浅析机场跑道FOD 监测系统

张道玲，燕 翔

（上海公路桥梁（集团）有限公司，上海市200433）

0 引 言

目前我国民航正处于高速发展时期。根据规划，到2030年我国全面建成安全高效的现代化民用航空体系，实现民航大国到民航强国的转变。持续安全是民航发展的永久性主题，飞行区内威胁航空器安全运行的问题也越来越受到关注。据报道，跑道FOD引发的各类不安全事件每万次起降中高达4次，平均每个机场每年将直接损失约2 000万美元[1]。跑道FOD往往是一些道面碎块、塑料制品、动植物、金属器件等“小”体积物体，但由于飞机在跑道上高速滑跑，这类物体可能会导致“大”麻烦，如刮伤航空器的轮胎、吸入发动机或者击破油箱等。

目前我国绝大多数机场的跑道FOD检测仍然是靠人工完成的，场务组驾车每天进行4次道面巡视，低效、易遗漏、高成本等局限性显著[2]。本文在阐述跑道FOD类型的基础上，明确了依靠人工巡查手段与跑道FOD监测需求的不匹配；对比分析了目前国际上典型跑道FOD监测系统，并归纳梳理了跑道FOD监测系统的架构模式。可对我国民用机场降低跑道FOD危害提供借鉴，也对我国民航实现持续安全提供一定支持。

1 跑道FOD及防范

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物体，常称为跑道异物[3]。跑道FOD的监测是指通过人工、自动化等方式对跑道表面进行全面检查，并针对性地清除FOD以防止对航空器造成危害。

1.1 跑道FOD 类型

跑道FOD一般都是“小”体积物体，主要包括道面碎块、塑料制品、动植物、金属器件等。

（1）道面碎块。在飞机荷载和环境的双重作用下，沥青混凝土跑道会产生集料松散，水泥混凝土跑道会产生角隅断裂等病害。这些病害导致的碎块是机场跑道FOD主要来源之一。

（2）塑料制品。施工方或者三检方落下的笔、笔帽、手套、帽子、胶带、纸夹、杯子等物品。

（3）动植物。场内的鸟儿、蛇、刺猬、鼠等动物，以及由大风带来的秸秆、青草等植物。

（4）金属器件。螺帽、螺栓、钢笔、废电线等物体。

1.2 人工监测FOD 的局限性

从跑道FOD的类型可见，跑道FOD的来源十分广泛：道面碎块随时可能发生，塑料制品、动植物、金属器件等的产生也具有一定的随机性。因此为了防止跑道FOD对航空器产生危害，机场跑道FOD需满足“全天候、整跑道、高准度”的监测。目前人工监视跑道FOD主要是场务组驾车每天4次进行跑道巡视，并不能满足“全天候”监测。同时随着机场航空吞吐量的增加，人工巡视跑道FOD的间隔时间非常短，塔台可能只允许2~3min的检查时间，这就造成巡视组只能检查半条跑道后匆忙退出，“整跑道”的需求也不能满足。由于巡视车辆速度较快，车上巡视人员的眼睛很难捕捉到颜色相近的“道面碎块”及“小体积”的跑道FOD，人工巡视并不能达到“高准度”的目标。因此有必要采用跑道FOD监测系统满足对机场跑道FOD的“全天候、整跑道、高准度”的监测。

2 典型机场跑道FOD监测系统及其对比

我国目前越来越重视跑道FOD的监测，国家民航总局机场司民航局安全技术中心在2009年编写了《FOD防范手册》[4]。但我国在跑道FOD监测系统的研发上较为落后，且采用雷达技术的产品很少，主要是光学、视频监测产品，如深圳某公司的“机场跑道数字化监控预警系统”、上海某公司的“飞机起降跟踪和跑道搜索系统”。目前国际上已经投入使用的机场跑道异物雷达检测系统主要有 四 种， 分 别 为 Tariser、FODetect、IFerret和FODFinder。

