CN104443434B - 航空器停靠过程的引导方法 - Google Patents

Abstract

一种航空器停靠过程的引导方法，以检测一航空器沿着机坪的一停靠引导线，以准备停靠至一停止线，包括根据激光扫描器在不同检测位置回应的距离，检测上述航空器在停靠的过程中距离上述停止线的距离及左右偏移的角度；显示上述距离及偏移角度信息于一信息显示广告牌，供航空器的驾驶人员操作上述航空器参考；其中包括一等待阶段、一定位阶段、一识别阶段以及一引导阶段。

Description

航空器停靠过程的引导方法

技术领域

本发明涉及一种航空器停靠过程的引导方法，特别是指一种检测一航空器沿着机坪的一停靠引导线，以准备停靠至一停止线的引导方法。

背景技术

关于飞机引导与机型判别的做法，先前的作法曾有利用发射与收集激光脉波的方式，在不同距离范围（约10至100米，每隔1米一个测量点），不同角度方位（约-5到5度，每0.1度一个测量点）的方式，建立一个约100X100点距离分布表，再与预存的飞机形状做比较，以达成辨识飞机并引导飞机到达停止线的功能。

然而上述使用原始激光光发射及接收脉冲的方式，目前部分的激光测距设备已不支持，而且处理细节过于繁杂，无法把***的工作专注于引导及辨识作业。此外，上述的处理方式需要建立数据庞大的距离分布表，同时也要记录庞大的飞机形状表做为对照，会造成数据处理的数量庞大，并且运算变得非常复杂。

于是，本发明人有感上述问题的可改善，乃潜心研究并配合学理的运用，而提出一种设计合理且有效改善上述问题的本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航空器停靠过程的引导方法，充分运用新一代的激光测距设备功能，将激光处理工作完全交给激光扫描器处理，***只要利用激光扫描器的输出距离，配合各型飞机的机鼻高度、机身高度及引擎位置就可以简单的达成飞机停靠引导及机型辨识的核心功能，大幅简化既有算法的繁复作业。

为了解决上述技术问题，根据本发明的其中一种方案，提供一种航空器停靠过程的引导方法，以检测一航空器沿着机坪的一停靠引导线，以准备停靠至一停止线，包括：

提供一激光扫描器，以扫描上述航空器；

提供一配合X轴与Y轴的步进马达的转动；

提供一信息显示广告牌，以提供驾驶员必要的显示信息；

控制上述步进马达的扫描的方位角度，以改变该激光扫描器的检测位置；

根据上述激光扫描器不同检测位置回报的距离，检测上述航空器在停靠的过程中距离上述停止线的距离及左右偏移的角度；

显示上述距离及偏移信息于上述信息显示广告牌，供上述航空器的驾驶人员操作上述航空器参考；

进行一等待阶段，等待上述航空器进入上述停靠引导线（J-Line）的阶段，其中上述扫描的多个检测点中，落于预定的高度与距离时，即被视为检测到上述航空器；

进行一定位阶段，以判断是否找到上述航空器最靠近上述停止线的部位，当找到上述航空器最靠近上述停止线的部位，则进入下一阶段；

进行一识别阶段，针对上述航空器的外型特征，针对多个特征部位进行验证，以验证该航空器的实际机型与所输入的机型是否符合；以及

进行一引导阶段，通过提供该航空器最靠近上述停止线的部位与上述停止线的距离与该航空器偏离上述停靠引导线的偏移信息，将该航空器引导到一预定的停靠位置上。

本发明具有以下有益效果：本发明利用激光扫描器的输出距离，配合各型飞机的机鼻高度、机身高度及引擎位置，简单的达成飞机停靠引导及机型辨识的功能，大幅简化既有算法的繁复作业。

为了能更进一步了解本发明为达成既定目的所采取的技术、方法及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明、图式，相信对本发明的目的、特征与特点，当可由此得以深入且具体的了解，然而所附图式与附件仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明的各阶段的示意图。

图2为本发明使用激光扫描器检测的示意图。

图3为本发明的等待阶段流程图。

图4为本发明的航空器停靠过程的定位阶段示意图。

图5为本发明判断机鼻位置流程图。

图6为本发明处理飞机机型辨识的流程图。

图7为本发明检测引擎位置的示意图。

图8为本发明的引导阶段示意图。

【符号说明】

激光扫描器 100

停靠引导线 J

停止线 S

具体实施方式

本发明利用本发明人提出的新型激光扫描器，并使用其发明的定位校正与偏移线处理方法所得到的距离信息来发展此航空器停靠过程的引导方法。利用此引导方法，可以随时掌握航空器靠近停止线时的实时距离和方位角度等信息，据以作为航空器停靠引导及机型判别的用途。上述航空器并不限制于飞机，以下仅以飞机举例说明，因此以飞机称呼之。

