GIS技术在机场净空保护区障碍物可视化管理中的应用

摘要：针对以往机场净空保护区障碍物日常更新与图件编制中，技术服务单位一直采用EXCEL表格、CAD线划图、纸质挂图和文字报告等形式向机场保障部门和其他相关单位的使用者提供信息反馈，针对实体信息表现的弱点，将GIS技术应用于障碍物点的可视化管理、测绘、更新和统计分析，对障碍物点地理分布、影响范围、数量、种类等重要信息进行地理信息系统编辑和管理，以专题图和统计表的可视化形式展现障碍物点信息，并对其进行多样化对比分析 .绘制矢量地图，并建立机场净空保护区障碍物点电子系统，同时生成数据成果表;运用 SQL 查询和选择、制作统计报表、专题图等功能，对信息进行提炼、统计与分析，最终实现信息可视化。

关键词：净空保护区;障碍物点;CAD;地理信息系统;专题地图;可视化

引 言

机场各级净空管理部门应当严格按照《国际民用航空公约》的相关规定，划定机场净空保护区，同时与本地的政府土地行政主管部门、城市规划部门协调与沟通，对机场净空保护区进行有效管理，杜绝障碍物对机场净空保护区域的侵害，以保障机场运行的飞行安全。在以往机场净空保护区障碍物的日常更新与图件编制中，技术服务单位一直采用纯粹的数据表格 、CAD线划图、纸质挂图和文字报告等形式向机场保障部门和其他相关单位的使用者提供信息反馈。而GIS系统以空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间位置与属性进行采集、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息。本文运用GIS技术，以ARCMAP为软件平台，对岳阳市三荷机场历史净空数据和本次野外调查增补的障碍物数据进行数据格式的转化、坐标系统的统一，进行SQL查询和用户关键要素的选择，制作专题统计图表，创建净空保护区障碍物专题地图。克服了传统方式即“CAD图形+Excel电子表”的弱点，更能快速、直观形象地表达净空保护区用户注重的要素对象，使数据显示形式更加丰富多彩，人机交互操作也更为符合人性化，为以后净空保护区障碍物的数据更新、管理、分析、评价和决策等提供了有力的技术保障。

1.障碍物点的定义与说明

当地面物体位于飞机地面活动区或突出于各障碍物点的空中限制面时，即成为障碍物点。某些机场的设备与设施，鉴于其导航和助航等功能需求，必须设在或建在使其成为障碍物的位置，而可能成为障碍物点。另外，任何其它设备与设施禁止成为障碍物点。对于机场内的且属于障碍物的设施，其质量和高度应做到最小，并安放在对飞机危害最小的位置。底部必须固定的设备和装置，应采用易折结构。结构的易折性是指在所期望的最大载荷下能保持其完整和刚度，但在更大荷载的冲击下能以对飞机危害最小的方式折断、变形或屈服的能力。对障碍物限制面范围外的场外水平面的空间，对高度达到150m的建（构）筑物体，均视为障碍物，应安装障碍灯等障碍物标志。所安装的障碍物标志必须符合相应的障碍物标志要求。

2.净空保护区障碍物专题图GIS 数据准备

2.1.基础测绘矢量底图数据的绘制

机场净空保护区 GIS 矢量底图的绘制，是利用收集到的最新版基础测绘成果1：5万数字地形图，1：5万地形要素数据采用了CGCS2000坐标系统，与本项目坐标系统一致，无需转换，可直接使用，它的要素分类代码采用了《国土基础信息数据分类与代码》，图形分层明确，地类要素齐全。然后结合本项目对可视化管理、数据更新、野外工作核查与补偿测绘的需要，对图层与要素加以筛查，并按规范要求进行符号化显示制作而成。

（1）添加图层：在“三荷机场净空保护区障碍物专题图.mxd”的图层上，添加各种信息图层，经过筛选加入了水系（面）、水系（线） 、居民地（面）、铁路（线）、公路（线）、区域界线（线）、地貌（线）、地貌（点）、植被（面）、居民地地名（点）和自然地名（点）。运用“图层控制”选项工具可以对各个图层的标注样式、显示效果、放大、缩小、转换文字形式和设置不同的背景色彩条纹等。

