一種混合體制機場跑道異物探測系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于圖像識別領域中的物體探測和識別技術領域，涉及用于機場跑道異物的監測系統，具體地涉及混合體制機場跑道異物探測系統。
【背景技術】
[0002]機場跑道異物(F0D)是指在飛行區內，任何可能危及航空器地面運行安全的物體，如石塊、金屬器件、膠帶、塑料制品、報紙、小動物等。機場跑道F0D不僅會誘發飛機起飛和降落階段的空難和飛行器破損，導致人員傷亡等直接損失；還會造成航班延誤、中斷起飛、關閉跑道等引發的間接經濟損失和負面影響。據統計，間接損失至少為直接損失的4倍。為保證機場跑道飛行器的安全起降，減少損失，機場一般都會由巡查人員定期開展道面異物的人工巡查工作。目前跑道異物防范工作主要依靠巡查人員按規定對道面進行的多次例行檢查。因在人工巡查時需關閉跑道，這使得航班通行能力大大降低。在我國民航機場航班起降架次逐年攀升的情況下，通過高度自動化的技術監測手段，以輔助或替代人工巡檢的方式，提高機場跑道異物的排查效率。縮短跑道占用時間，對提升機場跑道運行效率具有重要的實際意義。
[0003]1、自動化F0D探測系統現狀
[0004]基于機場對F0D自動化探測技術的迫切需求，業界采用不同技術手段監控跑道道面F0D。研制的F0D自動探測系統可實時不間斷工作，以輔助或替代人工巡檢的非接觸式監測方式，提高機場跑道異物的排查效率。縮短跑道占用時間，對提升機場跑道運行效率和安全水平具有實際意義。
[0005]從采用的技術手段和部署方式來看，目前的F0D探測技術可分為塔架式F0D探測系統、邊燈式F0D探測系統以及車載式系統三大類。
[0006]1.1塔架式F0D探測系統
[0007]該類系統傳感器安裝在塔架上面，塔架部署在距跑道中線上百米以外。塔架式系統工作示意如下:
[0008]如圖1所示塔架式系統部署示意圖，點a代表塔架式F0D監測點。按傳感器類型，又可細分為純光學式和光電混合式兩大類。
[0009]1.1.1純光學式F0D探測系統
[0010]純光學式F0D探測系統。依靠光學傳感器實現對機場跑道區域的遠距離監測，通過圖像處理技術發現和識別異物。典型的代表為Stratech公式的iFerret系統。其光學監測點外觀是Stratech公司純光學式F0D系統。
[0011]1.1.2光電混合式F0D探測系統
[0012]光電混合式F0D探測系統。依靠毫米波雷達傳感器實現對機場跑道區域的遠距離監測，發現和識別；通過光學傳感器對發現的異物進行確認。典型的代表為Qinetiq公司的Tarsier系統以及Trex公司的Fodfinder XF系列。
[0013]1.2車載式F0D探測系統
[0014]車載式FOD探測系統特點是，傳感器安裝在可移動的車輛上面，在工作過程中，邊移動，邊掃描，邊檢測，邊清理。按其采用技術體制，可分為:光電混合式F0D和激光傳感器掃描系統。
[0015]1.2.1車載式光電混合F0D探測系統
[0016]車載光電混合式F0D探測系統的典型代表為Trex公司的Fodfinder TM系列Trex公司的Fodfinder TM系統。其采用毫米波雷達傳感器和光學傳感器，安裝于車輛頂部，毫米波雷達用于檢測，光學相機用于拍照確認。
[0017]1.2.2車載式激光掃描F0D探測系統
[0018]車載式激光掃描F0D探測系統的典型代表為Pavemetrics公司的LF0D系統。其采用高速攝像機獲得車輛經過道面區域的平面畫面，然后利用激光探測技術獲得道面物體的高度，從而形成被檢測道面的三維畫面。光學成像裝置與激光發射和接收裝置安裝在車輛后方。系統工作時，高速攝像機拍攝畫面，激光束不間斷的掃描跑道道面，并接受道面反射的激光，利用信號到達時差。
[0019]1.3邊燈式F0D探測系統
[0020]按現有資料邊燈式系統亦可分為邊燈光電混合式和純光學式兩類系統。
[0021 ] 1.3.1邊燈式光電混合F0D探測系統
[0022]其特點是，傳感器安裝在和跑道邊燈一體的底座上面，其通信和供電模塊和跑道邊燈放置在同一空間(燈桶)內，其如圖2邊燈式F0D探測單元部署示意圖如下:b代表邊燈式FOD探測單元，其典型代表是Xsight公司的Fodetect系統。
[0023]1.3.2邊燈式純光學F0D探測系統
[0024]國內公開技術的機場道面異物監測系統并應用于軍用機場，雖然目前還未見到實物，但從其專利描述來看，屬于邊燈式純光學探測系統，其傳動裝置上面安裝三個定焦檢測鏡頭，每個鏡頭負責一段檢測區域。分別為:短焦段、中焦段和長焦段。同時配有紅外輔助照明系統。其覆蓋示意如圖3所示。
[0025]2、混合體制機場跑道異物探測系統
[0026]根據各類型F0D探測系統的實際應用情況，現有F0D探測系統存在以下問題:
[0027]2.1現有系統存在的問題
[0028](1)三類F0D探測系統各有其優勢和劣勢:在實際部署過程中，塔架式F0D系統的塔架安裝位置受電磁兼容評估以及導航臺站保護區的影響，塔架高度受機場飛行區障礙物限制面高程以及鳥網遮擋的影響，使系統性能不能達到最佳；邊燈式光電混合探測系統安裝位置靠近跑道檢測性能良好，但大規模部署成本極高，且傳感器節點數量增加后容易導致整體故障率上升；車載式F0D探測系統工作時仍需關閉跑道，并未有效提高航班通行率。
[0029](2)機場跑道不同區域異物的發生概率是不同的，而航班起降的過程中，不同階段的安全性等級也是不同的。現有F0D探測系統在部署過程中，未針對性考慮機場跑道不同區域的情況，因此系統的整體性能不是最優。
[0030](3)現有F0D探測系統在傳感器部署過程中采用單一種類傳感器部署方式，比如:Trex、Qinetiq、Stratech公司的純塔架式F0D探測系統、Xsight純邊燈式F0D探測系統。但上述探測系統在安裝部署時，未針對機場跑道的具體探測需求，結合探測系統部署成本，選擇性部署傳感器，導致探測系統的安裝不能做到成本和系統性能之間的平衡。
[0031](4)現有FOD探測系統的設計理念重點關注機場跑道區域異物的檢測、發現和清理，屬于被動防范的范疇。未充分考慮跑道以外區域(滑行道、停機坪)產生異物對跑道運行安全的影響。但根據統計，機場跑道區域異物來源中，部分來自于停機坪和滑行道。因此，為提高機場跑道區域異物防范水平，需將來自停機坪和滑行道異物影響及時排除。
【發明內容】
[0032]為了解決現有技術的問題，本發明提出了系統架構上結合塔架式和邊燈式F0D探測系統優點，在部署過程中考慮機場跑道不同區域異物發生概率和安全等級的混合體制機場跑道異物探測系統，最終實現對機場不同區域的分層監視。
[0033]為達成所述目的，本發明提出一種混合體制機場跑道異物探測系統，該系統包括:塔架式光學探測裝置、邊燈式