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CN116300971B - 民航飞机的牵引滑行控制方法、装置、牵引车及存储介质 - Google Patents

民航飞机的牵引滑行控制方法、装置、牵引车及存储介质 Download PDF

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CN116300971B
CN116300971B CN202310552995.1A CN202310552995A CN116300971B CN 116300971 B CN116300971 B CN 116300971B CN 202310552995 A CN202310552995 A CN 202310552995A CN 116300971 B CN116300971 B CN 116300971B
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Civil Aviation University of China
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Abstract

本发明公开了一种民航飞机的牵引滑行控制方法、装置、牵引车及介质。该方法包括:控制牵引车上的抱轮机构以先快后慢的方式,靠近并准确对接目标飞机的前起落架,并在对接完成后,规划由滑行起点至滑行终点的全局规划路径;采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制,以使牵引车平稳的牵引目标飞机进行滑行;在牵引滑行过程中,如果检测到滑行路径前方出现障碍物且不能够以减速慢行的方式避让该障碍物时,根据当前滑行位置点、障碍物信息和滑行目标点,重新规划新的全局规划路径。本发明实施例的技术方案在保证牵引车和飞机自动对接精确性、快速性及安全性的同时,提高了牵引车和飞机在组合滑行过程中安全性及可靠性。

Description

民航飞机的牵引滑行控制方法、装置、牵引车及存储介质
技术领域
本发明涉及民航飞机的牵引导航技术领域,尤其涉及一种民航飞机的牵引滑行控制方法、装置、牵引车及存储介质。
背景技术
我国的航班数量随着发展日益剧增,随着航班数的增加,机场在飞机调度过程中的速度也需要提高。为了确保工作效率的提高,需要用到牵引车牵引飞机滑行至目标地点,也即,飞机起飞前的准备点处。
相关技术中,可以采用无人驾驶的无杆牵引车将抱轮机构自动对接飞机前起落架,并在对接完成抱轮举升后,由牵引车牵引飞机从停机坪滑行至飞机起飞前准备点处。其难点之一是无杆牵引车与飞机自动对接过程中的精确性、快速性及安全性;另一难点是无杆牵引车和飞机在组合滑行过程中的安全性及可靠性。
发明内容
本发明实施例提供了一种民航飞机的牵引滑行控制方法、装置、牵引车及存储介质,以实现在牵引车上的抱轮机构准确对接目标飞机的前起落架后,由牵引车平稳的牵引目标飞机滑行至滑行终点。
根据本发明实施例的一方面,提供了一种民航飞机的牵引滑行控制方法,包括:
控制牵引车上的抱轮机构以先快后慢的方式,靠近并准确对接目标飞机的前起落架,并在对接完成后,规划由滑行起点至滑行终点的全局规划路径;
采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制,以使牵引车平稳的牵引目标飞机进行滑行;
在牵引滑行过程中,如果检测到滑行路径前方出现障碍物,则检测是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物;
若否,则根据当前滑行位置点、障碍物信息和滑行目标点,重新规划新的全局规划路径后,返回执行采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制的操作,直至完成整个牵引过程。
根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种民航飞机的牵引滑行控制装置,包括:
全局规划路径规划模块,用于控制牵引车上的抱轮机构以先快后慢的方式,靠近并准确对接目标飞机的前起落架,并在对接完成后,规划由滑行起点至滑行终点的全局规划路径;
轨迹跟踪控制模块,用于采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制,以使牵引车平稳的牵引目标飞机进行滑行;
避让检测模块,用于在牵引滑行过程中,如果检测到滑行路径前方出现障碍物,则检测是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物;
路径重规划模块,用于若否,则根据当前滑行位置点、障碍物信息和滑行目标点,重新规划新的全局规划路径后,返回执行采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制的操作,直至完成整个牵引过程。
根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种牵引车,所述牵引车包括:
至少一个处理器;以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序,所述计算机程序被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的民航飞机的牵引滑行控制方法。
根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的民航飞机的牵引滑行控制方法。
本发明实施例的技术方案,通过控制牵引车上的抱轮机构以先快后慢的方式,靠近并准确对接目标飞机的前起落架,并在对接完成后,规划由滑行起点至滑行终点的全局规划路径;采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制,以使牵引车平稳的牵引目标飞机进行滑行;在牵引滑行过程中,如果检测到滑行路径前方出现障碍物,则检测是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物;若否,则根据当前滑行位置点、障碍物信息和滑行目标点,重新规划新的全局规划路径后,返回执行采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制的操作,直至完成整个牵引过程的技术手段,实现在牵引车上的抱轮机构准确对接目标飞机的前起落架后,由牵引车平稳的牵引目标飞机滑行至滑行终点的技术效果,在保证牵引车和目标飞机自动对接的精确性、快速性及安全性的同时,提高了牵引车和飞机在组合滑行过程中的安全性及可靠性。
