該理論位置外只出現(xiàn)個 別噪聲點(diǎn)，視為通過所述入塢飛機(jī)的引擎驗(yàn)證。
[0056] 上述的入塢飛機(jī)機(jī)型識別驗(yàn)證方法，其中，所述信息融合步驟S4進(jìn)一步包括：
[0057]S41、使用基于D-S理論的融合方法，建立一個非空的辨識框架： 1)=.丨0，/?;/?,././|々其中，h表示機(jī)型正確，f表示機(jī)型錯誤，表示機(jī)型可能正確也 可能錯誤，即暫時不能確定，0表示不可能事件；
[0058]S42、建立各自的mass函數(shù)。叫（·）為機(jī)器視覺子系統(tǒng)的mass函數(shù)，m2( ·)為激 光掃描子系統(tǒng)的mass函數(shù)，且滿足：
[0059]
[0060]
[0061]
[0062] 其中系數(shù)1為機(jī)型相似度參數(shù)、系數(shù)2為全局模板相似度參數(shù)、系數(shù)3為局部模板 相似度參數(shù)；
[0063] m2(h)和根據(jù)激光掃描系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的優(yōu)先等級判別順序而變化；
[0064]S43、計算mass函數(shù)的正交和
[0065]其中，
[0066]使用上述同樣的公式計算州(/丁）和m(H)，
[0067] 若有
[0068]
[0069]其中ερε2為預(yù)設(shè)的門限值，則融合結(jié)果為：機(jī)型正確身份驗(yàn)證通過；
[0070]若有
[0071]
[0072] 則融合結(jié)果為：機(jī)型錯誤身份驗(yàn)證失敗。
[0073] 為了更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種用于上述入塢飛機(jī)機(jī)型識別驗(yàn)證 方法的入塢飛機(jī)機(jī)型識別驗(yàn)證系統(tǒng)。
[0074] 本發(fā)明的技術(shù)效果在于：
[0075] 本發(fā)明的入塢飛機(jī)機(jī)型識別驗(yàn)證系統(tǒng)，具有有效的智能化視覺信息處理能力，能 有效實(shí)現(xiàn)飛機(jī)入塢過程的飛機(jī)捕獲、跟蹤與定位、機(jī)型識別與身份驗(yàn)證等功能，而且具有智 能化的站坪可視化監(jiān)控功能，能有效提高民航機(jī)場自動化、智能化和運(yùn)營管理的水平。
[0076] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
【附圖說明】
[0077] 圖1為本發(fā)明