本发明的航空器停靠过程的引导方法的基本假设，在于认为飞机于停泊时，会从滑行跑道上（Taxi way），转弯沿着地面上的停靠引导线J（J-Line，参图2）方向前进。目前几乎所有机场的停靠作业，都是依据这样的方式来运作。依照此作业方式的结果，可以得到以下几项结果：

一、可以使用一般测量距离的激光设备，就可以完成飞机进场引导作业及机型辨识作业。

二、不需要记录飞机形状，只需记录几项机型参数，例如机鼻高度、引擎位置及机身高度等参数就可以达成上述作业。

三、不需要建立庞大数据位置分布表（Distance distributed table）就可以达到引导及机型识别的目的。

四、本引导方法的应用，实际上不只限于飞机靠近空桥的引导作业，所有类似的物件停靠引导作业都可以套用。

本引导方法执行方式，可分成几个阶段来进行的，包括等待、定位、识别及引导四个阶段。每一阶段的数据取样方式都类似，读取***预先定义好一组多个（本实施例中约九至十一个）检测位置阵列后，读取各位置检测得到的距离，并计算出对应的高度。根据这些数据，来做引导与飞机识别的作业。各阶段的次序如图1所示，为本发明的航空器停靠引导识别方法的示意图，分别为等待阶段（SW）、定位阶段（SP）、辨识阶段（SD）及引导阶段（SG）。以下分别依各阶段描述本发明的引导方法。

由于在各个阶段中，需要取样的位置并不一样，所以本发明将依据不同的阶段分别说明取样的位置与演算的方法。在说明各阶段做法之前，本发明首先说明距离测量与高度之间的关系如下：激光扫描器放在一个已知固定点上，激光束可以通过步进马达改变其水平轴（X轴）或垂直轴（Y轴）的角度方位。激光设备例如可以使用英国MDL公司（MeasurementDevices Ltd）的ILM-500D产品，但不限于此。该设备可以回应最长距离达500米，约可以达到每秒钟取样400次，并达到±10厘米的距离准确度。马达部分例如可以使用日本东方马达公司（Oriental motor）的ARM系列步进马达，但不限于此。该马达每360°可分成10000步（steps），分辨率可以达到0.036°/step，配合1:2的齿轮皮带及垂直轴（Y轴）反射镜片，水平轴方向可以做到0.018°/step的分辨率，Y轴方向可以做到0.036°/step的分辨率。关于上述激光扫描器的结构细节，可参考申请人已提出中国台湾专利申请号102211977“航空器进场引导***”。

请参阅图2，为本发明使用激光扫描器100检测的示意图。

h=H–r＊sin（θ）.....（1）

其中H为激光扫描器100相对于地面的高度，此高度H当激光扫描器100安装固定后即为一可得知的固定的常数；

其中h表示被测物的高度，以图2实施例即为航空器F的高度；

r为激光射备测量出来的距离；

θ为激光线相对于水平线倾斜的角度。

假设激光束在Y轴保持水平位置时的马达位置，当Y轴马达每移动一个刻度，相对于激光束的移动角度是：

δ=（360°）/10000=0.036°......（2）

本实施例在记录检测该测量点时，若Y轴马达所移动的刻度数为N，当时Y轴激光束的倾斜角度即是：

θ=δ*N.........（3）

依据激光扫描器100回应的距离r，代入公式（1）后，就可以得到被测物的高度h。也就是说，本发明可以得知一已知角度的距离r及被测点高度h，这项结论，是本发明后续引导方法的基础。

以目前市场上的所有机种的飞机，它们都具备有左右对称的特性。利用这项特性，检测飞机左右移位时，可以相同的左右角度来扫描，再比较其两边所测得的数据，就可藉以判断飞机机身的偏移情况。另外，当需要检测飞机的某设备（例如引擎）位置时，也可以只针对左右其中一边的设备来检测即可达到测量的效果。

