机场跑道FOD检测器的研究与实现

袁忠大，李 航，王博阳，李世杰，张 勇

（1.广州民航职业技术学院，广东 广州 510403；2.华南理工大学机械与汽车工程学院，广东 广州 510640）

2000年7月25日，一架法国航空公司的协和超音速客机发生重大空难。经过调查发现，在此空难客机起飞前，另一架客机也在此跑道起飞，此飞机掉落的零件割破了协和超音速客机的右轮，轮胎爆裂后的橡胶碎片击中油箱，从而导致巨大空难。事后三年协和号客机全部退役[1]。2007年，FOD致使某航空公司飞机轮胎爆裂，轮胎碎片对飞机液压系统及起落架等多处造成了严重损坏[2]。2011年，厦门航空飞机轮胎被FOD扎破，于是不得不紧急停飞更换轮胎[3]。

1 FOD检测器研究现状

目前国外已有国家采用纳米波雷达等手段对机场FOD进行检测，对于我国来说，引进国外检测装备费用高昂，动辄几百万上千万的引进费用，除此之外还要考虑后期的维护费用，对很多中小规模机场尤其通航机场是一笔不小的开支。目前我国各大机场并未采购国外的FOD检测装备。

我国尚无技术成熟的FOD检测系统，目前各大机场还是依靠人工检测的原始方式。由于人工检测存在着人为差错等重大安全隐患，在检测人员疲劳的情况下，会有不可预知的人为因素影响到检测效果。同样，天气和光线原因也会造成检测人员的错误检测，这些都给航空安全带来直接负面影响。为了将作业者从繁重、重复的生产中解放出来，故将自动导航控制系统装入机场跑道FOD检测器中，不仅有效提高FOD检测作业的精度，而且降低了检测过程中人力资源浪费等现象[4]。

综上，迫切需要研制一种机场跑道FOD检测器。在工作中，它不仅能够有效地检测出机场跑道中出现的细小FOD，同时还具有检测效率高、检测结果可靠及便于维护等优点。同时前期已进行必要的理论研究，并做了相关专利的申请工作，产品完成后可在此基础上将其推广到机场一线，直接应用于机场跑道FOD的定期重复性自动检测，具有很高的实用价值[5，6]。

2 机场跑道FOD检测器设计与开发

2.1 机场跑道FOD检测器进行设计与开发

对机场跑道FOD检测器进行设计与开发，包括激光发射装置、感应装置、传递装置、接收设备和车辆的综合一体化系统，以及自动导航控制系统。激光的发射、感应、传递和接收设备包括激光发射端电路系统和激光接收端电路系统。前者包括激光对射装置、4G信号发射系统和发射端信息处理系统；后者包括4G信号接收系统和接收端信息处理系统。

2.2 激光对射装置

将激光对射装置装配在一条固定的长杆两端并处于水平状态使激光光束能够紧贴地面进行扫描，当激光光束被FOD阻挡时会发出被阻挡信号并传递至信息处理系统，信息处理系统经过信息甄别并将报警结果发送到手持端的信号报警接收器上（两者采取无线连接）。信号报警接收器感应到信号开始通过扬声器发出警报进行报警。发射端、接收端模块示意图如图1、2 所示[7，8]。

图1 发射端模块示意图

图2 接收端模块示意图

2.3 检测器电路板制作

设计并制作检测器电路板，使之与激光灯协同运行以检测机场跑道FOD，电路设计图如图3所示。

2.4 FOD检测器样机

FOD检测器最终样机如图4所示。相对人工在机场跑道排查FOD的速度、耐力，此样机都有无法匹敌的优势。机器小车质量更稳定、速度更快，效率更高，对同样面积的跑道检测效率更高。

此样机在环境适应性方面的优势：目前国际民航跑道六种主要宽度类型为A(0-15m)B（15-24m）C（24-36）D（36-52）E（52-65）F（65-80），本检测小车面对不同的机场跑道宽度可以调节适合的探测宽距。

图3 FOD检测器电路板

图4 FOD检测器样机

此外，小车可采用复合材料制作从而可适应极端天气带来的恶劣工作环境。小车重要部件模块可用封严胶封严，保证探测器的内部不受外界环境影响，可以在恶劣的环境条件下进行探测并排除FOD，体现了其极强的环境适应性。

3 结论

本研究的特色与创新之处：

3.1 基于图像深度学习的FOD检测结果校验

此项研究以激光光束阻断为FOD检测依据，同时配合车辆搭载的图像采集系统，通过图像深度学习来对激光检测的FOD结果进行真伪判断，提高FOD检测可靠性与地勤维护效率。

3.2 机器视觉与GPS导航技术融合的自动导航控制系统

检测器搭载车辆的导航控制系统主要依据GPS系统提供的定位数据规划FOD系统行进路径。为了提高FOD检测系统的运行安全性，对车载图像采集系统获取的数据进行机器视觉处理，判断车辆行进路径的正确性，避免GPS信号失真导致的导航失准和运行故障。