一种飞机轮档定位系统及方法与流程

本发明涉及机场内飞机轮档检测领域，具体涉及一种飞机轮档定位系统及方法。

背景技术：

国内某家航空公司飞机维修人员在拖飞机的过程中，因为挡轮挡的方式出现问题，导致一名维修人员被飞机碾压，医治无效身亡。这次事件的主要原因在于飞机在拖行过程中没有建立有效的液压制动，而且在没有挡好轮挡时就摘掉拖车的拖把，导致飞机滑动。另一个主要原因就是维修人员缺乏正确及时挡轮挡的安全意识。如果从思想上轻视这种挡轮挡的行为，必然会造成不同程度后果。轮挡的漏挡、晚挡、不挡等现象，产生了安全隐患。目前国内外在轮档定位领域还没有相应的研究。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提出了一种飞机轮档定位系统及方法，该系统和方法可以对机场内飞机轮档进行定位，由此对漏放轮档、少放轮挡进行报警提醒以减少事故发生的功能。

为实现上述目的，本发明提出了一种飞机轮档定位系统，所述系统包括：在每个飞机轮档内设置的基站和标签以及数据处理模块；

所述基站，用于为其所在飞机轮档的标签分配id号，用于对飞机轮档进行定位，还用于与指定的另一个飞机轮档的标签进行配对，实现两个飞机轮档的距离测量，将定位信息和距离值发送至数据处理模块；所有基站和标签是一一对应的；

所述标签，用于与分配相同id号的飞机轮档的基站进行通信和测距；

所述数据处理模块，用于为每个基站分配id号，用于接收每个基站发送的定位信息和距离值，并生成相应的信息进行发送。

作为上述系统的一种改进，所述基站包括：第一低功耗处理器、定位模块、第一uwb芯片和通信模块；

所述第一低功耗处理器，用于接收所述数据处理模块发送的id号，并为其所在飞机轮档的标签分配id号；还用于接收基站和配对标签的通信的时间戳，并计算出基站和标签的距离值；还用于接收定位模块发送的定位信息；

所述定位模块，用于在飞机轮档未放置在飞机轮下时对轮档进行定位，并把定位信息发送至第一低功耗处理器；

所述第一uwb芯片，用于与指定的另一个飞机轮档的标签进行通信；

所述通信模块，用于将第一低功耗处理器的定位信息和距离值发送给数据处理模块。

作为上述系统的一种改进，所述标签包括：第二低功耗处理器和第二uwb芯片；

所述第二低功耗处理器，用于计算标签的通信的时间戳，还用于上报标签运行状态；

所述第二uwb芯片，用于与配对的基站进行通信。

作为上述系统的一种改进，所述数据处理模块包括：数据接收单元、基站id分配单元和信息生成及发送单元；

所述数据接收单元，用于接收每个基站发送的定位信息和距离值；

所述基站id分配单元，用于为每个基站分配id号；

所述信息生成及发送单元，用于当机场有飞机停靠时，根据定位信息判断轮档是否发生位置移动，若没有移动，则生成提醒工作人员放置轮档的信息并进行发送；还用于将获得的距离值与理论距离值进行比较，若距离值与理论距离值的差的绝对值大于阈值，则生成报警信息，并对飞机机长下达检查轮档是否正确放置的指令；否则，该组轮档的相对位置符合轮档摆放要求，发送轮档摆放完成的信息。

作为上述系统的一种改进，所述为其所在飞机轮档的标签分配id号，具体为：每个基站接收到所述数据处理模块发送的id号后，通过串口向同一个飞机轮档的标签分配id号，该id号为基站的id+1；即第i个飞机轮档的基站的id号和第i+1个飞机轮档的标签的id号相同，1≤i≤n-1；将第n个飞机轮档的基站的id号和第1个飞机轮档的标签的id号相同，n为飞机轮档的总数。

