一种机场道面水膜厚度的高精度监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种机场道面水膜厚度的高精度监测装置，包括外罩、刻度尺、摄像头和数据处理模块；外罩为底面开口的立方体结构，放置在机场的道肩上，刻度尺和摄像头设置在外罩内，刻度尺的底端靠近并垂直于道肩表面，顶端与外罩内表面相连，摄像头与外罩内表面相连，摄像头的镜头对齐刻度尺的刻度面；数据处理模块与摄像头通信连接，根据摄像头和刻度尺的参数建立参考模型，获取摄像头采集的图像，并执行以下步骤：对图像预处理，识别图像中的气水分界线作为水膜上表面；计算水膜上表面到图像底边的像素距离；将像素距离代入参考模型，得到水膜厚度。与现有技术相比，本发明专利技术测量直观有效，数据精度高，操作简便、实时监测反馈机场道面的水膜厚度。的水膜厚度。的水膜厚度。

【技术实现步骤摘要】
一种机场道面水膜厚度的高精度监测装置


[0001]本专利技术涉及机场安全管理
，尤其是涉及一种机场道面水膜厚度的高精度监测装置。

技术介绍

[0002]随着我国机场建设的发展，机场的建设规模不断扩大以及航空需求的日益增长，对于机场跑道的使用安全性能要求也不断提高。雨天特别是降雨量较大时，机场道面的积水无法及时排离，水将滞留道面并在其上形成一定厚度的水膜。该水膜将减小道面摩擦系数，影响驾驶员操纵飞机飞行，降低跑道的使用安全性能，危及飞机行驶安全。因此，特别是雨天及降雨量较大时，需要监测跑道道面的水膜厚度，以评估跑道的使用安全性能。水膜厚度的监测精度越高，越能保证安全性能评估的准确性。
[0003]现有机场测量道面的水膜厚度方法，是通过人工使用刻度尺测量，耗费人力资源，无法实现实时持续监测，而且测量受人为主观影响较大，难以保证精度。也有机场采用间接测量的方法，如利用传感器感知水膜底部压力，对该数据进行处理，间接得到水膜厚度。但是，道面的积水往往混有泥沙，并且其浓度可能随着自然环境的变化而实时改变，无法准确获得积水的容重，其余类型的传感器也存在同样的问题。间接测量方法在转化计算水膜厚度的过程中，存在一定的误差。因此，需要一种直观智慧地监测机场道面水膜厚度的手段。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种机场道面水膜厚度的高精度监测装置，在道肩布置外罩、刻度尺和摄像头，采集以刻度面为背景的图像，通过图像识别技术识别水膜上表面，代入参考模型得到水膜厚度，测量直观有效，数据精度高，操作简便、可以实时监测反馈机场道面的水膜厚度。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种机场道面水膜厚度的高精度监测装置，包括外罩、刻度尺、摄像头和数据处理模块；
[0007]外罩为底面开口的立方体结构，放置在机场跑道两侧的道肩上，刻度尺和摄像头设置在外罩内，所述刻度尺的底端靠近并垂直于道肩表面，顶端与外罩内表面相连，所述摄像头与外罩内表面相连，摄像头的镜头对齐刻度尺的刻度面；
[0008]所述数据处理模块与摄像头通信连接，根据摄像头和刻度尺的参数建立参考模型，获取摄像头采集的图像，并执行以下步骤：
[0009]S1、对图像预处理，识别图像中的气水分界线作为水膜上表面；
[0010]S2、计算水膜上表面到图像底边的像素距离；
[0011]S3、将像素距离代入参考模型，得到水膜厚度。
[0012]优选的，所述外罩为底面开口的长方体结构，以跑道
‑
道肩方向为x轴，以跑道长度方向为y轴，外罩在x轴方向上的两个侧面下端开口，与道肩表面之间留出间隙，外罩在y轴
方向上的两个侧面下端封闭，与道肩表面之间不存在间隙。
[0013]优选的，所述摄像头为微距摄像头，所述刻度尺的刻度分度值为1mm。
[0014]优选的，还包括电池，所述电池用于供电。
[0015]优选的，所述电池为太阳能板，太阳能板安装在跑道两侧的排水沟上。
[0016]优选的，还包括物联网云平台，所述摄像头与物联网云平台通信连接，摄像头采集的数据上传物联网云平台，所述数据处理模块与物联网云平台通信连接，访问物联网云平台获取数据。
[0017]优选的，还包括照明灯，所述照明灯的灯光范围覆盖摄像头的视角范围。
[0018]优选的，还包括安装座，所述安装座固定安装在外罩的内表面上，摄像头滑动安装在所述安装座上。
[0019]优选的，所述参考模型的建立过程为：
[0020]Step1、获取摄像头采集的图像，记为参考图像，刻度尺的长度方向为参考图像中的像素列方向，且参考图像的底部的刻度尺读数小于参考图像顶部的刻度尺读数；
[0021]Step2、读取参考图像中刻度尺的读数，将参考图像中的像素距离与刻度尺的刻度距离进行比例换算；
