本文選題：機場跑道異物　切入點：目標檢測　出處：《南京航空航天大學》2016年博士論文

【摘要】：機場跑道異物對飛機在跑道上的滑行和起降存在嚴重安全威脅,會造成航班延誤、中斷起飛,甚至危及乘客生命。跑道異物檢測與識別系統(tǒng)可以有效地對跑道異物進行檢測并識別分類,分析跑道異物對飛行安全的危害等級并進行報警。目前中國的機場跑道異物檢測與識別系統(tǒng)的開發(fā)研制尚處于起步階段,而進口的機場跑道異物檢測與識別系統(tǒng)價格高昂,僅購買成本就高達幾百萬美元,后期維護費用更是開支龐大。且進口的機場跑道異物檢測與識別系統(tǒng)核心技術不公開,無法獲得其關鍵技術�，F(xiàn)階段我國機場對跑道異物的檢測只是按照固定的時間,組織工作人員進入跑道近距離搜尋跑道異物,搜尋速度慢,占用跑道的時間長,且人工搜尋的可靠性較差。因此,我國必須加快自主研發(fā)跑道異物檢測與識別系統(tǒng)的步伐。與其他檢測系統(tǒng)相比,基于視頻的檢測系統(tǒng)具有監(jiān)視范圍較廣和檢測信息較全等優(yōu)點,本文主要研究基于視頻的機場跑道異物檢測與識別系統(tǒng)�？紤]到車載式視頻檢測系統(tǒng)的可行性和靈活性,本文在巡道車上安裝攝像機及信息處理設備,構(gòu)成一個可移動的、多信息融合的跑道異物視頻檢測與識別系統(tǒng),能在較短的時間內(nèi)完成異物的檢測和識別分類。本文的主要研究內(nèi)容可概括為以下四個部分:1.基于多特征融合的機場跑道異物檢測在異物檢測領域中得到廣泛應用的背景差分法并不適用于車載式跑道異物視頻檢測系統(tǒng),因為車載式跑道異物視頻檢測系統(tǒng)無法獲得較短時間內(nèi)同一區(qū)域的跑道背景,從而無法構(gòu)建跑道背景。因此本文針對車載式跑道異物視頻檢測系統(tǒng)的特點,提出一種基于多特征融合的跑道異物檢測方法�？紤]到基于單一特征的跑道異物檢測方法的局限性,本文提出從灰度、傅里葉頻譜、邊緣、紋理、形狀等多個特征對跑道道面及異物進行分析;考慮到多特征融合的特點,本文采用D-S證據(jù)理論融合灰度、邊緣、亮度等特征,進而實現(xiàn)對跑道異物進行檢測。同時本文利用車載式跑道異物視頻檢測系統(tǒng)中連續(xù)采集圖像的優(yōu)勢,提出采用多幀疊加的方式實現(xiàn)能量積累,在減弱隨機噪聲的同時,增強目標異物的信號強度,從而提高信噪比,優(yōu)化圖像質(zhì)量。實驗結(jié)果表明,與使用單特征檢測相比,本文所提出的特征融合檢測方法能夠通過有效的特征融合提高檢測精度,在線檢測可以達到95.85%的準確率,使用多幀疊加對較小異物的離線檢測查準率可以提高1.37%。2.機場跑道異物模式特征提取雖然前述已經(jīng)對跑道異物的特征進行了分析,但其目的是為了實現(xiàn)跑道異物的快速精準檢測。而在實際情況中,為了減少對跑道不必要的占用,保證飛行任務的準時和順利進行,工作人員會根據(jù)跑道異物的危險等級,做出不同的處理方案。但是初步的異物檢測并不能夠?qū)崿F(xiàn)危險等級的判斷,因此本文進一步研究跑道異物的識別,實現(xiàn)跑道異物的歸類、危害等級的劃分,從而指導工作人員對跑道異物進行快速合理的處置。機場跑道異物模式特征的提取是跑道異物識別的基礎,本文基于小波變換的優(yōu)越性,選擇gabor小波函數(shù)構(gòu)造gabor濾波器,對機場跑道異物的模式特征進行提取。本文進一步通過實驗驗證基于gabor濾波器構(gòu)造的跑道異物模式特征的有效性和可靠性。實驗結(jié)果表明,二維gabor濾波器能夠較好地適應圖像的亮度變化,即對于光照變化的異物圖像,二維gabor濾波器對亮度的響應特性較為穩(wěn)定。此外,二維gabor濾波器對位置的響應特性具有一定的魯棒性,可以減小由于圖像輕微形變產(chǎn)生的噪聲。3.機場跑道異物模式特征降維gabor變換會導致極高的特征空間,給計算機的識別計算帶來困難。