Raida-Air机场跑道异物（FOD）监测系统技术方案一、背景FOD是Foreign Objec t 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 iFerre t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:系统检测原理能力人工/目视是FOD探测系统性能的基准，人工 观察提供FOD检测，且人工判断提 供了危害的评估能力，以保证安全支持定期、周期性和专项检查雷达使用无线电传输数据作为探测跑道 和其他机场运行区FOD的主要手段固定系统支持连续 监视移动系统补 充人工/目视检查光电利用视频技术和图像处理作为探测FOD的主要手段支持连续监视混合联合利用雷达和光电数据作为探测FOD的主要手段支持连续监视综合来看，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。
基于雷达技术的系统对颜色没有反应，而基于视频图像 识别技术的系统能对颜色和光照对比度产生反应2008年，FAA的研究人员对以上4个系统分别在4个机场进行了性 能测试，对每种技术的探测能力进行了评估上述4种探测系统为机 场提供了一个很宽的性能和价格选择范围，FAA不限制机场应用何种 FOD探测技术，机场可以根据飞机的数量及种类、监控区域的数量种 类及位置、探测的精度、机场的气候条件等因素来综合确定FOD探测 系统的具体性能指标在我国尚未有关于FOD监测的雷达或视频系统研制成功或投入试 用的报道国内一些大型民用机场如首都机场、武汉机场等已经有 购买国夕卜FOD监测系统的动向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》，这也许是我国关于FOD监测 系统将要提到日程上的一个信号三、Raida—Air的二种技术方案1、技术方案：方案A：固定摄像机实时视频监控为主+雷达探测为辅各监控摄像机固定安装，摄像机不带云台，不能调整位置，全 部摄像机安装在跑道一侧由于摄像机不能转动，故摄像机的安装 密度较高，安装间距较短，做到无盲区实时布控在机场天气状况良好的条件下，固定摄像机承担实时监控整条 跑道区域的任务，可在几〜几十秒时间内探测到FOD异物并发出报警 指示；雷达探测为辅，探测到异物后用视频进行确认。
在夜晚、下 雨、下雪等较差的天气或照明条件下，视频监控系统的效果可能会 明显下降，此时使用毫米波雷达（2〜4台，探测距离为1000m）辅助 探测跑道上的异物，探测到异物后调用最近的摄像机拍摄视频画面 进行确认按照3600m长、60m宽的机场跑道来测算，为实现无盲点实时监 控，整条跑道一侧需要安装24个1080P的高清监控摄像机，安装位置 为距离跑道近侧165m （离中心线195m），每个摄像机的最大监控的 跑道远侧长度为228m （相当于中心线长度约200m），放大10倍后可 分辨出2cm大小的异物方案B：雷达探测为主+云台摄像机视频监控为辅机场跑道异物（FOD）监测系统模拟规划钗畫定疫住號至專衣:-去戸下；f= «= £*9?XJt垂狡K空丘茨上.反療文更）»：段敦玄氏立支l：h：至號毛支垂京KNCMOSEM上 .反家衣支）壬妊：曦定丈至）tl 壬年£毛丈ccdF*S4X 寸；'tiuxS4 *1/3F 4.S1/2 rt-«jx-F=f-A,16.3>6.4< 22S K2&tW.空左0刘1刃卷令..J!ii［佚 叟之3SOOX.支支牙90*.衣只 6 3*电矢孙电戏備楚.通=：・$〉 玄昨23T.算三侯矢篷建飞匕'吁JE 虫衣広运彩？7曼鱼W匕車寒二为223 米.比例尺1: 1000[J] *gtr 占色Srtv4.3S. 69.6高清云台彩色摄像机（F0D）监测系统在跑道两端以及中部共安装2〜4部毫米波雷达，每部雷达的探 测距离约为1000m,实现对整条跑道实时连续扫描的任务（特别是对 金属FOD的探测效果很好），对整条跑道的探测响应时间依据雷达对 道面的扫描时间而定，但无法做到视频监控的实时性。