[0022]Step3、根据换算的比例以及摄像头的空间位置建立参考模型，若摄像头的视角范围最低点不低于道肩表面，则参考模型为：
[0023]Thickness＝s1+s2；
[0024]s1＝k
×
p
[0025]其中，Thickness表示水膜厚度，k表示换算比例，即1单位刻度距离等于k单位像素距离，p表示像素点到参考图像底边的像素距离，s2表示摄像头的视角范围最低点与道肩表面的距离，否则，摄像头的视角范围最低点低于道肩表面，参考模型为：
[0026]Thickness＝s1
‑
s2；
[0027]s1＝k
×
p
[0028]s2＝k
×
q
[0029]q表示参考图像中道肩的像素高度。
[0030]优选的，步骤S1具体为：
[0031]S11、对图像进行灰度化和二值化处理；
[0032]S12、获取最新的水膜厚度，将水膜厚度代入参考模型得到像素距离，根据像素距离确定感兴趣区域；
[0033]S13、在图像中找到感兴趣区域，在感兴趣区域内根据预设置的交界阈值，自图像中找到气水分界线。
[0034]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0035](1)设计了外罩，一方面可以防尘、防风、防水，避免灰尘影响图像清晰度，避免风吹导致摄像头和刻度尺之间的位置发生改变，避免雨水损坏摄像头、降低图像清晰度以及导致摄像头和刻度尺发生相对位移，另一方面，外罩起到支撑架作用，可以将刻度尺和摄像头的位置保持在设定好的空间位置下
[0036](2)摒弃了传统的通过算法识别图像中刻度尺字符以得到数据的处理方法，建立参考模型，根据像素距离与刻度距离的换算比例建立参考模型，只需识别图像中水膜的上
表面，算法复杂度大大降低，而且可以快速、准确地换算出水膜厚度，保证了测量精度。
[0037](3)通过安装座将摄像头安装在外罩内，可以灵活改变摄像头的离地高度，一方面，避免积水浸泡摄像头，另一方面，在不同地区、不同季节可以根据降雨量调整摄像头的离地高度，从而保证拍摄的图像中能监测不同厚度的水膜。
附图说明
[0038]图1为本专利技术的结构示意图；
[0039]图2为参考模型的建立示意图；
[0040]图3为监测装置在跑道上的布置示意图；
[0041]图4为监测装置的主视图；
[0042]图5为监测装置的右视图；
[0043]图6为监测装置的俯视图；
[0044]图7为太阳能板的位置布置示意图；
[0045]附图标记：1、外罩，2、刻度尺，3、摄像头，4、太阳能板，01、跑道，02、道肩。
具体实施方式
[0046]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0047]在附图中，结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机场道面水膜厚度的高精度监测装置，其特征在于，包括外罩、刻度尺、摄像头和数据处理模块；外罩为底面开口的立方体结构，放置在机场跑道两侧的道肩上，刻度尺和摄像头设置在外罩内，所述刻度尺的底端靠近并垂直于道肩表面，顶端与外罩内表面相连，所述摄像头与外罩内表面相连，摄像头的镜头对齐刻度尺的刻度面；所述数据处理模块与摄像头通信连接，根据摄像头和刻度尺的参数建立参考模型，获取摄像头采集的图像，并执行以下步骤：S1、对图像预处理，识别图像中的气水分界线作为水膜上表面；S2、计算水膜上表面到图像底边的像素距离；S3、将像素距离代入参考模型，得到水膜厚度。2.根据权利要求1所述的一种机场道面水膜厚度的高精度监测装置，其特征在于，所述外罩为底面开口的长方体结构，以跑道
‑
道肩方向为x轴，以跑道长度方向为y轴，外罩在x轴方向上的两个侧面下端开口，与道肩表面之间留出间隙，外罩在y轴方向上的两个侧面下端封闭，与道肩表面之间不存在间隙。3.根据权利要求1所述的一种机场道面水膜厚度的高精度监测装置，其特征在于，所述摄像头为微距摄像头，所述刻度尺的刻度分度值为1mm。4.根据权利要求1所述的一种机场道面水膜厚度的高精度监测装置，其特征在于，还包括电池，所述电池用于供电。5.根据权利要求4所述的一种机场道面水膜厚度的高精度监测装置，其特征在于，所述电池为太阳能板，太阳能板安装在道肩两侧的排水沟上。6.根据权利要求1所述的一种机场道面水膜厚度的高精度监测装置，其特征在于，还包括物联网云平台，所述摄像头与物联网云平台通信连接，摄像头采集的数据上传物联网云平台，所述数据处理模块与物联网云平台通信连接，访问物联网云平台获取数据。7.根据权利要求1所述的一种机场道面水膜厚度的高精度监测...

【专利技术属性】
技术研发人员：张家科，杨帆，李沛霖，凌建明，袁捷，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：