登机桥自动调平模式下机舱位移检测技术研究

王鹏，谢学丰，蒋家伟

西部机场集团宁夏机场有限公司 宁夏回族自治区银川市 750000

摘要：自1903年人类实现有动力飞行以来，飞机结构的疲劳失效一直都是影响飞机运行安全的一个主要问题。在经历了各种影响飞行安全的事故之后，适航监管部门为了确保飞机运行安全性，尽可能地减少各种事故对生命的威胁，一直都在努力改善飞机的适航规章，以保证飞机制造商能够研制出符合用户要求的各种型号飞机，并且在飞机的研制、运行和维修的过程中，在保障安全的前提下，尽可能地降低成本。

关键词：登机桥；自动调平模式；机舱位移；检测技术

引言

近年来，随着航天遥感技术的不断发展，遥感图像数据不断丰富，且遥感数据中常见飞机、车辆、桥梁等敏感目标，因此对遥感图像进行目标检测在国防安全、灾害预测、智慧城市建设等领域具有重要意义。

1与安全寿命设计相关的适航规章

自20世纪20年代末，由于商业运输机机体结构疲劳破坏造成的事故逐渐增多，相关问题的发生没有得到有效的控制，由此推动了相关领域研究工作的开展，也使得美国适航当局在1949年颁布了第一个与飞机疲劳强度相关的适航条例CAR4b.316。这一条款要求，所设计的飞机结构在使用过程中，应当避免在应力集中的部位出现超过材料疲劳极限的状况。这意味着在飞机结构的设计过程中，需要通过疲劳耐久性设计分析，将飞机结构的可变应力幅度控制在材料的疲劳极限以下，并由此推算出相关结构部件的疲劳寿命。在飞机投入使用后，在相关部件或结构达到其疲劳寿命之前必须对其进行更换或者退役。这样的设计原可以概括为“退役保安全”（safetybyretirements，SBR），即“安全寿命”。SBR设计的基本要求就是在飞机使用寿命期间，机身部件或结构中不会产生疲劳裂纹。但是，CAR4b.316并没有对飞机的使用寿命提出明确的要求。

2面向遥感场景的目标检测优化算法

卷积神经网络已被应用于遥感目标检测领域，但由于遥感图像是俯瞰拍摄，与自然场景图像存在较大差异，其特点为目标尺寸小、目标方向任意和背景复杂，因此遥感目标检测是一个亟待解决且更具挑战的任务。为克服遥感图像密集区域中目标形变的问题，在卷积神经网络中引入可变形卷积和可变形感兴趣区域(RegionofInterest,RoI)池化模块增强网络对几何变换的建模能力，提高了密集区域车辆目标的检测性能，但未关注遥感图像复杂背景的问题。为克服遥感目标易受背景相似物干扰的问题，在分类检测头中引入双路径通道注意力模块，减弱噪声区域通道的特征响应并增强分类特征。针对遥感目标尺度多样的问题，在特征金字塔网络(Feature Pyramid Network,FPN)中，使用空洞卷积代替普通卷积并增加跳跃连接操作以更好实现遥感场景下的多尺度特征融合。此外，遥感图像往往包含更多的背景噪声，从而导致目标的边界信息模糊，难以有效提取目标的几何信息。将浅层特征和采样后的深层特征以相同尺度融合来克服特征提取不充分的问题。在SSD(Single Shotmu ltibox Detector)模型中引入注意力分支，通过与检测分支的融合得到更加丰富的语义信息。

3蒙皮检测光源系统

目标区域位于飞机蒙皮合金件内部，区别于一般轮廓提取的待测目标与背景具有高对比度的场合，化学铣削区域与蒙皮工件整体均为同种材料，边缘提取难度较大，因此需要设计光源系统辅助实现轮廓顺利提取。检测阶段蒙皮零件未经过表面处理，材料光照反射能力较强，且材料表面存在复杂纹理和细微划痕。本文设计光源系统需要解决以上两项核心问题。首先利用材料反光特性解决工件表面纹理和划痕等非目标信息的干扰，通过反射形成光学掩膜，从而筛选轮廓信息。由于蒙皮零件反光较强，因此两侧光源会相互干扰，抵消部分光照，导致轮廓处对比度降低和纹理被采集入图像。

4牵引车中远距防撞系统

飞机牵引车的中远距防撞系统采用视觉检测与毫米波雷达融合防撞预警技术相结合进行开发。在视觉远距离目标检测方面选用深度学习算法进行机场多目标的检测与识别。首先基于牵引车的目标样本进行识别网络模型的训练，然后将训练得到的网络模型和参数集用于图像目标的检测。为了达成目标的实时检测与预警，系统在视频序列中实现了对特定目标跟踪，在视频序列中的每幅图像中能够快速、准确、高效地找到感兴趣的目标运动位置。在毫米波雷达目标探测方面，系统接收到雷达数据后，对雷达数据目标数据进行去干扰预处理。为了保证雷达对多个目标的有效检测与跟踪，首先需要对毫米波雷达进行杂波屏蔽与目标初选，然后对雷达进行目标跟踪处理。由于毫米波雷达与上述视觉检测是独立的，因此需要对二者进行融合，以实现传感器的空间配准和时间同步。

5基于ZNCC的双目立体匹配

双目测量系统的精度主要取决于立体匹配算法的准确性与鲁棒性，通过确定采集图像的对应关系，根据三角测量原理得到视差图。根据视差信息和投影模型得到原始图像的深度信息和三维信息。根据被测蒙皮的几何和环境特性，选择基于灰度模板匹配算法实现稠密匹配的目的。由于相似性判断标准的区别，基于灰度的模板匹配算法包括绝对误差和算法、误差平方和算法、零均值归一化互相关算法、Gensus算法等。对立体匹配进行初步实现，根据视差图质量选择适合本系统的算法。试验蒙皮化铣区域采用SAD、SSD、ZNCC三种算法的效果对比。SSD和SAD运行速度快，但受光照影响获取的视差图存在较明显的缺陷，ZNCC表现更好的抗光照性强和鲁棒性。

6与损伤容限设计相关的适航规章

安全寿命与破损安全设计都是基于材料的疲劳耐久性进行疲劳设计的理念。它们的基本设计思想都是不允许在飞机结构出现疲劳裂纹。由于金属疲劳性能的分散性，采用安全寿命设计的零部件仍然有一定的概率发生疲劳破坏。破损安全设计理念正是针对安全寿命设计理念的这个缺陷提出的。破损安全设计的基本思路是通过建立结构中的多传力路径，一旦某一传力路径发生了破坏，其他剩余的结构传力路径依然能够承受基本工作载荷，在破损的结构被发现和修复之前仍然能够保持飞机的结构完整性。为了确保破损安全设计理念的成立，其具体的构型设计必须要通过全尺寸的静力试验验证。显然，这样的设计会给飞机结构造成冗余，增加额外的研制成本和时间。但是即使这样也还是无法完全避免飞机的结构完整性遭到破坏。

结束语

本文提出一种面向飞机蒙皮化铣区域的双目视觉测量系统。通过运动机构调整双目相机位姿，确定合适的目标区域，结合光源系统实现图像融合，基于Canny算法获得目标轮廓，系统通过ZNCC匹配，最终可以获取化铣区三维轮廓，便于后续公差显示和加工反馈功能。实验表明，本文提出的双目检测系统可以满足蒙皮化学铣削轮廓测量要求，绝对误差≤0．26mm，重复测量精度＜0．231%，可以在蒙皮检测领域应用。

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