一(yī / yì ／yí)、FOD——小異物，大(dà)麻煩
何謂FOD
FOD是(shì)Foreign Object Debris的(de)縮寫，泛指可能損傷航空器或系統的(de)某種外來(lái)的(de)物質，常稱爲(wéi / wèi)跑道(dào)異物。
FOD的(de)種類相當多，如飛機和(hé / huò)發動機連接件（螺帽、螺釘、墊圈、保險絲等）、機械工具、飛行物品（釘子(zǐ)、私人(rén)證件、鋼筆、鉛筆等）、野生動物、樹葉、石頭和(hé / huò)沙子(zǐ)、道(dào)面材料、木塊、塑料或聚乙烯材料、紙制品、運行區的(de)冰碴兒等等。
FOD危害非常嚴重
實驗和(hé / huò)案例都表明，機場道(dào)面上(shàng)的(de)外來(lái)物可以(yǐ)很容易被吸入發動機，導緻發動機失效。碎片也(yě)會堆積在(zài)機械裝置中，影響起落架、襟翼等設備的(de)正常運行。據保守估計，每年全球因FOD造成的(de)損失至少在(zài)30-40億美元，2007年5月至2008年5月，中國(guó)民航共發生4500多起FOD損傷輪胎的(de)事件。
外來(lái)物不(bù)僅會造成巨大(dà)的(de)直接損失，還會造成航班延誤、中斷起飛、關閉跑道(dào)等間接損失，間接損失至少爲(wéi / wèi)直接損失的(de)4倍。
目前，全球絕大(dà)多數的(de)機場的(de)FOD監測仍然是(shì)靠人(rén)工完成的(de)，這(zhè)種方法不(bù)但可靠性差、效率低，而(ér)且占用了(le／liǎo)寶貴的(de)跑道(dào)使用時(shí)間，這(zhè)又是(shì)一(yī / yì ／yí)筆經濟損失。
二、FOD引發一(yī / yì ／yí)場空難，FOD檢測系統的(de)研發從此開始
2000年7月25日法航協和(hé / huò)飛機因FOD失事，造成機上(shàng)109人(rén)，地(dì / de)面4人(rén)，共113人(rén)遇難。
事件回放：協和(hé / huò)飛機的(de)上(shàng)一(yī / yì ／yí)個(gè)航班是(shì)美國(guó)大(dà)陸航空公司DC10飛機，該飛機在(zài)跑道(dào)上(shàng)掉下來(lái)一(yī / yì ／yí)塊43cm金屬片，它紮破了(le／liǎo)随後起飛的(de)協和(hé / huò)飛機輪胎，輪胎爆破産生的(de)碎片擊中了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)個(gè)或多個(gè)油箱，飛機左機翼起火并很快墜毀，這(zhè)個(gè)過程不(bù)到(dào)1分30秒。此次事件的(de)後果造成協和(hé / huò)飛機在(zài)2003年10月24日全部退役。
這(zhè)場因FOD引發的(de)空難将FOD自動監測系統的(de)研究提上(shàng)了(le／liǎo)日程。
英國(guó)QinetiQ公司最先研發出(chū)【Tarsier（眼鏡猴）Foreign Object Debris radardetection system】，眼鏡猴系統先在(zài)英國(guó)及美國(guó)德州空軍基地(dì / de)使用。2006年12月6日，溫哥華機場宣布啓用了(le／liǎo)這(zhè)套跑道(dào)異物雷達偵測系統。成爲(wéi / wèi)全世界第一(yī / yì ／yí)個(gè)采用FOD檢測系統的(de)民航機場。溫哥華機場裝備後的(de)3年裏，倫敦希斯洛國(guó)際機場、美國(guó)甘迺迪機場、阿拉伯聯合大(dà)公國(guó)杜拜機場、德國(guó)法蘭克福、法國(guó)巴黎機場、多哈國(guó)際機場都陸續安裝了(le／liǎo)這(zhè)套系統。
三、全球最具代表性的(de)四個(gè)FOD監測系統
1、Tarsier(眼鏡猴)
英國(guó)Qinetiq公司研究開發的(de)Tarsier1100(T1100)FOD探測系統，工作頻率爲(wéi / wèi)94.5GHz，雷達體制爲(wéi / wèi)連續波調頻（FMCW）。該系統具有雷達探測距離長、波束窄和(hé / huò)分辨率高的(de)特點，能夠對目标位置準确地(dì / de)定位。FMCW技術具有探測靈敏度高、成本低和(hé / huò)峰值功率低等特點；其核心技術是(shì)“切割邊沿傳感技術”（cutting edge sensor）和(hé / huò)實時(shí)數字信号處理技術。眼鏡猴可對目标進行實時(shí)自動探測和(hé / huò)識别，能及時(shí)、可靠地(dì / de)探測到(dào)跑道(dào)上(shàng)最大(dà)雷達散射截面爲(wéi / wèi)0.01m2雜物并予以(yǐ)定位。