根据以上的基础，本发明继续发展以下的航空器停靠过程的引导方法，如以下各阶段说明。

阶段一：等待阶段（SW）

当飞机降落后，开始由滑行跑道（Taxi way）转入机坪的停靠引导线J（J-Line）以准备停靠到停止线S上，如图2所示。所谓的等待阶段指的就是等待飞机进入上述停靠引导线（J-Line）的阶段。在此等待阶段SW，判断方法如图3所示，表示本发明的等待阶段流程图。

如图3所示，首先是步骤W10，设定垂直扫描位置阵列N点。本发明首先使用垂直扫描的方式检测飞机，因为飞机一旦出现，必然会在停靠引导线J（J-Line）上检测到。所以本实施例在停靠引导线J（J-Line）上设定不同的检测位置来读取，读取的点数设定为多个点，本实施例优选建议可以为11点，并且可以设定预设距离为一检测中心点，往后检测6点，往前4点的安排方式，每一扫描点的角度距离设为马达转动的24step。接着，步骤W20，读取此阵列中各点的距离及高度。预设距离依照机场的停靠引导线（J-Line）的长度加以设定，一般停靠引导线（J-Line）长度约为100米，进场道大致设定在65米的位置上（进场道的预设长度）。飞机读取的位置点则设定在高度为机鼻高度位置。因为当开始引导时，使用者必需输入预设机型，根据这个机型，机鼻高度就可以确定。

一般引导的环境，激光扫描器100的高度大致上安装于7米高度上，在此高度。依照此分布方式，扫描区间可以涵盖的范围大致上从30米的位置到150米的位置都包含在内。所以，一旦飞机进入此区域内，都可以被检测到。由于飞机体积庞大，故即使机型误植也可以被检测到。

然后，如步骤W30，判断是否有检测到飞机的检测点。在判断飞机是否被检测到的做法上，本实施例使用检测物的高度h比对方式，或称为“高度比对步骤”。由于激光设备仅回应距离，即使激光光检测到机坪地面也一样可以收到一个距离，那么如何判定该检测物是属于飞机，就是靠所计算出来的高度（如图2的h所示）来判定。设定地面的高度则为0，而飞机有一定的高度，一定大于0。本实施例可以通过使用者针对飞机输入一个最低有效高度的参数，例如飞机的机腹或引擎底端，然后，比对所测得的高度低于上述最低有效高度时，即视为非属飞机检测回应。另外，本实施例还可以包括“有效距离比对步骤”，通过另外设定一个最长有效距离，最长有效距离可以是进场道的预设长度，当扫描到的距离超过上述最长有效距离，即视为无效。因为跑道与进场道间毕竟是一定范围的距离，过长的距离也可以视为无效距离。

当扫描的11个检测点中出现合理的高度与距离时，即被视为检测到飞机，并进入下一个定位阶段。

阶段二：定位阶段（SP）

本阶段的主要目标是找到机鼻位置。一般飞机的机鼻部位是飞机的最前端位置，也就是一架飞机最靠近停止线的部位。在引导过程中，信息显示广告牌所显示出来的距离即是指机鼻离停止线间的距离。同时，用以判定飞机是否偏离该停靠引导线（J-Line）位置的依据，也是根据机鼻位置是否偏移于该停靠引导线（J-Line）上，所以找出机鼻位置是引导作业中很重要的工作。

飞机由滑行跑道（Taxi way）滑行进入该停靠引导线（J-Line）时，飞机将逐渐转正。当飞机被激光检测到时，可能是飞机的任何部位，不一定是飞机的机鼻部位。此时，由检测到飞机的部位，可以知道飞机出现的距离。以这个距离为中心，开始细部扫描飞机，详细流程图如图4所示，为本发明的航空器停靠过程的引导方法的定位阶段（SP）示意图。

在图4中，首先，如步骤P10及P20所示，将检测成功及失败次数归零。接着，步骤P30，设定垂直扫描位置阵列N点；开始在停靠引导线（J-Line）的方向上垂直扫描。此时飞机已大致上知道其所在位置，所以扫描的范围可以缩小，在本发明的一优选实施例，使用11个垂直扫描点，每一个扫描点的Y轴马达点距依照飞机所在的距离做设定，当飞机距离在30米以外时设定为12格（steps），30米以内时设定为14格（steps）。在11点扫描点中，往后扫描的点数设定为6点，往前扫描点数为4点。如步骤P40所示，读取此阵列中各点的距离及高度；将此11点扫描完成后，即可以得到11个扫描点对应的距离及高度。那么如何由这些扫描数据来判断是否读到机鼻位置，大致的判断方法如图5所示，图5为本发明判断机鼻位置流程图。