应当理解,本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征,也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例一提供的一种民航飞机的牵引滑行控制方法的流程图;
图2是根据本发明实施例二提供的一种民航飞机的牵引滑行控制方法的流程图;
图3是根据本发明实施例二提供的一种计算牵引车相对于前起落架的目标偏角的方式的流程图;
图4是本发明实施例的技术方案所适用的一种牵引车相对于前起落架偏转α角的正视图;
图5是本发明实施例的技术方案所适用的一种牵引车相对于前起落架偏转α角的俯视图;
图6是本发明实施例的技术方案所适用的一种牵引滑行系统的动力学模型示意图;
图7是本发明实施例三提供的一种民航飞机的牵引滑行控制装置的结构图;
图8本发明实施例四提供的一种牵引车的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种民航飞机的牵引滑行控制方法的流程图,本实施例可适用于使用牵引车将车上的抱轮机构自动对接待牵引的目标飞机的前起落架,并在对接完成抱轮举升后牵引该目标飞机滑行至目标位置处的情况,该方法可以由民航飞机的牵引滑行控制装置来执行,该装置可以采用硬件和/或软件的形式实现,并一般可配置于牵引车中,由牵引车上的控制器执行。如图1所示,该方法包括:
S110、控制牵引车上的抱轮机构以先快后慢的方式,靠近并准确对接目标飞机的前起落架,并在对接完成后,规划由滑行起点至滑行终点的全局规划路径。
在本实施例中,为了提高牵引车(典型的,无人驾驶的无杆牵引车)对接目标飞机的快速性和准确性,提出了控制牵引车上的抱轮机构以至少两种速度逐级靠近并对接目标飞机的前起落架的新的实现方式。具体的,当牵引车距离该目标飞机距离较远时,可以控制该牵引车快速朝向目标飞机所在方向进行移动。当牵引车距离该目标飞机距离较近时,可以控制该牵引车缓慢移动以准确与该目标飞机实现对接。
具体的,可以预先在该牵引车上设置两组或者多组视觉传感器,每组视觉传感器用于对不同远近距离的目标飞机进行相对距离以及相对位置关系的检测。相应的,可以根据不同组的视觉传感器的检测结果,灵活设置该牵引车的运动速度以及运动方向,以实现对接速度和对接精准性的有效兼顾。
可以理解的是,本领域技术人员可以根据实际情况设置视觉传感器的组数,以及不同远近距离时选择使用的运动速度,本实施例对此并不进行限制。
在牵引车上的抱轮机构与目标飞机的前起落架完成对接后,可以通过目标飞机或者牵引车上设置的定位模块,确定由牵引车和目标飞机构成的整体(后文简称为牵引滑行系统)在机场中的位置,作为滑行起点。同时,还需要通过空管指令确定滑行终点,也即该目标飞机起飞前的准备点。在获取滑行起点和滑行终点后,通过结合机场的地图数据,以及预设的路径规划算法,可以规划出牵引滑行系统由滑行起点至滑行终点的全局规划路径。
其中,在规划得到全局规划路径时,可以采取最少用时或者最少转弯等约束条件进行约束,得到满足实际需求的全局规划路径。
S120、采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制,以使牵引车平稳的牵引目标飞机进行滑行。
其中,在完成全局路径规划后,可以控制该牵引车平稳的牵引目标飞机沿着全局规划路径由滑行起点滑行至滑行终点。
在本实施例中,为了保证该牵引车平稳的牵引目标飞机进行滑行,提出在整个滑行过程中,进行有效的轨迹跟踪控制。具体的,首先构建得到一个牵引滑行控制器,通过在牵引滑行控制器设置成本控制函数以及约束条件,可以在不同的控制周期内,求解得到最优的控制量对牵引车的实时速度以及实时转角进行有效的控制。
S130、在牵引滑行过程中,检测到滑行路径前方是否出现障碍物,若是,则执行S140;否则,返回执行S120,直至完成整个牵引过程。
在本实施例中,考虑到机场环境中的动态变化特征,需要实时对滑行路径的前方进行障碍物检测。如果前方没有障碍物,则可以按照原定的全局规划路径继续滑行,如果前方出现了障碍物,则需要对该障碍物进行安全的避让,例如,减速避让或者绕行避让等。
进一步的,考虑到减速避让的实现成本要远远低于绕行避让,在本实施例中,首先检测牵引滑行系统是否可以通过减速避让的方式,安全的避开该障碍物:若是,则可以通过减速慢行的方式,在保持现有的全局规划路线的基础上,安全的避让该障碍物后继续滑行;若否,则需要基于该障碍物的位置以及速度等信息,重新规划从当前滑行位置点到达滑行终点的新的全局规划路线,以通过绕行的方式安全的避开该障碍物。
可以理解的是,S130的操作需要在整个滑行过程中实时进行,直至牵引车成功的将该目标飞机牵引至滑行终点。
S140、检测是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物:若是,则执行S150;否则,执行S160。
在本实施例中,可以通过结合障碍物的当前位置点、运动速度和运动方向,以及牵引滑行系统的运动速度和运动方向,以及牵引滑行系统的减速性能等参数评估出该牵引滑行系统是否可以在保持现有的全局规划路线的基础上,以减速慢行的方式避让该障碍物。
具体的,可以预先训练一个神经网络模型,该神经网络模型的输入为障碍物的当前位置点、运动速度和运动方向,牵引滑行系统的运动速度、当前位置点、减速性能参数以及全局规划路线等参数,输出为该牵引滑行系统是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物的识别结果。
S150、执行减速避让策略后,返回执行S120,直至完成整个牵引过程。
其中,该减速避让策略可以定义该牵引车需要在什么时间段,以何种减速方式(例如,具体的刹车时间或者油门量设置值等)进行减速处理,或者,该牵引车需要在什么时间点将当前速度降至何种速度值等。
同样的,该减速避让策略可以由上述神经网络模型直接输出,也可以根据预设的计算公式,结合障碍物的当前位置点、运动速度和运动方向,牵引滑行系统的运动速度、当前位置点、减速性能参数以及全局规划路线等参数实时计算得到。
