GIS技術(shù)在機(jī)場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

宋海瑞

(中國(guó)民航局第二研究所）

GIS技術(shù)在機(jī)場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

宋海瑞

(中國(guó)民航局第二研究所）

把GIS技術(shù)應(yīng)用到數(shù)字機(jī)場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過程中，建立機(jī)場(chǎng)地理信息平臺(tái)，并在平臺(tái)上結(jié)合機(jī)場(chǎng)的業(yè)務(wù)需求建立工程文檔管理系統(tǒng)、三維數(shù)字機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)、綜合管網(wǎng)管理系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)道面管理系統(tǒng)和機(jī)坪車輛跟蹤調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)建設(shè)圖檔管理的規(guī)范化和運(yùn)營(yíng)服務(wù)的可視化。

地理信息系統(tǒng)；數(shù)字機(jī)場(chǎng)；工程文檔；綜合管網(wǎng)；機(jī)場(chǎng)道面；車輛跟蹤調(diào)度

1 引言

地理信息系統(tǒng)（geographic information system，簡(jiǎn)稱GIS）是一種采集、處理、傳輸、存儲(chǔ)、管理、查詢檢索、分析、表達(dá)和應(yīng)用地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是分析、處理和挖掘海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。

機(jī)場(chǎng)建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，工程管理和工藝控制都非常有必要利用信息化手段，特別是以地理信息系統(tǒng)技術(shù)為核心的圖文等多媒體的整合與管理技術(shù)，對(duì)工程全過程生成的大量的工程文檔進(jìn)行科學(xué)管理，使之能夠進(jìn)行歸檔儲(chǔ)存，數(shù)據(jù)檢索，應(yīng)用開發(fā)，工程技術(shù)性利用，運(yùn)行維護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)工程文檔的全面數(shù)字化管理。

機(jī)場(chǎng)建成后，建設(shè)工程產(chǎn)生的大量圖文資料是投入運(yùn)營(yíng)的重要管理維護(hù)資料。特別是圖形資料，不僅是機(jī)場(chǎng)建設(shè)和管理維護(hù)的基礎(chǔ)，它承載的大量機(jī)場(chǎng)基礎(chǔ)環(huán)境、機(jī)場(chǎng)設(shè)施、網(wǎng)管、駐場(chǎng)單位等綜合信息也是機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)管理的重要基礎(chǔ)信息資源。如何充分整合并利用這些信息資源，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行增值應(yīng)用開發(fā)，是機(jī)場(chǎng)地理信息系統(tǒng)的核心內(nèi)容。

因此，在機(jī)場(chǎng)建設(shè)初期就籌劃搭建機(jī)場(chǎng)工程地理信息共享平臺(tái)，既可實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)全過程的文檔資料的規(guī)范管理，又可為應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 地理信息平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 總體框架

在機(jī)場(chǎng)各個(gè)項(xiàng)目建設(shè)過程中產(chǎn)生的大量工程原始數(shù)據(jù)資料，將以原始數(shù)據(jù)文件和屬性數(shù)據(jù)庫對(duì)象方式保存在工程原始數(shù)據(jù)庫中?；跈C(jī)場(chǎng)工程文檔數(shù)據(jù)庫，抽取其核心圖形圖層，并與其他綜合信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)建庫，形成機(jī)場(chǎng)綜合地理信息數(shù)據(jù)庫，以此建成一個(gè)集先進(jìn)性和實(shí)用性為一體的機(jī)場(chǎng)地理信息管理與服務(wù)平臺(tái)；基于該平臺(tái)，建設(shè)工程文檔管理系統(tǒng)、三維數(shù)字機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)、綜合管網(wǎng)管理系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)道面管理系統(tǒng)。其總體框架見圖1。

2.2 工程文檔庫

從機(jī)場(chǎng)建設(shè)過程中各個(gè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)及工程實(shí)施單位，采集擴(kuò)建工程所有的工程原始數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行基礎(chǔ)管理，包括：歸檔管理：存儲(chǔ)、版本控制。定義原始數(shù)據(jù)范圍（目錄清單）、類型、格式、來源，采集及錄入操作流程。

工程原始數(shù)據(jù)范圍涵蓋整個(gè)機(jī)場(chǎng)建設(shè)工程區(qū)域內(nèi)（包括航站區(qū)、飛行區(qū)、航站樓、綜合管線、外場(chǎng)道路、配套建設(shè)工程，以及配套建設(shè)的機(jī)械、電子、信息等各個(gè)工程項(xiàng)目）的規(guī)劃、勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、竣工驗(yàn)收等各個(gè)階段的管理控制及工程技術(shù)類信息資料。

