一、引言

在现代化机场的高效运营体系里，行李及货物的顺畅流转至关重要。空箱作为行李与货物运输的关键载体，对其状态的精准监测不可或缺。激光测距传感器凭借独特优势，在机场空箱测量领域崭露头角，为保障运输效率、提升安全性及优化资源配置提供了有力支撑。

二、激光测距传感器工作原理剖析

（一）飞行时间（ToF）原理

飞行时间法是激光测距传感器在机场应用的核心原理之一。以常见的脉冲式ToF传感器为例，其工作过程宛如一场精确计时的“光速赛跑”。传感器内部的激光发射模块向空箱发射出极细的激光脉冲，这束激光以约3×10⁸m/s的光速射向目标空箱，当激光脉冲接触到空箱表面后，会遵循光的反射定律向各个方向散射，其中部分反射光幸运地“原路返回”，被传感器的接收模块捕获。此时，传感器内部的高精度计时器便开始发挥关键作用，它精准记录激光从发射到接收的时间差Δt 。根据简单而精妙的物理公式：距离d = c×Δt/2（c为光速），即可快速且准确地计算出传感器与空箱之间的距离。例如，若测得时间差为2×10⁻⁸s，代入公式可得距离d = 3×10⁸×2×10⁻⁸÷2 = 3m 。这种原理赋予了传感器强大的远距离测量能力，在机场动辄数米甚至数十米的空箱存储与运输场景中，能够轻松应对，且测量精度可达毫米级，满足了机场对空箱测量高精度的严苛要求。

（二）相位测距原理

相位测距原理则是另一种实现精确测量的有效途径，其工作机制更像是一场精密的“相位舞蹈”。传感器发射出经过调制的连续激光束，该激光束的光强按照特定规律（如正弦波）周期性变化。当这束调制激光照射到空箱表面并反射回来时，由于传播距离的影响，反射光与发射光之间会产生相位差。传感器通过复杂而精密的电路与算法，精确测量出这一相位差Δφ 。在已知激光调制频率f的情况下，利用公式d = c×Δφ/(4πf) ，就能准确计算出与空箱的距离。例如，若调制频率为10MHz，测得相位差为π/2 ，光速c = 3×10⁸m/s ，代入可得距离d = 3×10⁸×(π/2)÷(4π×10×10⁶) = 3.75m 。相位测距法的优势在于测量精度极高，特别适用于对空箱尺寸精度要求极为苛刻的场景，如判断空箱是否符合特定机型的货舱装载标准，能够精准识别微小的尺寸偏差，为安全高效的航空运输把好尺寸关。

三、机场空箱测量中的关键应用场景

（一）空箱尺寸精准校验

在机场货运与行李托运流程中，空箱需严格遵循标准化尺寸规范。以常见的航空集装箱为例，如1AAA型，其标准尺寸为3184×2438×2591mm 。若空箱因长期使用出现变形、碰撞导致破损，尺寸超出允许公差范围（如±5mm），将对后续装机适配性产生严重影响，可能导致无法顺利装载或影响飞机飞行平衡。利用激光测距传感器，可在空箱进入运输环节前，对其长、宽、高进行全方位精准测量。在空箱输送线入口处，巧妙布局激光测距传感器阵列：沿空箱行进方向垂直安装3组传感器，顶部一组垂直向下测量空箱高度，两侧两组斜向45°照射空箱侧面，通过三角测量法结合几何关系精确计算空箱长度。当空箱缓缓通过测量区域，传感器迅速采集数据，经后台算法分析处理，与标准尺寸数据实时比对。一旦检测到尺寸异常，系统立即触发警报，将问题空箱分流至维修或报废处理通道，有效避免不合格空箱进入运输流程，保障航空运输安全与效率。

（二）堆垛高度智能监测与空间优化

在机场空箱存储区，合理的堆垛规划对提高仓储空间利用率、保障作业安全意义重大。激光测距传感器在此场景中扮演着“智能守护者”的角色。在堆垛通道上方，精心安装的ToF激光测距传感器垂直向下，时刻监测堆垛顶部与传感器的距离。通过预先设定的空箱单箱高度（如常见塑料空箱高度2.6m）及允许堆垛层数上限（假设为6层，总高约15.6m），系统可根据传感器实时测量数据，快速计算堆垛高度及层数。若堆垛高度接近或超出安全阈值，系统即刻发出警报，提醒工作人员调整堆垛方式或停止堆高作业，防止堆垛坍塌引发安全事故。同时，配合侧面安装的激光雷达或多ToF传感器阵列，对堆垛轮廓进行全方位扫描，生成精准点云数据，借助先进算法分析堆垛占用空间，为自动导引车（AGV）规划最佳取放箱路径，大幅提升仓储空间利用率，例如可使存储密度提高20%以上，降低机场运营成本。

