机场跑道异物检测系统设计与研究

浅谈机场跑道异物探测（FOD）系统李　婕上海民航新时代机场设计研究院有限公司，上海 200335摘要：随着我国经济增长，民用航空业的迅猛发展，千万级机场内高峰小时起降量逐年增加。

在飞机起飞和降落时不能有任何人或异物影响飞机的正常起飞和降落，同时，随着现代化信息技术的发展，基于雷达捕捉、视频分析等技术的逐步成熟，通过部署和应用自动化的机场跑道FOD探测设备来提高机场探测工作的质量与效率，已经成为民航行业发展的必然趋势。

关键词：机场跑道；异物；探测（FOD）系统中图分类号：TN911.71 FOD概述FOD（Foreign Object Debris）是指不属于跑道、滑行道、机坪或飞行区其他区域的外来物，FOD包括飞机遗落的零部件、现场工作人员遗落的工具、行李配件、道面破碎产生的石块、施工的碎片杂物、餐饮物品、鸟兽、天气情况产生的冰雪等［1］。

FOD容易被吸入发动机或机械装置内，导致发动机失效，影响起落架及机翼等设备的正常运行，不仅会损坏飞机，严重时可能导致机毁人亡。

除了直接经济损失外，因FOD导致的航班延误或取消而产生的间接经济损失不可估量。

因此，应该利用雷达、光电技术和计算机目标识别技术，部署和应用自动化的机场跑道FOD探测设备来提高机场跑道道面探测工作的质量与效率，保障道面安全。

2 国内机场现状2.1 巡检模式目前，国内大多数机场跑道巡检工作依然采用人工巡检方式，尚无主动、及时、有效发现并清除FOD的技术手段，在巡检时需关闭跑道。

因人工巡检次数及巡查时间有限，导致巡检效率低，安全可靠性也无法保障，特别是航班繁忙时段，极端高峰小时达到每隔120 s就有一架飞机起降，这无疑对高峰时段的跑道检查带来了困难。

如何保障在每架飞机起降间隔内完成整条跑道检查，保证飞机飞行安全，显得尤为重要［2］。

2.2 道面情况随着道面使用时间的推移，跑道在使用过程中经常会因为各种原因产生角裂、裂缝、碎板、错台、补丁等常见水泥混凝土道面病害，需要实时防止这些病害产生的FOD，对飞行安全产生影响。

机场跑道FOD探测方法研究机场跑道的外来物碎片（FOD：Foreign Object Debris）给机场安全运营带来了安全隐患，本文通过相关文献及论坛进行综合了解及比对之后论述了机场跑道FOD检测领域的应用现状，并结合现有技术装备条件提出了一种具有可行性的探测系统框架。

标签：毫米波雷达；机场；FOD一、可实现的探测技术通过相关文献的阅读及资料整理，现将目前FOD探测方面可实现的技术按设备类型分类总结如下：①静态雷达它可以探测到0.6 nmile（l nmile= 1852m）范围内高1.2 in（lin=2.54cm）、直径1.5 in的圆柱状金属物体。

一般情况下，每条跑道需要2至3个传感仪，传感仪距离跑道中心线最少165 ft（lft=0.3048m）。

②静态光电传感仪它可以探测到最大距离为985ft范围内的0.8 ft的物体，每条跑道需5至8个传感仪，传感仪距离跑道中心线最少490ft。

③移动式雷达它安装在车辆顶部，系统扫描范围为车辆前方的600 ft×600 ft（183mx183 m）区域。

系统可以探测到高1.2in，直径1.5 in的物体，系统运行速度范围为不大于每小时30 mile（l mile=1609.344 m），该系统通常作为目视巡检的补充。

