智能机场跑道异物检测与识别系统
浅谈机场跑道异物探测(FOD)系统
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。
机场跑道异物及道口报警系统技术研究
目录：机场跑道安全昼夜视频监控系统浏览字体：大中小机场跑道异物识别智能检测系统功能简介：根据国内所在的具体机场跑道，按长度与宽度选择具体受检道面位置的安装要求，来最终确定按装位置，在跑道一侧分区域安装5-6套前端探测系统设备，按装在所需高度塔架上，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，自动弹出检测到的异物在显示界面上，同时发出报警提示。
用户可通过主界面的功能操作软件对摄像角度、焦距和光圈等参数进行微调，将检测到的可疑遗留物放大进行图像观察分析辩认。
二、系统主要功能1）可见光CCD成像部份检测设备，白天及夜间都能提供机场跑道道面异物及周边环境监控所需的高清浙光学视频图像；2）接收来自控制端的控制信息，可手动调节摄像头角度、焦距变化、光圈变化，X2倍、X4倍电子放大等操作功能；3）自动巡检测功能；通过设制预置位功能对所监测的跑道道面做精确的角度扫描，实时动态监控检测。
4）针对跑道上突然增加的遗留物与移动目标跟踪监控功能；5）遗留目标物的尺寸估算功能。
按民用机场与军用机场跑道的长度不同，常规情况，跑道长度为2.8-3.6公里、宽度为40-60米不等，通过科学的像元计算所需的被检测的物体按成像比例将跑道分割为5-6个检测区域，进行同步光电系统巡航定位与限位检测，可设计按500米长度分段检测，通过CCD 光学与红外热感应系统实时巡航检测，经对所检测道面异物形态与轮廓分析比对处理，联动报警提示，通过本系统的测角与测距显示异物所在跑道的精确位置，同时可将检测到的异物进行图像放大观察，录相取证，同时通过内部对讲通讯系统告知场道巡检工作人员异物所在位置与路径进行快速处理。
最新机场跑道异物(FOD)监测系统——国外发展情况资料
一、FOD——小异物，大麻烦何谓FODFOD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、运行区的冰碴儿等等。
FOD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。
外来物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，全球绝大多数的机场的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，这又是一笔经济损失。
二、FOD引发一场空难，FOD检测系统的研发从此开始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。
事件回放：协和飞机的上一个航班是美国大陆航空公司DC10飞机，该飞机在跑道上掉下来一块43cm金属片，它扎破了随后起飞的协和飞机轮胎，轮胎爆破产生的碎片击中了一个或多个油箱，飞机左机翼起火并很快坠毁，这个过程不到1分30秒。
此次事件的后果造成协和飞机在2003年10月24日全部退役。
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。
英国QinetiQ公司最先研发出【Tarsier（眼镜猴）Foreign Object Debris radardetection system】，眼镜猴系统先在英国及美国德州空军基地使用。
2006年12月6日，温哥华机场宣布启用了这套跑道异物雷达侦测系统。
机场跑道异物(FOD)探测试验系统建议方案
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。
智能机场跑道异物检测与识别系统
Runway safety智能机场跑道异物(foreign objects damage FOD debdris)检测(detection)与识别系统The surface of pavements (runways and adjacent areas) shall be kept clear of loose stones or other objects that might cause damage to aircraft structures or engines, or impair the operations of aircraft systems. In this connection, a comprehensive runway inspection and sweeping programme should be incorporated into the standard operation procedures of aerodrome operators.智能机场跑道异物检测系统使用摄像机采集跑道图像，由于跑道的范围很广，系统要采用可控云台控制摄像机转动，使每个摄像机都可以监控较长的跑道区域。
