路网动态数据采集方法及路网动态数据采集系统

摘要

本发明提供一种路网动态数据采集方法及路网动态数据采集系统，属于航空技术领域，路网动态数据采集方法包括获取机场飞行区域的道路路网数据和航空器路网数据；以车辆位置传感器的位置为坐标系原点，车辆行驶方向为x轴；根据基础坐标系与车道线的实时位置关系建立动态坐标系；采集车辆位置数据和车辆周围物体位置数据，并转换至基础坐标系下；将车辆位置数据和车辆周围物体位置数据转换至动态坐标系下；将动态坐标系下的车辆位置数据和车辆周围物体位置数据转换到指定坐标系下，并进行数据修正，得到对应的路网数据。本发明能对机场飞行区域内任务外突发情况实时动态更新路网数据，能避免路网数据采集滞后所带来的安全隐患。

说明书

本申请是名为《路网动态数据采集方法及路网动态数据采集系统》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2020年04月28日，申请号为202010349778.9。

技术领域

本发明涉及航空领域，特别是涉及一种用于机场飞行区域的路网动态数据采集方法及系统。

背景技术

机场飞行区域路网动态是一种特殊的交通应用场景。路网数据通常采用CAD数据转换，或现场实测采集获得。开放道路路网动态数据可以通过OD调查、浮动车(floatingcar)或探测车(probe car)等技术获取。机场飞行区的特殊性在于存在车辆和飞行器两套路网，路网动态信息覆盖飞行器、车辆、工具、行人和异物(遗落物体)等。因此机场任务调度甚至监控系统不足以支持实时获得所需的路网动态信息，一方面这些现有系统不覆盖全部的动态信息，另一方面采集的时间频率范围不同(监控数据采集周期通常为几十秒，不能满足交通安全管理的秒级或亚秒级要求)。采用车载传感器采集路网动态数据进行后续飞机、车辆的任务和交通管理，是实现这一目标的新的技术手段。

飞机在场坪地面区域的行驶路径，通常是通过例如无线电通讯设备或其它设备的数字数据传输连接而发送给航空器或引导车。车辆地面上所行驶的路径通常由其工作任务和路网动态数据和交通规则决定，有时是指定路径，有时是动态选择路径。传统的机场飞行区域路网数据采集是以机坪内的车辆道路、滑行线及跑道为基础人工采集制作的(采用CAD数据转换时，也需要到现场采集和校准)。当机坪内的车辆道路更新或扩展新的机位时，人工采集路网数据会受到机坪内正常工作的限制，机场飞行区的地理信息更新采集会因为工作环境的因素不便于人工采集，传统的采集车进机场飞行区也受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种路网动态数据采集方法及路网动态数据采集系统，可针对机场飞行区域内任务外的突发情况实时动态更新路网数据。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种路网动态数据采集方法，包括以下步骤：

S1，获取机场飞行区域的道路路网数据和航空器路网数据；

S2，以车辆位置传感器的位置为坐标系原点，车辆行驶方向为x轴，逆时针90度延长线为y轴，建立基础坐标系；

S3，根据所述基础坐标系与车道线的实时位置关系，建立动态坐标系；所述动态坐标系以基础坐标系的原点与车道中心线的垂直交点为坐标原点，与车辆行驶方向一致的延长线为x轴，x轴逆时针90度延长线为y轴；

