基于图像技术的航船高度检测方法

摘要

本发明提供一种基于图像技术的航船高度检测方法，在水道上设置高度监测组，高度监测组包括设置在水道两岸的监测塔，水道两岸的监测塔上分别设置第一热成像装置和第二热成像装置，第一热成像装置和第二热成像装置的拍摄方向相对布置，利用第一热成像装置和第二热成像装置的水平间距、第一热成像装置和第二热成像装置的水平间距和航船的成像高度计算出航船的最高点高度，解决了航空器起降航迹上，水运航道中的航船高度测量的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及航空航线预警领域，尤其是涉及一种基于图像技术的航船高度检测方法。

背景技术

在航空器场周边存在水运航道的情况下，航道内行驶的超高船舶会影响航空器起降安全。当船舶通航保护区内船舶不高于标高48米时，船舶和航空器可自由通航，互不影响。当船舶通航保护区内船舶高于标高48米时，会触发安全运行机制，需要对航空器采取一定的控制措施，避免航空器与船舶产生冲突，因此，有必要在航空器起降航迹保护区和缓冲区相关的江段关键位置设置探测设备，对区域的船舶进行探测，检测船舶的高度。

由于航空器场与水道位置上并无必然联系，并且航船和航空器在时间上交汇的概率较小，以往对于此种航船影响航空器航线的问题主要是通过略微抬高航空器跑道的高度来解决，但是此种方式缺乏安全管控，一旦酿成事故，对于生命和财产安全将会带来巨大损失，因此亟需一种量化航船高度的手段，有利于对航空威胁进行判断及预警。

发明内容

本发明提供了一种基于图像技术的航船高度检测方法，解决了航空器起降航迹上，水运航道中的航船高度测量的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于图像技术的航船高度检测方法，

在水道上设置高度监测站台，并在高度监测站台上设置拍摄装置；

利用拍摄装置拍摄高度及距离已知的标定物；

利用拍摄装置拍摄水道中的航船；

利用标定物的物像参数计算航船的高度。

包括相对拍摄测量方法，

在水道上设置高度监测组，高度监测组包括设置在水道两岸的监测塔，水道两岸的监测塔上分别设置第一热成像装置和第二热成像装置，第一热成像装置和第二热成像装置的拍摄方向相对布置；

将第一热成像装置和第二热成像装置安装到同一海拔高度，并测出第一热成像装置和第二热成像装置的水平间距；

利用第一热成像装置或第二热成像装置拍摄标定物，计算出物像比例系数；

当航船通过第一热成像装置和第二热成像装置连线时，第一热成像装置和第二热成像装置分别对航船成像，得出成像高度；

利用物像比例系数、第一热成像装置和第二热成像装置的水平间距、第一热成像装置和第二热成像装置的水平间距和航船的成像高度计算出航船的最高点高度。

优选的方案中，

监测塔上设有水平台面，第一热成像装置和第二热成像装置的镜头贴近水平台面的上侧面。

优选的方案中，

还包括物像比例系数计算方法：

将长度为H的标定物竖向在距离第一热成像装置或第二热成像装置镜头前端，第一热成像装置和第二热成像装置结构相同，标定物与第一热成像装置或第二热成像装置的距离记为L；

记物像比例系数为k，第一热成像装置或第二热成像装置对标定物的成像高度为h，h=k*H/L，计算出k= L*h/H。

优选的方案中，还包括最高点计算方法：

记第一热成像装置和第二热成像装置的水平间距为L3，第一热成像装置与航船的水平距离为L1，第二热成像装置与航船的水平距离为L2，第一热成像装置对航船的成像高度为h1，第二热成像装置对航船的成像高度为h2，航船的最高点距离第一热成像装置和第二热成像装置的连线高度为H1；