Qinetiq公司在(zài)Tarsier1100之(zhī)後還對系統進行了(le／liǎo)升級，研發了(le／liǎo)安裝有視頻監控設備的(de)新系統。新系統于(yú)2007年1月在(zài)溫哥華使用，在(zài)溫哥華機場安裝了(le／liǎo)4部雷達，可以(yǐ)探測南北跑道(dào)；2008年新系統在(zài)英國(guó)希斯羅南跑道(dào)使用，使用效果良好，兩部雷達可以(yǐ)全天候掃描3658米長的(de)跑道(dào)。視頻設備的(de)安裝使監控人(rén)員可以(yǐ)通過觀察判斷探測結果是(shì)否屬實，大(dà)大(dà)提高了(le／liǎo)探測準确率。
2、FODetect
FODetect系統由以(yǐ)色列的(de)Xsight公司開發，系統由77GHz毫米波雷達和(hé / huò)攝像設備所組成，多個(gè)道(dào)面監測單元（SDU）分别安裝在(zài)不(bù)同位置的(de)跑道(dào)邊燈上(shàng)，每個(gè)SDU都對跑道(dào)中線附近的(de)區域進行掃描，發現FOD後，可以(yǐ)立即向機場管理人(rén)員發出(chū)報警信息，告知FOD的(de)準确位置以(yǐ)及發現時(shí)間。而(ér)後，設備會拉近鏡頭，提供FOD的(de)視頻圖像，發現FOD之(zhī)後，傳感器會鎖定FOD的(de)位置，以(yǐ)幫助機場管理人(rén)員将FOD取走，在(zài)夜間，還可使用激光指示器協助将FOD取走。
FODetect的(de)設計在(zài)一(yī / yì ／yí)定程度上(shàng)減少了(le／liǎo)投資（相對與Tarsier系統而(ér)言），此系統可在(zài)30秒内完成對整條跑道(dào)的(de)掃描，采用視頻識别系統可以(yǐ)在(zài)毫米波雷達探測到(dào)FOD後，對探測結果進行視頻确認，從而(ér)使虛警率大(dà)大(dà)降低。
3、iFerrer
iFerret智能視頻探測系統，通過在(zài)跑道(dào)上(shàng)每隔一(yī / yì ／yí)定間距裝置先進的(de)高分辨率功能的(de)攝像機，自動探測和(hé / huò)辨認跑道(dào)上(shàng)的(de)障礙物，複雜的(de)圖像處理軟件可以(yǐ)針對變化的(de)照明和(hé / huò)路面條件作出(chū)适當的(de)調整。發現FOD後，系統能夠放大(dà)物體的(de)圖像，給用戶提供碎片的(de)實時(shí)圖像，讓用戶看到(dào)發現的(de)物品。
iFerret系統能夠提供精确的(de)位置、報警的(de)時(shí)間、FOD的(de)圖像和(hé / huò)系統發現後的(de)持續報警記錄。該系統的(de)精度能夠達到(dào)探測大(dà)小爲(wéi / wèi)1cm的(de)物體。
iFerret現應用于(yú)新加坡的(de)樟宜國(guó)際機場，并在(zài)Chicago的(de)奧黑爾國(guó)際機場由FAA技術人(rén)員對系統進行測試。在(zài)對跑道(dào)雜物探測中，發現攝像機和(hé / huò)視頻系統受亮度和(hé / huò)天氣的(de)影響，在(zài)能見度低的(de)情況下具有很多局限性，性能受到(dào)黑夜和(hé / huò)陰雨天氣環境的(de)影響和(hé / huò)制約。
4、FOD Finder
FOD Finder系統是(shì)由美國(guó)Trex Enterprises公司開發的(de)一(yī / yì ／yí)套移動監控系統，可以(yǐ)安裝在(zài)車輛的(de)車頂。
系統由監控系統與後台軟件處理系統組成，監控系統使用的(de)是(shì)78-81GHz毫米波雷達、高精度的(de)GPS定位系統和(hé / huò)攝像系統，雷達掃描速度爲(wéi / wèi)30次/分鍾，探測半徑爲(wéi / wèi)200米，裝在(zài)車頂的(de)一(yī / yì ／yí)個(gè)雷達罩中；攝像系統也(yě)裝于(yú)車頂，用于(yú)跟蹤所發現的(de)FOD；GPS定位裝置用于(yú)鎖定探測區域和(hé / huò)标示FOD的(de)地(dì / de)理位置，除此之(zhī)外，此高精度的(de)GPS定位裝置還可以(yǐ)應用差分技術校準場内的(de)其它GPS設備。