基于上述系统，本发明还提出了一种飞机轮档定位方法，所述方法包括：

每个飞机轮档的基站的定位模块将飞机轮档的定位信息发送至第一低功耗处理器，第一低功耗处理器将定位信息通过通信模块发送给数据处理模块；

所述数据处理模块获取到有某架飞机已经降落并且速度将要小于某一极限速度时，若接收到的所有轮档的位置信息在一定时间内都没有变化，则向工作人员发送放置轮档的提醒信息；

当定位模块不发送定位信息后，所述数据处理模块为每个飞机轮档的基站分配id号；每个基站为其飞机轮档的标签分配id号；

每个基站根据其id号与指定的另一个飞机轮档的标签进行配对，然后计算两个飞机轮档的距离值；将距离值发送至数据处理模块，所述数据处理模块将获得的距离值与理论距离值进行比较，若距离值与理论距离值的差的绝对值大于阈值，则发出报警信息，并对飞机机长下达检查轮档是否正确放置的指令；否则，该组轮档的相对位置符合轮档摆放要求，发送轮档摆放完成的信息。

作为上述方法的一种改进，所述数据处理模块为每个飞机轮档的基站分配id号；每个基站为其飞机轮档的标签分配id号；具体为：所述数据处理模块将id号依次分配给n个飞机轮档的基站，每个基站获取到id号后，通过串口向同一个飞机轮档的标签分配id号，该id号为基站的id+1；即第i+1个飞机轮档的标签的id号和第i个飞机轮档的基站的id号相同，1≤i≤n-1；第1个飞机轮档的标签的id号和第n个飞机轮档的基站的id号相同。

作为上述方法的一种改进，所述每个基站根据id信息选择其它飞机轮档中相同id号的标签配对，然后进行测距；具体包括：

标签在第一时刻向基站发出测距请求脉冲信号，基站在第二时刻接收到所述请求脉冲信号；记标签发送的信号到达基站的时间为tof；

基站在第三时刻向标签发出响应信号，记基站接收标签的信号到给出标签相应信号的时间为db；标签在第四时刻接收到所述响应信号；记标签第一次向基站发送信号到基站返回给标签响应信号的时间为ra；

标签在第五时刻向基站发出通信结束信号，记标签接收到基站响应信号的时间到标签第二次向基站发出信号的时间为da；基站b在第六时刻接收到所述结束信号；记基站接收到标签第二次发送的信号的时间为rb；

根据以上时间计算基站和标签的距离：

计算单向飞行时间tof：

则标签和基站之间的距离d为：

其中，c为信号传输速度。

作为上述方法的一种改进，所述方法还包括：当两个飞机轮档的距离值与设定的理论值有很大偏差或者所述数据处理模块开始重新接收到定位信息；则所述数据处理模块发送轮档位置发生变化的指令，操作人员由此判断轮档撤出是否属于正常撤出。

本发明的优势在于：

本发明的系统和方法可以对机场内飞机轮档进行定位，由此对漏放轮档、少放轮挡进行报警提醒以减少事故发生的功能。

附图说明

图1为本发明的飞机轮档定位系统框图；

图2为本发明的机场后台定位流程图；

图3为本发明的基站测距id流程图；

图4为本发明的机场后台id分配流程图；

图5为本发明的测距阶段框图；

图6为本发明的双边测距框图；

图7为本发明的标签测距流程图；

图8为本发明的基站测距流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本发明的实施例1提供了一种飞机轮档定位系统，该系统可以用于定位人或物的位置，并将相应的信息上传到机场后台，如应用在贵重资产位置变动提醒领域，但本发明的主要应用领域为机场内飞机轮档的定位，该系统包括若干对基站、标签和机场后台。当飞机轮档未放置在飞机轮下时，通过gps对轮档进行精确定位，以此来判断当有飞机停靠时是否有轮档位置变化。当轮档被放置在飞机轮下时，由于遮挡gps定位精度受损或者无法定位，无法向终端给出轮档位置信息，故此时切换到基于uwb技术的dw1000芯片来进行测距，根据各个挡板之间的距离阈值判断各个挡板的状态，并将状态信息通过4g信号上传到机场后台，机场后台根据不同的状态给机长下达不同的工作信息，以减少漏放、少放挡板造成的意外事故。

