一种塔架式机场跑道外来物报警探测系统的制作方法

1.本技术涉及机场跑道异物监测报警技术领域，尤其涉及一种塔架式机场跑道外来物报警探测系统。


背景技术：

2.机场跑道外来物(foreign object debris简称fod)是指活动区地面上可能会损伤航空器、设备或威胁机场工作人员和乘客生命安全的外来物体。中国民航平均每年发现4500多起轮胎fod损伤，大部分航空公司轮胎扎伤数占拆换轮胎总数的比例在6-13％之间，提前报废和翻修轮胎是一大笔支出。同时，发动机fod损失远远超过轮胎fod的损失，由此推算我国fod的损失非常巨大。而在现有技术中，对于fod大都是采取定期开展跑道异物人工巡查的工作方式来查找异物，这样的工作方式通常是在航班间隙时间，飞行管理部安排相关人员快速巡检整条跑道，人工检查和排除fod。
3.人工巡检是依靠道面巡查人员每天对道面进行多次步行检查与清扫。这是目前国内外跑道检查工作采用的主要方式。人工巡查存在的不确定性比较大，同时耗费的人力较大，巡检时间受限，在航班班次比较密集时不容易开展，同时无法对fod事件分析、追溯管理等。在巡查跑道时将关闭跑道，这使得航班通行能力大大降低，影响机场正常运行。


