中国飞行试验研究院 陕西西安 710089
摘要：机场跑道异物 FOD快速精确的检测与告警已经成为保障飞机飞行安全急需解决的重大问题，一个有效的智能机场跑道安全检测系统是机场飞行安全保障体系应有的组成部分。根据机场跑道外国的监控系统应用需求，提出了主系统是信息管理系统的主要功能需求，系统通过系统校准和用户体验，验证系统功能，对机场跑道进行监控外国信息管理提供了一个有效手段，也为后续跑道异物监测信息，为管理标准的建立提供参考。
关键词：机场跑道；跑道异物；数据库；软件设计
1异物监测测基本类型与监测原理
1.1基本类型
跑道安全监测可分为手动和自动两种。相对于手动模式和自动模式不再依赖于人工轨迹检查，人眼识别，而是通过固定或移动安装探测器自动扫描跟踪，通过对数据处理的分析，检测出先进的监测系统以获得跑道异物。自动化方法分为雷达、照相机和混合三种。
1.2监测原理
混合监测结合了雷达类型和摄像类型的技术特点，是目前主流的技术方向。跑道外体监测系统的工作原理是雷达和摄像设备作为跑道安全监测系统的重要检测单元，整个轨道以固定或移动方式监测。
雷达通过无线电波接收到机场跑道图像的回波信号，采用目标检测算法对实时快速处理图像进行图像处理，判断异物和异物的位置是否相关信息，通过光纤和其他网络媒体传播信息到中央处理单元、中央处理单元设定的自动调用摄像头设备按照规定对可见光视频拍摄、异物和捕获感兴趣的清晰图像，然后中央处理单元异物图像，从而确定判别威胁等级，并执行相应的决定根据规则的要求，为了减少误报和误操作，操作人员还应进行视频和图像的手动识别和确认。当外国机构需要清理时，中央处理部门会将外国机构的位置信息发送给检查人员，以回收国外的物质。
2系统设计与研究
2.1系统基本功能
根据联邦航空管理局2009年通告所提供的参考资料，应提供FOD系统的基本功能要求：
（1）在各种环境条件下，监测24小时跑道；
（2）同时检测和识别多个FOD目标，并给出不同级别的预警信号；
（3）建立FOD数据库，记录详细的FOD信息，用于以后的调查和分析。
相应的系统基本性能指标
（1）1．2km外能探测到直径3cm的未经涂色的球体；
（2）两个FOD可以区别于三米以外。在4min内完成FOD的识别和报警。
2.2总体方案
机场跑道异物检测系统方案：通过毫米波雷达实时扫描跟踪检测FOD的时候，光学相机FOD的目标，利用计算机数据处理终端毫米波雷达信息，综合治疗，可见光，红外图像信息通过机场现有网络FOD的威胁警报和识别结果和其他信息通知监控中心车站和清理，完成后再处理FOD目标信息数据库记录。毫米波雷达作为现代雷达技术发展的重要组成部分，能够准确地探测出跑道表面的异物。为了快速提取FOD目标的各种特征，判断机场跑道的威胁等级，及时报警，并通过可视摄像系统对FOD目标进行分析。红外热成像摄像机系统用于检测和识别出跑道目标物体的目标。该系统由三个工作平台组成：监控塔、监控中心、FOD清扫工作站。三个工作平台通过现有的机场网络交换和交流数据。
系统的物理分配方案如图1所示，其中包括监控塔、监控中心和FOD清扫工作站3个主要工作平台。表2显示了对应于三个系统的机场设施，以及各机场设施内的硬件设施。
检测系统的主要工作程序如下：
第1步：系统启动，人员到位，硬件系统启动，软件系统自检。
第2步：监视塔毫米波雷达开始扫描机场跑道。
第3步：当雷达探测到异物时，激活实时报警，将FOD目标距离发送到光学相机。光学相机对FOD进行了拍照，并根据光学图像识别出FOD目标，并给出了威胁等级。
第4步：控制塔将FOD完成识别数据传输到监控中心，监控中心做出决定是否需要清理，如果光学照相机未能完成FOD识别中，监控中心可以手动操纵雷达和光学相机人工FOD目标验证和验证。
第5步：在接收到监控中心的FOD指令后，清洗站将会发送人员回收FOD，并将清洗信息和FOD现场数据上传到监控中心，监控中心整理数据并保存数据。
根据智能机场异物探测系统的设备和设备表，设计了该系统的网络拓扑结构。
该网络传输介质是以机场监控塔与塔台控制中心之间的距离为基础，使用光纤或其他传输介质。数据处理终端处理雷达、可见光、红外图像和视频信息，将FOD自动识别结果集成到FOD数据处理中心。FOD数据信息及时，根据数据处理中心和二次数据处理和存储，系统服务器同时提供传感器的控制功能，方便的机场监控人员控制每个传感器或监控工作状态。数据备份服务器实时存储当前机场的FOD信息，监控中心将FOD信息发送给跑道清理人员，引导清理人员快速清理FOD。
3跑道异物检测系统主要技术难点
3.1毫米波雷达对地微小目标探测技术
毫米波雷达波束窄，波长短，高空间分辨率（角和距离），抗干扰能力强和良好的检测性能的低仰角，与此同时，体积小，重量轻，小受外部条件的影响，因此，对跑道异物检测，目前的主流技术是利用毫米波雷达。在雷达接收信号中，雷达接收信号包括：目标回波信号、地面和设备、固定建筑物、植物等，干扰信号的回波信号，通常干扰信号比目标反射功率的信号回波信号更强，甚至完全覆盖目标信号。
3.2复杂背景下不确定目标的图像识别技术
由于跑道在不断变化的外部条件下，在异物类型不确定性的轨迹上，如何在不断变化的背景探测和识别不确定的异物目标的条件下使用图像处理技术和有效的解决方案是技术研究的重点和难点。外部照明和视频设备缺陷图像质量高低不平，复杂背景图像的复杂性、异物类型、气候等复杂环境因素造成的图像背景和异物图像特征的目标千差万别，对于某些特定情况下的背景和异物目标，对于熟悉的条件，可以开发出具有良好的识别效果的算法，但如果约束条件发生变化，会导致需求调整算法参数，特别是当主图像特征发生变化时，算法就失效了。如何研究普遍性和适应多样性背景和目标条件是技术研究的难点。
3.3性能验证与评估技术
检出率、检漏率和误码率是评价检测算法常用的三个指标。它们是相互关联的，但它们是相互制约的。检测率高，检测率低，检测率低。同样，低检出率可以导致漏电率高，但可以降低漏检率。发现保证三个指标可以达到平衡，或寻找新技术，使检出率提高失误率和错误率同时下降，需要
统一权威的性能验证和评价技术作为支撑。还很难建立大量的测试样本库和测试标准流程，这些过程完全覆盖了典型的测试条件。
4结语
目前机场跑道异物检测系统正向两个方向发展，一方面，是以毫米波雷达系统或光学摄像机系统为基础的 FOD 单一传感器目标检测与识别，目前国外已开始了对典型 FOD 目标毫米波雷达一位距离像以及 SAR 图像的特性研究，同时星光级的光学摄像设备用于 FOD 探测系统，复杂背景下弱小目标的识别算法也在不断改进，精度也在不断提高。
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[3] 李煜.机场跑道异物检测识别算法与系统设计研究[D].上海：上海交通大学，2012.
论文作者:王宁,刘海超,赵渊昉
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/2/28
标签：异物论文; 跑道论文; 目标论文; 机场论文; 毫米波论文; 系统论文; 图像论文; 《基层建设》2017年第33期论文;