本发明的系统包括若干对基站、标签和机场后台。在飞机的每一个轮档里放入一对基站和标签。基站里面的距离信息通过4g信号发送给机场后台(为一台计算机)，机场后台根据接收到的不同信息给机长下达不同的操作命令。

机场后台是一台能上网的电脑，放置在机房内。机场后台能够接收基站通过4g信号发送过来的距离信息，并将获得的实时距离与设定阈值进行判断，若实时距离小于或大于设定阈值的一定范围，则可能有个别轮档未放置在飞机轮下，此时后台会发出报警信息，并对飞机机长下达检查轮档是否正确放置的指令。

基站放置在轮档内；基站由低功耗处理器、gps芯片、基于uwb技术的dw1000芯片、4g模块组成。

低功耗处理器用于接收基站和标签的通信的时间戳，并计算出基站和标签的距离值，再将距离值信息通过4g信号发送给机场后台。低功耗处理器较优选的采用最小单片机系统，如stm32f1系列。该系列具有丰富合理的外设，合理的功耗，合理的价格。强大的软件支持，丰富的软件包。

gps芯片用于飞机轮档未放置在飞机轮下时对轮档进行精确定位，当机场有飞机停靠时，若发现没有轮档发生位置移动，低功耗处理器则向后台发送报警信息，以此提醒工作人员不要忘记放置轮档。

dw1000实现基站和标签通信。其定位精度高达10厘米。数据传输速率高达6.8mb/s，通信距离在300米。使用短包方式通信，在20米半径内，标签的密度高达11000个。对于多路径衰弱有更强的抗干扰能力，在高衰弱环境下也可以进行可靠的通信。低功耗特色，电池供电，长期使用。

4g模块用于将低功耗处理器内的距离信息发送给机场后台。4g模块是连接物与物的重要载体，是终端设备接入物联网的核心部件之一。4g模块是指硬件加载到指定频段，软件支持标准的lte协议，软硬件高度集成模组化的一种产品的统称。具有通信速度快、网络频谱宽、通信灵活等特点。

标签放置在轮档内。标签由低功耗处理器、基于uwb技术的dw1000芯片组成。低功耗处理器型号和作用与基站的相同。

dw1000采用了双边测距的方法。记标签第一次向基站发送信号到基站返回给标签响应信号的时间为ra；记基站接收标签的信号到给出标签相应信号的时间为db；记标签发送的信号到达基站的时间为tof；记标签接收到基站响应信号的时间到标签第二次向基站发出信号的时间为da；记基站接收到标签第二次发送的信号的时间为rb。

根据通信过程，可以得出时间关系式：

对上述两式左右做积运算得到：

ra*rb＝da*db+2tof(da+db)+(4tof)²(2)

求解出单向飞行时间tof：

则标签和基站之间的距离d为：

图1是系统的整体设计方案。在轮档未放在飞机轮下时，首先通过gps或北斗对轮档进行定位并将定位信息通过4g模块发射的4g信号发射给机场后台，机场后台根据接收到的信息决定什么时候启用基站和标签并为其分配id，基站和标签启用后就开始测距，测得的距离信息通过4g信号发送给机场后台，机场后台会根据接收到的距离值进行相应的判断并给机长下发相应的操作指令。按照系统设计，返回的距离值应该有三个，如果实际返回值小于三个，就会给机长下达再次确认轮档是否安置妥当的命令；如果返回了三个距离值，但是和设定阈值相差较大，此时也会给机长发送确认轮档是否安置妥当的命令，从而减小轮档漏放和少放的危险。

实施例2

基于上述系统，本发明的实施例2提供了一种飞机轮档定位方法，所述方法包括：

步骤1)每个飞机轮档的基站的定位模块将飞机轮档的定位信息发送至低功耗处理器，低功耗处理器将定位模块定位信息通过通信模块发送给数据处理模块；

步骤2)所述数据处理模块获取到有某架飞机已经降落并且速度将要小于某一极限速度，但接收到的所有轮档的位置信息在一定时间内都没有变化，则向操作员发送提醒信息以提醒工作人员放置轮档；