技术实现要素：

4.针对上述存在的问题，本技术旨在提供一种塔架式机场跑道外来物报警探测系统，使用毫米波雷达检测跑道外来物，高清激光夜视仪辅助判断被检测物体。通过综合使用两种技术手段，解决了雷达探测技术无法提供直观图像、视频探测技术易受干扰的缺点，为机场提供一种全天候、全天时对fod进行实时监控的自动化系统，来增加跑道安全性，以保障飞机的起降安全并缓减机场安全运行的巨大压力。
5.为了实现上述目的，本技术所采用的技术方案如下：一种塔架式机场跑道外来物报警探测系统，其特征在于：包括沿机场跑道长度方向间距设置的雷达探测装置和视频探测装置，与所述视频探测装置可接触分离的清洁装置。
6.优选的，在所述机场跑道上沿其长度间距设置有塔体，所述塔体顶端设置有安装所述雷达探测装置的设备仓，所述设备仓一侧延伸有安装平台，所述视频探测装置安装于所述安装平台上，在所述安装平台一侧还设置有检修爬梯。
7.优选的，所述清洁装置包括在所述安装平台上沿所述视频探测装置的镜片表面方向滑动设置的自控滑台，所述自控滑台上设置与所述视频探测装置的镜片表面间距对应的清扫吹管，并且所述清扫吹管靠近所述镜片表面前端沿镜片表面竖向宽度方向设为同宽度的扁口结构。
8.优选的，所述自控滑台一侧还设置有随其移动与所述视频探测装置的镜片表面接触且为柱形结构的清洁布件。
9.优选的，在所述自控滑台上还铰接有与所述清洁布件连接的连杆，并在所述连杆
与自控滑台的铰接处还设置有扭簧。
10.本技术的有益效果是：本技术提供的fod报警探测系统使用毫米波雷达检测跑道外来物，高清激光夜视仪辅助判断被检测物体。通过综合使用两种技术手段，解决了雷达探测技术无法提供直观图像、视频探测技术易受干扰的缺点，为机场提供一种全天候、全天时对fod进行实时监控的自动化系统，来增加跑道安全性，以保障飞机的起降安全并缓减机场安全运行的巨大压力。
附图说明
11.图1为本技术塔体安装结构示意图。
12.图2为本技术设备仓内部结构图。
13.图3为本技术机场跑道障碍物检测覆盖示意图。
14.图4为本技术清洁装置结构放大图。
15.图5为本技术清扫吹管对镜片表面粘附的灰尘吹扫示意图。
16.图6为本技术清洁布件对镜片表面粘附的污物向左剥离示意图。
17.图7为本技术清洁布件对镜片表面粘附的污物向右剥离示意图。
18.其中：1-天线防护罩；2-设备仓；3-高清激光夜视仪；3a-镜片表面；4-安装平台；5-塔体；6-维修爬梯；7-雷达天线；8-空调；9-天线支架；10-设备柜；11-毫米波探测雷达主机；12-自控滑台；13-清扫吹管；14-清洁布件；15-连杆。
具体实施方式
19.为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本技术的技术方案，下面结合附图和实施例对本技术的技术方案做进一步的描述。
20.参照附图1～7所示的一种塔架式机场跑道外来物报警探测系统，包括沿机场跑道长度方向间距设置的雷达探测装置和视频探测装置。
21.如图1、3所示，在所述机场跑道上沿其长度间距设置有塔体5，所述塔体5顶端设置有安装所述雷达探测装置的设备仓2，所述设备仓2一侧延伸有安装平台4，所述视频探测装置安装于所述安装平台4上，在所述安装平台4一侧还设置有检修爬梯6。其中，塔体5为易折叠结构，根据《民用机场飞行区技术标准》(mh5001-2013)和《易折易碎杆塔通用技术要求及检测规范》(ac-137-ca-2014-01)要求，使用易折易碎型材料，紧固件和电缆具有易断性，塔架所有性能指标均需达到规范要求。
22.视频探测装置优选采用新加坡stratech公司的iferret系统，其包括高清激光夜视仪3，安装平台4保证高清激光夜视仪3的观察范围不受遮挡。高清激光夜视仪3通过光纤传输数据，每台功率150w，供电依托塔架供电系统。高清激光夜视仪3夜间可视距离为3000m，日间可视距离6500m，保证覆盖雷达监测范围。
23.如图2所示，雷达探测装置优选采用英国qinetiq公司的tarsier设备，包括设备仓2内部中央位置固定有天线支架9，天线支架9顶部安装雷达天线7，雷达天线7与天线支架9之间使用云台连接，保证雷达天线7可自由转动。雷达天线7外覆盖设有天线防护罩1，保护天线不受外界环境影响；
24.设备仓2内设有设备柜10，其内安装有毫米波雷达主机11，与雷达天线7通过缆线
连接。毫米波雷达使用94ghz毫米波，带宽2ghz，可覆盖800m范围。设备仓2为保温密封舱室，设备柜10内还安装有空调8进行温度调节，不受室外环境及温度影响。每个塔上所有设备总功率约为9kw(其中雷达系统2200w，视频系统2200w，机柜500w，工业空调3000w，照明及其他300w，预留800w)。
25.综合采用毫米波探测雷达和高清激光夜视仪来进行机场跑道外来物检测。单个塔架系统可探测范围约800米范围，可根据实际应用场景进行多塔架集成。设备仓2中安装有ups电源、空调8、温湿度检测器等附属设备，保证毫米波探测雷达和高清激光夜视仪工作条件稳定。
26.为了全覆盖跑道扫描，避免盲区，优选在距离机场跑道中线北侧约140米处沿跑道架设塔体5共六座，高7.5米，安装塔基座宽度2米。每个塔体5上安装一台毫米波探测雷达和一台高清激光夜视仪，毫米波雷达安装在设备仓内，设备仓2内部结构见图2所示。每个塔的探测设备可覆盖跑道的最大长度为800米，雷达天线的转动角度范围约为
±
75度，垂直方向依据实际情况设定为固定角度(以雷达为参考点，向跑道方向看，垂直于跑道方向为0度，左边为负，右边为正。角度大小可以根据实际情况调整)。对于3600米长的跑道，六能够覆盖整个跑道，实现7
×
24小时不间断检测，示意图如图3所示。
27.毫米波雷达体制为连续波调频(fmcw)，该系统具有雷达探测距离长、波束窄和分辨率高的特点，能够对目标位置准确地定位。雷达探测系统可对目标进行实时自动探测和识别。此系统支持对机场跑道的连续监视，一般架设在跑道两端。系统最小可检测30mm物体，测试概率》90％，目标定位精度《5m，检测时间《4分钟，同时，系统对于天气和环境干扰影响较小，系统具有自动报警、分析、比对等功能。