由于单个摄像机无法完成对整个跑道的全范围监控，因此系统使用摄像机组，系统在跑道边每间隔一段距离架射一套摄像装置，形成摄像机阵列，实现对整个跑道的全范围监控。
按民用机场与军用机场跑道的长度不同，常规情况，跑道长度为2.8-3.6公里、宽度为40-80米不等，按成像比例将跑道分割为8-12个检测区域，进行PTZ 检测，可设计按300米长度分段检测，通过激光夜视仪(Laser Night Vision)和热成像仪实时巡航检测，经对所检测跑道面异物形态与轮廓分析比对处理，联动报警提示，通过本系统显示异物的精确位置，同时可将检测到的异物进行图像放大观察，同时通知跑道巡检人员异物所在位置与路径进行快速处理。
智慧停机坪异物检测系统设计方案
智慧停机坪异物检测系统设计方案智慧停机坪异物检测系统设计方案一、引言随着航空业的发展，机场的使用需求也越来越高。
为了保证飞机的安全起降，停机坪的运行管理显得尤为重要。
然而，由于停机坪上存在大量的机械设备、工人和杂物，往往会造成飞机起降时受到异物的干扰，给飞机和乘客的安全带来潜在威胁。
为解决这个问题，本文提出了一种智慧停机坪异物检测系统设计方案。
二、系统设计方案1. 系统架构本系统采用分布式架构，分为三部分：传感器节点、数据处理中心和用户界面。
传感器节点用于采集停机坪上的图像数据，将其发送至数据处理中心。
数据处理中心根据接收到的图像数据进行异物检测算法的处理，并将结果反馈给用户界面。
用户界面可以实时显示停机坪上的异物情况，并提供报警功能。
2. 传感器节点设计传感器节点应具备以下功能：- 图像采集：采用高清摄像头进行图像采集，通过光敏元件将图像转换为电信号。
- 数据传输：采用无线网络（如Wi-Fi或蓝牙）将图像数据传输至数据处理中心。
- 电源供应：采用电池供电，并具备低功耗模式，以延长电池寿命。
3. 数据处理中心设计数据处理中心应具备以下功能：- 数据接收：接收传感器节点发送的图像数据，并进行解码处理。
- 异物检测算法：根据接收到的图像数据，进行异物检测算法的处理。
常用的算法包括边缘检测、形态学处理和目标识别等。
- 异物分类：对检测到的异物进行分类，判断其对飞机起降的威胁程度。
- 报警处理：根据异物的威胁程度，选择适当的报警方式（声音、光线或振动）进行提醒。
- 数据存储：将检测结果和图像数据进行存储，以便后续分析和查询。
4. 用户界面设计用户界面应具备以下功能：- 实时显示：实时显示停机坪上的异物情况，包括异物的位置和威胁程度等。
- 报警提醒：根据数据处理中心发送的报警信号，进行相应的报警提醒，以便工作人员及时采取措施。
- 异物查询：提供异物查询功能，方便工作人员查询历史记录和分析异物的分布规律。
三、系统优势本系统设计方案具备以下优势：1. 高效性：采用分布式架构，充分利用传感器节点和数据处理中心的资源，实现快速的图像处理和异物检测。
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Runway safety智能机场跑道异物(foreign objects damage FOD debdris)检测(detection)与识别系统
The surface of pavements (runways and adjacent areas) shall be kept clear of loose stones or other objects that might cause damage to aircraft structures or engines, or impair the operations of aircraft systems. In this connection, a comprehensive runway inspection and sweeping programme should be incorporated into the standard operation procedures of aerodrome operators.
