機場凈空測量作業(yè)方法的分析

郭耀林 段方東 李戰(zhàn)偉

【摘要】為機場保障部門提供疑似超高物體的平面坐標(biāo)、WGS84坐標(biāo)、地面高程、頂部高程、場高及相對于跑道中心的距離、磁方位角等。為確保飛行安全，需要對機場凈空保護區(qū)域內(nèi)疑似超高建（構(gòu)）或高大樹木等的位置、高程、比高等進行充分的了解和準(zhǔn)確測量，本文就凈空測量的作業(yè)方法進行分析。

【關(guān)鍵詞】機場凈空測量；三角高程；磁方位角

引言

在2014年期間，筆者負(fù)責(zé)了某民用機場疑似超高物的三維坐標(biāo)測量。該項目測繪面積大，疑似超高物既有人工構(gòu)（建）筑物，也有自然地貌。具體的目標(biāo)多種多樣，有高樓大廈、露天設(shè)備，也有各類高壓塔、信號塔和山頂樹木等。結(jié)合項目特點和工作中的體會，針對不同超高物的測量方法做些詳細(xì)的分析。

1、機場凈空控制測量的方法

控制測量是工程建設(shè)的基礎(chǔ)，服務(wù)于各種工程建設(shè)，城鎮(zhèn)建設(shè)和土地規(guī)劃與管理等。是在測區(qū)內(nèi)，按測量任務(wù)所要求的精度，測定一系列控制點的平面位置和高程，建立起測量控制網(wǎng)，作為各種測量的基礎(chǔ)，具有控制全局，限制測量誤差累積的作用。

1.1 機場凈空測量范圍的確定。機場凈空測量范圍的確定是進行凈空測量的首要條件，是機場凈空控制測量是基礎(chǔ)。由于我國大部分民用機場是4E（飛機能起飛降落的類型）型機場，4E型機場端凈空一般20公里，側(cè)凈空15公里，加上機場跑道寬度和長度就可以確定出機場整個凈空的測量范圍。

1.2 機場凈空控制測量的方法。

根據(jù)凈空范圍收集和機場坐標(biāo)系統(tǒng)高程基準(zhǔn)一致的高等級控制點，并通過GPS靜態(tài)測量或RTK實時動態(tài)定位以及水準(zhǔn)測量，測量解算出各已知點的WGS84坐標(biāo)和高程。GPS靜態(tài)測量、水準(zhǔn)測量進行平面和高程控制的具體步驟參閱相關(guān)規(guī)程（規(guī)范），此文不再贅述。主要對運用RTK實時動態(tài)定位進行控制測量的注意事項進行分析。

（1）常規(guī)RTK1+1模式作業(yè)半徑最好（5-10公里），而利用CORS系統(tǒng)作業(yè)不受此限制；（2）盡量避開電離層活躍的時間段；

（3）衛(wèi)星6顆以上作業(yè)才較為可靠；

（4）測量時置信度須設(shè)置在99.99%，固定狀態(tài)且HRMS≤0.02，VRMS≤0.02時方可數(shù)據(jù)采集，HRMS和VRMS越小，RTK點位坐標(biāo)收斂越快定位精度也就越高，如果收斂很慢，獲得固定解需要幾十秒甚至幾分鐘，這時即使顯示的是固定解但也可能不真實，也就是俗稱的假固定。PDOP是位置精度強弱度（0.5--99.9）；為緯度、經(jīng)度和高程等誤差平方和的開根號值，是反映觀測衛(wèi)星圖形強度的數(shù)據(jù)，PDOP越小說明衛(wèi)星越多分布越均勻。那么RTK精度的精確性可靠性越高，而且初始化時間越短；

（5）控制點檢核核，開機后在一切準(zhǔn)備就緒后到兩個控制點上檢核，滿足精度后方可下一步作業(yè)。常規(guī)RTK實時定位和靜態(tài)事后差分處理結(jié)果后的精度比較如下表。

常規(guī)RTK實時定位和靜態(tài)事后差分處理結(jié)果后的精度比較表

2、疑似超高點的三維坐標(biāo)測量的方法

2.1 超高點地面、頂部均可以直接到達，空天通視好，能夠用RTK直接施測?？梢岳肅ORS系統(tǒng)并加載事先求定的七參數(shù)，先用RTK進行控制點的檢核，滿足限差要求后方可進行下一步作業(yè)。這時就可以到目標(biāo)點施測出其地面高程和頂部三維坐標(biāo)。RTK的優(yōu)點是快速并可全天候作業(yè)，經(jīng)濟高效精度有保證。當(dāng)然在作業(yè)區(qū)網(wǎng)絡(luò)信號不好的情況下，也可以采用RTK 1+1模式，利用電臺發(fā)送差分?jǐn)?shù)據(jù)，移動站在接收到差分信號后解算整周模糊度并得出固定解后即可測量。