如图5所示，开始之前，如步骤P501所示，设定机鼻距离，例如为500米，并且设定机鼻位置点等于-1。本实施例先逐点检查各点的高度位置。接着，如步骤P502及P503所示，数据点验证点从1到N，逐点检查；并且判断该点距离是否小于目前机鼻距离。如步骤P504所示，判断该数据点高度与设定的机鼻高度误差是否小于一预设容忍距离。如果该点的高度与所引导机鼻的高度相差在30厘米以上时，该点即不被认为是可能的机鼻位置，再回到步骤P502。取30厘米的作为一预设容忍距离，一方面是因为扫描的分辨率关系，不一定能刚好扫到机鼻位置，另一方面则是飞机也不一定完全在中线上或机坪跑道不一定是一完全平面，可能稍有高低起伏，所以扫描阵列中各点不一定可以完全扫到机鼻正中间位置。

当该扫描点的高度h在与预期机型的机鼻高度误差在30厘米内时，此点就被视为是候选位置，接着进到步骤P505，设定新机鼻距等于此扫描到的距推，以及设定机鼻位置等于此位置。在所有候选位置中，找出一点距离最近的候选位置，该点就是我们要的机鼻位置。

回到图4的步骤P51及P53，读取机鼻距离及高度，并且检测成功记录次数加1，重复以上的垂直扫描作业，如步骤P60所示，若连续三次都可以找到机鼻位置，就表示此飞机的定位已经成功，准备进入下一个识别阶段（如步骤P70所示）。但如果在扫描过程中，无法找到机鼻位置，进到步骤P52，将检测失败记录次数加1，那表示飞机可能尚未转正，需要再重复扫描作业。在下一次垂直扫描时，将取扫描到的合法高度点中，距离最近的点作为下一次扫描的基础参考点。

如步骤P54，假设经过一失败预定次数（例如五次）的扫描，仍然无法找到机鼻位置，那表示可能是机型输入错误，必需显示停止信息，如步骤P80所示，定位失败，停止电脑引导，改以人工方式引导。

阶段三：识别阶段（SD）

当飞机已经被定位到后，即开始一面追踪飞机的行径，一方面做识别的作业。飞机识别作业根据飞机的外观特性来检查，检查待引导的飞机是否与操作人员输入的飞机同型，以确认输入的机型是否有误植的情形。

由于不同飞机有不同的特征，需要停靠的位置也不同。如果因为操作人员误植的机型，而使引导***误引导至错误的停止线位置，那将有可能导致碰撞的危险，所以执行飞机的识别作业，等于对人为操作上多一道安全防护，以增加作业的安全性。

本发明对于飞机识别的做法，是针对飞机的外型特征，对特定的特征部位进行验证。对特定型号的飞机来说，其外型特征是一个固定的常数。例如，飞机机鼻的高度、机身的高度、机身的长度，机翼的宽度、单边引擎的个数、第一颗引擎与机鼻部位的垂直距离、水平距离、引擎离地面的高度及引擎的直径等特性，都可以作为判定飞机型号正确与否的参考。在这些特征中，本实施例选取机鼻高度与第一颗引擎的的特性作为主要判定的依据。机身高度作为辅助特性。

本发明关于特性选择的方向，有以下的考虑：

一、方便性：该特性读取的方便性及必要性。例如机鼻高度的检测，在引导过程中，一旦飞机被定位后，机鼻的位置便需要一直被追踪着，以掌握飞机离停止线的距离及左右偏移的距离。在此同时，实际上机鼻的高度是一直被掌握着。所以机鼻高度的数据是一直存在着。

二、独立性：虽然有机鼻高度，但这项信息尚无法据以确认飞机机型。例如，A330,A340,B777（A开头表示Airbus公司的飞机,B开头表示Boeing公司的飞机）三款飞机的机鼻高度是接近的，如果以30厘米的误差容许度来说，这三款机型（包括其子机型）是无法分辨出来的。更何况，对A330来说，它的子机型A330-200与A330-300的机头部分几乎完全一样，也就是说机鼻高度也完全一样，所以从学理上来说，靠机鼻高度并无法完全分辨出各种机型的。