2.3 地理信息數(shù)據(jù)庫

對(duì)工程原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理轉(zhuǎn)換，包括定義轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類型、格式、操作處理規(guī)范、方法、工具及處理過程等；建立地理信息數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，定義存儲(chǔ)策略、技術(shù)解決方案、核心產(chǎn)品及工具、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)。

2.4 工程地理信息共享平臺(tái)

建立空間地理信息WEB應(yīng)用門戶，對(duì)空間地理信息的用戶、權(quán)限、日志等進(jìn)行管理。通過空間地理信息共享交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)地理信息圖層共享，對(duì)業(yè)務(wù)應(yīng)用引擎、地理信息服務(wù)進(jìn)行管理，為各業(yè)務(wù)單位和各應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的二維電子地圖和三維模型。

平臺(tái)通過與機(jī)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫、視頻數(shù)據(jù)庫、旅客服務(wù)信息庫、車輛定位系統(tǒng)、飛行器定位系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息集成，實(shí)現(xiàn)信息的共享與交互。

3 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 工程文檔管理系統(tǒng)

工程文檔管理系統(tǒng)收集和管理機(jī)場(chǎng)建設(shè)工程原始數(shù)據(jù)，包括項(xiàng)目規(guī)劃、審批、合同、設(shè)計(jì)文檔、施工管理文檔、竣工驗(yàn)收資料等一系列工程文檔數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來源包括業(yè)主提供、第三方提供等，以滿足機(jī)場(chǎng)建設(shè)工程資料過程管理、交付驗(yàn)收、檔案交接、后續(xù)運(yùn)行維護(hù)的要求。同時(shí)工程圖檔資料也是地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源。其主要功能如下。

圖1 總體框架

1）工程原始數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理：對(duì)物理上分散的工程原始數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理，通過安全身份認(rèn)證，能夠方便地訪問、查詢相關(guān)的項(xiàng)目文檔，而不必關(guān)心信息的實(shí)際物理位置。利用文檔管理提供的平臺(tái)，可以與機(jī)場(chǎng)建設(shè)工程相關(guān)的部門基于一個(gè)相同的數(shù)據(jù)源，訪問、操作、交換工程文檔資料。

2）工程原始數(shù)據(jù)的分類管理：文檔的基本屬性分類（如：文件類型，文檔名、創(chuàng)建日期、文件版本控制屬性，文檔描述等）。

3）自定義屬性分類：為文檔所添加的滿足特定項(xiàng)目需求的附加屬性，允許用戶在文件中附加擴(kuò)充的屬性數(shù)據(jù)。

4）工程原始數(shù)據(jù)的歷史記錄：提供工程原始數(shù)據(jù)文檔歷史記錄功能，可以在文檔的生命周期內(nèi)為每個(gè)文檔建立歷史記錄項(xiàng)列表。

5）工程原始數(shù)據(jù)文檔的版本管理：版本控制功能為存儲(chǔ)和管理同一工程原始數(shù)據(jù)文檔的多個(gè)版本提供了手段。

6）工程原始數(shù)據(jù)的安全管理：提供文件夾讀、寫、下載、增加目錄、刪除目錄、永久鎖定等多種權(quán)限分配。

3.2 三維數(shù)字機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)

三維數(shù)字機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容包括整個(gè)機(jī)場(chǎng)的三維模型、航站樓內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)及主要設(shè)施圖、航站樓內(nèi)管網(wǎng)電子圖、航站樓強(qiáng)弱電橋架電子圖等；功能上能通過場(chǎng)景瀏覽、信息查詢、GIS分析、場(chǎng)景制作、數(shù)據(jù)輸出等手段為維修維護(hù)部門、機(jī)場(chǎng)運(yùn)行管理部門、領(lǐng)導(dǎo)決策部門提供各種應(yīng)用支持。其主要功能如下。

1）三維場(chǎng)景漫游：提供放大、縮小、導(dǎo)航、行走、飛行、全景、漫游等功能。用于對(duì)三維場(chǎng)景進(jìn)行瀏覽漫游。

2）信息檢索展示：通過給定特定條件，根據(jù)屬性查詢?nèi)S實(shí)體，提供點(diǎn)擊查詢?nèi)S實(shí)體功能；查詢結(jié)果在三維模型中高亮定位，同時(shí)顯示三維實(shí)體的屬性信息。

3）GIS分析：可以進(jìn)行三維飛行、緩沖區(qū)分析等多種GIS分析。

4）數(shù)據(jù)輸出：可以將三維場(chǎng)景進(jìn)行各種表現(xiàn)形式的輸出。如輸出為圖片、PDF等，可運(yùn)用于匯報(bào)材料等。

3.3 綜合管網(wǎng)管理系統(tǒng)

