无人机对机场道面与周边区域监视的研究_薛睿.pdf

理论研究 论点 ARGUMENT99近年来，国民经济的增长带动了客运量的攀升，不少城市增建或者扩建机场以满足客运需求。由于总机场面积逐渐增加，机场整体构造更为复杂，单纯依靠传统的人工道面巡查已经难以满足机场对巡查效率等的要求。随着国内低空空域的逐步开放，我国通用航空事业获得进一步发展，并一跃成为国民经济发展的新增长点，进而促进低空飞行器在国民经济建设、工业发展中的广泛应用。实践证明，无人机在监视识别、遥感测绘、节日表演等领域均表现出巨大的潜力。近年来，中国的无人机技术实现了层层突破，其制造成本明显下降且智能化水平显著提升，而将无人机引入机场管理体系已是大势所趋。一、无人机技术概述20 世纪 20 年代，无人机被作为军事训练的靶机首次投入使用。由于其具备制作成本较低、易部署、机动性强、适应恶劣环境等优点，很快被多个领域引入使用，协助完成一些原本难以完成的任务。如今，无人机的功能进一步完善，并在航拍测绘等领域得到更广泛的应用。得益于相对成熟的电子成像技术和图像识别技术的支持，无人机开始被应用于机场道面与周边区域的监视。在该领域，无人机的优势在于便捷、高效，不受地形限制，成本远低于传统人工巡道模式，并且能24小时全天候待命作业。机场可借助无人机对机场道面与周边区域进行监视，并在标记可疑点后，派遣人工进行针对性处理。此举降低了作业成本，提高了机场巡查效率，有效实现了智能机场维护道面与监视机场环境的目的。二、无人机机场作业难点在传统理念下，为了避免无人机发生失控并与航空器产生碰撞，在机场管制区域内是严禁无人机飞行的。目前，应对此类影响飞行安全的问题时，机场通常会选择对无人机采取管理措施，如设置无人机围栏或者对无人机云管理系统进行线上监控等，以此避免无人机与航空器异常接近。此外，由于无人机具备造价相对较低、作业效率高等优势，其被广泛应用于机场道面与环境监视等方面，有效提高了机场运行与监管效率。但在具体应用过基金课题：中国民用航空飞行学院面上项目资金资助（项目编号：J2020-147）。无人机对机场道面与周边区域监视的研究 文/薛睿，杨家忠 随着民航事业的快速发展，各地新修、扩建机场的工程逐渐增多，全国机场数量与面积明显增加。但现阶段，机场跑道与周边区域的日常巡查仍主要依靠人工来完成。传统的人工巡道车等方式不仅耗时耗力，还有可能对机场的整体运行效率造成不同程度的影响。近年来，无人机技术与计算机视觉技术结合而成的监视技术促使无人机在超低空高效巡视道面障碍物与检查机场边界完整性等方面发挥出积极作用，有望取代传统的人工巡查方式对整个机场进行监视。更重要的是，该技术不仅能保证巡查安全、提高监视效率，还有利于机场降低成本。未来，无人机还可以借助场面对比模型，对不同道面的图像特征进行分析，以更精准地识别人工难以识别的极小或低色差障碍物。论点 ARGUMENT 理论研究100程中，机场需要注意以下几点。首先，机场应严格管控无人机在机场及周边的飞行时间，以免其与正常飞行的航空器发生碰撞，进而威胁航空器的正常运行。另外，无人机本质上依旧是由人工操控的，所以由无人机造成的不安全事件大多受人为因素的影响。现阶段，无人机因体积小、重量轻，动力水平有限，因而并不能搭载过多设备，这就要求无人机机载电脑必须具备较高的集成水平，并且能够满足识别道面与周边环境、获取完整的道面图像信息等要求。基于此，本文提出用无人机巡查代替人工巡查具有重要作用：首先，无人机能够提高机场的自动化水平，对于未来智能机场的建设意义深远；其次，无人机巡查的工作效率和准确度较高，并且能够监视到机场周围以及人工巡查难以覆盖的复杂地区；最后，科学使用无人机设备能够有效增强机场的安全性和可靠性，避免道面出现异物。三、无人机机场作业的解决对策（1）现有航空器均配置有无线电收发器，如ADS-B、TCAS等。其中，TCAS的机载设备主要包括：一个询问机，用于发射1030MHz询问信号，接收1090MHz信号；一个应答机，用于接收1030MHz信号，发射 1090MHz 信号。而ADS-B OUT主要包括一个GPS接收机和一个发射机，用于发射1090MHz ADS-B信号。ADS-B IN则主要包括一个接收机，用于接收 1090MHz ADS-B 信号。因此，机场可以基于信号特点，在无人机巡航设计环节设置强制性命令，以确保无人机在作业过程中远离1030MHz与1090MHz信号。