（1）Tarsier系统（见图1）。具有雷达探测距离长、波束窄和分辨率高的特点，能够对目标位置准确定位。视频设备的安装使监控人员可以通过观察判断探测结果是否属实，大大提高了探测准确率。

图1 Tarsier 系统

（2）FODetect系统（见图2）。由77 GHz毫米波雷达和摄像设备组成，分别安装在不同位置的跑道边灯上。每个设备都对跑道中线附近的区域进行扫描，发现FOD后可立即向机场管理人员发出报警信息，并告知FOD的准确位置及发现时间，帮助机场管理人员清除FOD。

（3）iFerrer系统（见图3）。每隔一定间距装置先进的高分辨率摄像机，自动探测和辨认跑道上的障碍物。该系统的复杂图像处理软件可针对变化的照明和路面条件做出适当的调整。发现FOD后能够放大物体图像，并给用户提供碎片的实时图像。

图2 FODetect 系统

图3 iFerrer 系统

（4）FODFinder系统（见图4）。一套可安装在车辆顶部的移动监控系统，使用78~81 GHz毫米波雷达、高精度GPS定位系统和高清晰度摄像系统。毫米波雷达和摄像系统确定FOD后，由GPS锁定探测区域和标示FOD的地理位置。

图4 FODFinder 系统

四个系统的对比见表1，主要优缺点见表2。

3 跑道FOD监测系统的架构模式

尽管不同的跑道FOD监测系统采用的监测技术不同，但所有系统都必须经过以下信息架构模式：FOD信息采集—FOD信息通信—FOD信息存储—FOD信息分析—FOD信息反馈。

表1 不同系统的对比

表2 不同系统的优缺点对比

3.1 信息采集

由于FOD监测系统需要识别FOD及FOD位置，所以该系统的信息采集手段主要包括雷达（毫米级）和视频摄像机。

3.2 信息通信

FOD监测系统中，采集到的信息是通过配套的光纤网络实现数据传输与通信。而光纤传输常见的有模拟光端机和数字光端机，是解决几十甚至几百千米电视监控传输的最佳解决方式，通过把视频及控制信号转换为光信号在光纤中传输。其优点是传输距离远、衰减小、抗干扰性能最好，适合远距离传输。

3.3 信息存储

各个FOD监测系统对传输过来的视频和雷达信号需要进行存储，由于FOD监测系统是不间断采集，数据量较大，一般常采用大型Oricle数据库进行存储，且每个一定时间需要进行覆盖和清除。

3.4 数据分析

FOD信息库中主要包括存储的视频信息和雷达信号。对于雷达信号，利用雷达波分析算法对雷达波进行去噪、滤波、特征提取、目标识别等操作，由于FOD处理的实时性和全面性，这对算法的效率以及鲁棒性有较高要求。对于视频信息，需要用智能视频分析技术或者图像识别技术进行FOD的判断。

3.5 信息反馈

信息反馈指的是经过系统辨识所探测的异物确为跑道FOD，这时需现场人员及时对FOD进行清除。为达到对通航影响的最小化，现场人员需要尽快到达FOD的位置。可采用高精度定位技术，通过智能移动端对监测系统提供的FOD位置指引车辆前行。

4 结 语

跑道FOD的监测仍是民航安全的重要一环，人工巡视的方式展现出不能满足“全天候、整跑道、高准度”监测的弊端。目前较为成熟的跑道FOD监测系统主要是国外公司开发的Tariser、FODetect、IFerret、FODFinder等产品，且以毫米波雷达和摄像为主要监测手段。相对应地，雷达信号处理和智能视频处理为跑道FOD监测系统的主要处理方式，高精度的定位系统可辅助快速清除FOD。这三者技术的相互融合仍是未来跑道FOD监测系统的主流手段，也将在更广阔的民用机场发挥更为广泛的应用。