当然，对某些机场来说，可能飞航的机型有限，单靠机鼻高度来分辨机型就已经足够。此时，也可以考虑只做机鼻高度辨识，以节省辨识的时间，加强引导的效率。

本发明对于需要再辨识类似机型，或者同机型，但属于不同子机型的飞机，就需要进一步选择其他参数来做辨识。首先，本实施例选择引擎的所在位置来做进一步比对。类似机型或不同子机型的飞机间，其第一颗引擎所在位置，基本上是不会相同的。引擎位置所在的垂直距离通常与机身长度有直接关系。配合机鼻高度及引擎位置的确认，就目前市面上有的飞机机型而言，就几乎可以完全确认一架飞机。

即使未来有可能会有类似机型，但具备接近的机鼻高度及引擎位置，以致无法分辨出来时，很可能这类飞机是具有类似的机身头部特征及机身长度，有使用相同的停止线位置。对于引导作业来说，既然使用相同的停止线位置，在引导过程中的处理方式是几乎完全一样的，也就是说，将此视为同一机型来处理，应该是合理的处置且可以被接受的。

请参阅图6，为本发明处理飞机辨识的流程。本实施例首先做垂直读取作业，做法与定位阶段相同，如步骤D10所示，设定垂直扫描位置阵列N点并显示相关距离信息。根据垂直阵列读回来得数据，可以得到机鼻距离、机鼻高度及机身高度等信息，可以用机鼻距离来显示目前飞机距离，同时也可以把机鼻高度、机身高度做一次检查，看是否在合理范围内。检查结果并加以记录，如步骤D20所示，也即检查机鼻高度及机身高度，并记录正确/确误的次数。机身高度的信息可以由读回来的数据中选取最大高度为机身高度，但在飞机高度大于雷达扫描器高度时，通常只能读到激光扫描器所在的高度。

做完垂直扫描后，再执行水平扫描，如步骤D30所示，设定水平扫描位置阵列M点并显示相关偏移信息。虽然水平扫描与飞机辨识较无直接关系，但它可以提供飞机偏移及距离信息，提供引导显示。水平扫描的运作原理将于下一阶段详细说明。在本发明的观念上，引导作业必需优先于辨识作业，所以本实施例在辨识阶段，仍需执行许多引导的工作，使之不影响引导作业。

当水平扫描完成并显示完成后，可利用空档执行一次引擎检测作业，来确认引擎所在位置是否正确。如步骤D40所示，检查引擎所在位置是否正确，并记录正确/错误的次数。引擎检测作业可以下列公式来计算其预期的所在角度与位置，再将激光光检测该方位，看是否可以读到引擎做为判断依据。图示说明如图7，为本发明检测引擎的示意图。

图7中，相关参数数据说明如下：

D=d+Ed.........（4）

X=Ex........（5）

δ=atan（（H–h）/D）....（6）

θ=atan（X/D）....（7）

在以上式子中，（4）式中的D表示引擎与激光扫描器间的垂直的距离；

d表示机鼻与激光扫描器间的垂直距离；

Ed表示机鼻与引擎间的垂直距离。

（5）式中的X表示引擎与激光扫描器间的水平距离；

Ex表示机鼻与引擎间的水平距离。

（6）式中的δ表示激光扫描时的垂直方向倾斜角度；

H表示激光扫描器的高度；

h表示引擎的高度。

（7）式中的θ表示激光扫描时的水平方向偏移角度。

依照以上位置角度，本实施例取9个扫描点，其中Y轴的位置为公式所算出来的数值，X轴则以公式所算出来的数值往外增加，每一格的增加量为：

σ=（atan（k*R/D））/N......（8）

上述公式（8）中的σ表示每一隔的增量角度，

K为一调整系数，数值为1；

R为引擎的直径；

D的意义同（4）中表示；

N为扫描取样数目。

由于扫描过程中，飞机仍然继续前进中。本公式由引擎的中心往外延伸一个引擎直径R的横向距离，基本上可以允许飞机在一定速度下仍可检测到引擎，如因飞机前进速度较快，可以依照速度去放大k系数。

本实施例在以上读取数字阵列中，可以读到相对应的距离及高度信息。若读到的距离在[D-40,D+10]（dm）之间都可以算是合理值。因读取过程中，飞机仍继续前进，所以读取距离会较D值短，但因为引擎并不是实心标的，有可能会读到引擎壁位置，所以比D大。

关于读到的引擎高度值，应介于[h-1,h+1]（dm）间为合理误差范围。本实施例中，上述D,h及其计算数值均以10厘米（cm）为单位。在一组9个读数中，若其中有一个点读到引擎，即被认为引擎在该位置是存在的。