④混合型传感仪它是一种光电和雷达波混合感应系统，它可以安装在跑道和滑行道边灯或者其他结构上。

在使用现有电源和数据，减少安装成本的同时，这些地表探测组件SDU的位置，可以满足在恶劣天气条件下探测细小FOD的苛刻要求。

每一个SDU （地表探测组件）对跑道的某一部分扫描并且分析所获数据来确定跑道道面的变化和是否有FOD。

当SDU发现有遗留物时，系统操作人员可接收到一个包括FOD 确切位置和大小的听觉和视觉警告。

二、提出新的探测思路基于上述FOD探测技术水平现状，结合现阶段可以达到的技术要求，现提出一种相对较为新型的FOD探测思路供业界人士做进一步研究做参考。

..机场跑道异物（FOD）雷达检测系统（Foreign Object Debris radar Detection system）●研发背景●对FOD雷达检测系统的要求●赛英公司与研发团队简介●赛英产品的技术特点●赛英产品与国外同类产品比较●赛英产品的工作流程成都赛英科技有限公司2010.6.8一、研发背景简介机场跑道异物（FOD）泛指可能损伤飞机的某种外来物质。

FOD会危及飞机和乘客的生命，造成航班延误、中断起飞，引起巨大的经济损失。

据保守估计，每年全球因FOD造成的直接损失至少在30亿—40亿美元。

而间接损失是这个数字的4倍！我国民航局机场司2009年出版的【FOD防范手册】指出：从2007年5月到2008年5月，FOD损伤飞机轮胎的事件在我国有4500起！2000年7月25日，法航一架协和式客机从法国巴黎戴高乐机场起飞，两分钟后随即坠毁，共有113 人遇难，法航向遇难家属赔偿约1.3亿美元。

这次事件的罪魁祸首就是FOD——跑道上的一块45公分长的金属条，这也是史上FOD造成的最大空难。

协和悲剧发生后，FOD探测系统的研究与开发提上日程，2006年12月，加拿大温哥华机场安装了Tarsier FOD监测雷达，成为全球安装FOD 监测系统的第一个民航机场。

现在，欧美国家的一些大型民航机场已经陆续安装FOD监测系统。

在我国，既没有引进这种系统的机场，也没有研发这种系统的报道。

我国机场对FOD的监测都是靠人工定时巡视，靠人眼近距离搜寻,这种落后的方法效率低，可靠性差，而且大大占用了宝贵的跑道使用时间，使航班次数被迫减少。

因此，研发具有自主知识产权的国产FOD监测系统是我国航空业的当务之急，航管业界称之为雪中送炭。

国产FOD监测雷达的问世必将产生巨大的社会和经济效益。

二、对FOD检测雷达系统的基本要求FOD探测系统主要采用雷达探测技术与视频图像识别技术相结合来检测FOD。

赛英公司的研发也遵循这一思路。

fod检测
fod检测系统：机场跑道异物检测系统是根据机场跑道长度与宽度，选择具体受检道面关键位置，在跑道一侧分区域安装前端探测系统设备。

在所需高度的塔架上，将雷达与多传感器一体化监控前端及相应伺服装置共同安装于跑道侧面固定架（或跑道灯）上，前端多传感器探测系统将异物位置信息传送给监控系统显示端，监控系统根据位置调整云台和角度、焦距和光圈等，对异物进行跟踪监测拍照，并进行智能分析处理后，将相关信息发送给主控系统供主控系统分析处理，并将检测到的异物信息上传到指挥中心，同时发出报警提示。

检测流程：
1、雷达不间断对跑道扫描，发现FOD时触发报警；
2、监控室对发现目标的的位置显示高亮；
3、监控室操作光学设备云台使其对准目标，使用目视确认FOD 现场画面；
4、借助全球定位系统获得FOD目标的精确定位；
5、判断FOD目标的危害性，告知清除车辆，迅速清除FOD；
6、监控室的“工具箱”自动记录时间、气候、FOD特性、FOD位置等信息。

浅谈机场跑道异物检测技术的研究与实现作者：吕秋宁来源：《中国科技纵横》2018年第06期摘要：机场跑道上存在的异物对飞机安全有一定威胁，为了解决这一问题，应加强对机场跑道异物检测技术的研究。

本文主要围绕机场跑道异物检测技术分析、组合式毫米波探测系统关键技术、组合式毫米波探测系统构成、距离高分辨原理四个方面展开讨论，详细分析了机场跑道异物检测技术及其原理，可针对小目标进行检测，在飞机安全方面有重要作用。

