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机场跑道异物定位算法研究

测控技术 2012年第5期31卷 41-44页

作者：郭晓静于之靖中国民航大学航空自动化学院天津300300

跑道异物的存在给机场安全造成了很大的危险隐患,为了减小异物存在导致的经济和人身安全的影响,利用三维坐标定位技术,将Hough变换改进后用于确定跑道位置,归一化算法实现以机场跑道灯为特征点的匹配,同时为了提高匹配效果,采用特征点... 详细信息

跑道异物的存在给机场安全造成了很大的危险隐患,为了减小异物存在导致的经济和人身安全的影响,利用三维坐标定位技术,将Hough变换改进后用于确定跑道位置,归一化算法实现以机场跑道灯为特征点的匹配,同时为了提高匹配效果,采用特征点旋转整合,有效获取特征点位置。结合传感器逐区域扫描时的方位改变与像机初始坐标系换算关系,确定跑道异物的相对空间位置,实现对跑道异物的定位。该算法利用坐标变换方法,理论基础完善,实际应用时,所需传感器数目较少,成本较低,定位准确,有很好的应用价值。

关键词：跑道异物三维坐标定位姿态估计图像分割特征点匹配

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基于计算机视觉的机场跑道异物检测识别系统

电视技术 2010年第5期34卷 102-104,116页

作者：王宇吴炜张德银中国民航飞行学院航空工程学院四川广汉618307 四川大学电子信息学院四川成都610064

介绍了基于计算机视觉的机场跑道异物检测和识别系统。首先介绍了其总体结构,然后提出一种基于边缘特征的异物检测方法,最后提出了基于Gabor纹理的异物特征提取方法,并以此为依据进行分类。模拟实验表明,该系统方案切实可行,相应的算法... 详细信息

介绍了基于计算机视觉的机场跑道异物检测和识别系统。首先介绍了其总体结构,然后提出一种基于边缘特征的异物检测方法,最后提出了基于Gabor纹理的异物特征提取方法,并以此为依据进行分类。模拟实验表明,该系统方案切实可行,相应的算法能够取得较高的检测性能,系统识别率可达82.5%。

关键词：跑道异物 Kirsch算子边缘检测纹理 Gabor滤波器

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基于深度学习的跑道异物检测算法研究

基于深度学习的跑道异物检测算法研究

作者：王元济中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

近十年来,民用航空客货运输量处于稳定高位,各个民航机场的航班起降频繁,跑道空闲时间越来越少,这给机场运行安全管理带来了不断增加的压力,特别是增加跑道异物检测和处理的工作难度。当前大部分机场的跑道异物管理工作是由人工完成的,... 详细信息

近十年来,民用航空客货运输量处于稳定高位,各个民航机场的航班起降频繁,跑道空闲时间越来越少,这给机场运行安全管理带来了不断增加的压力,特别是增加跑道异物检测和处理的工作难度。当前大部分机场的跑道异物管理工作是由人工完成的,于是能降低跑道占用时间的跑道异物自动检测技术成为颇具前景的研究方向。跑道异物检测技术主要分为雷达、红外、图像三条技术路线,其中基于图像的检测系统由于其硬件部署成本低、设置方式灵活、能够识别异物种类等优点,成为了当前研究的热点。特别是近年来计算机视觉领域取得了重大进步,诞生了一批基于深度学习理论的目标检测算法。本文以深度学习和目标检测领域的研究成果为基础,根据跑道异物的特性和中小型机场的需求,针对现有深度学习检测算法在复杂环境下对小目标存在检测精度不高的问题,改进了基于卷积神经网络的通用目标检测算法YOLOv5,研究出更有效的跑道异物检测算法。首先,详细梳理了深度学习和目标检测的基本理论和常见算法,确定了目标检测任务的性能指标,分析了通用目标检测算法YOLOv5的结构和优势,选择了YOLOv5网络模型作为基础算法。通过对主要的跑道异物数据集的分析和对比,确定了本文研究所使用的数据集,并对其进行预处理。其次,在YOLOv5的主干网络中添加有效通道注意力(ECA)模块,利用加权的方法强化重要特征并抑制非必要特征,通过少量参数的增加带来明显的性能增益,使网络可以在更大区域上进行注意从而高效捕获目标。在脖颈网络中,将原有的特征金字塔模块(PA-Net)替换成加权双向特征金字塔(Bi FPN)网络结构,实现高效的双向跨尺度连接和加权特征融合。在预测端采用EIo U Loss更换CIo U Loss作为损失函数,加快了函数的收敛速度。在这些改进点的基础上,提出了面向跑道异物检测的改进YOLOv5算法。最后,基于Python和Pytorch搭建了深度学习训练环境,在处理后的FOD-A数据集上,对本文所提出的改进算法进行训练、测试和分析。测试结果表明,改进后的YOLOv5模型均值平均精度(m AP@0.5)指标达到了97.4%,相比于原模型提高了1.6个百分点,达到了在复杂环境下对机场跑道异物检测的要求。