步骤D60，判断机型是否已可识别出来。关于机型判别的方式，可以根据机鼻高度几次正确判读算是以成功，几次错误判读算是失败。类似的观念，也可用在引擎判读上。考虑实际运作情况，可以选择3次判读成功就算该项目成功，5次判读失败就判定该项目失败。次数的选择可以根据机场的停靠引导线（J-Line）的长度及允许飞机辨识的时间来决定。辨识项目中，只要其中一个项目辨识失败，就判定该次辨识为失败。若是机型辨识失败就回到步骤D10。

有部分机场受限于机坪有高低起伏或停靠引导线（J-Line）跑道特性，必须要在一定距离内才适合做机鼻或引擎测试，那么以上检测可以加上一个距离条件，必需在飞机到达一定距离内才开始做辨识检测。

另外，本实施例为了可能因为飞机机型的误判而造成停靠的危险，需要在一定距离内完成辨识，否则即视为辨识失败。如图6的步骤D50所示，本实施例在步骤D60之前，还加上判断机型辨识位置是否已过近，若是，则进到步骤D90，判定辨识失败，停止引导，即停止电脑引导作业，改由人工引导方式。通常该最低辨识距离的选择，一种优选实施例设定在12米左右，方便供后续人工引导作业，有足够的空间可以执行。若机型辨识位置还尚未过近，仍在安全可继续辨识的距离内，则进到步骤D60，判断机型是否已经识别出来。

阶段四：引导阶段（SG）

当飞机被成功辨识之后，接下来的任务就是将飞机引导到预期的停靠位置上，这就是引导阶段（SG）。在这个阶段中，***主要是要能提供飞机驾驶员距离与偏移的信息。距离信息指的是飞机的机鼻位置与停止线之间的距离，好让驾驶员可以控制飞机的行驶速度与方位。偏移指的是飞机偏离该停靠引导线（J-Line）的程度，当偏离距离到达设定的警示程度后，必需在信息显示广告牌告知驾驶员修正偏移，以达到停泊在正确位置的目的。

请参阅图8，为本发明的引导流程示意图。在图8中，***先执行垂直扫描的作业。如步骤G10所示，设定垂直扫描位置阵列N点并显示相关距离信息。扫描方式大致上与定位阶段（SP）相同，为以垂直方向扫描的方式，点数约11点。扫描的中心点定在当时飞机所在的位置，往前扫描4点，往后扫描6点。根据这11点回应的信息，可以实时掌握飞机机鼻的位置，并据以显示距离信息。

如步骤G20所示，每扫描一次垂直数据后，判断是否飞机已达接近停止线一允许距离内。在飞机停靠的一定距离前（通常设定为停止线3米前），即执行一次水平扫描，如步骤G30所示，设定水平扫描位置阵列M点并显示相关偏移信息。水平扫描大致上也可以取11点扫描位置，垂直方向以机鼻位置为中心点，水平方向则以左右对称的方式各取5点。扫描宽度设定为机鼻宽度的两倍，所谓机鼻宽度指的是以机鼻中心距离起算，往两侧延伸各取一延伸点，延伸点与激光扫描器的扫描点之间的距离比机鼻距离相差在30厘米以内的范围。取点公式如下：

β=atan（W*2/D）/N......（9）

在公式（9）中，β指的是水平取点中，相临两点间的角度。

W指的是机鼻的宽度。

D指的是当时机鼻与激光扫描器间的距离。

N指的是取样的点数，基本上为11。

根据以上公式，并以停靠引导线（J-Line）所在位置为中心点向左右各取5个检测点，可以得到N点的距离及高度信息。对于这些点数，取得最近的距离（D），即是扫描当时机鼻与激光扫描器间的新距离，可以做为距离更新显示之用。

本实施例关于偏移角度或距离的计算，可以依照以下方式：

求取最开始的点，即从点位0开始选取，该点距离比最近距离D大的数值在30厘米以内。假设该点位置为Hfst。同样的观念，求取最后的点，即从点位N-1开始往下选取，该点距离比最近距离D大的数值在30厘米以内。假设该点位置为Hend。依照以上方式，求得Hfst与Hend后，即可以据以计算偏移角度及位置偏移量，公式如下：

n=（（N-1）-Hend-Hfst）/2......（10）

γ=|n|*β......（11）

d=D*tan（γ）......（12）

在以上式子中，公式（10）中N指的是取样的点数。

n为偏移的取样间隔数，n的正负代表左右的偏移。

（11）式中γ指的偏移角度，n取绝对值。

（12）式中d指的偏移的距离的绝对值，D为机鼻与激光扫描器间的距离。

当偏移量γ大于设定的警戒值时，***即依照左右方向，显示出偏移警告信息。

经由以上垂直扫描与水平扫描的持续更替，就可以达到实时更新离停止线距离及偏移显示的效果，达到正确引导的目的。

当飞机离停止线到一定短的距离时（通常为3米），也即步骤20为“是”的条件，此时通常飞机行进速度已经很慢，且左右移动已经不容易，故***可以只针对垂直方向扫描，只提供距离信息即可。

