塔架式机场跑道异物定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光学定位技术领域，特别是设及一种塔架式机场跑道异物定位方法。
【背景技术】
[0002] 机场跑道异物是影响机场飞行安全和导致航班延误的重要因素。近年来，针对运 一问题，民航业界提出了能够自动检测跑道状态，及时发现并定位跑道异物的自动化机场 跑道异物检测系统，W期能够替代人工巡检，提高工作效率和可靠性。
[0003] 塔架式机场跑道异物检测系统是上述自动化机场跑道异物检测系统中的一种。该 系统采用分布式布局，由若干光学探测传感器、服务器端和客户端等共同组成。其中，光学 探测传感器部署于跑道一侧，传感器距跑道中线距离较远，按照国内相关规范要求，一般情 况距离大于150米，在实际安装过程中，为保证光学传感器的有效检测高度和航空安全，传 感器位置距跑道中线200米外甚至更远。
[0004] 光学探测传感器包括塔架、转台、摄像机和镜头。其中，转台安装在塔架上，在转台 内部放置有摄像机和镜头。转台可W上下左右转动，当转台运动到某一位置时，在服务器端 的控制下，转台会将成像画面（图片）W及转台的方位角(俯仰和水平角）回传到服务器端。 服务器端对上述数据进行处理，如发现在机场跑道上存在异物，则服务器端可W报警并给 出异物的精确位置。随后工作人员可W携带具有异物的GPS位置坐标的便携式客户端去清 除异物。运样即完成的机场跑道的异物清除操作。
[0005] 上述操作的正常进行均取决于服务器端对异物的精确位置的计算，但是现有的异 物定位方法需要对异物的坐标进行转换，如将异物在画面上的像素坐标转换为异物的GPS 坐标，如在转换过程中转台的位置或方位角发生改变，可能会降低异物的定位准确性。
[0006] 为了提高异物的定位准确性，申请号为201310446863.7的一种机场跑道异物检测 快速定位方法披露了一种对异物报警位置信息与报警次数进行统计的异物定位方法，可有 效的提高异物位置信息的准确性。但是其中并未对转台的位置坐标偏差进行补偿。
[0007] 同时申请号为201210031837.3的机场道面异物监测系统通过对小尺寸异物的识 别提高了异物位置信息的准确性，但是同样没有对转台的位置坐标偏差进行补偿。
[000引故，有必要提供一种塔架式机场跑道异物定位方法，W解决现有技术所存在的问 题。
【发明内容】
[0009] 本发明实施例提供一种定位准确性较高的塔架式机场跑道异物定位方法;解决了 现有的机场跑道异物定位方法的定位准确性较低的技术问题。
[0010] 为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
[0011] 本发明实施例提供一种塔架式机场跑道异物定位方法，其使用塔架式机场跑道异 物检测系统进行异物定位，其中所述塔架式机场跑道异物检测系统包括：
[0012] 光学探测模块，用于获取异物图像;其包括转台、摄像机从及镜头；从及
[0013] 服务器端，用于根据所述异物图像对异物进行定位操作；其中所述塔架式机场跑 道异物定位方法包括：
[0014] 所述光学探测模块对异物进行拍摄，W获取异物图像；
[0015] 所述服务器端根据所述异物图像，获取所述异物在所述摄像机祀面的物理坐标；
[0016] 所述服务器端根据所述异物的祀面物理坐标W及所述转台的参数，获取所述异物 相对所述转台的球极坐标；
[0017] 所述服务器端将所述异物相对所述转台的球极坐标转换为所述异物相对所述转 台的笛卡尔坐标；
[0018] 所述服务器端将所述异物相对所述转台的笛卡尔坐标转换为所述异物的地屯、坐 标；W及
[0019] 所述服务器端将所述异物的地屯、坐标转为所述异物的经缔度坐标。
[0020] 在本发明所述的塔架式机场跑道异物定位方法中，所述转台内置光学探测模块对 异物进行拍摄，W获取异物图像的步骤之前还包括:获取所述转台对应的机场跑道区域的 位置参数W及高程参数。
[0021 ]在本发明所述的塔架式机场跑道异物定位方法中，所述服务器端根据所述异物的 祀面物理坐标W及所述转台的参数，获取所述异物相对所述转台的球极坐标的步骤包括： 通过W下公式获取所述异物相对所述转台的球极坐标：