由h1=k*H1/L1, h2=k*H1/L2,L1+L2=L3,计算出H1=L3/（(k/h1)+ (k/h2)）；

根据k= L*h/H，计算出H1= L3/（(（L*h/H）/h1)+ (（L*h/H）/h2)）。

优选的方案中，将水道划分为核心区和缓冲区，缓冲区设在核心区上游和下游，缓冲区的起始两端设有高度监测组。

优选的方案中，监测塔的海拔高度低于航船的最高点的海拔高度。

还包括单向拍摄测量方法：

利用拍摄装置拍摄标定物，计算出物像比例系数；

当航船通过时，拍摄装置对航船成像，得出成像高度；

在高度监测站台设有激光测距仪，利用激光测距仪测出拍摄装置到航船的水平距离；

利用物像比例系数、拍摄装置到航船的水平间距、航船的成像高度计算出航船的最高点高度。

优选的方案中，还包括物像比例系数计算方法：

将长度为H的标定物竖向放置在拍摄装置镜头前端，标定物与拍摄装置的距离记为L；

记物像比例系数为k，拍摄装置对标定物的成像高度为 h，h=k*H/L，计算出k= L*h/H；

优选的方案中，还包括最高点计算方法：

记拍摄装置到航船的水平距离为L4，拍摄装置对航船的成像高度为h3，航船的最高点距离拍摄装置的海拔高度差为H2；

由k=L4*h3/H2，计算出H2= L4*h3/k；

将k= L*h/H带入，计算出H2=（L4*h3*H）/ （L*h）。

本发明的有益效果为：通过在两岸拍摄航船即可计算出航船高度，无须复杂的测量设备，节约成本；拍摄装置为热成像装置，夜间拍摄依旧能够保持图像的清晰度；拍摄视角较广，监测塔高度无须很高，节约建造成本，同时避免过高的监测塔本身影响航空器飞行；通过水平台面屏蔽拍摄视野下半部分，减少图像处理难度；相比与一般只能判断有无威胁的探测手段，本方法能够量化航船最高高度，方便按照时间对航船高度进行数字化的记录存档，有利于后续查询使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的高度监测组设置示意图。

图2是本发明的热成像装置相向布置示意图。

图3是本发明的标定物拍摄示意图。

图4是本发明的航船拍摄示意图。

图5是本发明的单向拍摄测量实施示意图。

图中：水道1；监测塔2；第一热成像装置3；第二热成像装置4；航船5；水平台面6；核心区7；缓冲区8；高度监测组9。

具体实施方式

实施例1：

如图1-4中，一种基于图像技术的航船高度检测方法，

在水道1上设置高度监测站台，并在高度监测站台上设置拍摄装置；

利用拍摄装置拍摄高度及距离已知的标定物；

利用拍摄装置拍摄水道1中的航船5；

利用标定物的物像参数计算航船5的高度。

包括相对拍摄测量方法，

在水道1上设置高度监测组9，高度监测组9包括设置在水道1两岸的监测塔2，水道1两岸的监测塔2上分别设置第一热成像装置3和第二热成像装置4，第一热成像装置3和第二热成像装置4的拍摄方向相对布置，监测塔2高度略高于周围建筑使热成像装置能拍摄到水道1全景，第一热成像装置3和第二热成像装置4可同时拍摄航船5两侧相片或视频；

将第一热成像装置3和第二热成像装置4安装到同一海拔高度，并利用测距设备测出第一热成像装置3和第二热成像装置4的水平间距；

利用第一热成像装置3或第二热成像装置4拍摄标定物，计算出物像比例系数；

当航船5通过第一热成像装置3和第二热成像装置4连线时，第一热成像装置3和第二热成像装置4分别对航船5成像，航船5通过镜头在热成像装置的CMOS上成像并反映到显示屏上，在焦距不变的情况下，显示图像的像素高度记为成像高度；

利用物像比例系数、第一热成像装置3和第二热成像装置4的水平间距、第一热成像装置3和第二热成像装置4的水平间距和航船5的成像高度计算出航船5的最高点高出第一热成像装置3和第二热成像装置4连线的值，由于第一热成像装置3和第二热成像装置4的安装海拔高度已知，最终可计算出航船5的最高点的海拔高度。

