機場凈空保護區(qū)的三維可視化處理

黃基峻

摘要：本文通過對機場凈空保護區(qū)的分析，采用現(xiàn)有三維實景建模技術(shù)，闡述了如何將機場凈空保護區(qū)進行三維可視化處理，對凈空保護區(qū)各限制面進行立體展示，同時結(jié)合空間數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)凈空保護區(qū)障礙物的精細(xì)化管理。

關(guān)鍵詞：三維實景建模;機場凈空;三維可視化處理

中圖分類號：A 文獻標(biāo)識碼：A

0.引言

為保障飛機在起飛降落時的安全，根據(jù)《民用機場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》劃定機場凈空保護區(qū)。隨著城市化建設(shè)的迅速發(fā)展，產(chǎn)生了城市建設(shè)與機場凈空保護的矛盾，不斷拓展城市中心城區(qū)，不斷建設(shè)以機場為依托的航空港經(jīng)濟區(qū)，機場由遠(yuǎn)離城郊變?yōu)榱顺鞘羞吘壔蛘吖I(yè)區(qū)，城市擴張與機場管理協(xié)調(diào)難度很大，如何推進對機場凈空的有效管理工作，成為了一個航空事業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。近年來隨著三維實景建模技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字中國、數(shù)字孿生等大規(guī)模實景三維模型應(yīng)用逐漸進入人們的視野，能否利用現(xiàn)有的三維建模技術(shù)將機場凈空進行立體展示、管理成為了一個值得探討的問題，本文就利用三維實景建模技術(shù)將機場凈空區(qū)域做可視化處理進行了研究，并對已有障礙物的三維管理進行探討。

1.凈空保護區(qū)及凈空保護區(qū)障礙物

機場凈空內(nèi)在機場起降航線所在的一定區(qū)域內(nèi)規(guī)定了若干障礙物限制面，而這些限制面相交、重疊，構(gòu)成一個范圍較大的抽象區(qū)域，該抽象區(qū)域之上稱為機場凈空。根據(jù)《民用機場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，在以機場跑道為中軸線的約800平方千米內(nèi)劃定為機場凈空，機場凈空內(nèi)的障礙物限制面主要包括升降帶、進近面、過渡面、內(nèi)水平面、錐形面、起飛爬升面、外水平面等，各限制面以不同的起算基準(zhǔn)按照特定的散開率、坡度向外延伸。通常情況下，以凈空圖對凈空保護區(qū)各限制面的情況進行反映，包括俯視圖和剖面圖：俯視圖主要反映凈空保護區(qū)內(nèi)各限制面范圍，所在區(qū)域以及已有障礙物分布情況;剖面圖從高程上對凈空保護區(qū)內(nèi)限高情況進行反映。凈空圖多以CAD的形式進行繪制，雖能準(zhǔn)確表示障礙物的位置，但是對于障礙物高程信息和障礙物限制面的反映都不夠直觀，同時無法準(zhǔn)確標(biāo)注呈面狀分布的超高障礙物，如建筑群、山脈等。

通過對凈空保護區(qū)的分析，我們對凈空保護區(qū)總結(jié)出以下特點：一是保護范圍大;二是限制面疊加高度復(fù)雜但具備一定的規(guī)律性;三是各限制面通常以矢量的形式進行可視化表達。

機場凈空保護區(qū)內(nèi)的障礙物，按障礙物類型主要可分為人工障礙物、自然障礙物，自然障礙物主要為山頭，以地形高度作為障礙物高度，人工障礙物以最高點高程作為障礙物高程。在凈空管理中主要關(guān)注障礙物的所處位置信息、高度信息以及障礙物屬性：障礙物位置信息包括坐標(biāo)、距機場基準(zhǔn)點距離、磁方位角等;高度信息主要包括障礙物高程，同時結(jié)合障礙物位置計算障礙物所在限制面限制高度及超高情況;障礙物屬性主要包括障礙物類型，歸屬等，同時，受機場電磁環(huán)境保護區(qū)影響，機場凈空保護區(qū)內(nèi)110Kv的電塔需進行信息采集，包括電塔所屬電力線、編號等信息，并完成電塔連線。