如步骤G40所示，在步骤20为“是”的条件下，进一步判断飞机是如已达停止线一近距离内。其观念在于，当飞机很接近停止线时，例如在距离20厘米左右，如步骤G50所示，***即可以显示停止信息，以通知飞机停止。其间飞机可能未能马上停上，因此加上步骤G60，判断飞机是否已经停止。当飞机停止下来后，经过几次扫描检测，当发现飞机已经停止不动时，即可如步骤G70所示，显示引导完成的信息，结束这样一次的引导作业。

本发明的特点及功能在于充分运用新一代的激光测距设备功能，将激光处理工作完全交给激光扫描器处理，***只要利用激光扫描器的输出距离，配合各型飞机的机鼻高度、机身高度及引擎位置就可以简单的达成飞机停靠引导及机型辨识的核心功能，大幅简化既有算法的繁复作业。

以上所述仅为本发明的优选可行实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (17)

1.一种航空器停靠过程的引导方法，以检测一航空器沿着机坪的一停靠引导线，以准备停靠至一停止线，其特征在于，所述引导方法包括：

提供一激光扫描器，以扫描所述航空器；

提供一配合X轴与Y轴的步进马达的转动；

提供一信息显示看板，以提供驾驶员必要的显示信息；

控制所述步进马达的扫描的方位角度，以改变所述激光扫描器的检测位置；

根据所述激光扫描器在不同检测位置回应的距离，检测所述航空器在靠近过程中距离所述停止线的距离及左右偏移的角度；

在所述信息显示看板中显示所述距离及偏移的信息，以供所述航空器的驾驶人员在操作所述航空器时进行参考；

进行一等待阶段，所述等待阶段为等待所述航空器进入所述停靠引导线的阶段，其中在扫描的多个检测点中，当落于预定的高度与距离时，即被视为检测到所述航空器；

进行一定位阶段，以判断是否找到所述航空器最靠近所述停止线的部位，当找到所述航空器最靠近所述停止线的部位，则进入下一阶段；

进行一识别阶段，针对所述航空器的外型特征，针对多个特征部位进行验证，以验证所述航空器的实际机型与所输入的机型是否符合；以及

进行一引导阶段，通过提供所述航空器最靠近所述停止线的部位与所述停止线的距离、以及所述航空器偏离所述停靠引导线的偏移信息，将所述航空器引导到一预定的停靠位置上。

2.根据权利要求1所述的航空器停靠过程的引导方法，其特征在于，获得一已知角度的距离及被测点的高度的步骤包括：

依据所述步进马达的转动刻度，假设刻度的数量为N，取得每移动一个刻度相对于激光束的移动角度δ；

取得沿着Y轴的激光束的倾斜角度θ＝δ*N；

取得所述激光扫描器回应的距离r；

依下列式子取得被测点的高度h；

h＝H–r＊sin(θ)；

其中H为所述激光扫描器相对于地面的高度。

3.根据权利要求1所述的航空器停靠过程的引导方法，其特征在于，所述等待阶段包括一高度比对步骤，以判断所述航空器是否位于所述预定的高度，所述高度比对步骤包括：

设定地面的高度为零；

设定所述航空器一最低有效高度的参数；

当比对所测得的高度低于所述最低有效高度时，即视为非属航空器的检测回应。

4.根据权利要求2所述的航空器停靠过程的引导方法，其特征在于，所述等待阶段还包括一有效距离比对步骤，以判断所述航空器是否位于所述预定的距离，所述有效距离比对步骤包括：