步骤3)定位模块不发送定位信息后，所述数据处理模块为每个飞机轮档的基站分配id号；每个基站为其飞机轮档的标签分配id号；

步骤4)每个基站根据其id号选择其它飞机轮档中相同id号的标签进行配对，然后计算两个飞机轮档的距离值；将距离值发送至数据处理模块，所述数据处理模块将获得的距离值与理论距离值进行比较，若距离值与理论距离值的差的绝对值大于阈值，则发出报警信息，并对飞机机长下达检查轮档是否正确放置的指令；否则，该组轮档的相对位置符合轮档摆放要求，发送轮档摆放完成的信息。

步骤5)当飞机轮档撤出后，两个飞机轮档的距离值与设定的理论值有很大偏差或者所述数据处理模块开始重新接收到定位信息；则所述数据处理模块发送轮档位置发生变化的指令，操作人员根据轮档撤出是否属于正常撤出进行后续的操作。

图2是机场后台定位流程图。当机场后台未检测到有飞机停下时，会每隔20s检测一次是否有飞机停下；当检测到有飞机停下时，机场后台通过检测基站内gps芯片通过4g模块发送的4g信号来检测轮档的位置是否发生变化。若在tmin发生变化，则说明工作人员对轮档进行了操作；若在tmin未发生变化，机场后台则提醒工作人员去操作轮档直至有轮档位置变化。

图3是测距id流程图。若基站未收到机场后台发送过来的信息，就一直检测；若基站收到机场后台发送过来的4g信息，则提取出机场后台为其分配的id，基站获得id后会通过串口将id值传给标签。

图4是机场后台id分配流程图。gps定位结束时，机场后台通过4g信号向被移动的轮档发送分配id的信息。若基站内的低功耗处理器在t1min内未接收到id信息，则进行下轮检测；若在t1min内接收到id信息，则本次id信息分配结束。

图5是测距阶段框图。机场后台通过4g信号给轮档中的基站分配一个id号，然后基站中的低功耗处理器会通过串口给标签分配一个id。例如：若给轮档1、2、3中的基站的uwb信号分配100001、200001、30001，则基站分别给它们的标签分配100002、200002、30002。低功耗处理器会根据dw1000芯片的id号进行选择性配对。轮档1的基站会与轮档2、3的标签配对，而不会与同一轮档的标签配对。其中轮档1、2、3分别放在每个起落架轮子的同侧的。配对完成后，轮档2、3的标签会与轮档1的基站进行测距，同理轮档2、3的基站也同样与其他两个标签进行测距。测得的距离信息会通过4g模块发送给机场后台，机场后台会对实时监测的距离信息和设定的阈值进行比较，根据不同的比较结果给飞行员下发不同的指令。

另外一种分配方式：所述数据处理模块将id号依次分配给n个飞机轮档的基站，每个基站获取到id号后，通过串口向同一个飞机轮档的标签分配id号，该id号为基站的id+1；即第i+1个飞机轮档的标签的id号和第i个飞机轮档的基站的id号相同，1≤i≤n-1；第1个飞机轮档的标签的id号和第n个飞机轮档的基站的id号相同。

图6是双边测距框图。测距步骤如下：

节点a在第一时刻向节点b发出测距请求脉冲信号；

节点b在第二时刻接收到所述请求脉冲信号；

节点b在第三时刻向节点a发出响应信号；

节点a在第四时刻接收到所述响应信号；

节点a在第五时刻向节点b发出通信结束信号；

节点b在第六时刻接收到所述结束信号。

图7是标签测距流程图。开始初始化参数，标签开始放广播信号，若不结束就继续发送广播信号，若结束，则停止发送广播信号。

图8是基站测距流程图。开始，初始化参数，检测是否收到标签的广播信号，若未收到，则继续检测，若收到则进入测距阶段。若测距未完成，则继续测距，若测距完成，则将距离信息通过4g模块发送给机场后台。若发送未完成，则继续发送，若发送完成则结束本次操作。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

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