綜合管網(wǎng)管理系統(tǒng)利用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、圖像處理技術(shù)和可視化技術(shù)，構(gòu)建管理服務(wù)中心，以快速提供真實(shí)準(zhǔn)確的綜合管線信息，實(shí)現(xiàn)快速查詢統(tǒng)計(jì)、定位、輔助分析決策等功能，為機(jī)場(chǎng)管網(wǎng)綜合設(shè)計(jì)建設(shè)及建成后的日常管理、管網(wǎng)維護(hù)、分析統(tǒng)計(jì)、規(guī)劃決策提供可靠依據(jù)，形成全面集中管理和分布式應(yīng)用的管線信息系統(tǒng)。其主要功能如下。

1）地圖管理：包括基礎(chǔ)地形圖顯示與定位，管網(wǎng)電子地圖分類管理和查看。地圖定位，可以根據(jù)特征定位到空間對(duì)象所在的位置，并加以顯示；查詢檢索，可以進(jìn)行圖形與屬性的雙向查詢；量算與動(dòng)態(tài)標(biāo)注，可方便地測(cè)算任意兩點(diǎn)間的距離和任意多邊形的面積。

2）管網(wǎng)綜合查詢：按分類對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行查詢，包括簡(jiǎn)單條件屬性查詢、復(fù)雜條件屬性查詢、模糊查詢、點(diǎn)/線/面空間查詢、按管徑查詢管線、按附屬物查詢管點(diǎn)等專題查詢。查詢結(jié)果在地圖上高亮顯示，單個(gè)要素可閃爍定位，屬性信息以表格顯示。

3）管網(wǎng)信息統(tǒng)計(jì)：提供對(duì)管線長(zhǎng)度和管點(diǎn)數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，包括全庫管線長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)、全庫管點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)、區(qū)域內(nèi)管線長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)、區(qū)域內(nèi)管點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)、按管線材質(zhì)統(tǒng)計(jì)、按管線管徑統(tǒng)計(jì)、按管點(diǎn)附屬物統(tǒng)計(jì)等功能。統(tǒng)計(jì)結(jié)果以表格、圖表等多種形式展示，可導(dǎo)出。

4）管網(wǎng)分析：包括橫縱斷面分析，水平凈距分析，垂直凈距分析，爆管分析，三維管線展示，火災(zāi)搶險(xiǎn)分析，覆土深度分析。

3.4 機(jī)場(chǎng)道面管理系統(tǒng)

機(jī)場(chǎng)道面管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)道面管理，通過機(jī)場(chǎng)道面信息的交互、共享、更新、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)和分析，提高機(jī)場(chǎng)道面管理的信息化、精細(xì)化、智能化水平，進(jìn)而形成有力的機(jī)場(chǎng)道面決策支持系統(tǒng)。

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理和維護(hù)：基于EGIS空間數(shù)據(jù)庫結(jié)合道面管理系統(tǒng)需求，對(duì)飛行區(qū)道面分塊電子地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和編碼維護(hù)。

2）飛行區(qū)道面信息管理：對(duì)飛行區(qū)道面板塊屬性信息進(jìn)行記錄和維護(hù)，包括道面的分塊編碼、道面結(jié)構(gòu)信息、道面表面破損信息、道面承載力信息、跑道剩余結(jié)構(gòu)使用壽命信息、道面大中修等歷史維修信息等。

3）道面巡檢管理：巡檢人員利用高精度GPS手持終端對(duì)道面板塊進(jìn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)破損后，手持終端自動(dòng)進(jìn)行高精度定位獲取破損位置的XY坐標(biāo)，同時(shí)手持終端可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拍照，通過GPS手持終端可將將破損信息（如破損類型、破損長(zhǎng)度、破損寬度等）錄入并保存。巡檢完成后將破損信息附帶照片導(dǎo)入系統(tǒng)中。

4）道面維修管理：系統(tǒng)管理員根據(jù)道面破損類型、破損區(qū)域等信息，生成維修工單派發(fā)給維修人員，維修人員通過手持終端可查看維修工單，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維修，維修后通過手持終端錄入道面維修信息。維修工作完成后，將維修完成情況導(dǎo)入系統(tǒng)中。

3.5 機(jī)坪車輛跟蹤調(diào)度系統(tǒng)

機(jī)坪車輛跟蹤調(diào)度系統(tǒng)是一個(gè)建立在GIS平臺(tái)之上的應(yīng)用系統(tǒng)，它將高精度衛(wèi)星定位技術(shù)和GIS技術(shù)、GSM通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，為用戶提供全新、透明、可視、實(shí)時(shí)、互動(dòng)、形象化的車輛管理服務(wù)。

