基于RTK+GIS的機(jī)場(chǎng)跑道道面裂縫數(shù)字化調(diào)查研究

摘" 要：近年來(lái)隨著航空業(yè)務(wù)量的迅速增長(zhǎng)，停航窗口期縮短，急需一種數(shù)字化調(diào)查與管理信息的方法加快數(shù)據(jù)記錄、查詢、提取和更新的速度。該文使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)定位技術(shù)（GNSS RTK）與地理信息科學(xué)（GIS）軟件，以廣漢機(jī)場(chǎng)跑道道面裂縫數(shù)字化調(diào)查為例，梳理電子地圖的制作與發(fā)布流程，實(shí)現(xiàn)道面裂縫分布可視化、道面破損準(zhǔn)確定位、空間矢量數(shù)據(jù)的處理與分析等功能，為準(zhǔn)確定位機(jī)場(chǎng)跑道道面危害、裂縫分布區(qū)域提供新的技術(shù)手段與解決思路。

關(guān)鍵詞：RTK;道面裂縫;SuperMap;電子地圖;數(shù)字化

中圖分類號(hào)：P228" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）02-0118-04

Abstract： In recent years， with the rapid growth of aviation business， the suspension window period has been shortened， and there is an urgent need for a digital survey and information management method to accelerate the speed of data recording， querying， extraction， and updating. This article uses Global Navigation Satellite System Real time Kinematic and Geographic Information Science software， taking the digital investigation of runway cracks at Guanghan Airport as an example， to streamline the production and release process of electronic maps， achieve visualization of pavement crack distribution， accurate positioning of pavement damage， and processing and analysis of spatial vector data. This provides new technological means and solutions for accurately locating the hazards and crack distribution areas on airport runway surfaces.

Keywords： RTK; road surface cracks; SuperMap; electronic map; digitization

機(jī)場(chǎng)跑道道面承擔(dān)飛機(jī)起飛前等待準(zhǔn)備、起飛、降落、著陸后滑行以及停放等保障工作，其運(yùn)行狀態(tài)關(guān)乎飛機(jī)在地面的安全狀況?！哆\(yùn)輸機(jī)場(chǎng)運(yùn)行安全管理規(guī)定》要求每年至少進(jìn)行一次跑道狀況分析，每5年對(duì)跑道進(jìn)行一次綜合評(píng)價(jià)[1]。尤其像廣漢機(jī)場(chǎng)等建設(shè)年限較長(zhǎng)的老舊機(jī)場(chǎng)，仍然停留在原始紙質(zhì)資料管理、人工記錄與巡檢道面的階段。運(yùn)行期間內(nèi)跑道道面經(jīng)歷過(guò)多次修補(bǔ)與維護(hù)，紙質(zhì)文件體量大，查閱繁瑣，工作效率低，無(wú)法對(duì)跑道數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)取與系統(tǒng)性記錄。并且近年來(lái)隨著訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)的增加，飛機(jī)起降次數(shù)大幅度上升，廣漢機(jī)場(chǎng)瀝青跑道道面出現(xiàn)了不同程度的損傷。傳統(tǒng)的管理辦法不僅使檢測(cè)人員在實(shí)際測(cè)量中的安全性得不到保障，而且不利于對(duì)機(jī)場(chǎng)道面的監(jiān)控與及時(shí)地監(jiān)測(cè)評(píng)估，極易造成道面養(yǎng)護(hù)的拖延與浪費(fèi)。

本文針對(duì)目前廣漢機(jī)場(chǎng)跑道道面管理效率低與病害記錄信息化不足等問(wèn)題，利用GPS RTK獲取道面病害基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，基于SuperMap iDesktop平臺(tái)制作電子地圖，通過(guò)空間數(shù)據(jù)管理、空間數(shù)據(jù)查詢、顯示和空間分析等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的地理信息服務(wù)和統(tǒng)一的空間信息資源共享服務(wù)[2]。為跑道道面病害定位提供新思路，提高道面破損修補(bǔ)效率，保障飛機(jī)安全高效運(yùn)行。

1" 機(jī)場(chǎng)概況

廣漢機(jī)場(chǎng)是中國(guó)民航飛行學(xué)院廣漢分院的訓(xùn)練機(jī)場(chǎng)，機(jī)場(chǎng)跑道長(zhǎng)2 200 m，寬45 m，飛行區(qū)等級(jí)4C級(jí)，機(jī)場(chǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)（N30°57′16″，E104°19′13″），為A1類通用機(jī)場(chǎng)，可起降塞斯納、新舟60等訓(xùn)練類機(jī)型[3]。廣漢機(jī)場(chǎng)跑道為“白加黑”道面，2011年在原有水泥道面上加鋪瀝青面層。