但考虑到远离该信号的无人机同样需要加装无线电接收机，并且其频率与控制无人机的无线电信号的频率差异较大，加之无人机受到体积和重量的限制，对无人机加装1030MHz与1090MHz接收机的处理方式在现阶段仍然面临技术瓶颈。未来，无人机技术将趋于成熟，电子集成技术有望取得进一步突破，届时，无人机加装对应频率的无线电接收机后，必然将具备更多功能。（2）由于航空器机载设备丰富、无线电收发机齐全，并且具备自主发送特定频率信号的功能，理论上，机场可以创建无人机围栏。无人机围栏是指在无人机系统或者其加入的云系统中，以民航局规定的特定地理范围边界为依据，使航空器在地面运行过程中自主建立无人机禁区范围，即通过技术手段来维持无人机与航空器的安全距离。（3）无人机在运行过程中主要依靠高清摄像机实现对道面与机场周边环境的监视。机场工作人员获取无人机传输回来的高清图片后，还需要借助机场内部的局域网对其进行计算处理。此外，由于航空器体积大、目标明显，高清摄像机可以对航空器进行智能识别，从而有效避免额外占用无人机处理资源，实现更为严谨的路线规划。四、无人机道面与周边区域监视要点考虑到无人机作业环境的特殊性，在规划更高精度的无人机飞行路径时，技术人员可利用机场道面标示牌、道面滑行线等较为明显的参照物，对无人机内部计算机系统进行调整。例如，在无人机执行路面检查任务期间，借助车辆自动驾驶技术中的路线识别功能，以及无人机自带的卫星定位导航系统，技术人员可以取得更高精度的检查结果，同时快速规划切实可行的飞行路线来指引飞行。技术人员也可以提前为无人机设置默认路线，无人机只需要执行该预设路线进行场面监控巡逻即可。在巡逻过程中，无人机将智能识别并避开航空器的默认路线，并对机场道面清洁情况与异物进行识别。在执行机场周边区域的监视巡查任务时，无人机内置的卫星定位导航系统将圈定巡查路线和巡查范围，并严格控制其飞行轨迹处在理论研究 论点 ARGUMENT101机场围栏控制区域内。除此之外，技术人员还可以使用背景差分法来进一步增强无人机的机场跑道异物检测功能。简单来说，该方法综合利用了无人机机载式监视设备，在机载高清摄像头采集道面图像信息的基础上，配合跑道异物监测系统，以快速获取同一区域内的跑道背景，进而构建出完整的跑道背景图。由于传统的跑道检测方法具有局限性，如果技术人员能够基于跑道边缘、形状、色差、纹理等多个特征，以及跑面滑行线与边线的色彩，对跑道道面及异物进行多特征融合的特点分析，就可以在充分发挥无人机机载高清摄像头快速、连续采集图像优势的同时，有效提高无人机的平面跑道检测水平、道面污染物及跑道道面受损辨识度。跑道异物特征分析的主要目的是快速、精准地检测跑道污染物。在日常工作中，为了提高机场运行效率，保证航班任务的正常推进，机场通常会尽量减少对跑道不必要的占用。在传统作业模式下，工作人员监测跑道异物的效率相对较低，跑道维修时间较长，长时间封闭跑道必然会降低机场的运行效率。而搭载了道面异物监测系统后，无人机能够在检测道面异物的基础上，进一步研判危险等级，并根据对应等级提醒工作人员携带适合的维护设备快速对现场异物进行处理。五、结语综上所述，本文就如何在机场运行的复杂环境中安全使用无人机准确识别地面目标展开分析，旨在不影响航空器和机场安全的前提下，快速对指定位置进行检测，从而实现日常巡查效率与质量提升的目的。分析结果表明，机场区域内并不排斥无人机飞行，但其前提是机场能够合理使用无人机。为此，机场应配合道面异物检测系统，并对各类危险因素进行分级，以实现快速检查机场道面和周边环境安全的目的，有序处理无人机巡查发现的各种问题，进而推动智能机场的建设。参考文献：1 曾琛,王玄.基于无人机和 CNN 图像识别的机场跑道异物搜寻与定位 J.兵器装备工程学报,2022,43(10):10-17.2 高峰,唐小兵.浅谈机场空域无人机入侵的探测 J.科技视界,2017(14):79.3 陈 济 达,汤 新 民,刘 金 安,等.面向机场飞行区异物探测的无人机巡检路径规划研究 J.计算机与数字工程,2021,49(01):85-89,162.4 叶 晖.行 业 级 无 人 机 替 代 人 工巡 检 的 可 行 性 分 析 J.煤 气 与 热力,2021,41(03):12-15,95.（本文作者薛睿，就读于中国民用航空飞行学院；杨家忠，就职于中国民用航空飞行学院）