[0023]其中H为所述摄像机祀面的高度，丫 1所述摄像机的纵向视场角，Ty为所述祀面物 理坐标中的纵坐标，|3〇为所述摄像机的垂直俯仰角，0为所述异物图像中的异物相对所述转 台的球极坐标中的Z轴的角度；
[0025]其中a〇为所述摄像机的水平俯仰角，L为所述摄像机祀面的宽度，Tx为所述祀面物 理坐标中的横坐标，T 2为所述摄像机的横向视场角为所述异物图像中的异物在所述球 极坐标系中的X-Y平面的投影，与所述球极坐标系中的X轴的角度；
[0027] 其中P为所述异物图像中的异物在所述球极坐标系中的斜距，册为所述摄像机相 对于检测区域的高度，0为所述异物的综合俯仰角。
[0028] 在本发明所述的塔架式机场跑道异物定位方法中，所述服务器端将所述异物相对 所述转台的球极坐标转换为所述异物相对所述转台的笛卡尔坐标的步骤包括:通过W下公 式将所述异物相对所述转台的球极坐标转换为所述异物相对所述转台的笛卡尔坐标；
[0029] -、>=/? sin 0COS 口；
[0030] V/.二 ^sin 白si W'
[0031 ] ZF = PCOS 白；
[0032] 其中XF为所述异物相对所述转台的笛卡尔坐标的X轴坐标，yF为所述异物相对所述 转台的笛卡尔坐标的Y轴坐标，ZF为所述异物相对所述转台的迪笛卡尔坐标的巧由坐标。
[0033] 在本发明所述的塔架式机场跑道异物定位方法中，所述服务器端将所述异物相对 所述转台的笛卡尔坐标转换为所述异物的地屯、坐标的步骤包括:通过W下公式将所述异物 相对所述转台的笛卡尔坐标转换为所述异物的地屯、坐标：
[003引其中Xr，Yr，Zr为所述转台地屯、坐标，、，4 r分别为所述转台的经度和缔度坐标，Xf， 化，Zf为异物所对应的地屯、坐标。
[0036] 在本发明所述的塔架式机场跑道异物定位方法中，通过W下公式获取所述转台地 屯、坐标：
[0037] Xr= ( N ( (})r)+hr)COS 4 rCOS入r [003引 Yr= ( N ( (})r)+hr)COS 4 rsin入r [0039] Zr=( N ( (J)r)(l-e^)+hr)sin<l)r
[0041] 其中N( (K)为转台缔度(I)T所对应的主要垂直曲率，为由GPS测量得到的所述转台 的海拔高度，e为地球第一离屯、率，a为地球半长轴。
[0042] 在本发明所述的塔架式机场跑道异物定位方法中，所述服务器端将所述异物的地 屯、坐标转为所述异物的经缔度坐标的步骤包括：
[0045] AF = a;rctan2[化，化]
[0046] 其中U为异物地屯、坐标系下的Z轴坐标Zf的水平向高程修正参数，V为异物地屯、坐 标系下的Z轴坐标Zf的纵向高程修正参数，a为WGS84楠球模型中地球的半长轴，b为WGS84楠 球模型中地球半短轴;Zo为对异物地屯、坐标系中Z轴坐标Zf的修正参数;Zf为异物地屯、坐标 系下的Z轴坐标，Xf是异物的地屯、坐标系下X轴坐标，Yf是异物地屯、坐标系下的Y轴坐标;r是 WGS84楠球赤道平面半径;e/为WGS84楠球模型中第二离屯、率血为异物海拔高度，心d)F分 别为异物的经度和缔度坐标。
[0047] 在本发明所述的塔架式机场跑道异物定位方法中，所述光学探测模块对异物进行 拍摄，W获取异物图像的步骤之前还包括：
[0048] 通过W下公式对所述摄像机的纵向视场角丫 IW及所述摄像机的横向视场角丫 2 进行标定；
[0051] 其中D为标定物与所述摄像机的物距，W为通过测量获取的视场水平宽度，H'为所 述摄像机成像画面的像素高度，1/为所述摄像机成像画面的像素宽度。
[0052] 在本发明所述的塔架式机场跑道异物定位方法中，所述服务器端将所述异物相对 所述转台的球极坐标转换为所述异物相对所述转台的笛卡尔坐标的步骤之前还包括：
[0053] 根据所述摄像机测量的参照物相对所述转台的球极坐标W及通过GPS测量并经计 算得到的所述参照物相对所述转台的笛卡尔坐标，计算所述转台的球极坐标系和所述转台 的笛卡尔坐标系的偏差；W及
[0054] 使用所述偏差对所述异物相对所述转台的球极坐标进行补偿。
[0055] 在本发明所述的塔架式机场跑道异物定位方法中，所述根据所述摄像机测量的参 照物相对所述转台的球极坐标W及GI^测量并经计算得到的所述参照物相对所述转台