在车辆直行时，所述动态坐标系的原点在车道中心线上保持不变，x轴和y轴也保持不变；

在车辆转弯时，所述动态坐标系的原点在车道中心线上保持不变，x轴为与道路中心线切线并与车辆方向一致的方向，y轴为x轴逆时针90度的延长线；

S4，采集车辆位置数据和车辆周围物体位置数据，并将所述车辆位置数据及所述车辆周围物体位置数据转换至基础坐标系下；

S5，将基础坐标系下的车辆位置数据和车辆周围物体位置数据转换至动态坐标系下；

S6，将动态坐标系下的车辆位置数据和车辆周围物体位置数据转换到指定坐标系下，并进行数据修正，得到对应的路网数据。

可选地，所述道路路网数据包括区域内车辆道路数据和车辆交通标识数据；

可选地，所述航空器路网数据包括，区域内航空器路径数据、航空器交通标识数据，以及航空器道路数据与车辆道路数据共有数据。

可选地，所述道路路网数据包括基本要素和扩展要素；所述道路路网数据的基本要素包括点、线及面数据；所述道路路网数据的扩展要素包括道路边线、车道线、停止线、减速线、道路交叉点、道路与航空器道路交叉点数据。

可选地，所述航空器路网数据包括基本要素和扩展要素；

所述航空器路网数据的基本要素包括点、线及面数据；所述道路路网数据的扩展要素包括道路与航空器路网相交点、进机位点、机位点、跑道、停止线、滑行道闭合区数据。

可选地，所述指定坐标系为WGS84坐标。

可选地，所述车辆周围物体位置数据包括移动物体位置数据和固定物体位置数据；

所述将动态坐标系下的车辆位置数据和车辆周围物体位置数据转换到指定坐标系下，并进行数据修正，得到对应的路网数据，具体包括：

在将所述固定物体位置数据转换为指定坐标系时，增加预设偏移量，得到对应的路网数据；

在将所述移动物体位置数据转换为指定坐标系时，传感器判定出前方物体的距离及物体和传感器的相对位置，确定与车身位置的偏移量及与车身位置的垂直距离，得到对应的路网数据。

可选地，所述基础坐标系与动态坐标系的转换关系为：

其中，(v

为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种用于机场飞行区域路网动态数据采集系统，包括：

数据获取模块，用于获取机场飞行区域的道路路网数据和航空器路网数据；

坐标系建立模块，用于以车辆位置传感器的位置为坐标系原点，车辆行驶方向为x轴，逆时针90度延长线为y轴建立基础坐标系；以及，根据所述基础坐标系与车道线的实时位置关系，建立动态坐标系；所述动态坐标系以基础坐标系的原点与车道中心线的垂直交点为坐标原点，与车辆行驶方向一致的延长线为x轴，x轴逆时针90度延长线为y轴；在车辆直行时，所述动态坐标系的原点在车道中心线上保持不变，x轴和y轴也保持不变；在车辆转弯时，所述动态坐标系的原点在车道中心线上保持不变，x轴为与道路中心线切线并与车辆方向一致的方向，y轴为x轴逆时针90度的延长线；

车辆位置传感器，用于在基础坐标系下实时采集车辆当前位置数据以及车辆周围物体位置数据；

位置获取模块，用于将车辆位置数据和车辆周围物体位置数据转换至基础坐标系下，再转换至动态坐标系下；

路网数据构建模块，用于将动态坐标系下的车辆位置数据和车辆周围物体位置数据转换到指定坐标系下，并进行数据修正，得到对应的路网数据。

可选地，所述道路路网数据包括基本要素和扩展要素；

所述道路路网数据的基本要素包括点、线及面数据；

所述道路路网数据的扩展要素包括道路边线、车道线、停止线、减速线、道路交叉点、道路与航空器道路交叉点数据。

可选地，所述航空器路网数据包括基本要素和扩展要素；

所述航空器路网数据的基本要素包括点、线及面数据；

所述航空器路网数据的扩展要素包括道路与航空器路网相交点、进机位点、机位点、跑道、停止线、滑行道闭合区数据。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明利用机场内的工作车辆，通过安装传感器，在机场飞行区内进行航班保障工作中进行数据更新采集。通过实时采集更新路网数据，能够及时发现非任务变更造成的飞行器、车辆路径变更。相对现有技术，只有发现任务变更才能更新飞行器、车辆路径的技术方案，本发明的路网数据采集更及时，并且能避免由于突发事件(例如车辆抛锚)、非任务变更(短时恶劣天气造成的延误降落)造成的飞行器、车辆路径变更所产生路网数据采集滞后，以及路网数据采集滞后所带来的安全隐患。本发明也可以用在车辆识别移动物体及道路上的遗落物(机场飞行区内地面严禁有任何物体)，参与车辆防碰撞计算及地面异物报警等工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是基础坐标系和动态坐标系示意图一。