优选的方案中，

监测塔2上设有事先已经调整好水平的水平台面6，第一热成像装置3和第二热成像装置4的镜头贴近水平台面6的上侧面，只拍摄水平台面6以上的视野，水平台面6以下的景物被屏蔽，由于监测塔2本身高于周围建筑，拍摄图像主要呈现水道及对岸的景物，减少处理图像时的干扰因素，若河道较为笔直，可在第一热成像装置3和第二热成像装置4的镜头上方合适高度加装挡板，屏蔽对岸景观，使视野中只留下水道，进一步减小图像处理难度。

优选的方案中，

还包括物像比例系数计算方法：

将长度为H的标定物竖向放置在第一热成像装置3或第二热成像装置4镜头前端，标定物底端优选与镜头中心的水平线高度一致，第一热成像装置3和第二热成像装置4结构相同，标定物与第一热成像装置3或第二热成像装置4的距离记为L；

记物像比例系数为k，第一热成像装置3或第二热成像装置4对标定物的成像高度为 h，由于光沿直线传播原理，镜头成像时物像高度成正比，成像高度与物理距镜头的距离成反比，因此h=k*H/L，计算出该成像装置的k= L*h/H。

若第一热成像装置3和第二热成像装置4结构不同，则两者分别拍摄标定物并以相同的方法计算出各自的物像比例系数k1和k2值并带入后续运算。

优选的方案中，还包括最高点计算方法：

记第一热成像装置3和第二热成像装置4的水平间距为L3，第一热成像装置3与航船5的水平距离为L1，第二热成像装置4与航船5的水平距离为L2，第一热成像装置3对航船5的成像高度为h1，第二热成像装置4对航船5的成像高度为h2，航船5的最高点距离第一热成像装置3和第二热成像装置4的连线高度为H1；

由成像原理得h1=k*H1/L1, h2=k*H1/L2,又由于L1+L2=L3,计算出H1=L3/(k/h1)+(k/h2)；

根据k= L*h/H，计算出H1= L3/(L*h/H/h1)+ (L*h/H/h2)，由于L、h、H和L3为已知值，h1和h2可在显示屏上测出，因此航船5的最高点高度即可通过热成像装置的安装海拔高度加上H1得到，因此很容易判断出是否影响航空器飞行安全。

优选的方案中，将水道1划分为核心区7和缓冲区8，核心区7为航空器航迹所在区域，缓冲区8在外端，即缓冲区8设在核心区7上游和下游，缓冲区8的起始两端设有高度监测组9，缓冲区8的高度监测组9起预警作用，航船5在运行到缓冲区8外侧段的高度监测组9处时，成像装置监测到后启动拍摄，计算出航船5的最高点高度，若出现超高情况，可提前预警，给工作人员流出反应时间，当航船5运动到缓冲区8内端即核心区7边缘的高度监测组9处时，再次拍摄计算航船5的最高点高度，通过两次计算核准航船5是否真的影响航空器飞行，避免如飞鸟、玩具无人机等干扰计算结果，出现误判情况。

优选的方案中，监测塔2的海拔高度低于航船5的最高点的海拔高度，热成像装置选择广角镜头弥补高度不足，避免监测塔2建造的太高影响航空器飞行，同时镜头使用定焦镜头，避免拍摄距离不同时k值改变。

实施例2：

还包括单向拍摄测量方法：

如图5，

利用拍摄装置拍摄标定物，计算出物像比例系数；

当航船5通过时，拍摄装置对航船5成像，得出成像高度；

在高度监测站台设有激光测距仪，利用激光测距仪测出拍摄装置到航船5的水平距离；

利用物像比例系数、拍摄装置到航船5的水平间距、航船5的成像高度计算出航船5的最高点高度。

优选的方案中，还包括物像比例系数计算方法：

将长度为H的标定物竖向放置在拍摄装置镜头前端，标定物与拍摄装置的距离记为L；

记物像比例系数为k，拍摄装置对标定物的成像高度为 h，h=k*H/L，计算出k= L*h/H；

优选的方案中，还包括最高点计算方法：

记拍摄装置到航船5的水平距离为L4，拍摄装置对航船5的成像高度为h3，航船5的最高点距离拍摄装置的海拔高度差为H2；

由k=L4*h3/H2，计算出H2= L4*h3/k；

将k= L*h/H带入，计算出H2= （L4*h3*H）/ （L*h）。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。