摘要：跑道外来物（FOD）对跑道上航空器的起降、滑行安全具有重大影响。本文对当前国内外机场跑道FOD探测系统的发展和应用现状进行了分析，结合2019年6月启动建设的北京大兴国际机场跑道FOD探测系统，从频率许可、系统建设、测试运行、后期维护几个方面对系统实际应用面临的问题进行了总结，提出了应用建议，为我国机场跑道FOD探测系统的推广应用提供参考。 

　　一、引言 

　　机场跑道FOD不仅会损坏航空器，造成巨大的经济损失，还可能导致航空安全。外来物击伤造成的事故征候已连续多年排在所有事故征候的第2位，FAA公布的《TC-TN14-48》文件显示，FOD造成大型航空公司平均每年每架航空器损失15,000美元。 

　　目前，我国绝大多数机场对跑道仍采用每天4-5次的人工巡检方式进行FOD清理，不能及时发现两次检查中间产生的FOD，存在严重安全隐患。人工巡检时还要关闭跑道，降低了机场运行效率，特别对高峰保障时段起降间隔小于2分钟的千万级大型机场影响更大。因此对FOD进行自动探测非常必要。 

　　民航局高度重视跑道外来物自动探测工作，2019年先后启动了北京首都国际机场、北京大兴国际机场的机场跑道FOD探测系统的建设工作，用以代替传统人工巡检方式，推进我国民航高质量发展。 

　　二、FOD探测系统应用现状 

　　（一）FOD探测防范政策现状 

　　2001年法国协和号飞机因跑道FOD导致空难后，美国联邦航空管理局（FAA）、欧洲航行安全组织实验中心（EEC）等相关机构加强了FOD防范技术的研究。2009年EEC在选定机场测试评估Stratech、Xsight、Trex Enterprises和Qinetiq四家厂商的FOD自动探测系统后，FAA以咨询通告的方式发布了首个关于FOD探测系统的技术建议，2010年又发布了机场FOD管理咨询通告。2014年，国际民航组织（ICAO）会同国际航空运输协会（IATA）成立了专门针对FOD及野生动物的联合工作组，制定详细的工作计划，共同开展FOD防范研究。 

　　鉴于FOD对机场安全运行造成的危害，中国民航局高度重视FOD的防范工作。政策方面，2009年发布《FOD防范宣传手册》，2011年发布《机场外来物管理规定》，2018年发布《机场新技术名录指南》，提出了4大类27项新技术，FOD探测等机场运行安全新技术已列入名录，将在行业内重点推广。技术规范方面，2016年发布《机场道面外来物探测设备》，为机场部署FOD探测系统提供指导。 

　　（二）FOD探测系统部署应用现状 

　　经过国内外多年FOD研究，目前跑道FOD探测主要采用毫米波雷达、可见光以及光电复合等方式，可全天候对跑道进行自动探测。按照部署方式跑道FOD探测系统分为三类：塔架式、边灯式和移动式，具体见表1。 

　　表1 跑道FOD探测系统主要部署方式对比 

　　塔架式FOD系统部署在距跑道中线150米以外。边灯式FOD系统传感器和跑道边灯并列安装，一般共用同一个底座。移动式FOD系统传感器安装在可移动的车辆上面。国外主要FOD探测系统厂商及应用情况见表2。 

　　表2  国外主要FOD探测系统厂商及应用情况 

　　国内有多个研究机构开展了FOD探测系统的研发，2019年北京大兴国际机场正式投运，民航二所自主创新的机场跑道FOD自动探测系统，完成大兴机场两条跑道的部署，其中西1跑道14套塔架式、西2跑道130套边灯式，使大兴机场成为全球首个塔架式和边灯式光电复合探测系统同时完整覆盖两条跑道的机场。 

　　三、FOD探测系统应用面临的主要问题 

　　下面结合北京大兴机场的建设工作，对跑道FOD系统应用面临的主要问题进行分析。 

　　（一）探测频率许可方面 

　　目前国内外产品化的FOD探测雷达均采用毫米波频段（30～300GHz），毫米波雷达具有体积小、质量轻、空间分辨率高、抗电磁干扰强等特点，非常适用于机场跑道FOD探测应用。 

　　已有FOD探测雷达工作频率包括76-77GHz、78-81GHz、92-95GHz三个频段。大兴机场共建设四条跑道FOD探测系统，其中两条跑道FOD雷达工作频段为76-77GHz，两条工作频段为92-95GHz。随着毫米波设备在民用领域的大规模应用，同邻频兼容性成为FOD探测系统应用不可规避的问题，FOD雷达频段内存在的共存设备，见表3。 

