机场净空测量的数据处理程序设计与实现

孟凡强，刚慧龙

(乌鲁木齐市城市勘察测绘院，新疆 乌鲁木齐市 830000)

机场净空测量的数据处理程序设计与实现

孟凡强*，刚慧龙

(乌鲁木齐市城市勘察测绘院，新疆 乌鲁木齐市 830000)

在介绍机场净空测量工作流程的基础上，阐述了两种常用于计算地面任意两点之间真方位角与距离的算法，通过理论分析选择了其中一种作为机场净空测量数据处理程序的核心算法，并编程实现。通过工程实例，将该程序所得结果与传统方法所得结果进行对比分析得出，该机场净空测量数据处理程序能够快速、准确地处理净空测量数据，提高了工作效率。

机场净空测量；机场跑道中心；建筑物几何中心；距离；真方位角

1 引 言

为了保障飞机的起降安全，确保对飞行没有障碍，必须对机场周围的建(构)筑物高度进行严格限制，为此在机场设计和建设中，规定了几种障碍物限制面，用以限制机场及周围建(构)筑物的高度，限制面的范围简称为净空区[1，2]。机场净空测量就是应用现代测绘技术，一方面采集净空区内现有建(构)筑物的平面坐标和高程，对区域高度超限的现有建(构)筑物，应予拆除、搬迁、设置障碍灯或标志等措施；另一方面，根据区域内拟建建(构)筑物几何中心的平面坐标和高程，计算分析其设计高度是否超限，对高度超限的建(构)筑物应予修改设计高度、重新选址等措施。

目前机场净空测量数据处理需要大量人工干预，须用到AutoCAD、Leica Geo-Office Combined以及Microsoft Office等多个软件[3]，过程较为烦琐，导致工作效率和数据准确率较低。因此，作者试图应用计算机编程技术提高改作业过程的自动化程度，在提高工作效率的同时降低出错概率。

2 机场净空测量

机场净空测量中，首先应用CORS接收机、全站仪等测量设备采集现有建(构)筑物平面坐标及高程。其次根据规划部门提供的拟建建(构)筑物设计红线图，获取拟建建(构)筑物几何中心的平面坐标和设计高度，测得其所在地的高程后，可计算出该拟建建(构)筑物最高点的高程。同时各拟建建筑物几何中心与机场跑道中心的距离与真方位角也需要计算，首先逐个导出各拟建建筑物几何中心基于WGS-84坐标系的经纬度坐标；然后逐个计算各拟建建筑物几何中心与机场跑道中心之间的距离与真方位角并输出；最后通过复制、粘贴等人工编辑将所有数据合成编制为机场净空区建设项目情况表。该表包括各拟建建筑物的几何中心经纬度坐标、海拔高度、限制高度、与机场跑道中心位置的距离与真方位角、拟建建筑物设计高度等内容[4]。最终，空管部门根据机场净空区建设项目情况表中的数据，计算分析现有建(构)筑物高度以及拟建建(构)筑物设计高度是否超限[5]。

3 机场净空测量数据处理程序算法选择

设A、B两点(可以为建筑物几何中心与机场跑道中心)在某平面坐标系下的平面坐标分别为(xA，yA)和(xB，yB)，在WGS-84坐标系下的经纬度分别为(ALat，ALon)和(BLat，BLon)，根据真方位角的定义，点B相对于点A真方位角的计算方法根据条件不同而不同。

3.1 第一种算法

(1)

(2)

3.2 第二种算法

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)

根据已知条件并综合式(3)、式(5)可得：

(5)

所以有：

(6)

根据式(6)可得弧度距离的计算过程，如式(7)、式(8)所示：

(7)

(8)

3.3 算法的选择

根据《数字测图原理与方法》等的相关理论可知，距离阈值Lx=10 km。第一种算法较为简单，计算效率较高，但理论证明其仅适用于距离小于阈值Lx的低纬度地区，局限性较大；第二种算法较复杂，但理论证明其适用于地球上任意两点，没有纬度和距离的限制，普适性更强。经综合考虑，本文最终选择第二种算法作为机场净空测量数据处理程序的算法[6～8]。

4 程序实现与应用

4.1 程序实现

首先实现控件和对应事件处理函数来读取人工输入的机场跑道中心WGS-84坐标数据，预先设计好保存所有待求点WGS-84坐标数据文本文件的数据格式，其次实现相应函数来读取该文件中的数据，然后将式(3)～式(8)编写成函数并组成计算类，设计下拉菜单控件并实现人工选择待求点的方式将所选待求点WGS-84坐标数据与机场跑道中心WGS-84坐标数据传入算法中计算对应的真方位角和距离，最后通过人工检查计算结果无误后，以机场净空区建设项目情况表的规定格式输出结果[9]，如图2所示。

图2 技术流程图

4.2 工程应用

某房地产开发公司将在机场限高区内拟建一座连体办公综合楼，我院受委托进行机场净空测量，该拟建建筑物共计9栋，如图3所示。

图3 建筑物分布图

图4 数据处理格式样式

首先，将该9栋拟建建筑物几何中心的WGS-84经纬度坐标按机场净空测量数据处理程序的格式要求进行编辑，结果如图4所示，第一列为拟建建筑物编号，一般情况下与建筑施工图或建筑红线图上一致；第二列为拟建建筑物的经度，其格式为：度+“.”+分+秒；第三列为拟建建筑物的纬度，格式与经度相同；第四列为各拟建建筑物的拟建高度。

其次，分别将机场中心坐标文件与拟建建筑物几何中心坐标文件导入到程序中，并依次计算各拟建建筑物几何中心与机场跑道中心的真方位角，计算结果将在列表框中显示，如图5所示。

最后，人工检查列表中的计算结果，确定计算无误后，选择成果表保存路径并单击“提交”按钮，即可自动生成规定格式的成果表，如图6所示。

图5 净空测量数据处理程序界面

图6 净空测量数据处理结果

为了进一步验证该程序计算结果的正确性，本文应用Leica Geo-Office Combined软件中“GOCO计算…”的“点到点反算”功能，来求取各拟建建筑物几何中心到机场跑道中心的真方位角，得到的计算结果为多个ASCII文件，需要人工干预进行合成、编辑并制作表格。表1的第2列和第3列是机场净空测量数据处理程序计算而得的结果，作为本实例的待检验值；第4列和第5列是Leica Geo-Office Combined软件计算而得的结果，作为本实例的真值[10]。

从表1的比较可以看出，机场净空测量数据处理程序的计算结果与Leica Geo-Office Combined软件的计算结果除了1号建筑、5号建筑和8号建筑有微小差别之外，其余结果均一致，说明前者具备良好的准确性以及可靠的精度。

成果对比分析 表1

5 结 语

本文针对当前机场净空测量数据处理所面临的问题，结合相关规范及生产要求，叙述了根据两点坐标计算距离及真方位角的算法原理，应用.NET框架与AutoCAD的.NET接口实现了机场净空测量数据处理程序，通过案例分析，将该程序所得结果与传统方法所得结果进行对比分析得出，该机场净空测量数据处理程序能够快速、准确地处理净空测量数据，较大程度上减少了人工作业，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

孟凡强(1983—)，男，工程师，主要从事工程测量与数据处理工作。