关键词：机场跑道；异物检测；组合式毫米波检测技术中图分类号：TN911.7 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0237-02机场跑道异物是指不属于跑道正常工作区域内，但又由于各种原因出现在跑道上的小物体，包括沙粒、螺丝钉等小目标。

这些异物在飞行区，可能造成飞机延误或者中途断飞等情况，严重的将威胁人身安全。

因此，需要及时清理机场跑道上异物，在相关检测技术的帮助下，能保证对异物进行有效处理。

尤其是在科学技术快速发展的背景下，异物检测技术得到了一定程度发展，在机场跑道异物检测上有重要作用。

1 机场跑道异物检测技术分析机场跑道上大部分异物尺寸较小，人工检测已经不能满足飞机安全运行需求，近年来，各民用及军用航空机场将机场跑道异物检测作为主要工作内容，并加强了对检测技术不断改进的重视。

为了实现对机场跑道上小物体进行自动检测，国外主要采用了光学检测方法以及电磁波检测技术。

英国研制出的外来异物检测系统为了保证较高的分辨率，选取作业在94GHz毫米波上。

这一检测系统主要运用了线性调频连续体制，以便实现对机场跑道的小物体检测。

而在提高分辨率上，检测系统主要运用了一定频率的扫频宽带，同时利用天线来提高系统的定位能力。

光学检测技术包括摄像机、红外热像仪以及数码相机等高清晰的视频监视设备，这些设备在机场跑道异物检测上取得了广泛应用，但是由于摄像机和数码机等容易受到天气的影响，使得地面异物的颜色分辨难度有所增加，分辨率不够精准。

机场跑道异物(FOD)探测试验系统建议方案.docFOD探测系统的设计原则包括先进性、适用性、开放性、可靠性和可用性。

系统由FOD探测子系统、网络通信子系统、物理链路子系统和现场供电子系统组成。

系统运行流程包括扫描跑道、报警提示、操作员核实、派发任务、现场人员处理和归档报警信息。

监控中心负责判别是否需要进一步处理，现场人员负责清理异物并上传归档相关信息。

系统软件和硬件采用开放系统规范和多种国际标准协议，具有高度的可靠性和优良的性能，在-40℃~60℃的环境下正常工作。

系统的目的是提高工作效率、减少人为差错和降低运行成本。

系统要求在规定的时间内运行，且不会影响其性能。

同时，系统具有高度的安全性和保密性，采用分级保护、数据存储权限和网络安全隔离等手段，以防止非法侵入。

系统还应具有扩充性，方便进行升级、换代和功能扩充，保护用户的投资。

此外，系统的维护管理和操作界面都应该方便易用，且经济性高。

FOD探测子系统旨在建立一个软硬件结合的集成系统，采用分布式光电传感器探测，覆盖整个机场跑道，全天24小时不间断运作，提供自动化跑道异物检测手段。

系统能够实时检测告警并将信息发送给工作人员和清理回收人员，为机场安全生产和运营管理提供保障。

系统的点位部署在试验地段的J1滑行道，共计6台边灯式探测设备，间距30米部署。

FOD 探测子系统由现场设备、数据中心设备、监控中心设备和管理软件构成，具备全天候运作的总体功能。

The system XXX object debris (FOD) on airport runways in real-time XXX。

n。

removal。

and archiving。

which XXX.The system complies with relevant nal and industry standards and ns。

including the XXX China (CAAC) in July 2016.FAA advisory circulars。

Raida-Air机场跑道异物（FOD）监测系统技术方案一、背景FOD是Foreign Object Debris的缩写，泛指可能损伤航空器或系统的某种外来的物质，常称为跑道异物。

FOD的种类相当多，如飞机和发动机连接件（螺帽、螺钉、垫圈、保险丝等）、机械工具、飞行物品（钉子、私人证件、钢笔、铅笔等）、野生动物、树叶、石头和沙子、道面材料、木块、塑料或聚乙烯材料、纸制品、运行区的冰碴等等。

