远程塔台原型系统与自动化技术解析

# 远程塔台原型系统与自动化技术解析 ## 1 系统需求概述 远程塔台原型系统具备多种功能需求，以保障机场运行的高效与安全： - 识别飞机和车辆的位置、运行状态及移动状态（方向、加速度、制动）。 - 识别固定和移动障碍物。 - 物体可检测性：在 1 公里距离处能检测到 0.3 米大小的物体（相当于 1 角分的视觉分辨率）。 - 变焦功能：连续变焦，最大变焦（Zmax）在 2 秒内完成，具备预设和热点查看位置（云台变焦，PTZ）。 - 能够手动和自动跟踪 1 公里距离处 0.3 米大小的物体。 - 所有功能要求在昼夜运行时均有效。 早期在不伦瑞克研究机场的实验视频全景系统，使用当时最好的高分辨率 CCD 相机（约 2006 年），实现了约 2 角分（0.6 米/公里）的视觉分辨率。如今，技术已发展到以高清格式为标准，甚至有四倍高清格式，高分辨率相机的成本也从超过 10,000 欧元降至低于 5,000 欧元。 ## 2 RTO 系统设置与人机界面 ### 2.1 视频全景相机系统 在重建塔台窗外视野（“远景”）时，系统设计的关键要求是视觉分辨率和垂直视场角（FOV），以满足在跑道上方 1000 英尺（300 米）高度内视频全景中物体可检测性的要求。 不同设计选项的比较如下表所示： | 选项 | HD 相机/显示器数量 | 垂直/水平视场角 | 每像素分辨率/角分 | 主要焦点 | 结论 | | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | | 1 | 5 | 68°/190° | 约 2 | 高视场角 | 中等工作量，中等分辨率，经济可行 | | 2 | 7 | 46°/182° | 约 1.44 | 中等视场角和分辨率 | 中等工作量，中等分辨率 | | 3 | 10 | 34°/190° | 约 1 | 高分辨率 | 高工作量，R - CWP 需要巨大空间 | 由于大多数专家认为视场角比最大可实现分辨率更重要（在给定的系统组件成本框架和复杂度内），RTO 系统采用了选项 1，其特点如下： - 5 台工业高清相机，采用 2/3'' - CCD 技术，配备 f = 8 毫米镜头。 - 单个相机外壳，带有加热和空气喷射清洁前窗功能。 - 云台变焦相机（PTZ），具有 VGA 分辨率，可连续水平旋转，倾斜角度相对于地平线从 - 30°到 90°。 相机最初包含用于优化 RGB 颜色定义的红外滤光片，为了提高整体灵敏度，这些滤光片被移除，但牺牲了颜色再现保真度。相机的有效动态范围（包括视频图像（颜色）预处理）对于每个 RGB 颜色通道为 8 位（即 255 个强度级别），视频帧率通常设置为最大可能值 30 Hz。 以下是视频全景相机系统的工作流程 mermaid 流程图： ```mermaid graph LR A[相机捕获图像] --> B[图像传输至采集器] B --> C{图像转换} C -->|RGB 图像| D[运动和物体检测] C -->|压缩图像| E[记录与传输] ``` ### 2.2 RTO 控制器工作位置 基于第一次 DLR RTO 项目的经验以及与 DFS 领域专家的密切合作，包括两次特定的设计研讨会，实现了新的 RTO 控制器工作位置（RTO - CWP）的改进设计。 在 DLR 塔台实验室设置了一个用于实验目的的 360°全景版本，它取代了早期版本，并用于测试不伦瑞克和爱尔福特之间的长距离广域网（WAN）连接。该实验系统展示了出色的数据传输性能，实现了数百公里视频流的完美传输。 最终的 RTO - CWP 原型设计基于最新的 DFS 控制器控制台，具有三个信息或监控与控制输入级别。在爱尔福特机场塔台大楼附近的控制室安装了该工作位置，用于后续的验证实验。 RTO - CWP 的布局如下： - 六个竖屏显示器，垂直视场角 68°，水平视场角 228°，朝向跑道北方。 - 两个横屏显示器，覆盖南方 136°的视野区域，与竖屏分辨率相同。 - 云台变焦相机控制和交互显示集成在操作员控制台的倾斜触摸输入显示器中，此外还包含一个带有电子飞行条的第二触摸输入显示器。 ## 3 高带宽广域网 第二次 DLR 远程塔台项目的一个目标是开发、实施和验证 RTO - CWP 在 DLR 塔台实验室与远程机场之间的高带宽长距离连接，以测试先进原型传感器系统视频流的数据传输性能。 通过外部提供商实现了 RTO - CWP 和爱尔福特塔台之间的点对点光纤连接，最小带宽为 50 Mbit/s（可选择增加到 100 Mbit/s），并在两端配备了路由器/交换设备。该网络与 DLR 域和 DFS 内部网络解耦，确保了连接双方的数据安全。 高带宽广域网的设置步骤如下： 1. 选择外部提供商建立点对点光纤连接。 2. 确定最小带宽为 50 Mbit/s，