论飞机泊位系统中的激光扫描数据的处理论文
论飞机泊位系统中的激光扫描数据的处理论文
论飞机泊位系统中的激光扫描数据的处理全文如下：
引言
飞机泊位引导是指将到港飞机从滑行道末端导引至机坪的停机位置并准确停泊的过程。目前，飞机泊位引导主要分为两种工作方式:人工引导;激光扫描测距类;并行通信与现场可编程门阵列协同工作，完成水平和垂直扫描控制、激光扫描数据的采集、与工控机的数据通信等，而激光扫描点云数据的处理由工控机完成，并由当前数据处理结果得到下一步需采取的扫描策略。激光扫描系统通过独立的RS485 接口与工控机连接，形成一对一的通信方式。
2 激光扫描数据处理算法流程图
对激光扫描数据进行处理，主要是为了消除激光扫描数据点中的噪声点，并对该噪声点进行补偿;精简数据传输字节，以提高数据在上位机和控制板卡之间的通信速率;对扫描点数据进行曲线拟合以获得飞机的扫描轮廓，判断飞机相对停止线的左右偏离情况。
在激光扫描数据的处理过程中，主要采用了对激光扫描数据的精简和错误点标识;对激光数据进行中值滤波以消除噪声点;对机头扫描数据进行曲线拟合，以满足数据结算的需求，。
3 数据精简与错误点标识
激光扫描系统选用班纳公司的 LT300 远距离激光测距仪。班纳LT300 型激光测距仪采用激光脉冲飞行时间测量法，对于自然物体表面测量范围可达 300m，满足飞机泊位的距离要求，测量精度到 60mm，358 第 39 卷第 3 期王春彦飞机泊位系统中的激光扫描数据的处理满
足系统的 100mm 泊位误差要求。
激光测距仪以二进制输出距离值，单位为 mm。输出距离值为 3bte，其中 bte 2 最高位始终为 1;bte 1 和 bte 0 的最高位始终为 0。剩余的 21bit 表示距离值。为了数据的快速传输，需要在 AVR32 MCU 中对数据精简处理。先将 bte
2，bte 1 和 bte 0 的最高位去掉。在机场的实际环境中，由于飞机泊位的最大距离不大于 200m，因此表示距离值的 21bit 中，使用低 18bit 就可以表示 200m 内的任意距离，单位为 1mm，而高 3bit 不使用。
激光测距仪的单次测量误差最大为 60mm，小于 100mm 的系统误差要求，因此在毫米量级的误差可以忽略不计。将上述 18bit 量程的最低 2bit 舍去，如图 3 所示，不影响精度，此时距离值的最小单位为4mm。从而实现将 3bte 的距离值缩减为 2bte。此时可使数据传输速率增加 1 3。以距离值 29121mm 为例，原存储格式为:0x814341。经过数据精简后，传输格式为:0x1470。数据精简算法示意如图 3 所示，图中，MSB 表示字节的最高位，LSB 表示字节的最低位。
激光测距数据精简后，进行错误点的标识。在实际飞机泊位的过程中，由于飞机泊位系统安装位置距离飞机停止线的距离在 12m 以上，整个飞机入坞区域中和飞机泊位系统的安装位置的最大距离不超过150m。因此，将精简后的激光数据值中的小于 12m 和大于 150m 的距离值标为 0，并在上传数据给工控机之前，去除这些距离值为 0 的数值。
4 消除噪声
通过对机场的现场测试数据分析可知，在连续扫描的数据中总存在一些杂散点和错误点，需要对其进行滤除。为保证数据处理的实时性，此处引入图像处理中的中值滤波算法并加以简化，使之应用于激光扫描数据的噪声去除。消除噪声的流程如图 2b 所示。
将激光扫描的每行列数据看成点集 P。定义前向数据差 db = di - di
- 1。对于在一个平面上的点，di di -
1， d 0。由于存在噪声点，且假设该噪声点的值为 di，通常该噪声点值与其相邻点 di -
1，di + 1 的差值 df 和 db 会较大，其中 df = di -di -
1， db = di - di + 1。根据机场实验得到的数据分析，设定阈值 d = 1m，即相邻两点的距离差值阈值大于 1m 时，可认为距离值发生突变，对应的激光点不在同一个平面上。
5 数据拟合
在对扫描点进行重排后，需要对扫描数据点进行曲线拟合。在实际应用中，重点关注机头位置的扫描点的曲线，根据机头外形，选择最小二乘的二次曲线进行拟合。
6 结论
针对飞机泊位对时间和精度的严格要求，中研究了对激光数据的处理。通对激光数据精简，解决数据传输速率过慢的问题。通过中值滤波，能较好地消除扫描点中杂散的噪声点，且通过控制中值滤波的模长可以滤除连续的噪声。通过最小二次曲线拟合，可以描绘出飞机的外形轮廓，用来判断飞机相对引导线的偏离程度。通过机场实际测试，对激光数据的处理，可以很好地保证实现飞机泊位过程的精确性。
