機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量的數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孟凡強(qiáng)，剛慧龍

(烏魯木齊市城市勘察測(cè)繪院，新疆 烏魯木齊市 830000)

機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量的數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孟凡強(qiáng)*，剛慧龍

(烏魯木齊市城市勘察測(cè)繪院，新疆 烏魯木齊市 830000)

在介紹機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量工作流程的基礎(chǔ)上，闡述了兩種常用于計(jì)算地面任意兩點(diǎn)之間真方位角與距離的算法，通過(guò)理論分析選擇了其中一種作為機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量數(shù)據(jù)處理程序的核心算法，并編程實(shí)現(xiàn)。通過(guò)工程實(shí)例，將該程序所得結(jié)果與傳統(tǒng)方法所得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析得出，該機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量數(shù)據(jù)處理程序能夠快速、準(zhǔn)確地處理凈空測(cè)量數(shù)據(jù)，提高了工作效率。

機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量；機(jī)場(chǎng)跑道中心；建筑物幾何中心；距離；真方位角

1 引 言

為了保障飛機(jī)的起降安全，確保對(duì)飛行沒(méi)有障礙，必須對(duì)機(jī)場(chǎng)周?chē)慕?構(gòu))筑物高度進(jìn)行嚴(yán)格限制，為此在機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)和建設(shè)中，規(guī)定了幾種障礙物限制面，用以限制機(jī)場(chǎng)及周?chē)?構(gòu))筑物的高度，限制面的范圍簡(jiǎn)稱(chēng)為凈空區(qū)[1，2]。機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量就是應(yīng)用現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)，一方面采集凈空區(qū)內(nèi)現(xiàn)有建(構(gòu))筑物的平面坐標(biāo)和高程，對(duì)區(qū)域高度超限的現(xiàn)有建(構(gòu))筑物，應(yīng)予拆除、搬遷、設(shè)置障礙燈或標(biāo)志等措施；另一方面，根據(jù)區(qū)域內(nèi)擬建建(構(gòu))筑物幾何中心的平面坐標(biāo)和高程，計(jì)算分析其設(shè)計(jì)高度是否超限，對(duì)高度超限的建(構(gòu))筑物應(yīng)予修改設(shè)計(jì)高度、重新選址等措施。

目前機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量數(shù)據(jù)處理需要大量人工干預(yù)，須用到AutoCAD、Leica Geo-Office Combined以及Microsoft Office等多個(gè)軟件[3]，過(guò)程較為煩瑣，導(dǎo)致工作效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率較低。因此，作者試圖應(yīng)用計(jì)算機(jī)編程技術(shù)提高改作業(yè)過(guò)程的自動(dòng)化程度，在提高工作效率的同時(shí)降低出錯(cuò)概率。

2 機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量

機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量中，首先應(yīng)用CORS接收機(jī)、全站儀等測(cè)量設(shè)備采集現(xiàn)有建(構(gòu))筑物平面坐標(biāo)及高程。其次根據(jù)規(guī)劃部門(mén)提供的擬建建(構(gòu))筑物設(shè)計(jì)紅線(xiàn)圖，獲取擬建建(構(gòu))筑物幾何中心的平面坐標(biāo)和設(shè)計(jì)高度，測(cè)得其所在地的高程后，可計(jì)算出該擬建建(構(gòu))筑物最高點(diǎn)的高程。同時(shí)各擬建建筑物幾何中心與機(jī)場(chǎng)跑道中心的距離與真方位角也需要計(jì)算，首先逐個(gè)導(dǎo)出各擬建建筑物幾何中心基于WGS-84坐標(biāo)系的經(jīng)緯度坐標(biāo)；然后逐個(gè)計(jì)算各擬建建筑物幾何中心與機(jī)場(chǎng)跑道中心之間的距離與真方位角并輸出；最后通過(guò)復(fù)制、粘貼等人工編輯將所有數(shù)據(jù)合成編制為機(jī)場(chǎng)凈空區(qū)建設(shè)項(xiàng)目情況表。該表包括各擬建建筑物的幾何中心經(jīng)緯度坐標(biāo)、海拔高度、限制高度、與機(jī)場(chǎng)跑道中心位置的距離與真方位角、擬建建筑物設(shè)計(jì)高度等內(nèi)容[4]。最終，空管部門(mén)根據(jù)機(jī)場(chǎng)凈空區(qū)建設(shè)項(xiàng)目情況表中的數(shù)據(jù)，計(jì)算分析現(xiàn)有建(構(gòu))筑物高度以及擬建建(構(gòu))筑物設(shè)計(jì)高度是否超限[5]。

