機(jī)場(chǎng)跑道異物(FOD)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)-國(guó)外發(fā)展情況

一、FOD——小異物，大麻煩何謂FODFOD是ForeignObjectDebris的縮寫，泛指可能損傷航空器或系統(tǒng)的某種外來(lái)的物質(zhì)，常稱為跑道異物。FOD的種類相當(dāng)多，如飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)連接件〔螺帽、螺釘、墊圈、保險(xiǎn)絲等〕、機(jī)械工具、飛行物品〔釘子、私人證件、鋼筆、鉛筆等〕、野生動(dòng)物、樹葉、石頭和沙子、道面材料、木塊、塑料或聚乙烯材料、紙制品、運(yùn)行區(qū)的冰碴兒等等。FOD危害非常嚴(yán)重實(shí)驗(yàn)和案例都說(shuō)明，機(jī)場(chǎng)道面上的外來(lái)物可以很容易被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)失效。碎片也會(huì)堆積在機(jī)械裝置中，影響起落架、襟翼等設(shè)備的正常運(yùn)行。據(jù)保守估計(jì)，每年全球因FOD造成的損失至少在30-40億美元，2007年5月至2008年5月，中國(guó)民航共發(fā)生4500多起FOD損傷輪胎的事件。外來(lái)物不僅會(huì)造成巨大的直接損失，還會(huì)造成航班延誤、中斷起飛、關(guān)閉跑道等間接損失，間接損失至少為直接損失的4倍。目前，全球絕大多數(shù)的機(jī)場(chǎng)的FOD監(jiān)測(cè)仍然是靠人工完成的，這種方法不但可靠性差、效率低，而且占用了珍貴的跑道使用時(shí)間，這又是一筆經(jīng)濟(jì)損失。二、FOD引發(fā)一場(chǎng)空難，F(xiàn)OD檢測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)從此開始2000年7月25日法航協(xié)和飛機(jī)因FOD失事，造成機(jī)上109人，地面4人，共113人遇難。事件回放：協(xié)和飛機(jī)的上一個(gè)航班是美國(guó)大陸航空公司DC10飛機(jī)，該飛機(jī)在跑道上掉下來(lái)一塊43cm金屬片，它扎破了隨后起飛的協(xié)和飛機(jī)輪胎，輪胎爆破產(chǎn)生的碎片擊中了一個(gè)或多個(gè)油箱，飛機(jī)左機(jī)翼起火并很快墜毀，這個(gè)過(guò)程不到1分30秒。此次事件的后果造成協(xié)和飛機(jī)在2003年10月24日全部退役。這場(chǎng)因FOD引發(fā)的空難將FOD自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究提上了日程。英國(guó)QinetiQ公司最先研發(fā)出【Tarsier〔眼鏡猴〕ForeignObjectDebrisradardetectionsystem】，眼鏡猴系統(tǒng)先在英國(guó)及美國(guó)德州空軍基地使用。2006年12月6日，溫哥華機(jī)場(chǎng)宣布啟用了這套跑道異物雷達(dá)偵測(cè)系統(tǒng)。成為全世界第一個(gè)采用FOD檢測(cè)系統(tǒng)的民航機(jī)場(chǎng)。溫哥華機(jī)場(chǎng)裝備后的3年里，倫敦希斯洛國(guó)際機(jī)場(chǎng)、美國(guó)甘迺迪機(jī)場(chǎng)、阿拉伯聯(lián)合大公國(guó)杜拜機(jī)場(chǎng)、德國(guó)法蘭克福、法國(guó)巴黎機(jī)場(chǎng)、多哈國(guó)際機(jī)場(chǎng)都陸續(xù)安裝了這套系統(tǒng)。三、全球最具代表性的四個(gè)FOD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1、Tarsier(眼鏡猴)2雜物并予以定位。Qinetiq公司在Tarsier1100之后還對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)，研發(fā)了安裝有視頻監(jiān)控設(shè)備的新系統(tǒng)。新系統(tǒng)于2007年1月在溫哥華使用，在溫哥華機(jī)場(chǎng)安裝了4部雷達(dá)，可以探測(cè)南北跑道；2008年新系統(tǒng)在英國(guó)希斯羅南跑道使用，使用效果良好，兩部雷達(dá)可以全天候掃描3658米長(zhǎng)的跑道。視頻設(shè)備的安裝使監(jiān)控人員可以通過(guò)觀察判斷探測(cè)結(jié)果是否屬實(shí)，大大提高了探測(cè)準(zhǔn)確率。2、FODetectFODetect系統(tǒng)由以色列的Xsight公司開發(fā)，系統(tǒng)由77GHz毫米波雷達(dá)和攝像設(shè)備所組成，多個(gè)道面監(jiān)測(cè)單元〔SDU〕分別安裝在不同位置的跑道邊燈上，每個(gè)SDU都對(duì)跑道中線附近的區(qū)域進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)FOD后，可以立即向機(jī)場(chǎng)管理人員發(fā)出報(bào)警信息，告知FOD的準(zhǔn)確位置以及發(fā)現(xiàn)時(shí)間。而后，設(shè)備會(huì)拉近鏡頭，提供FOD的視頻圖像，發(fā)現(xiàn)FOD之后，傳感器會(huì)鎖定FOD的位置，以幫助機(jī)場(chǎng)管理人員將FOD取走，在夜間，還可使用激光指示器協(xié)助將FOD取走。FODetect的設(shè)計(jì)在一定程度上減少了投資〔相對(duì)與Tarsier系統(tǒng)而言〕，此系統(tǒng)可在30秒內(nèi)完成對(duì)整條跑道的掃描，采用視頻識(shí)別系統(tǒng)可以在毫米波雷達(dá)探測(cè)到FOD后，對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行視頻確認(rèn)，從而使虛警率大大降低。