图2是基础坐标系和动态坐标系示意图二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种路网动态数据采集方法及路网动态数据采集系统，对机场飞行区域内任务外突发情况实时动态更新路网数据，避免路网数据采集滞后所带来的安全隐患。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明选择在区域内飞机、车辆的任务为主导，即使任务和路径形成一种对应关系，有任务则形成相应路径数据，再由机场区域内所有飞机、车辆的路径形成路网数据，这种路网数据采集方案实质是实时动态的。

机场飞行区域包括：航空器的起飞、降落、地勤服务、维修、装卸、卸脱等活动的区域。

路径，即飞机、车辆在机场区域所遵循的路线(从机场区域的一个点或区域到达所述区域的另一个点或区域)，特别地包括起飞和降落跑道、滑行道、转弯区、等候带、停机线、停止或驻停位置、机动区及停泊区、道路边线、车道线、停止线、减速线、道路交叉点、道路与航空器道路交叉点等。

本发明用于机场飞行区域的路网动态数据采集方法，包括以下步骤：

S1，通过全球定位系统、云端数据库和/或本地数据库获取机场飞行区域道路路网数据和航空器路网数据。道路路网数据和航空器路网数据可以是基于任务形成的机场飞行区域内飞机、车辆的路径构成的路网数据。

可选择的，所述道路路网数据包括区域内车辆道路数据和车辆交通标识数据。所述道路路网数据的基本要素包括点、线及面数据。所述道路路网数据的扩展要素包括道路边线、车道线、停止线、减速线、道路交叉点、道路与航空器道路交叉点数据。

道路路网数据的精度为厘米级GPS加差分定位，误差正负5厘米。

可选择的，所述航空器路网数据包括区域内航空器路径数据、航空器交通标识数据，以及航空器道路数据与车辆道路数据共有数据。所述航空器路网数据的基本要素包括点、线及面数据；扩展要素。所述航空器路网数据的扩展要素包括道路与航空器路网相交点、进机位点、机位点、跑道、停止线、滑行道闭合区数据。

航空器路网数据的精度为厘米级GPS加差分定位，误差正负5厘米。

S2，参考图1、图2所示，以车辆位置传感器的位置为坐标系原点，车辆行驶方向为x轴，逆时针90度延长线为y轴，建立基础坐标系。

S3，继续参考图1、图2所示，利用基础坐标系与车道线的实时位置关系，建立动态坐标系。所述动态坐标系以基础坐标系的原点与车道中心线的垂直交点为坐标原点，与车辆行驶方向一致的延长线为x轴，逆时针90度延长线为y轴。具体地，基础坐标系为车辆坐标系。

车辆直行时，动态坐标系的原点在车道中心线上保持不变(车身坐标系的原点与车道中心线的垂直交点为坐标原点)；x、y轴保持不变。

车辆转弯时，动态坐标系的原点在车道中心线上保持不变(车身坐标系的原点与车道中心线的垂直交点为坐标原点)；与道路中心线切线并与车辆方向一致的方向为x轴，逆时针90度延长线为y轴。

x＝r cos α (1)

y＝r sin α (2)