28.通过在跑道上每隔一定间距装置先进的高分辨率功能的高清激光夜视仪3，自动探测和辨认跑道上的障碍物，通过扫描采集分组图像，并且后台拼接在一起，复杂的图像处理软件可以针对变化的照明和路面条件做出适当的调整。发现fod后系统能够放大物体的图像，给用户提供碎片的实时图像，让用户看到发现的物品。系统包含200倍变焦，提供彩色图像在全高清分辨率1920*1080，帧速率每秒25fps，超低照度日夜(高清)视频摄像机，封闭式的防风雨外壳。系统能够提供精确的位置、报警的时间、fod的图像和系统发现后的持续报警记录，系统具有自动报警、分析、比对等功能。系统最小可检测10mm，测试概率》95％，目标定位精度《1m，探测时间白天1分钟，晚上2分钟。
29.雷达探测无法区分fod的具体种类，不能提供直观图像，不利于人工核查；视频探测：受天气和环境干扰影响较大，在能见度低的情况下具有很多局限性，因此本技术采用两者结合，解决了雷达探测技术无法提供直观图像、视频探测技术易受干扰的缺点，为机场提供一种全天候、全天时对fod进行实时监控的自动化系统，来增加跑道安全性，以保障飞机的起降安全并缓减机场安全运行的巨大压力。
30.系统运行时，毫米波探测雷达不间断地对雷达前方跑道进行扫描，当毫米波探测雷达发现外来物时将外来物坐标和强度等信息发送给系统服务器；系统接收后将相关fod数据记录到数据库。安装在场道管理部门的操作终端发现数据库的新fod信息后发出声光报警，提示管理部门操作人员进行相关操作，操作人员在操作终端界面上的操作区域选中要处理的目标，对应高清激光夜视仪自动跟踪到目标所在位置，操作人员可以通过高清激光夜视仪观测报警区域视频图像，控制高清激光夜视仪进行上/下/左/右和镜头的变倍/聚
焦以便观测更清晰图像，确定报警fod的类别及是否需要进行排除处理，依次处理直至完成所有报警目标。
31.操作人员可保存当前fod信息及fod报警区域图像至系统数据库，也可在历史数据管理中对已被识别为fod的记录增加照片、当前温度天气等信息，以便于进一步对fod进行管理。
32.由于机场跑道比较空旷，具有持续的风力存在，因此高清激光夜视仪的镜片表面极易收到灰尘的粘附而影响其拍摄的清晰度，进而不能准确的检测跑道障碍物的种类，存在安全隐患，为了解决该问题，如图4所示，所述清洁装置包括在所述安装平台4上沿所述高清激光夜视仪3的镜片表面方向滑动设置的自控滑台12，所述自控滑台12上设置与所述高清激光夜视仪3的镜片表面间距对应的清扫吹管13，并且所述清扫吹管13靠近所述镜片表面前端沿镜片表面竖向宽度方向设为同宽度的扁口结构。
33.其中，自控滑台12可通过在安装平台4上设置驱动气缸或是滑轨结构(图中未示出)并配合控制器来实现自控滑台12的左右往复滑动，在该滑动过程中，清扫吹管13可持续通入吹扫空气，并随自控滑台12的往复移动对高清激光夜视仪3的镜片表面粘附的灰尘进行吹扫，以使得高清激光夜视仪3能获得清晰的拍摄画面，进而提高障碍物的检测精确性，以及提高跑道的安全性。
34.由于自控滑台12和清扫吹管13吹入空气均可远程控制，因此当某个高清激光夜视仪3的镜片表面被灰尘会杂物粘附遮挡后，在飞行的较短间隙期间，可快速的远程控制自控滑台12和清扫吹管13，对镜片表面进行吹扫清洁，提高障碍物监测的有效性。
35.清扫吹管13的扁口结构可适应于高清激光夜视仪3镜片表面的竖向宽度，在自控滑台12移动的过程中，可对镜片竖向宽度表面进行完整的吹扫，提高清洁效率。
36.如图4所示，所述自控滑台12一侧还设置有随其移动与所述高清激光夜视仪3的镜片表面接触且为柱形结构的清洁布件14。其在当镜片表面粘附的污物不能通过清扫吹管13吹落的情况下，继续通过自控滑台12的移动，可实现所述清洁布件14与镜片表面的接触，并随自控滑台12的移动行程，可完整的对镜片表面实现接触式清洁，已将粘附的污物能剥离镜片表面而脱落。
37.通常为了对镜片表面进行保护，高清激光夜视仪3的镜片通常内凹于高清激光夜视仪3外壳内侧(如图5-7所示)，因此为了避免高清激光夜视仪3外壳对清洁布件14造成的移动阻挡，在所述自控滑台12上还铰接有与所述清洁布件14连接的连杆15，并在所述连杆与自控滑台的铰接处还设置有扭簧(图中未示出)。如图5-7所示，在通过自控滑台12带动清洁布件14移动过程中，清洁布件14在与高清激光夜视仪3外壳接触后，通过连杆15的铰接结构可与高清激光夜视仪3外壳实现脱离，并再次通过扭簧的作用力而使得清洁布件14可与镜片表面相抵接触，如图7所示，在自控滑台12返回复位过程中，同样可避免高清激光夜视仪3外壳对清洁布件14的阻挡，同时通过扭簧作用可再次反向将清洁布件14可与镜片表面相抵接触，进而实现对镜片表面粘附的污物的剥离清理作用，保持高清激光夜视仪3的清洁及拍摄的清晰度，并最终提高跑道的安全性。
38.本技术的原理是：fod报警探测系统采用毫米波雷达探测定位技术与视频监控技术相结合的复合探测技术，通过高分辨率毫米波雷达与视频监控设备来实现机场跑道外来物探测报警并定位显示。
39.雷达与视频系统非实时联动，系统工作原理以雷达为主对跑道道面进行不间断的探测扫描。当系统判断跑道道面上出现fod时触发fod警报，高清夜视仪即时联动对目标物进行确认判断，并进行画面记录。
40.fod报警探测系统旨在建立一个软硬件结合的，基于处理技术的集成系统，该系统能够覆盖整个机场跑道，全天24小时不间断运作，为机场工作人员提供一种全自动化跑道异物非中断式检测手段。系统可以在不影响航班正常起降的情况下，对机场跑道异物进行实时的检测告警，并将告警信息发送给fod终端工作人员和异物清理回收人员。该系统投入运行后，可以为机场提供有效的异物检测手段。同时可适当调整巡视跑道次数，减少占用跑道时间，提高机场运行效率，为机场安全生产、运营服务管理的高质量运行提供有力保障。
41.通过清洁装置可对高清激光夜视仪3的镜片表面粘附的灰尘和污物进行吹扫清理和剥离清理，在操作可远程控制，并在起飞间隙之间进行快速操作，提高高清激光夜视仪3拍摄的清晰度及跑道的安全性。
42.以上显示和描述了本技术的基本原理、主要特征和本技术的优点。在不脱离本技术精神和范围的前提下，本技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本技术范围内。