2.2 超高點地面能夠到達，頂部不能到達，地面空天通視好，地面能夠用RTK直接施測?？梢杂肦TK直接施測其地面高程，然后在空曠地方布設(shè)兩個相互通視圖根控制點，并和頂部目標(biāo)兩兩通視。在兩個控制點上架設(shè)全站儀用前方交會方法并同時觀測記錄目標(biāo)的天頂距。交會角度要控制在30?-150?之間，避免因交會角度過大或過小而導(dǎo)致所求目標(biāo)坐標(biāo)偏差過大。前方交會公式如下：假定所測控制點A（XA，YA，HA），B（XB，YB，HB），觀測的水平角分別為α、β，天頂距為JAP、JBP，儀器高為IA、IB則P點平面坐標(biāo)如下：XP=（XActgβ+XBctgα+（YB-YA）/（ctgα+ctgβ），YP=（YActgβ+YBctgα+（XA-XB）/（ctgα+ctgβ），因此可推算出平距DAP=SQRT（（XA-XP）^2+（XA-XP）^2），DBP=SQRT（（XB-XP）^2+（XB-XP）^2）。

根據(jù)三角高程通用計算公式：（R為地球平均曲率半徑?。?371000米），K為大氣遮光系數(shù)一般取0.14），當(dāng)邊長小于300米時可以不考慮球氣差（（1-K）*D^2/（2R）。

HP1=HA+IA+DAP*ctgJAP+（1-K）*DAP^2/（2R），

HP2=HB+IB+DBP*ctgJBP+（1-K）*DBP^2/（2R）

所以P點頂部高程平均值即為HP=（HP1+HP2）/2，當(dāng)HP1、HP2誤差較大時應(yīng)重新觀測計算。

2.3超高點地面能夠到達，頂部不能到達，地面空天通視不好，地面與不能夠用RTK直接施測。由于RTK不能直接施測地面高程，需要在地面目標(biāo)附近布設(shè)兩個控制點，首先架設(shè)全站儀用極坐標(biāo)法測出地面點的三角高程。然后再用前方交會法測出目標(biāo)點頂部坐標(biāo)和其三角高程，測量原理同B類目標(biāo)點前方交會法。當(dāng)頂部目標(biāo)的垂直投影在地面容易判斷和測量時，也可直接利用全站儀的懸高測量程序輕松實現(xiàn)目標(biāo)點的上下比高，進而間接求出頂部高程。

3、數(shù)據(jù)處理和成果整理

根據(jù)機場保障部的要求還要提交以下數(shù)據(jù)，疑似超高點WGS84大地坐標(biāo)、場高及相對于跑道中心的距離、磁方位角等。由于部分目標(biāo)無法直接施測WGS84坐標(biāo)，但我們已經(jīng)用極坐標(biāo)法和前方交會法求出了高斯平面坐標(biāo)，然后可根據(jù)前期所求的七參數(shù)可反算出其WGS84大地坐標(biāo)，到此為止所有目標(biāo)點的地面、頂部高程及平面和WGS84大地坐標(biāo)均觀測計算完畢，就可以進行目標(biāo)相對跑到中心點磁方位角計算。

磁方位角的計算公式：磁方位角A=坐標(biāo)方位角α+子午線收斂角γ-磁偏角δ±3600。當(dāng)A大于360度時應(yīng)減去360，當(dāng)A小于360時應(yīng)加上360度。

磁偏角是地球表面任一點的磁子午圈同地理子午圈的夾角，根據(jù)規(guī)定，磁針指北極N向東偏則磁偏角為正，向西偏則磁偏角為負(fù)。磁偏角是指磁針靜止時，所指的北方與真正北方的夾角。在我國除部分磁力異常的地方外大部分地區(qū)磁偏角西偏。由于地球磁極的微小變化磁偏角不是一成不變的，如果精度要求較高，則需要用磁偏角儀或者陀螺經(jīng)緯儀來測量，若精度要求不高的可以網(wǎng)上查詢各地磁偏角。

子午線收斂角是地球橢球體面上一點的真子午線與位于此點所在的投影帶的中央子午線之間的夾角。即在高斯平面上的真子午線與坐標(biāo)縱線的夾角，通常用γ表示。此角有正、負(fù)之分，以真子午線北方向為準(zhǔn)，當(dāng)坐標(biāo)縱軸線北端位于以東時稱東偏，其角值為正；位于以西時稱西偏，其角值為負(fù)。某地面點此角的大小與此點相對于中央子午線的經(jīng)差△L和此點的緯度B有關(guān)，其角值可用近似計算公式γ=△L·sinB計算。

機場場高的定義是目標(biāo)點頂部高程相對于機場跑道中心高程的差值。即H場高=H頂-H中心

總結(jié)機場凈空測量具體就是以下流程：

收集測區(qū)資料確定測區(qū)范圍→制定項目技術(shù)設(shè)計→布控（選點 埋石、觀測、計算）→求出平面坐標(biāo)和WGS84間的轉(zhuǎn)換七參數(shù)→疑似超高點測量（極坐標(biāo)法、懸高法、前方交會法）→求出所有超高點地面、頂部高程及平面坐標(biāo)→結(jié)合七參數(shù)反算出所有超高點頂部WGS84大地坐標(biāo)→計算所有疑似超高點磁方位角、場高及相對跑道距離→整理所有計算數(shù)據(jù)輸出成果。

4、結(jié)束語

本文結(jié)合目機場凈空測量的實際情況，針對不同目標(biāo)三維坐標(biāo)的測量方法以及GPS-RTK作業(yè)需特別注意的事項作了詳細(xì)的描述和分析。對類似于需要三角高測量的項目，如日照測量、規(guī)劃監(jiān)督測量、工程測量等均有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1]蔡良才.交通運輸工程學(xué)報.機場凈空區(qū)范圍確定方法.

[2]CH-T2009-2010 全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范.