機場跑道FOD檢測器的研究與實現

袁忠大，李 航，王博陽，李世杰，張 勇

（1.廣州民航職業技術學院，廣東 廣州 510403；2.華南理工大學機械與汽車工程學院，廣東 廣州 510640）

2000年7月25日，一架法國航空公司的協和超音速客機發生重大空難。經過調查發現，在此空難客機起飛前，另一架客機也在此跑道起飛，此飛機掉落的零件割破了協和超音速客機的右輪，輪胎爆裂后的橡膠碎片擊中油箱，從而導致巨大空難。事后三年協和號客機全部退役[1]。2007年，FOD致使某航空公司飛機輪胎爆裂，輪胎碎片對飛機液壓系統及起落架等多處造成了嚴重損壞[2]。2011年，廈門航空飛機輪胎被FOD扎破，于是不得不緊急停飛更換輪胎[3]。

1 FOD檢測器研究現狀

目前國外已有國家采用納米波雷達等手段對機場FOD進行檢測，對于我國來說，引進國外檢測裝備費用高昂，動輒幾百萬上千萬的引進費用，除此之外還要考慮后期的維護費用，對很多中小規模機場尤其通航機場是一筆不小的開支。目前我國各大機場并未采購國外的FOD檢測裝備。

我國尚無技術成熟的FOD檢測系統，目前各大機場還是依靠人工檢測的原始方式。由于人工檢測存在著人為差錯等重大安全隱患，在檢測人員疲勞的情況下，會有不可預知的人為因素影響到檢測效果。同樣，天氣和光線原因也會造成檢測人員的錯誤檢測，這些都給航空安全帶來直接負面影響。為了將作業者從繁重、重復的生產中解放出來，故將自動導航控制系統裝入機場跑道FOD檢測器中，不僅有效提高FOD檢測作業的精度，而且降低了檢測過程中人力資源浪費等現象[4]。

綜上，迫切需要研制一種機場跑道FOD檢測器。在工作中，它不僅能夠有效地檢測出機場跑道中出現的細小FOD，同時還具有檢測效率高、檢測結果可靠及便于維護等優點。同時前期已進行必要的理論研究，并做了相關專利的申請工作，產品完成后可在此基礎上將其推廣到機場一線，直接應用于機場跑道FOD的定期重復性自動檢測，具有很高的實用價值[5，6]。

2 機場跑道FOD檢測器設計與開發

2.1 機場跑道FOD檢測器進行設計與開發

對機場跑道FOD檢測器進行設計與開發，包括激光發射裝置、感應裝置、傳遞裝置、接收設備和車輛的綜合一體化系統，以及自動導航控制系統。激光的發射、感應、傳遞和接收設備包括激光發射端電路系統和激光接收端電路系統。前者包括激光對射裝置、4G信號發射系統和發射端信息處理系統；后者包括4G信號接收系統和接收端信息處理系統。

2.2 激光對射裝置

將激光對射裝置裝配在一條固定的長桿兩端并處于水平狀態使激光光束能夠緊貼地面進行掃描，當激光光束被FOD阻擋時會發出被阻擋信號并傳遞至信息處理系統，信息處理系統經過信息甄別并將報警結果發送到手持端的信號報警接收器上（兩者采取無線連接）。信號報警接收器感應到信號開始通過揚聲器發出警報進行報警。發射端、接收端模塊示意圖如圖1、2 所示[7，8]。

圖1 發射端模塊示意圖

圖2 接收端模塊示意圖

2.3 檢測器電路板制作

設計并制作檢測器電路板，使之與激光燈協同運行以檢測機場跑道FOD，電路設計圖如圖3所示。

2.4 FOD檢測器樣機

FOD檢測器最終樣機如圖4所示。相對人工在機場跑道排查FOD的速度、耐力，此樣機都有無法匹敵的優勢。機器小車質量更穩定、速度更快，效率更高，對同樣面積的跑道檢測效率更高。

此樣機在環境適應性方面的優勢：目前國際民航跑道六種主要寬度類型為A(0-15m)B（15-24m）C（24-36）D（36-52）E（52-65）F（65-80），本檢測小車面對不同的機場跑道寬度可以調節適合的探測寬距。

圖3 FOD檢測器電路板

圖4 FOD檢測器樣機

此外，小車可采用復合材料制作從而可適應極端天氣帶來的惡劣工作環境。小車重要部件模塊可用封嚴膠封嚴，保證探測器的內部不受外界環境影響，可以在惡劣的環境條件下進行探測并排除FOD，體現了其極強的環境適應性。

3 結論

本研究的特色與創新之處：

3.1 基于圖像深度學習的FOD檢測結果校驗

此項研究以激光光束阻斷為FOD檢測依據，同時配合車輛搭載的圖像采集系統，通過圖像深度學習來對激光檢測的FOD結果進行真偽判斷，提高FOD檢測可靠性與地勤維護效率。

3.2 機器視覺與GPS導航技術融合的自動導航控制系統

檢測器搭載車輛的導航控制系統主要依據GPS系統提供的定位數據規劃FOD系統行進路徑。為了提高FOD檢測系統的運行安全性，對車載圖像采集系統獲取的數據進行機器視覺處理，判斷車輛行進路徑的正確性，避免GPS信號失真導致的導航失準和運行故障。