（三）空箱位置与姿态实时识别

在自动化装卸环节，空箱在输送线、装卸平台的精准位置与姿态识别是确保机械臂、AGV等自动化设备准确抓取、放置的关键前提。在这些关键作业区域，沿空箱输送方向巧妙安装2组ToF激光测距传感器（间距1m），垂直照射空箱顶部两角点。传感器持续测量与空箱顶部的距离，通过测量距离差，运用三角公式精确计算空箱中心坐标，引导AGV精准对位，抓取误差可控制在±5mm以内。同时，若两传感器测量距离差超出±10mm，系统便能敏锐判定空箱发生倾斜，及时触发机械臂调整抓取角度，避免因空箱姿态异常导致抓取失败或碰撞损坏设备与空箱。这一应用有效提升了自动化装卸效率与安全性，大幅减少人工干预，使机场行李与货物装卸流程更加流畅高效。

四、传感器选型与系统搭建要点

（一）传感器选型关键考量

1. 量程适配：依据机场空箱测量的实际场景需求，合理选择传感器量程。对于一般中小型机场的行李空箱，其尺寸及堆垛高度相对有限，可选量程在0.5 - 10m的激光测距传感器，如基恩士LR - TW5000 ，量程覆盖0.1 - 5m ，足以满足常见空箱尺寸测量与较低堆垛高度监测；而大型枢纽机场，面对更大尺寸的货运空箱及更高的堆垛存储要求，需选用量程达15 - 30m甚至更高的工业级传感器，如倍加福VDM28 - 8 - 133 - 476 ，量程0.05 - 30m ，能够轻松应对复杂多样的测量任务。2. 精度保障：高精度是机场空箱测量的核心诉求，传感器分辨率应不低于0.1mm ，精度可达±1mm - ±5mm 。例如西克TIM571系列，精度可达±1mm ，可精准识别空箱的微小变形、尺寸偏差及姿态变化，为精确判断空箱状态提供可靠数据支持。3. 抗干扰性能：机场环境复杂，光线变化剧烈（航站楼自然光、装卸区强光）、粉尘与水汽弥漫（行李装卸区），传感器需具备卓越抗干扰能力。选用采用红外激光（如905nm波长）的传感器，配合窄带滤光片，可有效过滤环境光干扰；具备IP67及以上防护等级，内部集成抗散射算法，能抵御粉尘、水汽侵蚀，确保在恶劣环境下稳定工作，如SICK的部分激光测距传感器产品，在各种复杂工况下仍能保持测量精度与稳定性。4. 响应速度与数据输出：机场空箱运输节奏快，传感器测量频率需≥5kHz ，如西克TIM310测量频率高达10kHz ，可快速捕捉空箱动态信息。同时，优先选择具备4 - 20mA模拟量或EtherNet/IP、RS485等数字接口的传感器，便于与机场现有PLC、SCADA系统无缝对接，实现数据高速传输与实时处理。

（二）系统搭建与集成

1. 安装布局优化：传感器安装位置与角度直接影响测量精度与可靠性。在空箱尺寸测量场景中，传感器需安装在输送线正上方或侧面，确保激光束垂直或按特定角度精准照射空箱关键测量点，安装支架水平/垂直精度≤0.5° ，通过激光水平仪严格校准；在堆垛高度监测场景，传感器安装于堆垛通道正上方，避免靠近堆垛边缘或障碍物，防止反射干扰；在空箱位置与姿态识别场景，传感器安装在装卸平台、AGV作业区特定位置，保证激光束有效覆盖空箱顶部监测区域。2. 数据处理与控制系统构建：搭建以工业计算机或高性能PLC为核心的数据处理与控制系统。传感器采集的原始距离数据，先经信号调理电路进行放大、滤波等预处理，提高信号质量；再传输至数据处理单元，运用中值滤波、滑动窗口滤波等算法消除测量噪声与干扰，确保数据稳定可靠；然后通过预设的测量模型与判断逻辑，如基于几何关系的尺寸计算、阈值比较的状态判断等，对空箱尺寸、位置、姿态等状态进行精确分析；最后，根据分析结果输出控制指令，如触发警报、控制输送线启停、引导AGV动作等，实现对机场空箱运输与存储流程的智能控制与优化管理。同时，系统还应具备数据存储与追溯功能，便于后续查询与分析，为机场运营管理提供数据支撑。