本文主要對(duì)整個(gè)機(jī)場(chǎng)跑道道面破損研究調(diào)查與建立信息化數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了梳理，采集跑道道面裂縫端點(diǎn)的矢量信息、判斷裂縫損壞類型與損壞程度，使用SuperMap平臺(tái)建立數(shù)字化道面管理模式，實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)跑道道面破損可視化、跑道裂縫定位查詢與實(shí)時(shí)更新，有助于提高機(jī)場(chǎng)跑道維護(hù)和管理的效率和準(zhǔn)確性，確保機(jī)場(chǎng)的安全運(yùn)行。

2" 技術(shù)路線與方法

2.1" 基本原理

GIS地理信息系統(tǒng)是一種與地理、地圖學(xué)、遙感和計(jì)算機(jī)技術(shù)互相交織的綜合學(xué)科，已經(jīng)被廣大人民群眾應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的地理數(shù)據(jù)查詢中[4]。本文利用RTK+GIS技術(shù)完成數(shù)字化跑道道面裂縫模型的建設(shè)，主要原理是通過(guò)GIS軟件對(duì)RTK實(shí)時(shí)采集到的定位坐標(biāo)進(jìn)行高效的空間資料檢索和定址，解析和整合復(fù)雜的空間資源，并將地圖上的顯示效果、地理分析功能與常規(guī)的數(shù)據(jù)庫(kù)功能彼此融合，完成廣漢機(jī)場(chǎng)跑道道面損壞的排查與管理。

2.2" 技術(shù)路線

廣漢機(jī)場(chǎng)跑道道面裂縫數(shù)字化調(diào)查主要包括跑道歷史建設(shè)資料調(diào)研、確立跑道道面病害調(diào)查方案、實(shí)地調(diào)查跑道道面損壞類型與狀況、建立數(shù)據(jù)源、地圖配準(zhǔn)、導(dǎo)入數(shù)據(jù)集、投影轉(zhuǎn)換和最終構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，形成電子地圖，完成道面裂縫的可視化表達(dá)，如圖1所示。

2.2.1" RTK獲取數(shù)據(jù)

RTK技術(shù)是全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)與數(shù)據(jù)通信技術(shù)相結(jié)合的載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果[5]。中海達(dá)RTK由GNSS移動(dòng)手簿與接收機(jī)2部分組成。目前，主要有單基站RTK測(cè)量和網(wǎng)路RTK測(cè)量，單基站RTK又分電臺(tái)模塊和全球移動(dòng)通信系統(tǒng)模塊，網(wǎng)路RTK分為多基準(zhǔn)站RTK與城市連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)。本文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取采用RTK手簿差分測(cè)量模式，誤差均在千分之一范圍內(nèi)。

根據(jù)前期對(duì)廣漢機(jī)場(chǎng)歷史建設(shè)概況與道面結(jié)構(gòu)的了解，以及對(duì)跑道道面裂縫類型與嚴(yán)重程度的大概摸排，發(fā)現(xiàn)道面病害主要為沿原水泥道面接縫的開(kāi)裂和隆起，在聯(lián)絡(luò)道出口飛機(jī)轉(zhuǎn)彎處有少量推擠，并開(kāi)始發(fā)生松散。參考MH/T 5024—2019《民用機(jī)場(chǎng)道面評(píng)價(jià)管理技術(shù)規(guī)范》中機(jī)場(chǎng)瀝青道面破壞的4類16種主要損壞類型（表1），將廣漢機(jī)場(chǎng)跑道道面的損壞的嚴(yán)重程度劃分為1輕微（發(fā)生裂紋）、2中等（裂紋張開(kāi)形成裂縫）、3嚴(yán)重（隆起、發(fā)生松散脫落，三米直尺測(cè)量離地間隙超過(guò)1.5 cm）反射裂縫三大類。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查作業(yè)是根據(jù)航班運(yùn)行計(jì)劃、停航時(shí)間以及天氣情況針對(duì)道面破損進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集統(tǒng)計(jì)。將長(zhǎng)2.2 km、寬45 m的跑道，劃分為220個(gè)單元。瀝青道面面積約為99 000 m2，跑道中心線兩側(cè)各每10 m作為一個(gè)單元。瀝青跑道單元?jiǎng)澐秩鐖D2所示。從跑道端手持GPS RTK沿著調(diào)查方向依次定位跑道破損處的2個(gè)端點(diǎn)，即時(shí)留存道面裂縫圖像并采用目視判斷的方式辨別道面裂縫的嚴(yán)重程度，調(diào)查方案選取與跑道中線平行的縱向裂縫，以及與跑道中線垂直的橫向裂縫分別測(cè)量的方式進(jìn)行。