关键词：跑道异物深度学习神经网络注意力机制

基于雷达图像的机场跑道异物检测系统搭建及算法研究

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基于雷达图像的机场跑道异物检测系统搭建及算法研究

作者：曹甜甜北京交通大学

学位级别：硕士

一般将可能损伤航空器或系统的某种外来的物质,称为跑道异物（Foreign Object Debris）,简写为FOD。常见的FOD种类相当多,如飞机和发动机连接件、野生动物、树枝、木块、塑制品、石块等。FOD的危害非常严重,实验和案例都表明,机场道面... 详细信息

一般将可能损伤航空器或系统的某种外来的物质,称为跑道异物（Foreign Object Debris）,简写为FOD。常见的FOD种类相当多,如飞机和发动机连接件、野生动物、树枝、木块、塑制品、石块等。FOD的危害非常严重,实验和案例都表明,机场道面上的外来物可以很容易被吸入发动机,导致发动机失效,因此研制FOD检测系统是十分必要的。目前为止,国外已经成功研制多款FOD检测系统,国内对这方面的研究还在起步阶段,因此研究机场雷达检测系统具有实际应用价值。本文基于雷达图像,对机场跑道FOD检测系统进行研究。首先介绍了机场异物检测系统的搭建,包括软件系统的结构框架和实现方案。为便于调试,在debug模式下将软件系统分为图像获取模块和图像处理模块两个部分来实现。图像获取模块的主要功能是从DSP中获得极坐标系下的雷达扫描数据,图像处理模块主要集成了一系列的图像处理算法。重点介绍了软件搭建过程中的关键技术和难点,并针对难点提出了相应的解决方案。其次,雷达图像处理方法是雷达异物检测系统的关键技术,重点介绍了噪声滤除方法和边缘检测方法,并在二维混合变换的基础上提出一种改进的噪声滤除方法。获得的雷达数据,经过噪声滤除、图像增强和边缘检测,便于异物的检测和定位。最后,对预处理后的雷达图像进行阈值分割,实现背景和目标的分离,利用Hough变换将图像中的道路等线段检测出来,然后采用简单有效的聚类分析方法,实现跑道中异物的标识和定位。本文首先对机场跑道的异物检测系统的软件需求进行了分析,并在分析的基础上进行平台的搭建;然后对获得的雷达图像数据进行处理,将异物检测出来并进行定位。主要工作如下： 1、对异物检测系统的软件功能需求进行分析,根据分析结果,将系统分成图像获取模块和图像处理模块分别进行实现。 2、阅读并分析有关雷达图像处理的资料及相关学术论文,在分析的基础上选择适合机场跑道背景的处理算法,对机场跑道的雷达图像进行处理,并将多种算法的检测效果进行对比分析。 3、基于Microsoft Visual C++6.0平台,用C++语言实现了各个模板的基本功能,并实现了雷达图像中异物的标识和定位。

关键词：跑道异物图像去噪雷达图像异物检测

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机场跑道异物(FOD)检测研究

机场跑道异物(FOD)检测研究

作者：樊曼劼北京交通大学

学位级别：硕士

FOD是Foreign Object Debris的缩写,泛指可能损伤飞机的某种外来物质,常称为跑道异物,常见的FOD有飞机的各种遗撒物、机械工具、石头、木块、塑料制品等。目前,国外已成功研制FOD探测系统,主要通过雷达、红外、可见光技术,实现对跑道异... 详细信息