技术特征：
1.一种塔架式机场跑道外来物报警探测系统，其特征在于：包括沿机场跑道长度方向间距设置的雷达探测装置和视频探测装置，与所述视频探测装置可接触分离的清洁装置；在所述机场跑道上沿其长度间距设置有塔体，所述塔体顶端设置有安装所述雷达探测装置的设备仓，所述设备仓一侧延伸有安装平台，所述视频探测装置安装于所述安装平台上，在所述安装平台一侧还设置有检修爬梯。2.根据权利要求1所述的一种塔架式机场跑道外来物报警探测系统，其特征在于：所述清洁装置包括在所述安装平台上沿所述视频探测装置的镜片表面方向滑动设置的自控滑台，所述自控滑台上设置与所述视频探测装置的镜片表面间距对应的清扫吹管，并且所述清扫吹管靠近所述镜片表面前端沿镜片表面竖向宽度方向设为同宽度的扁口结构。3.根据权利要求2所述的一种塔架式机场跑道外来物报警探测系统，其特征在于：所述自控滑台一侧还设置有随其移动与所述视频探测装置的镜片表面接触且为柱形结构的清洁布件。4.根据权利要求3所述的一种塔架式机场跑道外来物报警探测系统，其特征在于：在所述自控滑台上还铰接有与所述清洁布件连接的连杆，并在所述连杆与自控滑台的铰接处还设置有扭簧。

技术总结
本申请公开了一种塔架式机场跑道外来物报警探测系统，包括沿机场跑道长度方向间距设置的雷达探测装置和视频探测装置，与所述视频探测装置可接触分离的清洁装置。本申请提供的FOD报警探测系统使用毫米波雷达检测跑道外来物，高清激光夜视仪辅助判断被检测物体。通过综合使用两种技术手段，解决了雷达探测技术无法提供直观图像、视频探测技术易受干扰的缺点，为机场提供一种全天候、全天时对FOD进行实时监控的自动化系统，来增加跑道安全性，以保障飞机的起降安全并缓减机场安全运行的巨大压力。压力。压力。


技术研发人员：钟娟娟 俞臻 何灿飞 方佳明 杨伟 邬先乐
受保护的技术使用者：浙大网新系统工程有限公司
技术研发日：2022.12.01
技术公布日：2023/5/11