因此,將高維特征空間映射或變換到低維特征空間,可以有效的緩解高維特征給計算機帶來的數(shù)據(jù)計算壓力,提高計算機的識別效率,增強低維空間特征的有效性。通過分析目前降維方法,例如主成分分析、線性判別分析、局部線性嵌入等存在的問題,本文提出一種加權(quán)核局部線性嵌入降維方法,并通過實驗驗證本文提出的加權(quán)核局部線性嵌入算法在數(shù)據(jù)降維性能和識別性能上的優(yōu)勢。實驗結(jié)果表明,本文提出的加權(quán)核局部線性嵌入算法在維數(shù)降低為30時,近鄰數(shù)為30所得到的識別性能最好,優(yōu)于其他傳統(tǒng)方法。4.機場跑道異物識別分類針對目前分類算法中訓練時間長、對不均衡樣本適應性差的問題,本文提出一種基于雙支持向量機的有向無環(huán)圖多分類方法——有向無環(huán)圖-雙支持向量機(dag-twsvm)。采用有向無環(huán)圖的決策方法將k分類問題分解為(7)(8)kk-21個二分類問題,然后以雙支持向量機將每個二分類問題分解為求解兩個簡單的二次規(guī)劃問題。將本文所提出的新方法與傳統(tǒng)的多分類支持向量機進行比較,通過實驗驗證本文的有向無環(huán)圖-雙支持向量機的高效性。實驗結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的多分類支持向量機相比,本文所提出的有向無環(huán)圖-雙支持向量機在保證分類正確率的基礎上更能顯示出訓練時間上的優(yōu)越性。在不均衡樣本情況下,也可以得到較高的分類精度。本文研究基于車載視頻的跑道異物檢測與識別系統(tǒng),對跑道異物檢測、模式特征提取、特征降維、異物識別分類等關鍵問題進行研究,提供一種低成本的、機動性強的跑道異物檢測與識別系統(tǒng)解決方案,這一工作的開展對國內(nèi)現(xiàn)有跑道異物檢測與識別系統(tǒng)的研究是一個有力補充。本文取得的創(chuàng)新性研究結(jié)果總結(jié)如下:1.本文提出一種基于特征融合的機場跑道異物檢測方法,解決了先前跑道異物檢測方法的局限性,優(yōu)化了機場跑道異物檢測與識別系統(tǒng)的設計方案。本文通過在機場跑道上的實際測試實驗,通過比較單特征檢測和多特征融合檢測的多項性能指標,即查準率、查全率、虛警率和漏檢率,驗證了所提出的基于特征融合的機場跑道異物檢測方法的有效性,實現(xiàn)對機場跑道上的異物進行及時準確的檢測。2.本文提出在異物檢測的基礎上,進一步利用車載視頻對跑道異物進行識別分類和危害等級劃分。本文構(gòu)建了較為全面的跑道異物圖像庫,為機場跑道異物檢測與識別系統(tǒng)的發(fā)展和優(yōu)化提供所需要的基本資料和統(tǒng)計分析。本文利用Gabor小波函數(shù)對機場跑道異物的模式特征進行提取,并通過實驗驗證基于Gabor濾波器構(gòu)造的跑道異物模式特征的有效性和可靠性。3.本文提出一種加權(quán)核局部線性嵌入降維方法,減小了噪聲和樣本外點對降維和分類性能的影響,并將所提出的方法與經(jīng)典算法PCA、LDA、LE、LLE等降維方法在自主建立的機場跑道異物圖像庫中進行對比實驗。實驗結(jié)果表明,本文提出的加權(quán)核局部線性嵌入算法的數(shù)據(jù)降維性能和識別性能均優(yōu)于其他傳統(tǒng)方法。4.為了實現(xiàn)對跑道異物的識別分類和危害等級劃分,本文將新興的雙支持向量機引入傳統(tǒng)的有向無環(huán)圖-支持向量機,充分利用各自的優(yōu)點,構(gòu)造了一種新型支持向量機——有向無環(huán)圖-雙支持向量機,將訓練時間大大縮短。同時,在處理樣本不平衡數(shù)據(jù)集時,本文算法也可以得到較高的分類精度。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V328.3;TP391.41