3、iFerreriFerret智能視頻探測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)在跑道上每隔一定間距裝置先進(jìn)的高分辨率功能的攝像機(jī)，自動(dòng)探測(cè)和識(shí)別跑道上的障礙物，復(fù)雜的圖像處理軟件可以針對(duì)變化的照明和路面條件作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。發(fā)現(xiàn)FOD后，系統(tǒng)能夠放大物體的圖像，給用戶提供碎片的實(shí)時(shí)圖像，讓用戶看到發(fā)現(xiàn)的物品。iFerret系統(tǒng)能夠提供精確的位置、報(bào)警的時(shí)間、FOD的圖像和系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)后的持續(xù)報(bào)警記錄。該系統(tǒng)的精度能夠到達(dá)探測(cè)大小為1cm的物體。iFerret現(xiàn)應(yīng)用于新加坡的樟宜國(guó)際機(jī)場(chǎng)，并在Chicago的奧黑爾國(guó)際機(jī)場(chǎng)由FAA技術(shù)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。在對(duì)跑道雜物探測(cè)中，發(fā)現(xiàn)攝像機(jī)和視頻系統(tǒng)受亮度和天氣的影響，在能見(jiàn)度低的情況下具有很多局限性，性能受到黑夜和陰雨天氣環(huán)境的影響和制約。4、FODFinderFODFinder系統(tǒng)是由美國(guó)TrexEnterprises公司開發(fā)的一套移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，可以安裝在車輛的車頂。系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)與后臺(tái)軟件處理系統(tǒng)組成，監(jiān)控系統(tǒng)使用的是78-81GHz毫米波雷達(dá)、高精度的GPS定位系統(tǒng)和攝像系統(tǒng)，雷達(dá)掃描速度為30次/分鐘，探測(cè)半徑為200米，裝在車頂?shù)囊粋€(gè)雷達(dá)罩中；攝像系統(tǒng)也裝于車頂，用于跟蹤所發(fā)現(xiàn)的FOD；GPS定位裝置用于鎖定探測(cè)區(qū)域和標(biāo)示FOD的地理位置，除此之外，此高精度的GPS定位裝置還可以應(yīng)用差分技術(shù)校準(zhǔn)場(chǎng)內(nèi)的其它GPS設(shè)備。這套系統(tǒng)的獨(dú)特之處在于它是可移動(dòng)的，探測(cè)時(shí)車輛的最大行駛速度可以到達(dá)64Km/小時(shí)，其不僅可以偵測(cè)跑道上的FOD，還可以偵測(cè)滑行道、停機(jī)坪等區(qū)域的FOD。車輛向前移動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)掃描車輛前部的區(qū)域，并向機(jī)場(chǎng)控制人員提供雷達(dá)和視頻信號(hào)。車輛上裝有軟件處理系統(tǒng)〔AirBoss處理系統(tǒng)〕，由觸摸式電腦、照相機(jī)、條碼機(jī)組成，機(jī)場(chǎng)控制人員可以根據(jù)系統(tǒng)指示方位拾取FOD。一旦FOD被取出，裝于車內(nèi)的相時(shí)機(jī)給碎片照相備案，機(jī)場(chǎng)控制人員還會(huì)給FOD貼上條形碼以作記錄，同時(shí)記錄信息將通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)存儲(chǔ)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。四、FAA關(guān)于FOD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的咨詢通告FAA——TheFederalAviationAdministration，即美國(guó)聯(lián)邦航空局。FAA于2007年初開始啟動(dòng)機(jī)場(chǎng)FOD探測(cè)系統(tǒng)的評(píng)估工作，將第三節(jié)提及的四個(gè)FOD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為被評(píng)估產(chǎn)品，在美國(guó)選取了幾個(gè)機(jī)場(chǎng)，開始做測(cè)試工作。嚴(yán)格的測(cè)試工作歷時(shí)兩年多，2009年9月30日，我們終于等來(lái)了FAA正式發(fā)布的關(guān)于FOD應(yīng)用的ACNo:150/5220-24，即150/5220-24號(hào)咨詢通告。該咨詢通告第一次對(duì)FOD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)提供了依據(jù)。下面是咨詢通告的一些節(jié)選：對(duì)FOD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分類及指標(biāo)要求：〔a〕StationaryRadar.Aradardetectionsystem,abletodetectametalliccylindricaltargetmeasuring1.2in.(3.0cm)highand1.5in.