（2）配色与符号：根据测绘标准的文件要求，对以上图层进行了修改.根据不同的要素类型进行点线面符号与颜色的设置，达到用户需求的表达效果。

（3）可见比例的定义：在显示比例不同的情况下，对每一图层的文字显示大小加以控制，使其放大率越大，展现的文字内容就越详细。从而使在很小的缩放比例下，所有文字内容一起显示不会造成混乱重叠、看不清楚的现象，也使得整个图面布局更加美观。

2.2.净空保护区专题数据的绘制

2.2.1.净空要素的分析计算

机场的净空区由端净空区和侧净空区两部分组成。

端净空区是从跑道两端点，以远的一定距离起，据不同的环境，采取不同的起始宽度、向两侧扩展的斜率、不同的障碍物限制坡度，组成梯形/舌形的净空限制面，包括：起飞爬升面、进近面、内进近面和复飞面。

侧净空区从飞行区两旁向外部进行扩展，形成障碍物限制面，包括过渡面、内水平面、锥形面等。

民用机场航空部门对端净空区的设计计算：

①飞机爬升面。只针对仅具备起飞条件的跑道某一端，目的是让飞机爬升提供一个安全的平台。爬升面以跑道尾端从三十至六十米处开始，从低处往高的向上的限制面，长度在1.6km-15.0 km 之间，净空障碍物限制面的坡度介于5%-2%，终端允许高出首端80m-200m。

②近面。进近面和过渡面均為飞机的进近、进入及着陆，提供了一个无障碍限制的下滑便道。进近面从飞行道尾端以远30-60m处起算，是一组由远及近、由高到低的净空障碍物限制斜面。进近面的长度分布在1.6km-15.0 km 之间，尾端宽度在0.38 km -4.8 km之间。远端可高出收首端中点80m-435m。据机场区域的大小及飞行道技术环境条件的差异，可由1个限制坡度、2个限制坡度或2个限制坡度加1个水平段构成。

③进近面和复飞面。在进近面的首端起0.9 km （内进近面及1.8 km复飞面）区域内，布置限制要求更高的内进近面及复飞面。

民用航空组织和航空局关于侧净空的设计计算：

①锥形面：从内水平面边沿开始，以一定的限制坡度向外延伸的类似椭圆形的净空障碍物限制斜面。它的外缘距水平面边沿0.7-2.0m允许高于跑道两端中点的平均高程值为145m.

②水平面：1个距升降带侧边2公里～4.5公里的近似椭圆形状的水平限制面。在内水平面范围，禁止障碍物高出跑道中点的高程45m。

③过渡面：从升降带边界开始，按照一定得坡度向上延伸，与内水平面相交即高出机坪平均高程45 m）的斜面，限制的坡度值域为14.3%-20%。

④内过渡面：针对各类精密仪表，飞行道在过渡面上近于飞行道部位，设内过渡面，它的功能是控制某些须接近飞行道且又未超过这个限制面的设施，比如助航的设备和飞机等等。

2.2.2.净空要素的绘制

净空要素的上图，以分析计算的数据结果，结合项目区域坐标系统、投影参数和成图比例等要求，采用CAD图形软件进行设计绘图，然后采用ARCMAP的配套工具，转换成shp文件，套入ARCGIS平台中，分层设色，形成净空面。

障碍物限制面设计示意图

2.2.3.障碍物数据表的转换导入

内业编制的障碍物成果表，提供的属性数据包括：点号、障碍物名称、类别、54X、54Y、80X 、80Y、CGCS2000X、CGCS2000Y、CGCS2000B、CGCS2000L、真方位、磁方位、中心距离、地面标高和障碍物顶端部标高。

提供的成果表中，对障碍物进行了分类处理，目的是方便成果分析以及图形的符号化显示。类别包括：通讯塔、烟囱、楼顶、水塔、高压电塔、通信塔、雕像、反应堆、悬拉索塔、屋顶、桥塔、输电塔、风向标、发电塔、电视转播塔、避雷针、山顶。

采用ARCMAP的配套工具，将表转换成shp文件，套入ARCGIS平台中，分类设设置图形符号，形成障碍物专题数据层。

用ArcMap将excel点坐标转为shp点文件，具体过程为：

1，选择菜单栏的'Add Data'，

2，选择excel中的对应的数据表单sheet，

3，在刚导入的sheet文件上，右键，选择'Data' -> 'Export'，导出 .dbf文件.