　　表3  FOD雷达频段可能涉及的共存设备 

　　76-81GHz频段共存设备主要有车载雷达和周界安防雷达，大兴机场目前暂未安装该类共存设备，如果要在同一机场共存，该频段FOD雷达在部署时需采取控制扫描范围角度、屏蔽处理等措施，解决同频共存问题。92-95GHz频段FOD雷达与现有共存设备兼容性问题不突出。 

　　目前，国际电信联盟（ITU）正在研究将92~100GHz频段用于FOD雷达。美国联邦通信委员会（FCC）允许76-81 GHz频段用于FOD雷达，但为防止与车载雷达之间的干扰，规定仅在机场内的固定FOD系统使用，欧盟的无线电规划组织暂没有针对FOD频段的规划出台，我国FOD频段正在规划中。 

　　（二）系统施工建设方面 

　　北京大兴机场FOD系统包括了塔架式和边灯式两种，塔架式探测设备净空限制有规范要求。正常情况下，塔架式雷达和光学探测设备所需擦地角≥1°，低于该角度，性能会急剧恶化，特别是会导致跑道对面侧的目标探测困难。在满足民用机场飞行区技术标准（MH5001-2013）净空条件下，安装位置需要距跑道中线220米以上才能满足擦地角≥1°。大兴机场部署空间符合该要求，但其它多数机场可能安装距离会存在问题，若距离小，则限高就无法满足要求。 

　　国内跑道和滑行道助航灯具技术要求（AC-137-CA-2015-03） 要求边灯设备高度≤35cm。为了保证边灯式FOD系统的探测效果，国外机场实际应用的设备高度高于该标准要求，后续国内边灯式FOD探测设备如何要求还有待认真考虑。 

　　（三）系统测试运行方面 

　　1. 缺乏FOD探测系统运行规范 

　　现没有正式的具备可执行性的FOD探测系统运行规范。有待明确FOD探测系统的运行和操作方案，以及系统探测能力降低时的应急保障方案。明确FOD探测系统对现有管理流程的影响，优化业务流程。可考虑以大兴机场FOD探测系统的运行为依托，加快完成FOD探测系统运行规范的制定。 

　　2. FOD分类和处置方式还有待持续研究 

　　跑道FOD探测系统处理流程见图1。 

　　图1 跑道FOD探测系统处理流程示意图 

　　系统发现FOD后，告警并存储图像，然后工作人员通过人工翻查记录和视频确认的方式来决定是否处置，如需处置，则通过手持无线定位设备引导至跑道FOD处并取走，FOD处置效率不高。因为目前都是探测为主，主要保障在各种环境下对跑道进行7×24小时监控，而如何进行智能化的识别分析及分类，并智能处置异物是后续亟待研究的问题。 

　　3. 外界干扰因素造成虚警 

　　FOD探测系统是雷达和光学复合探测方式，按照FAA咨询通告要求，最小要能探测直径2cm的外来物，因此各种外界因素干扰会对系统造成较大影响，导致虚警。目前经过长期大量的测试，外界干扰因素主要有三类： 

　　（1）光学干扰 

　　机场场内助航灯光、飞机灯光、航站楼车辆灯光等会导致光学夜间虚警；日落、日出导致的道面和板缝反光会导致虚警。 

　　（2）跑道附属设施干扰 

　　鸟网、土坪区长势高的杂草会导致光学虚警；灯箱牌等强金属反射体会导致雷达虚警；跑道道面板缝会导致雷达虚警。 

　　（3）天气干扰 

　　降雨雪时会导致光学和雷达虚警上升，特别是降雪、积雪、化雪区间会产生大量雷达和光学目标，大兴机场2020年1月初的大雪，实测单条跑道道面上1天能产生上万个雪块（冰块）目标。 

　　上述三种外界干扰经过实际运行测试都大量存在，如何更有效的降低虚警率是FOD系统应用需重点研究的问题。 

　　（四）系统后期维护问题 

　　边灯式FOD探测设备的光学玻璃窗清洗存在困难，边灯式探测器高度很低，安装在跑道道肩，道面上的积水积雪等很容易使光学玻璃变脏，从而影响成像和检测。目前，只能通过手动擦拭的方式进行清理。 

　　大兴机场下大雪后，机场会用除雪车进行跑道道面初雪，除雪车一般采用涡轮发动机，除雪时造成的风速大且夹带冰块，FOD设备处于迎风面，容易被高速运动的冰块撞断，或者直接被除雪车铲断，导致FOD设备失效。设备被除雪或撞击损坏时，还可能将预埋在道肩下的复合线缆拉断，而正在运行的跑道对预埋线缆进行修复存在较大困难。 