设定一最长有效距离；

若扫描到的距离超过所述最长有效距离，则视为无效距离。

5.根据权利要求4所述的航空器停靠过程的引导方法，其特征在于，所述最长有效距离为一进场道的预设长度。

6.根据权利要求1所述的航空器停靠过程的引导方法，其特征在于，所述航空器最靠近所述停止线的部位为一机鼻。

7.根据权利要求6所述的航空器停靠过程的引导方法，其特征在于，所述定位阶段包括：

沿着所述停靠引导线的方向上进行一垂直扫描作业；

设定一预定数量的垂直扫描点，

逐点检查各个扫描点的高度位置；

当比对每一个所述扫描点的高度与所引导的所述机鼻的高度相差在一预设容忍距离以上时，所述扫描点即不被认为是机鼻位置；当所述扫描点的高度与所述机鼻的高度相差在所述预设容忍距离内时，则视为是所述机鼻的候选位置；以及

重复所述垂直扫描作业，若连续三次都找到所述机鼻的位置，就表示所述航空器的定位成功，准备进入所述识别阶段。

8.根据权利要求7所述的航空器停靠过程的引导方法，其特征在于，所述预设容忍距离为30厘米。

9.根据权利要求7所述的航空器停靠过程的引导方法，其特征在于，设定垂直扫描点的数量的步骤包括依照所述航空器所在的距离设定，当飞机距离在30米以外时设定为12格，30米以内时设定为14格，在11点扫描点中，往所述机鼻位置后扫描的点数设定为6点，往前扫描点数设为4点。

10.根据权利要求7所述的航空器停靠过程的引导方法，其特征在于，所述引导方法还包括设定在超过一失败预定次数仍然无法找到所述机鼻的位置时，则需显示停止信息并停止电脑引导。

11.根据权利要求1所述的航空器停靠过程的引导方法，其特征在于，在所述识别阶段中，所述航空器的所述特征部位包括机鼻高度、机身高度、第一颗引擎与机鼻部位的垂直距离和水平距离、引擎离地面的高度及引擎的直径。

12.根据权利要求11所述的航空器停靠过程的引导方法，其特征在于，所述航空器的所述特征部位选取所述机鼻高度、以及所述第一颗引擎为主要判定依据，并选取所述机身高度为辅助特性。

13.根据权利要求1所述的航空器停靠过程的引导方法，其特征在于，在所述引导阶段中，包括：

执行垂直扫描的作业，以沿着垂直方向扫描的方式扫描多个点数，其中扫描的中心点定在所述航空器的机鼻所在的位置；以及

每扫描一次垂直数据后，在所述航空器距离所述停止线的一预定距离之前，即执行一次水平扫描。

14.根据权利要求13所述的航空器停靠过程的引导方法，其特征在于，所述水平扫描的步骤包括：

沿着水平方向以左右对称的方式各取多个扫描点；

设定扫描宽度为所述航空器的机鼻宽度的两倍，其中所述机鼻宽度以所述机鼻的中心距离起算，往两侧各取一延伸点；以及

所述延伸点与所述激光扫描器的扫描点之间的距离比机鼻距离相差在30厘米以内的范围。

15.根据权利要求13所述的航空器停靠过程的引导方法，其特征在于，求取所述扫描点的公式如下：

β＝atan(W*2/D)/N；

所述公式中，β指的是水平取点中相临两个点之间的角度；

W为机鼻的宽度；

D为当时机鼻与激光扫描器之间的距离；

N为取样的点数，为11。

16.根据权利要求13所述的航空器停靠过程的引导方法，其特征在于，所述偏移角度或距离的计算，包括下列步骤：

求取最开始的点，即从点位0开始选取，所述点的距离比最近距离D大的数值在30厘米以内，假设所述点的位置为Hfst；

求取最后的点，即从点位N-1开始往下选取，所述点的距离比最近距离D大的数值在30厘米以内，假设所述点的位置为Hend；

求得Hfst与Hend后，据以计算偏移角度及位置偏移量，公式如下：

n＝((N-1)-Hend-Hfst)/2......(式10)

γ＝|n|*β......(式11)

d＝D*tan(γ)......(式12)

上述式子中，公式(10)中N指的是取样的点数；

n为偏移的取样间隔数，n的正负代表左右的偏移；

(11)式中γ指的偏移角度，n取绝对值；

(12)式中d指的偏移的距离，D为机鼻与激光扫描器的距离取绝对值；

其中当偏移量γ大于设定的警戒值时，即依照左右方向显示出偏移警告信息。

17.根据权利要求16所述的航空器停靠过程的引导方法，其特征在于，当所述航空器接近所述停止线一预定的近距离时，则显示停止信息以通知所述航空器停止；以及

当所述航空器停止下来后，经过多次扫描检测，当发现所述航空器停止不动时，显示引导完成的信息以结束所述引导方法。