具体的,在执行减速避让策略成功的避让该障碍物后,可以按照预设的加速处理策略逐渐增加牵引滑行系统的速度,以按照正常的滑动速度继续朝向滑行终点前进。
S160、根据当前滑行位置点、障碍物信息和滑行目标点,重新规划新的全局规划路径后,返回执行S120,直至完成整个牵引过程。
在本实施例中,如果仅通过减速的方式无法成功避开该障碍物,则需要重新规划得到新的全局规划路线,并采用预先建立的牵引滑行控制器,对新规划的全局规划路径继续进行轨迹跟踪控制,以使牵引车平稳的牵引目标飞机进行滑行。
需要说明的是,在确定不能以减速慢行的方式避让该障碍物后,可以首先评估一下该障碍物避让该牵引滑行系统的第一避让成本,以及该牵引滑行系统避让该障碍物的第二避让成本,如果该第二避让成本远大于第一避让成本,则可以请求空管中心提示该障碍物进行避让,并同时执行相应的减速避让策略。
本发明实施例的技术方案,通过控制牵引车上的抱轮机构以先快后慢的方式,靠近并准确对接目标飞机的前起落架,并在对接完成后,规划由滑行起点至滑行终点的全局规划路径;采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制,以使牵引车平稳的牵引目标飞机进行滑行;在牵引滑行过程中,如果检测到滑行路径前方出现障碍物,则检测是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物;若否,则根据当前滑行位置点、障碍物信息和滑行目标点,重新规划新的全局规划路径后,返回执行采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制的操作,直至完成整个牵引过程的技术手段,实现在牵引车上的抱轮机构准确对接目标飞机的前起落架后,由牵引车平稳的牵引目标飞机滑行至滑行终点的技术效果,在保证牵引车和目标飞机自动对接的精确性、快速性及安全性的同时,提高了牵引车和飞机在组合滑行过程中的安全性及可靠性。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种民航飞机的牵引滑行控制方法的流程图,本实施例以上述实施例为基础进行细化,在本实施例中,对控制牵引车上的抱轮机构以先快后慢的方式,靠近并准确对接目标飞机的前起落架,并在对接完成后,规划由滑行起点至滑行终点的全局规划路径的操作进行具体化。
相应的,如图2所示,该方法包括:
S210、通过牵引车上设置的远距离视觉相机实时采集目标飞机的第一前起落架图像,并根据第一前起落架图像,获取牵引车与前起落架间的第一实时距离和相对位置关系。
在本实施例中,在牵引车上设置两组视觉传感器,每组视觉传感器中仅包括一个视觉相机,以实现通过两种速度控制牵引车移动,并对接该目标飞机。
可选的,可以在牵引车车顶中线附近设置远距离视觉相机,通过该远距离视觉相机对相对距离较远的飞机前机轮(也即,飞机前起落架)进行视觉识别,获取第一前起落架图像。
在获取到该第一前起落架图像后,可以通过图像识别技术,获取目标飞机的前起落架所在的图像位置以及所占的像素大小。在获取到上述信息后,可以根据针对该远距离视觉相机的相机标定结果、以及该远距离视觉相机在该牵引车中的安装位置,确定出的真实空间与该远距离视觉相机的像素空间之间的映射关系。进而,可以根据上述映射关系,识别出牵引车与前起落架间的第一实时距离和相对位置关系。
S220、判断第一实时距离是否大于距离阈值:若是,则执行S230;否则,执行S240。
在本实施例中,使用该距离阈值,作为牵引车移动速度的切换分界线。当牵引车与前起落架间的距离大于该距离阈值时,该牵引车可以以一个较大的速度快速靠近目标飞机的前起落架,当牵引车与前起落架间的距离小于或者等于该距离阈值时,该牵引车可以以一个较小的速度缓慢靠近目标飞机的前起落架,以兼顾对接速度和对接准确性。
其中,该距离阈值可以根据实际场景或者对接速度或者精度的需求进行预设,本实施例对此并不进行限制。
S230、根据相对位置关系,控制牵引车上的抱轮机构以第一速度朝向该前起落架进行移动,并返回执行S210。
在获取牵引车与前起落架之间的相对位置关系后,可以基于该相对位置关系,控制牵引车上的抱轮机构以第一速度朝向该前起落架进行移动,以实现快速的粗对准。
S240、通过牵引车上设置的近距离视觉相机实时采集目标飞机的第二前起落架图像,并根据第二前起落架图像,计算牵引车相对于前起落架的目标偏角。
可选的,可以将近距离视觉相机固定安装在无杆牵引车中轴线上的抱轮机构前方车架上,该近距离视觉相机在工作情况下对环境进行视觉扫描,快速识别前方飞机的前起落架所在的位置。
具体的,可以根据实际的应用场景或者应用需求,选取远距离视觉相机和近距离视觉相机的型号和技术参数。一般来说,近距离视觉相机的采集精度一般高于远距离视觉相机的采集精度。
其中,当牵引车上的抱轮机构与目标飞机的前起落架距离很接近的时候,需要准确的确定出抱轮机构与前起落架之间的相对位置关系,以使得两者准确对接。也即,需要计算得到牵引车相对于前起落架的目标偏角。
在本实施例的一个可选的实施方式中,如图3所示,根据第二前起落架图像,计算牵引车相对于前起落架的目标偏角的方式,可以包括:
S2401、在第二前起落架图像中识别前起落架轮廓,并根据所述前起落架轮廓的特征,识别牵引车相对于前起落架的偏转类型为左偏或者右偏。
在本实施例中,通过图像识别技术可以在该第二前起落架图像中识别前起落架轮廓。考虑到在存在左偏角的第二前起落架图像中可以看到轮毂的右侧,在存在右偏角的第二前起落架图像可以看到轮毂的左侧,由此,基于识别到的前起落架轮廓的特征,可判断出牵引车相对于前起落架的偏转类型为左偏或者右偏。
S2402、根据所述前起落架轮廓,获取飞机前轮的横向最大尺寸w’、纵向最大尺寸d以及前轮宽度b。
其中,为了便于说明,在图4中示出了本发明实施例的技术方案所适用的一种牵引车相对于前起落架偏转角的正视图,在图5中示出了本发明实施例的技术方案所适用的一种牵引车相对于前起落架偏转角的俯视图。
具体的,飞机轮胎的截面是由复杂的圆弧和线段构成的,进而可以采用带圆角半径为R的圆柱体模型来近似单个轮胎,即用半径为R的圆弧来拟合轮胎圆角。一般来说,在第二前起落架图像识别出的前起落架轮廓如图5所示,因此,可以直接在图5中测量得到飞机前轮的横向最大尺寸w’,纵向最大尺寸d(也即,前轮轮胎的直径),以及前轮轮胎的宽度b。在图5所示的示例中,可以通过下述各公式计算得到牵引车相对于前起落架的偏转角度
;其中,
显然,为了计算得到,有一个未知量R无法直接从前起落架轮廓中直接获取得到。