FOD的危害非常严重，实验和案例都表明，机场道面上的外来物可以很容易被吸入到发动机，导致发动机失效。

碎片也会堆积在机械装置中，影响起落架、襟翼等设备的正常运行。

据保守估计，每年全球因FOD造成的损失至少在30-40亿美元。

2007年5月至2008年5月，中国民航共发生4500多起FOD损伤轮胎的事件。

FOD不仅会造成巨大的直接损失，还会造成航班延误、中断起飞、关闭跑道等间接损失，间接损失至少为直接损失的4倍。

目前，全球绝大多数机场的FOD监测仍然是靠人工完成的，这种方法不但可靠性差、效率低，而且占用了宝贵的跑道使用时间。

二、国内外研究现况2000年7月25日法航协和飞机因FOD失事，造成机上109人、地面4人，共113人遇难。

法国空难事故调查局认定，该次空难是由机场跑道上一块43厘米长的金属薄片割破飞机左侧主起落架的右前轮，致使该轮胎爆裂，轮胎爆裂产生的碎片击中了一个或多个油箱，使得飞机左机翼起火并坠毁。

后经鉴定，此金属碎片为上一个航班——美国大陆航空公司所属的一架DC10飞机上掉下来的。

这场因FOD引发的空难将FOD自动监测系统的研究提上了日程。

目前世界上较为典型的FOD检测系统有4个，它们分别是英国开发的Tarsier系统、以色列开发的FODetect系统、新加坡开发的iFerret系统和美国开发的FODFinder系统。

（具体参见附录A）对上述系统的FOD探测技术列表总结如下：综合来看，现有的FOD探测系统主要采用雷达探测技术与视频图像识别技术，在上述的4个系统中，Tarsier 系统、FODetect 系统、FODFinder 系统采用毫米波雷达探测为主、视频图像识别技术为辅的手段来探测FOD；iFerret系统只采用视频图像识别技术进行FOD的探测。

机场跑道FOD监测系统技术方案一、项目背景机场跑道上的外来物（ForeignObjectDebris，简称FOD）对航空器的起降安全构成严重威胁。

据统计，每年因FOD导致的航空器损伤事故高达数百起，损失巨大。

为了提高机场跑道的安全性，降低FOD 对航空器的危害，我们提出了这套机场跑道FOD监测系统技术方案。

二、系统设计目标1.实现对机场跑道FOD的实时监测，及时预警，确保航空器起降安全。

2.降低人工巡检成本，提高机场运行效率。

3.提高机场跑道的使用寿命，降低维修成本。

三、系统组成1.检测设备：采用高分辨率摄像头，结合图像处理技术，实现对FOD的实时检测。

2.数据传输：采用无线传输技术，将检测到的FOD数据实时传输至监控中心。

3.监控中心：对检测到的FOD数据进行处理、分析，及时发布预警信息。

4.应急处理：配备专业的应急处理团队，对FOD进行快速清除。

四、系统工作原理1.检测设备：摄像头对机场跑道进行实时监控，当检测到FOD时，立即触发报警。

2.数据传输：报警信号通过无线传输技术，实时传输至监控中心。

3.监控中心：对报警信号进行处理，分析FOD的位置、大小等信息，判断是否对航空器构成威胁。

4.应急处理：根据监控中心的分析结果，启动应急预案，组织应急处理团队进行FOD清除。

五、系统技术优势1.实时监测：采用高分辨率摄像头，实现对机场跑道的实时监控，确保及时发现FOD。

2.精准识别：结合图像处理技术，对FOD进行精准识别，降低误报率。

3.无线传输：采用无线传输技术，实时传输数据，提高传输效率。

4.快速应急：配备专业的应急处理团队，确保FOD的快速清除。

六、项目实施步骤1.调研：对机场跑道的现状进行调研，了解FOD分布情况，为系统设计提供依据。

2.设计：根据调研结果，设计适合机场跑道FOD监测的系统方案。

3.设备采购：选购高性能的检测设备、传输设备等，确保系统稳定运行。

4.系统安装：在机场跑道安装检测设备，调试传输设备，确保系统正常运行。