3 機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量數(shù)據(jù)處理程序算法選擇

設(shè)A、B兩點(diǎn)(可以為建筑物幾何中心與機(jī)場(chǎng)跑道中心)在某平面坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)分別為(xA，yA)和(xB，yB)，在WGS-84坐標(biāo)系下的經(jīng)緯度分別為(ALat，ALon)和(BLat，BLon)，根據(jù)真方位角的定義，點(diǎn)B相對(duì)于點(diǎn)A真方位角的計(jì)算方法根據(jù)條件不同而不同。

3.1 第一種算法

(1)

(2)

3.2 第二種算法

由三面角余弦定理可得：

cos∠c=cos∠a×cos∠b+sin∠a×sin∠b×cos∠ACB

(3)

又由三面角弧的正弦定理可得：

(4)

根據(jù)已知條件并綜合式(3)、式(5)可得：

(5)

所以有：

(6)

根據(jù)式(6)可得弧度距離的計(jì)算過(guò)程，如式(7)、式(8)所示：

(7)

(8)

3.3 算法的選擇

根據(jù)《數(shù)字測(cè)圖原理與方法》等的相關(guān)理論可知，距離閾值Lx=10 km。第一種算法較為簡(jiǎn)單，計(jì)算效率較高，但理論證明其僅適用于距離小于閾值Lx的低緯度地區(qū)，局限性較大；第二種算法較復(fù)雜，但理論證明其適用于地球上任意兩點(diǎn)，沒(méi)有緯度和距離的限制，普適性更強(qiáng)。經(jīng)綜合考慮，本文最終選擇第二種算法作為機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量數(shù)據(jù)處理程序的算法[6～8]。

4 程序?qū)崿F(xiàn)與應(yīng)用

4.1 程序?qū)崿F(xiàn)

首先實(shí)現(xiàn)控件和對(duì)應(yīng)事件處理函數(shù)來(lái)讀取人工輸入的機(jī)場(chǎng)跑道中心WGS-84坐標(biāo)數(shù)據(jù)，預(yù)先設(shè)計(jì)好保存所有待求點(diǎn)WGS-84坐標(biāo)數(shù)據(jù)文本文件的數(shù)據(jù)格式，其次實(shí)現(xiàn)相應(yīng)函數(shù)來(lái)讀取該文件中的數(shù)據(jù)，然后將式(3)～式(8)編寫(xiě)成函數(shù)并組成計(jì)算類(lèi)，設(shè)計(jì)下拉菜單控件并實(shí)現(xiàn)人工選擇待求點(diǎn)的方式將所選待求點(diǎn)WGS-84坐標(biāo)數(shù)據(jù)與機(jī)場(chǎng)跑道中心WGS-84坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳入算法中計(jì)算對(duì)應(yīng)的真方位角和距離，最后通過(guò)人工檢查計(jì)算結(jié)果無(wú)誤后，以機(jī)場(chǎng)凈空區(qū)建設(shè)項(xiàng)目情況表的規(guī)定格式輸出結(jié)果[9]，如圖2所示。

圖2 技術(shù)流程圖

4.2 工程應(yīng)用

某房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)公司將在機(jī)場(chǎng)限高區(qū)內(nèi)擬建一座連體辦公綜合樓，我院受委托進(jìn)行機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量，該擬建建筑物共計(jì)9棟，如圖3所示。