(3.8cm)indiameteratrangesofupto0.6mile(1km).Sensorsarelocated165ft(50.0m)ormorefromtherunwaycenterline.Generally,twoorthreesensorsarerequiredperrunway,dependingonairportrequirements.(b)StationaryElectro-Optical.Anelectro-opticaldetectionsystem,abletodetecta0.80in.(2.0cm)objecttargetatrangesofupto985ft(300.m)usingonlyambientlighting.Sensorsarelocated490ft(150m)ormorefromtherunwaycenterline.Generally,fivetoeightsensorsarerequiredperrunway,dependingonairportrequirements.(c)StationaryHybrid.Usesbothanelectro-opticalandradarsensorinaunitcollocatedwiththerunwayedgelights.Thesystemisabletodetecta0.8in.(2cm)targetontherunway.Generally,sensorsarelocatedonevery,oreveryother,edgelight,dependingonairportrequirements.(d)MobileRadar.Aradardetectionsystemmountedontopofavehiclethatscansthesurfaceinfrontofthevehiclewhenmoving.Theradarscansanarea600.ftby600.ft(183mby183m)todetectFODitemsmeasuring1.2in(3.0cm)highand1.5in(3.8cm)indiameter.Thesystemcanoperateatspeedsofupto30mph(50km/h),supplementinghuman/visualinspections.對(duì)FOD檢測(cè)系統(tǒng)的性能要求：BasicFunctions.FODdetectionequipmentmustperformthefollowingfunctions:〔1〕ProvidesurveillanceintheAOAasspecifiedbytheairport.〔2〕DetectandlocatesingleandmultipleFODitemsontheAOA.〔3〕ProvideanalerttotheuserwhenFODhasbeendetected.〔4〕Operateinconjunctionwith,andnotinterferewith,airportandaircraftcommunication,navigation,andsurveillancesystems.〔5〕Operateinconjunctionwith,andwithoutinterferencefrom,normalairportandaircraftoperations(e.g.,aircraftandvehiclemovements).〔6〕ProvideadatarecordofdetectedFOD,allowingforequipmentcalibrationandmaintenance,andforanalysisoftheFODevent〔1〕ObjectDetection.FODdetectionsystemsmustbeabletodetectthefollowingobjects(mobilesystemsmustprovidethisperformanceataminimumspeedof20mph(30km/h):〔a〕Anunpainted,metalcylinder,measuring1.2in(3.1cm)highand1.5in(3.8cm)indiameter,〔b〕Awhite,grey,orblacksphere,measuring1.7in(4.3cm)indiameter(i.e.,astandardsizegolfball),〔c〕90percentofthefollowinggroupofobjectswhenplacedwithina100ftby100ft(30mby30m)squareinthedesiredcoveragearea.Oneitemfromeachcategorymustbeincludedinthegroupandeachitemmustmeasurenolargerthan4in(10cm)inanydimensionunlessotherwisespecified……(d)Anytwooftheobjectsabove,locatednomorethan10ft(3m)apartfromeachother,identifiedasseparateobjects.〔2〕LocationAccuracy.FODdetectionsystemsmustprovidelocationinformationforadetectedobjectthatiswithin16ft(5.0m)oftheactualFODobjectlocation.Note:Thisstandardisbasedontheaverageaccuracyofhand-heldGPSdevices,whichmostairportoperatorswillusewhenretrievingdetectedFOD.Airportoperatorsusingnon-visualdetectionsystems,whorequiregreaterlocationaccuracy,canprocureoptionalcomponentsthatenablethesystemtohavevisualdetectioncapabilities.〔3〕InspectionFrequency〔4〕Detecti