FOD是Foreign Object Debris的缩写,泛指可能损伤飞机的某种外来物质,常称为跑道异物,常见的FOD有飞机的各种遗撒物、机械工具、石头、木块、塑料制品等。目前,国外已成功研制FOD探测系统,主要通过雷达、红外、可见光技术,实现对跑道异物的发现、定位、识别、记录和处理,但是在我国尚未有雷达检测系统研制成功的报道。本文以某基于雷达的FOD检测系统的研制为背景,仔细分析了雷达检测系统的需求以检测机场跑道异物,并实现异物定位。首先介绍了异物检测系统软件的设计开发,包括系统的结构框架和实现模块,重点介绍了软件设计过程中的关键技术和难点,并针对难点提出了相应的解决方案。其次,雷达异物检测系统的关键技术是雷达图像处理,它接收雷达传感器获取的数据并进行相应的异物检测,能实时得到异物坐标,从而对目标进行清理。最后,基于雷达的机场跑道异物检测的主要难点在于雷达图像序列的斑点噪声及目标异物的分离,本文提出了一种图像处理解决方案,即基于标记分水岭算法的机场跑道雷达图像分割算法,实验结果表明可有效的检测出跑道异物并对异物进行定位。本人完成了异物检测系统设计和雷达数字图像处理模块主程序的实现,其主要工作和创新如下：1、分析了异物检测系统的软件功能需求,完成了软件系统的总体设计、模块规划;2、阅读并分析研究了大量有关雷达图像处理的资料及相关学术论文,对雷达数据处理的关键流程及主要算法做了详细的分析研究,在此基础上选定了适合机场跑道背景的处理算法,即结合形态学开闭重建运算与标记分水岭的的图像分割算法,同时将多种算法的检测效果进行对比分析。3、基于Microsoft Visual C++6.0平台,用VC语言开发了图像处理模块,实验结果达到了异物检测及定位的功能。

关键词：跑道异物图像分割雷达图像边缘提取分水岭算法

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机场跑道异物检测系统算法研究与软件实现

机场跑道异物检测系统算法研究与软件实现

作者：成威北京交通大学

学位级别：硕士

机场跑道异物指异常出现在机场跑道上并威胁飞行安全的外来物体。它的存在对航空安全造成严重隐患,带来巨大损失。国内外对机场跑道的异物检测给予了高度关注,国外己开发出了一些性能优良的异物检测系统,国内的相关研究也在不断深入。... 详细信息

机场跑道异物指异常出现在机场跑道上并威胁飞行安全的外来物体。它的存在对航空安全造成严重隐患,带来巨大损失。国内外对机场跑道的异物检测给予了高度关注,国外己开发出了一些性能优良的异物检测系统,国内的相关研究也在不断深入。目前主流的异物检测手段依赖雷达设备和光学设备,这两种设备各有千秋,本文研究的是以雷达为主要检测设备的异物检测系统。异物检测系统首先通过雷达扫描获得数据,然后通过程序解析数据,其次使用图像处理算法处理雷达图像并检测异物,最后通过网络发送检测数据。本文主要实现了系统的软件部分,即设计完成了应用于异物检测系统中的Visual C++应用程序。它拥有友好的界面、高效的接口、可靠的数据管理、有效的处理算法,是一个功能完善、运行稳定的软件产品。本文重点研究了机场跑道异物检测算法。本文在借鉴视频图像处理方法基础上针对雷达图像特点进行完善和改进,提出了一种基于雷达图像处理的异物检测算法。检测算法包含了基于高斯混合模型思想的去噪、改进的背景差分、阈值化及中值滤波、数学形态学运算、基于漫水填充的目标分割等内容,可有效处理图像,准确检测异物,精确度高,实时性好,是异物检测系统软件核心算法。本文还对机场跑道异物识别进行了探讨。在介绍主流识别方法的基础上,引入了基于无监督特征学习的识别方法,它包括数据准备、特征学习、特征提取、图像分类等过程,为跑道异物识别问题提供了一种可行的解决方案。本文对识别方法进行了改进并完成软件实现,获得了较为可观的实验结果。这部分研究内容未来可以融入到异物检测系统中来进一步增强系统功能。