圖3 建筑物分布圖

圖4 數(shù)據(jù)處理格式樣式

首先，將該9棟擬建建筑物幾何中心的WGS-84經(jīng)緯度坐標(biāo)按機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量數(shù)據(jù)處理程序的格式要求進(jìn)行編輯，結(jié)果如圖4所示，第一列為擬建建筑物編號(hào)，一般情況下與建筑施工圖或建筑紅線(xiàn)圖上一致；第二列為擬建建筑物的經(jīng)度，其格式為：度+“.”+分+秒；第三列為擬建建筑物的緯度，格式與經(jīng)度相同；第四列為各擬建建筑物的擬建高度。

其次，分別將機(jī)場(chǎng)中心坐標(biāo)文件與擬建建筑物幾何中心坐標(biāo)文件導(dǎo)入到程序中，并依次計(jì)算各擬建建筑物幾何中心與機(jī)場(chǎng)跑道中心的真方位角，計(jì)算結(jié)果將在列表框中顯示，如圖5所示。

最后，人工檢查列表中的計(jì)算結(jié)果，確定計(jì)算無(wú)誤后，選擇成果表保存路徑并單擊“提交”按鈕，即可自動(dòng)生成規(guī)定格式的成果表，如圖6所示。

圖5 凈空測(cè)量數(shù)據(jù)處理程序界面

圖6 凈空測(cè)量數(shù)據(jù)處理結(jié)果

為了進(jìn)一步驗(yàn)證該程序計(jì)算結(jié)果的正確性，本文應(yīng)用Leica Geo-Office Combined軟件中“GOCO計(jì)算…”的“點(diǎn)到點(diǎn)反算”功能，來(lái)求取各擬建建筑物幾何中心到機(jī)場(chǎng)跑道中心的真方位角，得到的計(jì)算結(jié)果為多個(gè)ASCII文件，需要人工干預(yù)進(jìn)行合成、編輯并制作表格。表1的第2列和第3列是機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量數(shù)據(jù)處理程序計(jì)算而得的結(jié)果，作為本實(shí)例的待檢驗(yàn)值；第4列和第5列是Leica Geo-Office Combined軟件計(jì)算而得的結(jié)果，作為本實(shí)例的真值[10]。

從表1的比較可以看出，機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量數(shù)據(jù)處理程序的計(jì)算結(jié)果與Leica Geo-Office Combined軟件的計(jì)算結(jié)果除了1號(hào)建筑、5號(hào)建筑和8號(hào)建筑有微小差別之外，其余結(jié)果均一致，說(shuō)明前者具備良好的準(zhǔn)確性以及可靠的精度。

成果對(duì)比分析 表1

5 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)當(dāng)前機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量數(shù)據(jù)處理所面臨的問(wèn)題，結(jié)合相關(guān)規(guī)范及生產(chǎn)要求，敘述了根據(jù)兩點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算距離及真方位角的算法原理，應(yīng)用.NET框架與AutoCAD的.NET接口實(shí)現(xiàn)了機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量數(shù)據(jù)處理程序，通過(guò)案例分析，將該程序所得結(jié)果與傳統(tǒng)方法所得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析得出，該機(jī)場(chǎng)凈空測(cè)量數(shù)據(jù)處理程序能夠快速、準(zhǔn)確地處理凈空測(cè)量數(shù)據(jù)，較大程度上減少了人工作業(yè)，提高了工作效率。

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The Design and Realization of The Data-processing Program for Airport Clearance Measurement

Meng Fanqiang，Gang Huilong

(Urumqi Urban Institute of Geotechnical Investigation Surveying and Mapping，Urumqi 830000，China)

In this paper，Based on Introducing the workflow of Airport clearance measurement，two algorithms for computing the true azimuth and distance between two arbitrary points on the ground have been described respectively，one of the two has been selected as the core algorithm of the airport clearance measurement data-processing program by theoretical analysis，and it has been realized by programming. The result of this program has been compared with the result of conventional method，and shows that the airport clearance measurement data processing program can process the clearance measurement data quickly and accurately，and improve the work efficiency.

airport clearance measurement；the center of airport；the geometric center of building；distance；the true azimuth

1672-8262(2017)04-118-04

P209

B

2017—01—09

孟凡強(qiáng)(1983—)，男，工程師，主要從事工程測(cè)量與數(shù)據(jù)處理工作。