一、FOD——小異物，大麻煩
何謂FOD
FOD是Foreign Object Debris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)和案例都表明，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，而且占用了寶貴的跑道使用時(shí)間，這又是一筆經(jīng)濟(jì)損失。
二、FOD引發(fā)一場(chǎng)空難，FOD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）Foreign Object Debris radardetection system】，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)
英國(guó)Qinetiq公司研究開發(fā)的Tarsier1100(T1100)FOD探測(cè)系統(tǒng)，工作頻率為94.5GHz，雷達(dá)體制為連續(xù)波調(diào)頻（FMCW）。該系統(tǒng)具有雷達(dá)探測(cè)距離長(zhǎng)、波束窄和分辨率高的特點(diǎn)，能夠?qū)δ繕?biāo)位置準(zhǔn)確地定位。FMCW技術(shù)具有探測(cè)靈敏度高、成本低和峰值功率低等特點(diǎn)；其核心技術(shù)是“切割邊沿傳感技術(shù)”（cutting edge sensor）和實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。眼鏡猴可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)探測(cè)和識(shí)別，能及時(shí)、可靠地探測(cè)到跑道上最大雷達(dá)散射截面為0.01m2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、FODetect
FODetect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、iFerrer
iFerret智能視頻探測(cè)系統(tǒng)，通過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)和辨認(rèn)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)的精度能夠達(dá)到探測(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、FOD Finder
FOD Finder系統(tǒng)是由美國(guó)Trex Enterprises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達(dá)到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)的相機(jī)會(huì)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——The Federal Aviation Administration，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AC No: 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)的規(guī)范提供了依據(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）Stationary Radar. A radar detection system, able to detect a metallic cylindrical target measuring 1.2 in. (3.0 cm) high and 1.5 in. (3.8 cm) in diameter at ranges of up to 0.6 mile (1 km). Sensors are located 165 ft (50.0 m) or more from the runway center line. Generally, two or three sensors are required per runway, depending on airport requirements.
(b)Stationary Electro-Optical. An electro-optical detection system, able to detect a 0.80 in. (2.0 cm) object target at ranges of up to 985 ft (300. m) using only ambient lighting. Sensors are located 490 ft (150 m) or more from the runway center line. Generally, five to eight sensors are required per runway, depending on airport requirements.
(c)Stationary Hybrid. Uses both an electro-optical and radar sensor in a unit collocated with the runway edge lights. The system is able to detect a 0.8 in. (2 cm) target on the runway. Generally, sensors are located on every, or every other, edge light, depending on airport requirements.
(d)Mobile Radar. A radar detection system mounted on top of a vehicle that scans the surface in front of the vehicle when moving. The radar scans an area 600. ft by 600. ft (183 m by 183 m) to detect FOD items measuring 1.2 in (3.0 cm) high and 1.5 in (3.8 cm) in diameter. The system can operate at speeds of up to 30 mph (50 km/h), supplementing human/visual inspections.
對(duì)FOD檢測(cè)系統(tǒng)的性能要求：
Basic Functions. FOD detection equipment must perform the following functions:
（1）Provide surveillance in the AOA as specified by the airport.
（2）Detect and locate single and multiple FOD items on the AOA.
（3）Provide an alert to the user when FOD has been detected.
（4）Operate in conjunction with, and not interfere with, airport and aircraft communication, navigation, and surveillance systems.
（5）Operate in conjunction with, and without interference from, normal airport and aircraft operations (e.g., aircraft and vehicle movements).
（6）Provide a data record of detected FOD, allowing for equipment calibration and maintenance, and for analysis of the FOD event
（1）Object Detection. FOD detection systems must be able to detect the following objects (mobile systems must provide this performance at a minimum speed of 20 mph (30 km/h):
（a）An unpainted, metal cylinder, measuring 1.2 in (3.1 cm) high and 1.5 in (3.8 cm) in diameter,
（b）A white, grey, or black sphere, measuring 1.7 in (4.3 cm) in diameter (i.e., a standard size golf ball),
（c）90 percent of the following group of objects when placed within a 100 ft by 100 ft (30 m by 30 m) square in the desired coverage area. One item from each category must be included in the group and each item must measure no larger than 4 in (10 cm) in any dimension unless otherwise specified……
(d) Any two of the objects above, located no more than 10 ft (3 m) apart from each other, identified as separate objects.
（2）Location Accuracy. FOD detection systems must provide location information for a detected object that is within 16 ft (5.0 m) of the actual FOD object location. Note: This standard is based on the average accuracy of hand-held GPS devices, which most airport operators will use when retrieving detected FOD. Airport operators using non-visual detection systems, who require greater location accuracy, can procure optional components that enable the system to have visual detection capabilities.
（3）Inspection Frequency
（4）Detection Response Time.
（5）Surveillance Area.
（6）Performance in Weather.
（7）Alerts and Alarms.
FAA機(jī)場(chǎng)安全專家吉姆在【INTERNATIONAL AIRPORT REVIEW】 2008年2期
發(fā)表文章——【Foreign Object Debris (FOD) detection research】。該文章公布了FAA測(cè)試評(píng)估的一些細(xì)節(jié)，并報(bào)道了這項(xiàng)工作帶來(lái)的影響。文章指出：
對(duì)FOD 偵測(cè)系統(tǒng)的評(píng)估在國(guó)際上引起關(guān)注，許多國(guó)家也開始了自己的研究工作，許多研究?jī)?nèi)容與FAA 所進(jìn)行的研究工作非常類似。特別是歐洲空中交通管制組織，啟動(dòng)了一個(gè)類似的研究項(xiàng)目，其目的是制訂一套性能標(biāo)準(zhǔn)，法國(guó)也表示，他們也正在對(duì)FOD 探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。這些標(biāo)準(zhǔn)或評(píng)估結(jié)果在將來(lái)有可能會(huì)通過國(guó)際民航組織（ICAO）的認(rèn)可而成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
五、我國(guó)關(guān)于FOD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和民航機(jī)場(chǎng)的現(xiàn)狀
在我國(guó)尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于FOD監(jiān)測(cè)的雷達(dá)系統(tǒng)研制成功的報(bào)道，但有一些光學(xué)、視頻監(jiān)測(cè)的產(chǎn)品，如深圳億成安科技有限公司的【機(jī)場(chǎng)跑道數(shù)字化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)】，上海東信網(wǎng)絡(luò)通信有限公司的【飛機(jī)起降跟蹤和跑道搜索系統(tǒng)】。但是，也許是自身的性能差距，這些產(chǎn)品鮮有應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)一些大型民用機(jī)場(chǎng)如首都機(jī)場(chǎng)、武漢機(jī)場(chǎng)等已經(jīng)有購(gòu)買國(guó)外FOD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)向。國(guó)外FOD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的產(chǎn)品也有在我國(guó)建立生產(chǎn)基地的動(dòng)作。
國(guó)家民航總局機(jī)場(chǎng)司民航局安全技術(shù)中心在2009年編寫了【FOD防范手冊(cè)】，這也許是我國(guó)關(guān)于FOD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將要提到日程上的一個(gè)信號(hào)。
收集整理：劉光祜 2010.1.14