S2403、根据目标飞机的机轮轮胎型号,确定飞机前轮的轮胎直径d1、轮胎宽度b1以及轮胎圆弧半径R1之间的固定比例关系。
可以理解的是,设定型号的民航飞机上拥有特定型号的飞机机轮,因此,在目标飞机的型号确定后,该目标飞机的机轮轮胎型号也被唯一确定。在目标飞机的机轮轮胎型号确定后,可知其轮胎直径d1与轮胎宽度b1和圆弧半径R1之间存在固定的比例关系,而这一比例关系在第二前起落架图像中识别到的前起落架轮廓中依然存在,因此,引入可以比例因子,即:
S2404、根据飞机前轮的横向最大尺寸w’、纵向最大尺寸d、前轮宽度b以及所述固定比例关系,计算牵引车相对于前起落架的偏转角度。
通过将比例因子代入前述的计算公式,可以得到牵引车相对于前起落架的偏转角度
具体的,根据飞机前轮的横向最大尺寸w’、纵向最大尺寸d、前轮宽度b以及所述固定比例关系,计算牵引车相对于前起落架的偏转角度,可以包括:
根据所述固定比例关系,获取第一比例因子,以及第二比例因子
根据第一比例因子和第二比例因子,计算得到偏转调整因子
其中,
根据飞机前轮的横向最大尺寸w’、纵向最大尺寸d、前轮宽度b、第一比例因子、第二比例因子以及偏转调整因子,计算牵引车相对于前起落架的偏转角度
其中,
S2405、将所述偏转类型和所述偏转角度的组合,作为牵引车相对于前起落架的目标偏角。
其中,目标偏角描述了该牵引车以左偏或者右偏的方式,相对于该前起落架的偏转角度。
S250、控制牵引车上的抱轮机构按照所述目标偏角,以第二速度靠近并准确对接目标飞机的前起落架,其中,第一速度大于第二速度。
在通过近距离视觉相机准确确定出目标偏角后,可以控制牵引车上的抱轮机构以第二速度靠近并准确对接目标飞机的前起落架。
同样的,本领域技术人员可以根据实际应用场景和实际需求自定义设置第一速度和第二速度,本实施例对此并不进行限制。
需要说明的是,当牵引车上的抱轮机构与目标飞机的前起落架实现自动对接后,该抱轮机构可以将将飞机前轮抱起举升,并在接收到下一步滑行指令后,带动该目标飞机进行滑行。
S260、通过牵引车上的定位模块确定滑行起点,并在接收的空管指令中识别滑行终点。
S270、使用作为启发函数,结合滑行起点、滑行终点以及机场地图,规划出由滑行起点至滑行终点的全局最优路径,作为全局规划路径。
在本实施例中,可以对现有的A*算法进行改进,完成对全局最优路径的规划。
其中,为启发因子,的取值由机场地图的大小确定;为当前节点与起点构成的矢量跟终点和当前节点构成的矢量之间的夹角;是前一个节点与当前节点构成的矢量跟下一个节点和当前节点构成的矢量之间的夹角;为安全因子,的取值由的大小确定,均为调整参数,的取值由的大小确定,的取值由的大小确定。
具体的,首先获取滑行起点以及滑行终点在机场地图中的坐标信息,之后基于机场地图并结合成本评价函数f(n),计算得到全局最优路径。其中,可以依据成本评价函数f(n)进行搜索,将搜索到满足的点作为下次搜索的起始点,重复此过程直到找到滑行终点,并将搜索过程中找到的各点形成最优路径。
可选的,可以将成本评价函数定义为:
其中,f(n)为当前节点n的成本评价函数,g(n)为滑行起点到当前节点n的实际成本,为当前节点到目标点的成本,也即启发函数。为了提高计算效率以及滑行过程的安全性,需要考虑查找的方向,滑行过程中的夹角信息,构建得到的启发函数为:
其中,为启发因子,其决定方向信息在牵引滑行过程中所占的权重,其取值根据实际地图的大小确定,一般取5;为当前节点与起点构成的矢量跟终点和当前节点构成的矢量之间的夹角,其反映了搜索方向是指向了滑行终点。该值越小,搜索越朝着滑行终点进行;是前一个节点与当前节点构成的矢量跟下一个节点和当前节点构成的矢量之间的夹角,越大,夹角越大,危险系数越高;为安全因子,其决定了牵引车和目标飞机的纵向夹角对滑行安全的影响权重。
角度小于时,取值为0,当时,取值为5,当时,取值为10,当取值为20;都为预设参数,当时,为0;当大于时,为1;当小于时,为0;当大于时,为1。
S280、采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制,以使牵引车平稳的牵引目标飞机进行滑行。
可选的,采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制,可以包括:
如图6所示,在大地坐标系XOY中,定义牵引车前轴中心为A点,后轴中心为B点,牵引车前后轮距为L1,牵引车与目标飞机的铰接点为H点,牵引车的前轮转角为,目标飞机两个主起落架连线的中点为C点,C点到铰接点的距离为L2,牵引车后轴中心B点到铰接点H点的距离为La,牵引车的横摆角为,目标飞机的横摆角为,牵引车和目标飞机铰接角为,得到牵引滑行系统的动力学模型示意图。
为状态量,为控制量建立飞机牵引模型:
;其中,代表对Z取导数;
根据所述飞机牵引模型,构建得到四自由度线性误差模型的状态空间表达式:;其中,
对所述四自由度线性误差模型的状态空间表达式进行离散化处理,在采样周期T下得到离散化模型为:
其中,为当前t0时刻的状态量,为t0+T时刻的状态量。
构建每一个控制周期内的控制增量,并将离散的状态量和控制增量,组合成新的状态量,得到新的状态空间方程为:
其中,
令Np为预测时域步长,Nc为控制时域步长,且NcNp,构建得到目标成本函数为:
其中,是k时刻下预测的k+i时刻的参考值; 是k时刻下输出的k+i时刻的实际值;是k时刻下计算的k+i时刻的控制增量;为松弛因子的权重系数,取值为1;
其中,
为预设的松弛因子;其中,Q、R均为权重矩阵,以及均为权重矩阵中的系数,数值均为1;
基于目标成本函数和如下两个约束条件:
,以及,构建得到牵引滑行控制器;
通过所述牵引滑行控制器,基于所述两个约束条件,在每个控制周期内对目标成本函数求解,得到如下最优控制增量序列:
通过所述牵引滑行控制器,将该最优控制增量序列中的第一项控制增量与上一时刻的控制量相加作为当前时刻输入的控制量,在下一控制周期中重复上述过程,进行在线滚动优化,得出每个时刻的实际控制量,最终实现对该系统的轨迹跟踪控制。
S290、在牵引滑行过程中,如果检测到滑行路径前方出现障碍物,则检测是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物。
在本实施例中,在基于最优全局路径规划控制牵引车和目标飞机按照全局规划路径规划行驶过程中,实时感知障碍物,以对局部路径实时调整生成平滑路径。