這(zhè)套系統的(de)獨特之(zhī)處在(zài)于(yú)它是(shì)可移動的(de)，探測時(shí)車輛的(de)最大(dà)行駛速度可以(yǐ)達到(dào)64Km/小時(shí)，其不(bù)僅可以(yǐ)偵測跑道(dào)上(shàng)的(de)FOD，還可以(yǐ)偵測滑行道(dào)、停機坪等區域的(de)FOD。車輛向前移動時(shí)，系統掃描車輛前部的(de)區域，并向機場控制人(rén)員提供雷達和(hé / huò)視頻信号。
車輛上(shàng)裝有軟件處理系統（AirBoss處理系統），由觸摸式電腦、照相機、條碼機組成，機場控制人(rén)員可以(yǐ)根據系統指示方位拾取FOD。一(yī / yì ／yí)旦FOD被取出(chū)，裝于(yú)車内的(de)相機會給碎片照相備案，機場控制人(rén)員還會給FOD貼上(shàng)條形碼以(yǐ)作記錄，同時(shí)記錄信息将通過互聯網存儲在(zài)系統數據庫中。
四、FAA關于(yú) FOD監測系統的(de)咨詢通告
FAA——The Federal Aviation Administration，即美國(guó)聯邦航空局。
FAA于(yú)2007年初開始啓動機場FOD探測系統的(de)評估工作，将第三節提及的(de)四個(gè)FOD監測系統作爲(wéi / wèi)被評估産品，在(zài)美國(guó)選取了(le／liǎo)幾個(gè)機場，開始做測試工作。
嚴格的(de)測試工作曆時(shí)兩年多，2009年9月30日，我們終于(yú)等來(lái)了(le／liǎo)FAA正式發布的(de)關于(yú)FOD應用的(de)AC No: 150/5220-24，即150/5220-24号咨詢通告。該咨詢通告第一(yī / yì ／yí)次對FOD監測系統的(de)規範提供了(le／liǎo)依據。下面是(shì)咨詢通告的(de)一(yī / yì ／yí)些節選：
對FOD監測系統的(de)分類及指标要(yào / yāo)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FOD檢測系統的(de)性能要(yào / yāo)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機場安全專家吉姆在(zài)【INTERNATIONAL AIRPORT REVIEW】 2008年2期
發表文章——【Foreign Object Debris (FOD) detection research】。該文章公布了(le／liǎo)FAA測試評估的(de)一(yī / yì ／yí)些細節，并報道(dào)了(le／liǎo)這(zhè)項工作帶來(lái)的(de)影響。文章指出(chū)：
對FOD 偵測系統的(de)評估在(zài)國(guó)際上(shàng)引起關注，許多國(guó)家也(yě)開始了(le／liǎo)自己的(de)研究工作，許多研究内容與FAA 所進行的(de)研究工作非常類似。特别是(shì)歐洲空中交通管制組織，啓動了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)個(gè)類似的(de)研究項目，其目的(de)是(shì)制訂一(yī / yì ／yí)套性能标準，法國(guó)也(yě)表示，他(tā)們也(yě)正在(zài)對FOD 探測系統進行評估。這(zhè)些标準或評估結果在(zài)将來(lái)有可能會通過國(guó)際民航組織（ICAO）的(de)認可而(ér)成爲(wéi / wèi)國(guó)際标準。
五、我國(guó)關于(yú)FOD監測系統和(hé / huò)民航機場的(de)現狀
在(zài)我國(guó)尚未發現關于(yú)FOD監測的(de)雷達系統研制成功的(de)報道(dào)，但有一(yī / yì ／yí)些光學、視頻監測的(de)産品，如深圳億成安科技有限公司的(de)【機場跑道(dào)數字化監控預警系統】，上(shàng)海東信網絡通信有限公司的(de)【飛機起降跟蹤和(hé / huò)跑道(dào)搜索系統】。但是(shì)，也(yě)許是(shì)自身的(de)性能差距，這(zhè)些産品鮮有應用。
國(guó)内一(yī / yì ／yí)些大(dà)型民用機場如首都機場、武漢機場等已經有購買國(guó)外FOD監測系統的(de)動向。國(guó)外FOD監測系統的(de)産品也(yě)有在(zài)我國(guó)建立生産基地(dì / de)的(de)動作。
國(guó)家民航總局機場司民航局安全技術中心在(zài)2009年編寫了(le／liǎo)【FOD防範手冊】，這(zhè)也(yě)許是(shì)我國(guó)關于(yú)FOD監測系統将要(yào / yāo)提到(dào)日程上(shàng)的(de)一(yī / yì ／yí)個(gè)信号。
收集整理：劉光祜 2010.1.14