外業(yè)完成后將道面裂縫定位點(diǎn)坐標(biāo)從手簿中提取出每個(gè)點(diǎn)的經(jīng)度、緯度與高程，并且將實(shí)時(shí)記錄的裂縫嚴(yán)重程度歸納在數(shù)據(jù)集中，見(jiàn)表2、表3。本次采集共獲取194個(gè)縱縫端點(diǎn)坐標(biāo)與1 386個(gè)橫縫端點(diǎn)坐標(biāo)。

2.2.2" GIS構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)

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)。其中，SuperMap GIS是北京超圖軟件股份有限公司開(kāi)發(fā)的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，具有廣泛的功能適用性以及高度的可定制性、開(kāi)放性和可拓展性，使用戶可以根據(jù)自身需求進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)和高效的應(yīng)用[6]。

本文基于SuperMap iDesktop 11i系列產(chǎn)品在超圖平臺(tái)中構(gòu)建數(shù)字化場(chǎng)景，建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)，在工作空間中導(dǎo)入影像數(shù)據(jù)與坐標(biāo)數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行地圖配準(zhǔn)與投影轉(zhuǎn)換，在自動(dòng)形成的屬性表中完成數(shù)據(jù)運(yùn)算，最終形成可應(yīng)用于實(shí)際工作的電子地圖。

1）新建工作空間。SuperMap iDesktop 11i的用戶界面，包括菜單欄、工具欄、工作區(qū)和狀態(tài)欄，為使用者提供一個(gè)集中的、組織化的環(huán)境，以管理他們?cè)谔囟üぷ髁鞒袒蝽?xiàng)目中所需的各種數(shù)據(jù)和資源。在用戶界面內(nèi)工作空間管理器中新建文件型工作空間“廣漢機(jī)場(chǎng)跑道道面病害調(diào)查”，并新建文件型數(shù)據(jù)源“裂縫調(diào)查”。

2）導(dǎo)入數(shù)據(jù)集。在裂縫調(diào)查數(shù)據(jù)源下導(dǎo)入廣漢機(jī)場(chǎng)高清地圖.JPG文件，編碼類型為PNG，創(chuàng)建影像型數(shù)據(jù)集。將外業(yè)RTK在現(xiàn)場(chǎng)記錄的破損點(diǎn)定位整理線數(shù)據(jù)集，導(dǎo)入.dbf.sbn.sbx.shp.shx等格式的矢量數(shù)據(jù)文件。

3）地圖配準(zhǔn)。配準(zhǔn)的本質(zhì)是對(duì)地圖或圖像進(jìn)行校正，以確保地圖中的地理信息和位置坐標(biāo)與現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)際位置相吻合，從而提高地圖的準(zhǔn)確性和可用性。配準(zhǔn)廣漢機(jī)場(chǎng)影像圖采用至少4個(gè)控制點(diǎn)的線性配準(zhǔn)方法。首先，在Google Earth高清衛(wèi)星地圖中選取4個(gè)坐標(biāo)清晰、容易識(shí)別、位置明確的控制點(diǎn)，從13號(hào)跑道方向右上角開(kāi)始按照順時(shí)針?lè)较蛞来芜x取A、B、C、D四點(diǎn)。其次，在工作區(qū)地圖窗口中打開(kāi)廣漢機(jī)場(chǎng)影像數(shù)據(jù)集。配準(zhǔn)時(shí)按照順時(shí)針的取點(diǎn)方向一一對(duì)應(yīng)在參考圖層中與配準(zhǔn)圖層中依次刺點(diǎn)，將參考點(diǎn)在Google Earth提取的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)錄入目標(biāo)點(diǎn)XY中，并計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的校準(zhǔn)誤差均在千分之一，如圖3所示。最后使用GPS RTK現(xiàn)場(chǎng)記錄的經(jīng)緯度坐標(biāo)作為刺點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)廣漢機(jī)場(chǎng)裂縫進(jìn)行配準(zhǔn)，如圖4所示。