車載終端通過GPS獲取相關(guān)路點(diǎn)信息；通過集群通信平臺(tái)，將信息上傳至基于GIS平臺(tái)的機(jī)坪車輛跟蹤與調(diào)度系統(tǒng)，這些信息將是車輛監(jiān)控調(diào)度中心的數(shù)據(jù)來源。車輛監(jiān)控調(diào)度中心完成機(jī)坪車輛信息記錄管理、對(duì)車輛狀態(tài)的跟蹤與管理、對(duì)機(jī)坪車輛的分配調(diào)度管理、對(duì)機(jī)坪車輛的維修與保養(yǎng)管理等功能。

4 系統(tǒng)建設(shè)面臨的問題

GIS作為工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理的重要手段在很多領(lǐng)域進(jìn)行了成熟應(yīng)用；但GIS系統(tǒng)建設(shè)是一項(xiàng)龐雜的系統(tǒng)工程，既涉及大量數(shù)據(jù)的采集與處理，又涉及異構(gòu)平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互。因此，GIS系統(tǒng)在建設(shè)過程中需做好以下幾項(xiàng)工作。

1）建立標(biāo)準(zhǔn)化流程：如數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理流程、檔案資料管理流程、土地、建筑物信息管理流程、綜合管網(wǎng)信息管理流程、數(shù)據(jù)接口流程等。

2）制定統(tǒng)一的接口規(guī)范：在系統(tǒng)實(shí)施的前期，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)通訊接口標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范數(shù)據(jù)庫的選型、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式、空間屬性數(shù)據(jù)的組織方式和體系結(jié)構(gòu)。

3）重視基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建設(shè)：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是GIS系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵與基礎(chǔ)，沒有足夠有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，GIS只能作為一個(gè)演示系統(tǒng)，起不到為機(jī)場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)服務(wù)的作用?；A(chǔ)數(shù)據(jù)的建設(shè), 不但需要大量資金的投入, 還應(yīng)該理順各方面的關(guān)系,使之建立在良性的數(shù)據(jù)共享體制上, 以保證數(shù)據(jù)的一致性、現(xiàn)時(shí)性、標(biāo)準(zhǔn)化，做到可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)束語

目前，機(jī)場(chǎng)建設(shè)過程中運(yùn)用了各種先進(jìn)的IT技術(shù)、通信技術(shù)和信息化手段，實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理、維護(hù)和服務(wù)的全面數(shù)字化，而地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)行的精確化、立體化、動(dòng)態(tài)化、智能化主要工具。GIS技術(shù)的發(fā)展為機(jī)場(chǎng)建設(shè)及運(yùn)行提供了可視化、空間化的技術(shù)手段，為輔助決策、運(yùn)行管理和旅客服務(wù)提供了多層次、多維度的展示方式。在機(jī)場(chǎng)建設(shè)初期就籌劃地理信息平臺(tái)的建設(shè)，可在工程建設(shè)過程中實(shí)現(xiàn)工程圖檔資料的規(guī)范化管理；各種數(shù)據(jù)、資料前期處理將為各種應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)提供完善的基礎(chǔ)資源。此外，地理信息平臺(tái)將作為一項(xiàng)基礎(chǔ)服務(wù)，可以為旅客服務(wù)、設(shè)施設(shè)備管理、能源管理等提供地圖引擎和空間數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)管理的自動(dòng)化和服務(wù)的可視化。

【1】李濤.地理信息系統(tǒng)在機(jī)場(chǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J].軟件，2014，（3）：35.

【2】劉曉琳，劉勝飛，魏江龍，石旭東.機(jī)場(chǎng)特種車輛指揮調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表，2010，（3）：10.

【3】李郁.基于組件式GIS 的機(jī)場(chǎng)道面管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].中外公路，2007，（4）：28.

【4】徐曉明.數(shù)字機(jī)場(chǎng) 智慧民航[J].中國(guó)民用航空，2013，（7）：145.

【5】尹朝暉. 基于GPS/GPRS/GIS動(dòng)態(tài)車輛調(diào)度研究[D].內(nèi)蒙：內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013.

【6】徐軍庫，孫施曼.數(shù)字機(jī)場(chǎng)建設(shè)與民航可持續(xù)發(fā)展之路[J].中國(guó)信息化，2014，（9）：18-22.

Design and Application of GIS on the Construction and Operation of the Airport

SONG Hai-rui
(The Second Research Institute of CAAC）

The application of GIS technology to the digital airport construction and operation process, to establish the airport geographic information platform, and on the platform combining with the business needs of airport engineering document management system, threedimensional digital airport system, the integrated network management system, pavement management system and transaction vehicle scheduling and tracking system, to realize the standardization of the airport building image file management and operation service of visualization.

geographic information system;digital airport; engineering documents; comprehensive network; airport pavement; vehicle tracking scheduling

10.13655/j.cnki.ibci.2015.07.015