2.機場凈空保護區(qū)三維可視化處理

機場凈空保護區(qū)的三維可視化處理主要包括三個內(nèi)容：三維實景模型底圖的制作;三維凈空保護區(qū)限制面的制作;障礙物展繪。

2.1三維實景模型底圖制作

機場凈空保護區(qū)域內(nèi)的三維實景模型重點以反映地形情況為主，同時由于涉及面積較大，為方便數(shù)據(jù)的使用可采用數(shù)據(jù)量較小的DEM疊加DOM構(gòu)建的三維實景模型作為機場凈空保護區(qū)的三維底圖，在滿足使用的基礎(chǔ)上最大程度地節(jié)省成本，提高數(shù)據(jù)處理效率，同時減小數(shù)據(jù)存儲的壓力。

為滿足使用要求凈空保護區(qū)三維實景模型需完整覆蓋整個機場凈空保護區(qū)，同時機場區(qū)域作為禁飛區(qū)，很難采用無人機獲取高分辨率影像數(shù)據(jù)，因此，可采用高分辨率衛(wèi)星影像提供三維實景模型底圖的紋理信息。對于DEM的選擇，目前市面上使用較多的有SRTM15，SRTM3，GMTED，ALOS等不同數(shù)據(jù)源，不同精度的DEM數(shù)據(jù)，DEM精度越高，數(shù)據(jù)量越大，地形模型的構(gòu)建越難，因此，選擇合適的精度，滿足使用即可，根據(jù)測試，使用ALOS分辨率12米的DEM，所構(gòu)建的地形模型滿足使用要求，同時數(shù)據(jù)量及成本相對較低。

2.2三維凈空保護區(qū)限制面制作

根據(jù)《民用機場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中相關(guān)規(guī)定，不同跑道類型的機場各凈空限制面爬升高度不同，但總體來說均以基準(zhǔn)高程按特定的爬升率或散開率進行控制，在對凈空保護區(qū)各限制面進行三維矢量化之前，需分析各限制面高度及范圍控制情況，以飛行區(qū)指標(biāo)I為4等的精密進近跑道為例，分別對機場凈空保護區(qū)三維可視化處理中會涉及到部分限制面進行分析。

2.3障礙物展繪

對于機場凈空保護區(qū)內(nèi)的各種障礙物，障礙物位置、高程為主要表達的內(nèi)容，因此，可采用三維矢量點數(shù)據(jù)來進行表達，高壓電塔可以采用矢量線進行連接，密集連片建筑區(qū)可采用矢量面進行范圍框定，與此同時，由于采用了三維實景模型作為基礎(chǔ)，因此，超高山頭通過地形模型可直接清晰的表達出來，僅需標(biāo)注最高點位置即可。利用障礙物三維坐標(biāo)確定障礙物的空間位置的同時，掛接障礙物相關(guān)屬性構(gòu)建障礙物空間信息數(shù)據(jù)庫。

3.結(jié)束語

通過構(gòu)建三維場景，疊加三維矢量限制面，將平面的凈空圖轉(zhuǎn)換成為了三維凈空保護區(qū)，實現(xiàn)了機場凈空保護區(qū)的三維可視化處理，更直觀地反映了凈空保護區(qū)內(nèi)地形情況。同時構(gòu)建的機場凈空保護區(qū)障礙物空間信息數(shù)據(jù)庫，從三維的角度直觀、清晰地展示了凈空保護區(qū)內(nèi)障礙物的情況。可以說，機場凈空保護區(qū)的三維可視化管理不僅將機場凈空保護區(qū)進行了立體展示，將抽象的范圍線落到了實地，同時為后續(xù)機場凈空保護區(qū)的精細(xì)化管理提供了幫助。

參考文獻

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