4）投影轉(zhuǎn)換。GIS軟件通常支持多種坐標(biāo)系，包括地理坐標(biāo)系和投影坐標(biāo)系。地理坐標(biāo)系直接以經(jīng)緯度表示地球表面位置，而投影坐標(biāo)系則是將地球表面投影到二維平面上，以方便進(jìn)行空間量測(cè)和分析。由于SuperMap中新導(dǎo)入的影像地圖窗口狀態(tài)欄中默認(rèn)顯示的數(shù)據(jù)參考坐標(biāo)為平面坐標(biāo)，與地理位置沒(méi)有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系，且不包含投影參數(shù)，因此不具有地理意義，無(wú)法直接確定數(shù)據(jù)點(diǎn)在地球上的真實(shí)位置。為了確保不同來(lái)源的數(shù)據(jù)能夠在同一個(gè)地理框架下進(jìn)行整合、分析和展示，從而提高數(shù)據(jù)的可用性和分析準(zhǔn)確性，則需要對(duì)新導(dǎo)入的影像數(shù)據(jù)集與線數(shù)據(jù)集進(jìn)行投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。在SuperMap iDesktop 11i中，分別將配準(zhǔn)后的廣漢機(jī)場(chǎng)平面圖影像與跑道道面裂縫矢量數(shù)據(jù)集的目標(biāo)坐標(biāo)系重新設(shè)定為與實(shí)際測(cè)量參考橢球體相一致的GCS_China_2000坐標(biāo)系。

2.2.3" 地圖發(fā)布與應(yīng)用

1）地圖發(fā)布。地圖不僅提升了信息的可視化和傳播效率， 而且支持決策分析與規(guī)劃，促進(jìn)了空間信息的共享與應(yīng)用， 增強(qiáng)了用戶交互與參與，提高了數(shù)據(jù)提取速度。色彩在電子地圖的設(shè)計(jì)中占有非常重要的地位，因此色彩設(shè)計(jì)應(yīng)與電子地圖的性質(zhì)、用途一致，與電子地圖的內(nèi)容相適應(yīng)，充分利用色彩的感覺(jué)與象征性，使圖面和諧美觀并形成特色[7]。利用SuperMap iDesktop 11i進(jìn)行顏色配置時(shí)，運(yùn)用圖層管理器中圖層的顯示控制、影像或矢量參數(shù)等方面對(duì)數(shù)據(jù)集的透明度、亮度、對(duì)比度進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)裂縫矢量線數(shù)據(jù)集的風(fēng)格進(jìn)行線型、線寬度、線顏色3方面的調(diào)整。設(shè)置完成后將不同類型的數(shù)據(jù)集圖層按點(diǎn)、線、面順序疊加在同一頁(yè)面中，方便在日常使用時(shí)整體調(diào)整比例、及時(shí)調(diào)取地圖、查找與定位。

2）地圖應(yīng)用。為了使地圖在實(shí)際工作中提高實(shí)用性，根據(jù)實(shí)際情況需要對(duì)矢量數(shù)據(jù)集調(diào)整與更改，進(jìn)行對(duì)象操作和風(fēng)格設(shè)置，可以直接在地圖顯示窗口進(jìn)行圖形的繪制或刪除;也可以在數(shù)據(jù)集屬性表中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況對(duì)原有數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化與完善。

由于GIS軟件具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理、空間查詢、空間幾何量算和空間分析等功能，可以直接對(duì)廣漢機(jī)場(chǎng)跑道道面調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行輕微、中等、嚴(yán)重3方面損害程度的篩選，分別統(tǒng)計(jì)裂縫長(zhǎng)度與調(diào)查面積，方便場(chǎng)務(wù)人員根據(jù)道面裂縫分布位置和損害類型制定相應(yīng)的維護(hù)措施。

3" 結(jié)束語(yǔ)

本文以廣漢機(jī)場(chǎng)跑道道面調(diào)查為例，對(duì)機(jī)場(chǎng)管理目標(biāo)及應(yīng)用對(duì)象的使用需求進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)際要求并結(jié)合安全、效率、服務(wù)和可持續(xù)性等多個(gè)方面的特征，提升老舊機(jī)場(chǎng)道面巡檢效率和數(shù)據(jù)查詢速度。使用RTK+GIS進(jìn)行機(jī)場(chǎng)跑道道面裂縫的數(shù)字化調(diào)查研究，提高了道面調(diào)查定位的工作效率，改進(jìn)了傳統(tǒng)文件資料管理模式，加快了提取信息的速度，同時(shí)也發(fā)揮了超圖平臺(tái)提供強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理、分析、可視化表達(dá)能力，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新、道面破損精確定位、查看裂縫分布和裂縫矢量化計(jì)算等功能，為機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)管理的現(xiàn)代化、數(shù)字化、智能化提供了有力的支持。為機(jī)場(chǎng)道面調(diào)查制定科學(xué)高效的調(diào)查策略、優(yōu)化管理流程、提升運(yùn)行效率和提高道面服務(wù)質(zhì)量，為機(jī)場(chǎng)數(shù)字化調(diào)查管理提供新思路。

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第一作者簡(jiǎn)介：杜越（2000-），女，碩士研究生。研究方向?yàn)楹娇战煌ㄟ\(yùn)輸。