在发现有FOD 异物后，在跑道一侧安装的云台监控摄像机转动到该异物区域，并 拉近异物图像（光学放大），从而方便管制员进行确认在雷达未 发现FOD的时期，云台监控摄像机可按照预设的扫描计划调整云台的 位置以及光学焦段，连续摄取跑道的各个角度的视频画面，作为异 物监测和跑道入侵监控的手段对于3600m的机场跑道，需要安装7个云台高清监控摄像机，安 装间隔为600m，云台的水平转动角度为180度，单个摄像机在多个角 度下可探测约600m长的跑道范围，可识别的目标物体最小约为3cm 说明：1、毫米波雷达需另购2、建议选用方案A2、Raida—Air视频探测部分的组成:(1) ND200-Air高清网络监控摄像机：a) 1920x1080P@60Hz；b) H.264 High Profile@Level 4.2, 4Mbps网络码流；c) 10倍光学变焦，可对目标物体进行放大、确认；d) 支持日/夜切换,日间采用可见光监控,夜间采用主动近红外 视频成像说明：云台摄像机(ND201)在固定摄像机(ND200)的基础上带 有云台并可通过指令运程控制云台的方位2) NMS200高清视频服务器及其客户端：a) 每台视频服务器支持六路全高清监控视频流的实时存储、解码 和监视, 30天循环记录；b) 支持通过用户端的远程登陆,检索、查看实时或回放的单路解 码后的1080P@60Hz视频图像；c) 支持用户管理、权限管理和安全审查、数据加密；d) 支持对摄像机的远程管理和控制。
3) 机场跑道异物(FOD)和跑道入侵智能视频监控软件：a) 具备对跑道上各种常见异物 (例如飞机脱落的部件、脱落的跑 道灯光装置、建筑材料、石头) 进行自动探测、分类、记录及 确位的功能；b) 最小可探测到2cm的异物，并可准确指出异物的位置(定位偏差〈3m)；c) 具备图像放大认证功能，附文字及图像的FOD实时警报，协助空中交通控制及陆地操作控制中心做出正确的决定；d) 可针对机场环境的变化例如雷电、雨水、光线及霜雪进行一定的自动调适，能24X7全天候地给监控员一个实时、全面的机 场跑道视频监控信息；e) 在一个统一的机场跑道2D (或3D)地理模型上，显示并跟踪防 区内和防区外的所有目标物(包括跑道入侵物)，随时掌控整 个现场环境发生的情况；f) 实时检测、跟踪和对入侵的目标物进行分类，自动识别的入侵 目标物种类包括行人、车辆、飞机、飞鸟；g) 当未经授权的活动/入侵发生时，系统自动触发警报，通过语 音和视频提醒安保人员，并准确指出入侵物在现场的具体位 置，帮助快速部署警卫，防止事件的升级；h) 系统可有效屏蔽周围环境对真实目标物的影响，包括树木、草 地、水域、阴影、垃圾以及阳光等。
3、Raida—Air的主要技术特点：(1) 1920X1080P全高清监控系统对目标/区域的监控更清晰准确， 分辨率更高，视频图像在细节方面能与现场场景能保持最大的相似 性2) 单个全高清监控摄像机的监控范围更大、更远，使用较少的摄 像头就可做到对区域的无盲点布控，这样可简化整个监控系统的设 计、部署、维护和日常管理的成本，降低总体拥有成本3) 只有1080P的全高清图像，才能扩展对跑道异物进行智能识别的应用，这可大大提高自动化的监控水平和效率4) 只有图像帧率达到60Hz，才能最大限度地还原机场环境中的飞 鸟、飞机、车辆等快速运动的特定目标，这样才便于开展细节监 控、智能监控以及进行事件的调查取证四、Raida-Air FOD监测系统的主要技术规格参 考 FAA AC NO: 150/5220-24 《 Airport Foreign Object Debris (FOD) Detection Equipment 》的建议，拟订了 Raida-Air 机场跑道异物(FOD)监测系统的主要技术规格，分述如下：1、 基本功能：(1) 监控机场跑道区域或机场确定的其他运行区域；(2) 探测和定位机场跑道区域中单个或多个FOD；(3) 探测出 FOD 后能为用户提供警报；(4) 与机场和飞机通信、空管和监控系统能协同工作，且不会产生 干扰；(5) 与正常的机场和飞机运行互不干扰；(6) 给出探测到 FOD 的数据记录，以方便系统的校准和维护，以及 FOD 事件的分析。
2、 探测性能：(1) 目标探测能力：a) 未上漆的金属圆柱体，高为3.1cm、直径为3.8cm；b) 白色、灰色或黑色的球体，直径为4.3cm (相当于标准高尔 夫球)；c） 90％下列的放置在一个 30x30m 预期覆盖区内的目标对象 组，每个类别中的一个物体都必须包含在目标组内，且每 个物体的大小都必须不大于10cm （在任何方向），除非另 有规定：- 沥青或混凝土；- 跑道灯具的任何部分（在跑道灯或道肩灯）；-可调月牙扳手（可达20cm长）；- 插座（至少 5cm 长）；- 从飞机轮胎掉落的橡胶片；- 扭曲的金属带（可达 20cm 长）；- 燃料箱帽（飞机或汽车）；- 凸耳螺母；-液压线（飞机或GSE，可达20cm长）；-白色PVC管（5cm直径）d） 上述任何二个物体，相互间距离在 3m 之内，能被分别鉴别 开来2） 定位精度：提供FOD的定位信息，准确度〈5m3） 检测频率：在机场开放期间连续监测跑道表面4） 探测响应时间：在二次飞机运行之间能完成跑道探测，且最长 探测时间应在 FOD 出现后 4min 内5） 监控区域：跑道或其他飞机运行区域，并可设定。