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 馬平川;;我國機場跑道侵入分析與解決方法[J];中國產(chǎn)業(yè);2012年08期

2 華遵孟，，沈秋武;敦煌機場跑道破壞原因與防治[J];西部探礦工程;1994年04期

3 萬福新,白春華,梁慧敏;反機場跑道潤滑技術研究[J];安全與環(huán)境學報;2005年01期

4 郁時煉;呂磊;盧愛紅;;動能彈侵徹機場跑道的數(shù)值模擬[J];湖南科技大學學報(自然科學版);2009年02期

5 李衛(wèi)平;孫紅;帥桂華;;動能子彈對機場跑道侵徹深度的工程算法[J];兵器材料科學與工程;2012年02期

6 孫賢福;水泥粉煤灰在機場跑道施工中的應用[J];西部探礦工程;1999年S1期

7 唐軍;孫紫軒;;西南某機場跑道南端差異沉降分析[J];地質(zhì)災害與環(huán)境保護;2014年01期

8 米歇爾·布蘭丁;;大腦何所思[J];視野;2011年23期

9 蘇爾好;;浦東機場跑道沖擊碾壓地基處理試驗研究[J];探礦工程(巖土鉆掘工程);2006年12期

10 耿國彪;;安全是不能說說了事的[J];綠色中國;2010年17期

相關會議論文 前10條

1 ;飛行區(qū)運行安全監(jiān)控技術動態(tài)——悉尼機場跑道安全保障技術[A];《上海空港》第14輯[C];2012年

2 李增華;馬亞龍;;子母彈對機場跑道封鎖的算法研究[A];中國系統(tǒng)仿真學會第五次全國會員代表大會暨2006年全國學術年會論文集[C];2006年

3 王帥;陳立云;袁曦;張漢鋒;;子母彈打擊機場跑道毀傷概率的蒙特卡洛仿真[A];2009系統(tǒng)仿真技術及其應用學術會議論文集[C];2009年

4 于海洋;盧小平;甘甫平;;一種基于帶通濾波的機場跑道提取方法[A];中國測繪學會第九次全國會員代表大會暨學會成立50周年紀念大會論文集[C];2009年

5 陳同軍;湯文輝;丁育青;辛健;;機場跑道土層爆炸過程的數(shù)值模擬[A];第六屆全國爆炸力學實驗技術學術會議論文集[C];2010年

6 劉勝利;崔榮耀;;飛機機場跑道不平度模擬試驗技術研究[A];全面建成小康社會與中國航空發(fā)展——2013首屆中國航空科學技術大會論文集[C];2013年

7 謝永利;顧安全;;澳門機場跑道軟基沉降的有限元分析[A];中國土木工程學會土力學及基礎工程學會地基處理學術委員會第四屆地基處理學術討論會論文集[C];1995年

8 李慶嶸;;一種前視機場跑道識別方法[A];2009通信理論與技術新發(fā)展——第十四屆全國青年通信學術會議論文集[C];2009年

9 安成錦;韓建濤;陳曾平;;基于機場跑道識別的SAR圖像自動配準算法[A];第十四屆全國信號處理學術年會(CCSP-2009)論文集[C];2009年

10 宋雪靜;吳仁彪;劉家學;;基于GPR的機場跑道災害識別[A];第十四屆全國信號處理學術年會(CCSP-2009)論文集[C];2009年

相關重要報紙文章 前10條

1 本報記者 趙瑜;記者連線專家為您解析機場跑道為何破損？[N];中國民航報;2011年

2 記者 徐景明邋通訊員 劉婷婷;廈門機場跑道今晨開始大修[N];廈門日報;2008年

3 本報記者 花為華;蘇中機場跑道走向：東南—西北[N];揚州日報;2010年

4 通訊員 張雪華;鋪筑中非騰飛之路[N];中華建筑報;2012年

5 孫濱;武漢CBD基礎設施建設啟動[N];湖北日報;2007年

6 張北光 特約通訊員 王山河;空軍機場跑道實現(xiàn)不停航搶修[N];解放軍報;2003年

7 北大國家發(fā)展研究院研究員法律經(jīng)濟學研究中心聯(lián)席主任 薛兆豐;論堵[N];經(jīng)濟觀察報;2011年

8 記者 梁圖強;中國大學生摘空客航空創(chuàng)意賽桂冠[N];經(jīng)濟日報;2011年

9 特約記者 李廣君;生死五秒鐘[N];中國國防報;2010年

10 劉佳峰、王柳根;用新技術解管理難題[N];解放軍報;2004年

相關博士學位論文 前1條

1 牛r

本文編號：1707131