　　四、跑道FOD探测系统应用建议 

　　为提高机场FOD探测防范水平，加快机场跑道外来物探测系统应用，提出以下建议。 

　　（一）民航局对FOD系统应用提供政策支持 

　　建议结合中国民航运行实际，针对不同机场的应用需求进行分析，充分考虑各种技术体制的FOD探测系统的建设成本和周期，加快落实新技术支持补贴政策，切实解决机场用户的顾虑，加快跑道FOD自动探测系统的应用。不同类型机场考虑不同系统部署方式，1000万流量以上的多跑道机场，建议采用塔架式或边灯式部署方案，单跑道机场建议采用塔架和边灯混合制式部署方案。小于1000万流量的机场，如确实有建设需求，出于造价考虑，建议采用塔架式FOD探测系统。不同地域机场也有不同特点，对于北方冬季雪量较大的机场，建议部署塔架式FOD探测系统，避免因为冬季除雪而导致边灯式探测系统损坏。 

　　（二）加快向工信部申请FOD探测频段 

　　从满足行业需求，兼顾国内外现有频率划分政策和满足技术长期演进发展需要考虑，建议同时申请76-77GHz、78-81GHz 、92~95GHz频段作为FOD雷达规划频段。机场内FOD探测雷达与机场外共存设备在空间上是完全分离的，做好部署规划和屏蔽隔离措施就可以很好的避免机场内外设备之间的同频干扰。为机场内的FOD雷达规划多个工作频段并不影响这些频率资源在机场外的正常应用。 

　　（三）系统建设时适当放宽限高要求 

　　FOD探测系统是重要的跑道安全保障系统，通过自动探测外来物，可有效提高跑道运行安全和效率。因此系统部署规划时，建议允许塔架式和边灯式设备适度（例如避雷针不计入塔架总高）突破净空，这样可以提高系统探测性能，保障较好的探测效果，如果高度合适，还可以减少探测设备数量。 

　　（四）尽快出台FOD系统运行规范 

　　引入新的跑道FOD自动探测手段后，需要加强各地机场FOD管理委员会的工作职责，对FOD防范手册及相关管理制度进行及时完善，并组织培训。建议行业尽快出台跑道FOD自动探测系统运行规范、操作与维护方案。建议配置专职FOD工作人员，管理操作单条或多条跑道探测系统。研究FOD探测系统运行风险评估与持续改进方法。 

　　（五）提高FOD分类和处置能力 

　　结合人工智能、深度学习技术，建立FOD样本数据库，对FOD探测系统检测的外来物进行智能识别和分类分级，例如威胁程度高等级外来物包括粒径大于5cm的金属类、工具、石块等硬质目标和大于10cm的软质目标（非生物、非空泡目标），中等级包括小于5cm的硬质目标和小于10cm的软质目标，低等级包括位于道肩的目标、生物目标、空泡目标。未来还要通过智能可移动机器、无人机等研究提供多种FOD处置解决方案。 

　　五、结束语 

　　新技术应用是建设民航强国的必由之路，是建设民航强国的主要工作任务和着力点。2019年国内旅客吞吐量超过1000万人次的机场达到39个，其中主要大型繁忙机场的小时高峰架次均大于小时容量标准，跑道FOD出现的风险越来越高。因此，加快跑道FDO自动探测防范工作，将大大提高机场运行安全水平，促进平安机场建设，推进我国民航高质量发展。（作者：何东林 中国民用航空局第二研究所）  

　　参考文献： 

　　[1] 中国民用航空局.FOD防范宣传手册[R]. 2009. 

　　[2] 中国民用航空局.机场外来物管理规定[R]. 2011. 

　　[3] 中国民用航空局.关于促进机场新技术应用的指导意见[R].2019. 

　　[4] 中国民用航空局.中国民航四型机场建设行动纲要(2020-2035年)[R].CAAC,2020. 

　　[5] 中国民用航空局安全办公室,中国民航科学技术研究院.中国民航安全信息统计报告(2018年1-6月)[R].2018. 

　　[6] FAA.AC150/5210-24.Airport Foreign Object Debris (FOD) Management[R].2010. 

　　[7] FAA.AC150/5220-24.Airport Foreign Object Debris (FOD) Detection Equipment[R].2009. 

　　[8] EUROCONTROL Experimental Centre. Airport Runway Debris Detection Study[R].2008.