关键词：跑道异物雷达图像处理异物检测异物识别

基于圆弧合成孔径体制的跑道异物监测雷达成像研究

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航空工程进展 2021年第4期12卷 155-162页

作者：章林龙超童建文空中交通管理系统与技术国家重点实验室南京210007 中国电子科技集团公司第28研究所南京210007

跑道异物(FOD)是对影响机场航班起降的外来物质的总称,目前全球绝大多数机场的FOD监测仍然是靠人工完成。为了满足FOD监视手段的迫切需要,本文采用圆弧合成孔径雷达实现机场跑道异物探测;通过比较实孔径扫描和圆弧合成孔径雷达的优缺点... 详细信息

跑道异物(FOD)是对影响机场航班起降的外来物质的总称,目前全球绝大多数机场的FOD监测仍然是靠人工完成。为了满足FOD监视手段的迫切需要,本文采用圆弧合成孔径雷达实现机场跑道异物探测;通过比较实孔径扫描和圆弧合成孔径雷达的优缺点,开展信号模型仿真,并与实测数据进行对比验证。结果表明:针对同样目标,圆弧合成孔径雷达的探测距离提高2~3倍,并能有效抑制雨雪等"闪烁"杂波。

关键词：圆弧合成孔径跑道异物雷达成像

基于能量累积多特征融合的机场跑道异物检测算法研究

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新技术新工艺 2021年第11期407卷 71-74页

作者：王方顺张崟中国电子科技集团公司第二十八研究所江苏南京210007

针对机场跑道异物易造成航空事故的问题,为保障机场飞行安全,避免重大损失,实现跑道异物的准确快速识别就尤为重要。因此,提出了一种基于能量累积多特征融合的异物检测方法,首先是获取干净的机场跑道和含有异物的机场跑道的图像的纹理... 详细信息

针对机场跑道异物易造成航空事故的问题,为保障机场飞行安全,避免重大损失,实现跑道异物的准确快速识别就尤为重要。因此,提出了一种基于能量累积多特征融合的异物检测方法,首先是获取干净的机场跑道和含有异物的机场跑道的图像的纹理、形状等底层特征,并针对每一种特征进行定性和定量分析;然后针对灰度、边缘、亮度等单源特征信息对识别结果存在缺陷的问题,通过多源特征信息融合技术,识别出图像中的异物并标记告警;最后采用多帧能量累积方法消除随机噪声,将一组具有重叠区域、分辨率不高、视场范围不大的多帧图像组合拼接,并再次采用基于多特征融合的机场FOD检测算法对拼接图像进行二次检测。通过实际测试表明,该检测方法提升了异物检测的准确性。

关键词： FOD 跑道异物噪声多特征融合特征降维信息融合能量累积

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机场跑道异物检测系统研究

现代电子技术 2012年第19期35卷 120-122,126页

作者：赵锦华张军中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄050081

为了解决机场跑道上的异物对飞机安全造成的极大威胁,在研究了国外现有的跑道异物检测技术的基础上,提出了易于实现的组合式毫米波探测系统及机场布局方法,分析了地杂波对跑道异物检测的影响,采用高距离与方位分辨探测技术实现对地面杂... 详细信息

为了解决机场跑道上的异物对飞机安全造成的极大威胁,在研究了国外现有的跑道异物检测技术的基础上,提出了易于实现的组合式毫米波探测系统及机场布局方法,分析了地杂波对跑道异物检测的影响,采用高距离与方位分辨探测技术实现对地面杂波的抑制,提出了超宽带毫米波线性调频探测单元的构成方法并对高分辨测距的基本原理和实现算法进行了理论分析。针对探测单元以及环境杂波的分布模型进行了仿真研究,仿真结果表明组合式毫米波探测系统对小目标具有较好的分辨能力。

关键词：跑道异物 LFMCW 高分辨地面杂波