具体的,可以首先根据定位模块确定飞机和牵引车在机场中的位置,通过存储模块中的飞机参数以及牵引车参数并结合传感模块中测量得到的铰接角信息构建飞机牵引系统的轮廓。
之后,可以根据传感模块实时检测飞机牵引系统滑行路径上是否存在障碍物,当存在障碍物时,处理判断模块结合障碍物的速度、尺寸以及飞机牵引系统的速度尺寸判断安全风险,因飞机牵引系统的转弯危险系数高的特点,优先选用缓慢减速的方式避让;当减速无法避让时需要重新规划滑行路径,也即,当处理判断模块得出飞机无法通过减速避让时,就需以当前节点为初始节点,并将该障碍物的信息增加到机场地图中,并重新规划新的滑行路径。
在本实施例的一个可选的实施方式中,检测是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物,可以包括:
获取所述障碍物的移动速度以及当前的牵引滑行速度,并计算所述移动速度与所述牵引滑行速度的速度和值;如果所述速度和值未超过预设的速度门限阈值,则确定能够以减速慢行的方式避让该障碍物;否则,确定不能以减速慢行的方式避让该障碍物。
在一个具体的例子中,,当障碍物的移动速度和当前的牵引滑行速度之和小于50km/h时,可以优先选用缓慢减速的方式避让;当障碍物的移动速度和当前的牵引滑行速度之和大于50km/h时,减速可能无法避让,此时,需要将障碍物的位置坐标以及速度更新到机场地图中。
S2100、若否,则根据当前滑行位置点、障碍物信息和滑行目标点,重新规划新的全局规划路径后,返回执行采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制的操作,直至完成整个牵引过程。
本发明实施例的技术方案,通过控制牵引车上的抱轮机构以先快后慢的方式,靠近并准确对接目标飞机的前起落架,并在对接完成后,规划由滑行起点至滑行终点的全局规划路径;采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制,以使牵引车平稳的牵引目标飞机进行滑行;在牵引滑行过程中,如果检测到滑行路径前方出现障碍物,则检测是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物;若否,则根据当前滑行位置点、障碍物信息和滑行目标点,重新规划新的全局规划路径后,返回执行采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制的操作,直至完成整个牵引过程的技术手段,实现在牵引车上的抱轮机构准确对接目标飞机的前起落架后,由牵引车平稳的牵引目标飞机滑行至滑行终点的技术效果,在保证牵引车和目标飞机自动对接的精确性、快速性及安全性的同时,提高了牵引车和飞机在组合滑行过程中的安全性及可靠性。
实施例三
图7为本发明实施例三提供的一种民航飞机的牵引环境控制装置的结构示意图。如图7所示,该装置包括:全局规划路径规划模块710、轨迹跟踪控制模块720、避让检测模块730以及路径重规划模块740,其中:
全局规划路径规划模块710,用于控制牵引车上的抱轮机构以先快后慢的方式,靠近并准确对接目标飞机的前起落架,并在对接完成后,规划由滑行起点至滑行终点的全局规划路径;
轨迹跟踪控制模块720,用于采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制,以使牵引车平稳的牵引目标飞机进行滑行;
避让检测模块730,用于在牵引滑行过程中,如果检测到滑行路径前方出现障碍物,则检测是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物;
路径重规划模块740,用于若否,则根据当前滑行位置点、障碍物信息和滑行目标点,重新规划新的全局规划路径后,返回执行采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制的操作,直至完成整个牵引过程。
本发明实施例的技术方案,通过控制牵引车上的抱轮机构以先快后慢的方式,靠近并准确对接目标飞机的前起落架,并在对接完成后,规划由滑行起点至滑行终点的全局规划路径;采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制,以使牵引车平稳的牵引目标飞机进行滑行;在牵引滑行过程中,如果检测到滑行路径前方出现障碍物,则检测是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物;若否,则根据当前滑行位置点、障碍物信息和滑行目标点,重新规划新的全局规划路径后,返回执行采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制的操作,直至完成整个牵引过程的技术手段,实现在牵引车上的抱轮机构准确对接目标飞机的前起落架后,由牵引车平稳的牵引目标飞机滑行至滑行终点的技术效果,在保证牵引车和目标飞机自动对接的精确性、快速性及安全性的同时,提高了牵引车和飞机在组合滑行过程中的安全性及可靠性。
在上述各实施例的基础上,全局规划路径规划模块710,可以具体包括:
第一图像识别单元,用于通过牵引车上设置的远距离视觉相机实时采集目标飞机的第一前起落架图像,并根据第一前起落架图像,获取牵引车与前起落架间的第一实时距离和相对位置关系;
第一速度移动单元,用于如果第一实时距离大于距离阈值,则根据相对位置关系,控制牵引车上的抱轮机构以第一速度朝向该前起落架进行移动;
第二图像识别单元,用于如果第一实时距离小于或者等于距离阈值,则通过牵引车上设置的近距离视觉相机实时采集目标飞机的第二前起落架图像,并根据第二前起落架图像,计算牵引车相对于前起落架的目标偏角;
第二速度移动单元,用于控制牵引车上的抱轮机构按照所述目标偏角,以第二速度靠近并准确对接目标飞机的前起落架,其中,第一速度大于第二速度。
在上述各实施例的基础上,第二图像识别单元,具体用于:
在第二前起落架图像中识别前起落架轮廓,并根据所述前起落架轮廓的特征,识别牵引车相对于前起落架的偏转类型为左偏或者右偏;
根据所述前起落架轮廓,获取飞机前轮的横向最大尺寸w’、纵向最大尺寸d以及前轮宽度b;
根据目标飞机的机轮轮胎型号,确定飞机前轮的轮胎直径d1、轮胎宽度b1以及轮胎圆弧半径R1之间的固定比例关系;
根据飞机前轮的横向最大尺寸w’、纵向最大尺寸d、前轮宽度b以及所述固定比例关系,计算牵引车相对于前起落架的偏转角度;
将所述偏转类型和所述偏转角度的组合,作为牵引车相对于前起落架的目标偏角。