智能机场跑道异物检测系统使用摄像机采集跑道图像，由于跑道的范围很广，系统要采用可控云台控制摄像机转动，使每个摄像机都可以监控较长的跑道区域。
由于单个摄像机无法完成对整个跑道的全范围监控，因此系统使用摄像机组，系统在跑道边每间隔一段距离架射一套摄像装置，形成摄像机阵列，实现对整个跑道的全范围监控。
按民用机场与军用机场跑道的长度不同，常规情况，跑道长度为2.8-3.6公里、宽度为40-80米不等，按成像比例将跑道分割为8-12个检测区域，进行PTZ 检测，可设计按300米长度分段检测，通过激光夜视仪(Laser Night Vision)和热成像仪实时巡航检测，经对所检测跑道面异物形态与轮廓分析比对处理，联动报警提示，通过本系统显示异物的精确位置，同时可将检测到的异物进行图像放大观察，同时通知跑道巡检人员异物所在位置与路径进行快速处理。
一但检测到跑道异物时，可弹出操作系统界面提示，针对跑道固定的场景与非遗留物不做报警动作。
一、异物检测与识别系统包含图像采集、异物检测、异物特征提取和异物分类
等流程。
1.图像采集：将摄像机监控的区域画面采集到PC中。
2.异物检测：对输入的画面进行异物检测，判断监控画面中是否有异物，
如果有，还需确认异物位置。
3.异物特征提取：确定异物位置后，根据特定算法，提取特征。
4.异物分类：特征提取后，就进行分类识别。
二、系统主要功能
1.激光夜视仪检测设备，白天、夜间及雾天都能提供跑道道面异物及周边
环境监控所需的高清浙光学视频图像；
2.热成像用于能够详细的分析异物特征，可以自动调焦，将异物图像放大
进行辨认。
3.自动巡检功能；通过设制预置位功能对所监测的跑道道面做精确的角度
扫描，实时动态监控检测。
4.针对跑道上突然增加的遗留物与移动目标跟踪监控功能；
5.遗留目标物的识别与分类功能。
三、主要技术指标
1.在分段检测的覆盖距离内，必须能够检测以下规格的物体：
●没有涂漆的金属圆柱体：高4cm，直径4cm
●白色、灰色或黑色的球体：直径4.3cm（即标准的高尔夫球尺寸）
●30m×40m区域内，对下列物体的检测率超过97%。
并且每组物体中
至少有一个可以被检测到,每个物体的任意尺寸不大于10cm（除非另
有规定）:
✓厚沥青块或混凝土块检测
✓跑道道面裂痕与裂纷检测
✓跑道道面突增不明物质与不规则物体检测
✓跑道照明装置的任何部分
✓长套管（5cm长）
✓白色PVC管（直径5cm）
✓变形金属块（10cm长）
✓可调活动扳手（20cm长）
✓耳状螺母、铁钉以及各种规格螺丝、螺帽5-10CM长。
✓飞机或汽车轮胎上的橡胶块、爆胎后的遗留物检测
✓飞机或汽车的燃料盖、零配件、散落的遗留物检测
✓液压管路（飞机或地面辅助设备，10-20cm长）
2.检测概率：＞0.95%；
3.虚警率：任何每30天一个周期内，每天平均不超过2个误警报；
4.可检测目标类型：金属、玻璃、塑料、鸟类、小动物等有机体；
5.响应时间（从检测到数据处理完成）：60秒/条跑道；
6.工作条件：昼夜、低照度、夜间无灯光、雾天与灰霾天气、台风、暴风、
雪天、下雨天（视雨水密度与能见度有所变化，因为雨水密度过大，会
产品棱射，对视频成像效果有较大影响）仍可正常完成检测，但实际检
测距离会比正常天气检测的减短。
7.接口：光纤以太网。
四、系统构成
1.前端设备：
高清长焦透雾激光夜视仪头、自动变焦热成像仪、塔架等
2.显控设备：
高清数字信号显示器、高清专用监控器或高清大屏LED、工业级电脑服
务器、PC机、工业级高清数字硬盘录相机、带轨迹球三维操作健盘等
3.异物检测系统软件
五、环境要求
1.工作温度：-38℃～+65℃；
2.工作湿度：5%～90%；
3.供电：220V/AC
1、美国联邦航空管理局（FAA）的跑道入侵缩减方案
The U.S. Federal Aviation Administration (FAA) Runway Incursion Reduction Program
麻省理工学院林肯实验室和阿科公司MIT Lincoln Laboratory and ARCON Corporation,
在达拉斯/沃斯堡国际机场（DFW的）和洛杉矶国际机场（LAX）和RELs 分别在圣地亚哥国际机场（SAN）的安装。