4，在刚导出的.dbf文件上，右键，选择'Display XY Data'（如果excel中列的格式不是单元格格式，则不能显示，所以要将列的格式改为数字格式），并选择作为x，y坐标的字段名，在上一步所得的 xx Events 数据上，右键，选择'Data' -> 'Export Data'，即可。

3 可视化统计分析

3.1 信息查询

要获取系统平台地图中的各种信息，可使用平台的多种查询工具进行查询。例如查询指定位置的坐标，查询障碍物点的信息列表，查询障碍物与跑道的距离，利用“查找”对要素、位置和线性参考进行自定义设置，查询你所需的对象及其相关信息，还可以打开层文件属性表，利用SQL查询语句，批量刷选要素，实时定位到具体的对象。而采用GIS进行信息查询优势在于空间与属性的动态联动性。用户在属性表中进行查询的同时，能实时定位到该对象的空间位置，了解对象间的空间影响关系。而在空间地图中浏览对象的同时，能实时查看各个对象的属性信息。

3.2 数据统计

充分利用GIS的强大处理功能，从已叠加到图形空间中的要素图层，采集有利用价值的信息进行再次分析处理，制作障碍物专题图与统计分析图。

3.2.1障碍物分组信息的统计分析

运用GIS技术的可任选信息功能，进行分析统计。下面仅以障碍物点分布信息地分析统计功能为例，分别对障碍物点制作区域分布专题图、柱状分布图和饼状分布图，从不同角度反映了各种分布状况。柱状分布图反映的信息如下图所示：

（1）每一个柱代表了一个距离区间的障碍物点相关信息。柱的不同高度定性地反映出各距离区间的障碍物分布数量上的差异。例如：从图中可以看出距离区间10～15KM的障碍物最多，距离区间5～10KM次之，距离区间25～30KM的障碍物最小。

（2）从表1中可以看出，障碍物的表现形式整体上分为建筑物、构筑物、山包、電力电信杆塔和风电风机等。距离区间15～20KM的障碍物五种表现形式都有，其中杆塔型最多，构筑物其次;距离区间5KM内的障碍物形式只有杆塔型;距离区间30～35KM的障碍物形式只有山包型。

（3）从柱上的数字标注可以直接读取每个区间的分类障碍物数量。例如：距离区间15～20KM的障碍物数量为60个，其中电力电信杆塔68个、构筑物25个、建筑物4个、山包1个和风电风机2个。

饼形分布图反映的信息如下图所示.

（1） 分布图中每1个饼区代表1个分布区间，并在旁边进行了标注.

饼区的大小可以反映出各区间上的障碍物数量差别，并对障碍物最大、最小的数量值进行饼区分离提取.例如从图中可以看出区间10-15KM的障碍物数量值最大，区间25-30KM最小。

（2）每个饼区具体的百分比标注，明确地反映出各区间的障碍物点数量与总量之间的比例关系。

3.2.2障碍物多组信息管理

从各种数据中选取的障碍物数量、平均海拔两组重要信息进行对比分析。如图3所示。

图3中，体现的有关信息涵盖了：

（1）两组状柱体采用了不同的颜色进行区分，分别代表机场障碍物的“数量”和“平均海拔”信息。如标注所示，蓝色表示障碍物的数量，红色表示平均海拔。

（2）每组柱状体凹凸起伏不定，定性地体现出了各区域所表现信息的差异。单击柱体，能定量地显示出柱体所代表的障碍物的“数量”和“平均海拔”具体值。例如：单击一组彩色的柱体，可以看出空间分布区间10～15KM的障碍物数量是最多的;而分布区间25～30KM的障碍物数量最少，分布区间40～45KM的障碍物平均海拔是最高的。

（3）两组柱状图一一呼应，可展现出机场障碍物的“数量”和“平均海拔”的两组柱状图信息之间的差异关系。例如，从两组柱状图的差异信息可知，区间10～25KM的障碍物数量是最多，但平均海拔较低;区间35～50KM的障碍物平均海拔是最高的，但障碍物分布很少。

4 结 语

运用GIS技术对机场净空保护区的障碍物地理分布、种类、数量、海拔等重要空间信息与属性信息进行编辑与管理，以专题图和统计表的可视化形式反应障碍物实体的内容，并对其进行对比、统计与分析，获取丰富有价值的统计信息，为机场安保部门提供直观的信息表达，为管理决策提供依据。

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作者简介：邓文兵，男，1979年9月生，汉族，2003年6月中南大学测绘工程专业毕业;中国冶金地质总局湖南地质勘查院三分院院长，注册测绘师，主要从事工程测量、不动产测绘、工程物探、地理信息系统工程等项目。