在上述各实施例的基础上,第二图像识别单元,进一步具体用于:
根据所述固定比例关系,获取第一比例因子,以及第二比例因子
根据第一比例因子和第二比例因子,计算得到偏转调整因子
其中,
根据飞机前轮的横向最大尺寸w’、纵向最大尺寸d、前轮宽度b、第一比例因子、第二比例因子以及偏转调整因子,计算牵引车相对于前起落架的偏转角度
其中,
在上述各实施例的基础上,全局规划路径规划模块710,可以进一步具体用于:
通过牵引车上的定位模块确定滑行起点,并在接收的空管指令中识别滑行终点;
使用作为启发函数,结合滑行起点、滑行终点以及机场地图,规划出由滑行起点至滑行终点的全局最优路径,作为全局规划路径;
其中,为启发因子,的取值由机场地图的大小确定;为当前节点与起点构成的矢量跟终点和当前节点构成的矢量之间的夹角;是前一个节点与当前节点构成的矢量跟下一个节点和当前节点构成的矢量之间的夹角;为安全因子,的取值由的大小确定,均为调整参数,的取值由的大小确定,的取值由的大小确定。
在上述各实施例的基础上,轨迹跟踪控制模块720,可以具体用于:
在大地坐标系XOY中,定义牵引车前轴中心为A点,后轴中心为B点,牵引车前后轮距为L1,牵引车与目标飞机的铰接点为H点,牵引车的前轮转角为,目标飞机两个主起落架连线的中点为C点,C点到铰接点的距离为L2,牵引车后轴中心B点到铰接点H点的距离为La,牵引车的横摆角为,目标飞机的横摆角为,牵引车和目标飞机铰接角为
为状态量,为控制量建立飞机牵引模型:
;其中,代表对Z取导数;
根据所述飞机牵引模型,构建得到四自由度线性误差模型的状态空间表达式:;其中,
对所述四自由度线性误差模型的状态空间表达式进行离散化处理,在采样周期T下得到离散化模型为:
其中,
构建每一个控制周期内的控制增量,并将离散的状态量和控制增量,组合成新的状态量,得到新的状态空间方程为:
其中,
令Np为预测时域步长,Nc为控制时域步长,且NcNp,构建得到目标成本函数为:
其中,是k时刻下预测的k+i时刻的参考值; 是k时刻下输出的k+i时刻的实际值;是k时刻下计算的k+i时刻的控制增量;为松弛因子的权重系数,取值为1;
其中,
为预设的松弛因子;其中,Q、R均为权重矩阵,以及均为权重矩阵中的系数,数值均为1;
基于目标成本函数和如下两个约束条件:
,以及,构建得到牵引滑行控制器;
通过所述牵引滑行控制器,基于所述两个约束条件,在每个控制周期内对目标成本函数求解,得到如下最优控制增量序列:
通过所述牵引滑行控制器,将该最优控制增量序列中的第一项控制增量与上一时刻的控制量相加作为当前时刻输入的控制量,在下一控制周期中重复上述过程,进行在线滚动优化,得出每个时刻的实际控制量,最终实现对该系统的轨迹跟踪控制。
在上述各实施例的基础上,避让检测模块730,可以具体用于:
获取所述障碍物的移动速度以及当前的牵引滑行速度,并计算所述移动速度与所述牵引滑行速度的速度和值;
如果所述速度和值未超过预设的速度门限阈值,则确定能够以减速慢行的方式避让该障碍物;否则,确定不能以减速慢行的方式避让该障碍物。
本发明实施例所提供的民航飞机的牵引滑行控制装置可执行本发明任意实施例所提供的民航飞机的牵引滑行控制方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例四
在图8示出了本发明实施例四所适用的一种牵引车的外形示意图。如图8所示,1-抱轮机构、2-近距离视觉相机、3-加速度计陀螺仪、4-控制器、5,6-激光雷达测距传感、7-角度传感器、8-远距离视觉相机。
在本实施例中,牵引车主要包含抱轮机构、控制器、两个视觉相机及其他传感器;所述抱轮机构位于无杆牵引车近车辆中心位置,用于夹抱并托举飞机前轮。
所述控制器包括定位模块、存储模块、至少一个处理器以及运动控制器;定位模块用于确定飞机和牵引车在机场中的位置,存储模块用于存放飞机参数以及牵引车参数,至少一个处理器用于执行如本发明任一实施例所述的方法,也即:
控制牵引车上的抱轮机构以先快后慢的方式,靠近并准确对接目标飞机的前起落架,并在对接完成后,规划由滑行起点至滑行终点的全局规划路径;采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制,以使牵引车平稳的牵引目标飞机进行滑行;在牵引滑行过程中,如果检测到滑行路径前方出现障碍物,则检测是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物;若否,则根据当前滑行位置点、障碍物信息和滑行目标点,重新规划新的全局规划路径后,返回执行采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制的操作,直至完成整个牵引过程。
运动控制器用于控制抱轮机构先快后慢地靠近前起落架以及牵引滑行过程中对牵引车的方向及油门控制。
在本发明的上下文中,计算机可读存储介质可以是有形的介质,其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备,或者上述内容的任何合适组合。备选地,计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
上述具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是,根据设计要求和其他因素,可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种民航飞机的牵引滑行控制方法,其特征在于,包括:
控制牵引车上的抱轮机构以先快后慢的方式,靠近并准确对接目标飞机的前起落架,并在对接完成后,规划由滑行起点至滑行终点的全局规划路径;
采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制,以使牵引车平稳的牵引目标飞机进行滑行;
在牵引滑行过程中,如果检测到滑行路径前方出现障碍物,则检测是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物;
若否,则根据当前滑行位置点、障碍物信息和滑行目标点,重新规划新的全局规划路径后,返回执行采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制的操作,直至完成整个牵引过程;