和

v

v

通过置换，可以得出：

v

v

用矩阵表示，得到二维旋转轴标准矩阵公式：

其中，(v

S4，采集车辆位置数据和车辆周围物体位置数据，并转换至基础坐标系下。

其中，所述物体位置数据包括移动物体位置数据和固定物体位置数据。

移动物体位置数据的动态要素包括行人、低速行驶的物体、车辆、(道路上遗落物体)。

固定物体位置数据包括路边设施、路边设备等。

S5，将基础坐标系下的车辆位置数据和车辆周围物体位置数据转换至动态坐标系下。

S6，将动态坐标系下的车辆位置数据和车辆周围物体位置数据转换至指定坐标系下，并进行数据修正，得到对应的路网数据。具体地，将动态坐标系下的车辆位置数据和车辆周围物体位置数据转换转换为经纬度坐标。

可选择的，指定坐标系是WGS84坐标，或其它符合地理信息采集的数据坐标体系。

动态坐标系坐标(v

其中经度差是点(x，y)与原点的经度差，纬度差是点(x，y)与原点的纬度差，γ是本地城市坐标系轴向(经纬度方向)与车辆坐标系夹角。取R＝6371004m(平均半径)，经度＝原点经度+经度差，纬度＝原点纬度+纬度差。

输出格式为

*速度单位通常为每秒米或每小时公里。

可选择的，固定物体位置数据转换为指定坐标系时，增加预设偏移量后作为路网数据。

移动物体位置数据转换为指定坐标系时，安装传感器的车辆，在传感器感知范围内(根据传感器的元器件的性能)，传感器判定出前方物体的距离及物体和传感器的相对位置，算出与车身位置的偏移量及与车身位置的垂直距离。

除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。

本发明用于机场飞行区域路网动态数据采集系统，包括：

数据获取模块，其适用于获取机场飞行区域道路路网数据和航空器路网数据。

可选择的，数据获取模块通过云端数据库和或本地数据库获取路网数据。

所述道路路网数据包括，区域内车辆道路数据和车辆交通标识数据。

基本要素包括点、线及面数据；扩展要素包括道路边线、车道线、停止线、减速线、道路交叉点、道路与航空器道路交叉点数据。

道路路网数据的精度为厘米级GPS加差分定位，误差正负5厘米。

所述航空器路网数据包括，区域内航空器路径数据、航空器交通标识数据，以及航空器道路数据与车辆道路数据共有数据。

基本要素包括点、线及面数据；扩展要素；扩展要素包括道路与航空器路网相交点、进机位点、机位点、跑道、停止线、滑行道闭合区数据。

航空器路网数据的精度为厘米级GPS加差分定位，误差正负5厘米。

坐标系建立模块，其适用于以车辆位置传感器位置为坐标系原点，车辆行驶方向为x轴，逆时针90度延长线为y轴建立基础坐标系；以及，利用基础坐标系与车道线的实时位置关系建立动态坐标系。

车辆位置传感器，其适用于在基础坐标系下实时获取车辆当前位置数据以及车辆周围物体位置数据。

可选择的，通过毫米波雷达、红外等技术手段获取车辆周围物体距离，再转换为坐标系下相应的位置数据。

位置获取模块，其适用于实时采集车辆位置数据和车辆周围物体位置数据转换至基础坐标系下，再转换至动态坐标系下。

可选择的，所述动态坐标系以基础坐标系的原点与车道中心线的垂直交点为坐标原点，与车辆行驶方向一致的延长线为x轴，逆时针90度延长线为y轴。

可选择的，指定坐标系是WGS84坐标，或其它符合地理信息采集的数据坐标体系。

路网数据构建模块，其适用于将指定坐标系下车辆位置数据和车辆周围物体位置数据补偿修正后形成路网数据。

所述物体位置数据包括移动物体位置数据和固定物体位置数据。

进一步改进所述的路网动态数据采集系统上述实施例，所述路网数据构建模块执行补偿修正如下：

固定物体位置数据转换为指定坐标系时，增加预设偏移量后作为路网数据。

移动物体位置数据转换为指定坐标系时，安装传感器的车辆，在传感器感知范围内(根据传感器的元器件的性能)，传感器判定出前方物体的距离及物体和传感器的相对位置，算出与车身位置的偏移量及与车身位置的垂直距离。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。