若是,则执行减速避让策略后,返回执行采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制的操作,直至完成整个牵引过程,其中,所述减速避让策略包括该牵引车需要在何时以何种减速方式进行减速处理,所述减速方式包括刹车时间或者油门量设置值;
其中,检测是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物包括:
将所述障碍物的当前位置点、运动速度和运动方向,牵引滑行系统的运动速度、当前位置点、减速性能参数以及全局规划路线输入至预先训练的神经网络模型中,由所述神经网络模型输出是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物的识别结果;
所述方法还包括:
如果所述识别结果为不能以减速慢行的方式避让该障碍物,则计算该障碍物避让该牵引滑行系统的第一避让成本,以及该牵引滑行系统避让该障碍物的第二避让成本,如果该第二避让成本远大于第一避让成本,则请求空管中心提示该障碍物进行避让,并同时执行减速避让策略。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,控制牵引车上的抱轮机构以先快后慢的方式,靠近并准确对接目标飞机的前起落架,包括:
通过牵引车上设置的远距离视觉相机实时采集目标飞机的第一前起落架图像,并根据第一前起落架图像,获取牵引车与前起落架间的第一实时距离和相对位置关系;
如果第一实时距离大于距离阈值,则根据相对位置关系,控制牵引车上的抱轮机构以第一速度朝向该前起落架进行移动;
如果第一实时距离小于或者等于距离阈值,则通过牵引车上设置的近距离视觉相机实时采集目标飞机的第二前起落架图像,并根据第二前起落架图像,计算牵引车相对于前起落架的目标偏角;
控制牵引车上的抱轮机构按照所述目标偏角,以第二速度靠近并准确对接目标飞机的前起落架,其中,第一速度大于第二速度。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,根据第二前起落架图像,计算牵引车相对于前起落架的目标偏角,包括:
在第二前起落架图像中识别前起落架轮廓,并根据所述前起落架轮廓的特征,识别牵引车相对于前起落架的偏转类型为左偏或者右偏;
根据所述前起落架轮廓,获取飞机前轮的横向最大尺寸w’、纵向最大尺寸d以及前轮宽度b;
根据目标飞机的机轮轮胎型号,确定飞机前轮的轮胎直径d1、轮胎宽度b1以及轮胎圆弧半径R1之间的固定比例关系;
根据飞机前轮的横向最大尺寸w’、纵向最大尺寸d、前轮宽度b以及所述固定比例关系,计算牵引车相对于前起落架的偏转角度;
将所述偏转类型和所述偏转角度的组合,作为牵引车相对于前起落架的目标偏角。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,根据飞机前轮的横向最大尺寸w’、纵向最大尺寸d、前轮宽度b以及所述固定比例关系,计算牵引车相对于前起落架的偏转角度,包括:
根据所述固定比例关系,获取第一比例因子,以及第二比例因子
根据第一比例因子和第二比例因子,计算得到偏转调整因子
其中,
根据飞机前轮的横向最大尺寸w’、纵向最大尺寸d、前轮宽度b、第一比例因子、第二比例因子以及偏转调整因子,计算牵引车相对于前起落架的偏转角度
其中,
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,规划由滑行起点至滑行终点的全局规划路径,包括:
通过牵引车上的定位模块确定滑行起点,并在接收的空管指令中识别滑行终点;
使用作为启发函数,结合滑行起点、滑行终点以及机场地图,规划出由滑行起点至滑行终点的全局最优路径,作为全局规划路径;
其中,为启发因子,的取值由机场地图的大小确定;当前节点与起点构成的矢量跟终点和当前节点构成的矢量之间的夹角;是前一个节点与当前节点构成的矢量跟下一个节点和当前节点构成的矢量之间的夹角;为安全因子,的取值由的大小确定,均为调整参数,的取值由的大小确定,的取值由的大小确定。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制,包括:
在大地坐标系XOY中,定义牵引车前轴中心为A点,后轴中心为B点,牵引车前后轮距为L1,牵引车与目标飞机的铰接点为H点,牵引车的前轮转角为,目标飞机两个主起落架连线的中点为C点,C点到铰接点的距离为L2,牵引车后轴中心B点到铰接点H点的距离为La,牵引车的横摆角为,目标飞机的横摆角为,牵引车和目标飞机铰接角为
为状态量,为控制量建立飞机牵引模型:
;其中,表对Z取导数;
根据所述飞机牵引模型,构建得到四自由度线性误差模型的状态空间表达式:;其中,
对所述四自由度线性误差模型的状态空间表达式进行离散化处理,在采样周期T下得到离散化模型为:
其中,
构建每一个控制周期内的控制增量,并将离散的状态量和控制增量,组合成新的状态量,得到新的状态空间方程为:
其中,
令Np为预测时域步长,Nc为控制时域步长,且NcNp,构建得到目标成本函数为:
其中,是k时刻下预测的k+i时刻的参考值;是k时刻下输出的k+i时刻的实际值;是k时刻下计算的k+i时刻的控制增量;为松弛因子的权重系数,取值为1;
其中,
为预设的松弛因子;其中,Q、R均为权重矩阵,以及均为权重矩阵中的系数,数值均为1;
基于目标成本函数和如下两个约束条件:
,以及,构建得到牵引滑行控制器;
通过所述牵引滑行控制器,基于所述两个约束条件,在每个控制周期内对目标成本函数求解,得到如下最优控制增量序列:
通过所述牵引滑行控制器,将该最优控制增量序列中的第一项控制增量与上一时刻的控制量相加作为当前时刻输入的控制量,在下一控制周期中重复上述过程,进行在线滚动优化,得出每个时刻的实际控制量,最终实现对该系统的轨迹跟踪控制。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,检测是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物,包括:
获取所述障碍物的移动速度以及当前的牵引滑行速度,并计算所述移动速度与所述牵引滑行速度的速度和值;
如果所述速度和值未超过预设的速度门限阈值,则确定能够以减速慢行的方式避让该障碍物;否则,确定不能以减速慢行的方式避让该障碍物。
8.一种民航飞机的牵引滑行控制装置,其特征在于,包括:
全局规划路径规划模块,用于控制牵引车上的抱轮机构以先快后慢的方式,靠近并准确对接目标飞机的前起落架,并在对接完成后,规划由滑行起点至滑行终点的全局规划路径;
轨迹跟踪控制模块,用于采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制,以使牵引车平稳的牵引目标飞机进行滑行;
避让检测模块,用于在牵引滑行过程中,如果检测到滑行路径前方出现障碍物,则检测是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物;
路径重规划模块,用于若否,则根据当前滑行位置点、障碍物信息和滑行目标点,重新规划新的全局规划路径后,返回执行采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制的操作,直至完成整个牵引过程;
减速避让模块,用于若是,则执行减速避让策略后,返回执行采用预先建立的牵引滑行控制器,对所述全局规划路径进行轨迹跟踪控制的操作,直至完成整个牵引过程,其中,所述减速避让策略包括该牵引车需要在何时以何种减速方式进行减速处理,所述减速方式包括刹车时间或者油门量设置值;
其中,避让检测模块具体用于:将所述障碍物的当前位置点、运动速度和运动方向,牵引滑行系统的运动速度、当前位置点、减速性能参数以及全局规划路线输入至预先训练的神经网络模型中,由所述神经网络模型输出是否能够以减速慢行的方式避让该障碍物的识别结果;
所述装置还包括:障碍物避让模块,用于:如果所述识别结果为不能以减速慢行的方式避让该障碍物,则计算该障碍物避让该牵引滑行系统的第一避让成本,以及该牵引滑行系统避让该障碍物的第二避让成本,如果该第二避让成本远大于第一避让成本,则请求空管中心提示该障碍物进行避让,并同时执行减速避让策略。
9. 一种牵引车,其特征在于,所述牵引车包括:
至少一个处理器;以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序,所述计算机程序被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-7中任一项所述的民航飞机的牵引滑行控制方法。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的民航飞机的牵引滑行控制方法。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116576865B (zh) * 2023-07-07 2023-10-17 民航成都电子技术有限责任公司 一种飞行区路径规划方法、装置、设备及介质
CN117894213B (zh) * 2024-01-16 2024-07-05 上海明晖航空科技有限公司 基于虚拟防护网保护飞机牵引防碰撞预警通讯系统及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016015546A1 (zh) * 2014-08-01 2016-02-04 深圳中集天达空港设备有限公司 一种飞机入坞引导和机型识别的系统及方法
CN109292107A (zh) * 2018-09-05 2019-02-01 庆安集团有限公司 一种用于机场的智能化牵引系统及牵引方法
CN109960880A (zh) * 2019-03-26 2019-07-02 上海交通大学 一种基于机器学习的工业机器人避障路径规划方法
CN111409630A (zh) * 2020-04-13 2020-07-14 新石器慧通(北京)科技有限公司 一种车辆避障方法、系统及装置
CN113791621A (zh) * 2021-09-15 2021-12-14 北京航空航天大学 一种自动驾驶牵引车与飞机对接方法及系统
CN115309169A (zh) * 2022-10-11 2022-11-08 天地科技股份有限公司 一种井下无人车控制方法及装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016015546A1 (zh) * 2014-08-01 2016-02-04 深圳中集天达空港设备有限公司 一种飞机入坞引导和机型识别的系统及方法
CN109292107A (zh) * 2018-09-05 2019-02-01 庆安集团有限公司 一种用于机场的智能化牵引系统及牵引方法
CN109960880A (zh) * 2019-03-26 2019-07-02 上海交通大学 一种基于机器学习的工业机器人避障路径规划方法
CN111409630A (zh) * 2020-04-13 2020-07-14 新石器慧通(北京)科技有限公司 一种车辆避障方法、系统及装置
CN113791621A (zh) * 2021-09-15 2021-12-14 北京航空航天大学 一种自动驾驶牵引车与飞机对接方法及系统
CN115309169A (zh) * 2022-10-11 2022-11-08 天地科技股份有限公司 一种井下无人车控制方法及装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Obstacle avoidance of redundant manipulators using neural networks based reinforcement learning;Mihai Duguleana;Robotics and computer-integrated manufacturing;第132-146页 *

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Assignee: Beijing Qiwei Digital Technology Co.,Ltd.

Assignor: CIVIL AVIATION University OF CHINA

Contract record no.: X2024980009538

Denomination of invention: Traction and taxiing control methods, devices, towing vehicles, and storage media for civil aviation aircraft

Granted publication date: 20230901

License type: Common License

Record date: 20240711