遥感技术在机场净空分析中的应用

白 雪，王 伟

（中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁总队，辽宁沈阳）

引言

随着机场建设项目的不断增多以及现代社会发展对于机场等大型建设安全问题的日渐关注，3S 技术作为当下工程技术领域应用最为广泛的技术，在机场建设工程中不断得到应用与发展[1-2]。机场净空保护是确保机场周边区域内的各类建设项目和其他物体满足净空限制要求，保障航空器飞行安全的重要工作。李震[3]考虑到为确保净空环境适航，新型技术对管理面积巨大的净空管理帮助就显得尤为重要，为此针对卫星遥感技术在机场净空及场道管理方面的应用进行分析。韩立[4]通过整个机场建设过程中的研究，总结分析机场建设测量工作过程中的重点与难点，同时说明3S 技术在机场建设中应用的可行性与先进性，为今后机场建设相关工作开展提供些许参考。由此可见机场净空是机场管理的重要参数，同时遥感技术是确定机场净空的重要手段。为此本文首先介绍了常规机场测量手段说明了遥感技术的优越性，然后论述了机场净空的要求及其重要性，最后结合实例分析了遥感技术在机场净空确定中的运用。

1 机场净空要求与管理

1.1 机场净空影响因素分析

机场净空要求主要受四个因素影响：飞机起飞和着陆性能、导航设备、气象条件和飞行程序。当飞机起降跑道平坦时，对障碍物要求严格；相反，要求宽松。在净空区，尤其是在终端净空区，飞机的导航速度低，导航高度低，机动性差。当遇到障碍物时，它们无法有效避免，而飞机的升降是飞行员飞行中最关键的一步。因此，对近距离净空的高要求与飞机的起重能力密切相关。

一般来说，飞机配备了良好的导航设备，因此飞机的着陆轨迹通常更准确。当然，它不会对净空提出如此严格的要求。高性能设备的使用通常是由于机场天气的变化。当然，这将对机场附近的净空提出相当高的要求[5]。

1.2 飞机起飞净空要求

飞机从起点上升10.7 m，然后从10.7 m 上升到450 m，或者完成从起飞到航线的过渡，达到预定的坡度和爬升速度。第一部分由跑道和轮廓组成，以确保飞行安全。航空安全由机场提供。第二部分可分为四个部分，如图1 所示。当关键发动机停止时，障碍物高度应该至少低于一台关键发动机停车之时的起飞净航迹10.7 m。

图1 飞机起飞净空要求

2 机场净空测量与确定

净空测量首先研究和计算各种障碍物的边界高度，然后计算每个边界段的边界高度。通过对各种高空障碍物的实地调查，制定了测量和观测程序，将净空超高障碍物净空测量分为两种情况：棱镜可以直接到达目的地和棱镜无法到达目标正下方。针对不同的情况，开发了不同的测量方法：

第一种方法是先测量悬挂高度，将全站仪放在待测障碍物附近的高空控制点上，将棱镜直接放在另一位测量员测量的物体下方，由观察者测量其平面坐标，并通过全站仪悬挂的高度计获得其高度。或通过观测棱镜与障碍物的垂直角，并通过计算公式(1)可计算得到。

式中：Ht为目标高程；Hyi为测站高程；S 为斜距；δ1为棱镜垂直角；δ2为目标垂直角。

第二种方法如果棱镜不能放置在测量的屏障下方（如高原地区顶部等），则屏障的高度可以通过图2所示的交点进行测量。在选择和布置辅助控制点时，辅助点与目的点的交角γ 应大于30°，以提高交叉测量的精度。使用全站仪测量另一个辅助检查点与目标障碍物点P 之间的水平角和垂直角，以及两个辅助检查点之间的距离S，并计算目标点的坐标和高度。

图2 净空测量交会法示意

如图2 所示，可以通过正弦定理获得DA和DB，通过正弦定理可以计算障碍物坐标和垂直高度以及监测仪器的高度，如式(2)所示，也可以通过MATLAB 程序进行求解。这样的障碍物测量方法可以在净空测量中发挥重要作用。

3 遥感技术在净空分析中的应用

3.1 遥感影像获取

不同卫星和不同波段的遥感数据对不同地貌条件的解释有很大差异。从网站下载的Landsat 7 ETM遥感图像用于后续遥感数据处理、解译以及三维合成。从地理空间数据网站发布的产品信息中可以看到，黑白图像都是从8 波段的Landsat 7 ETM 遥感卫星产品中获取的，但图像分辨率可以达到15 m，主要是为了提高分辨率。因此，本文利用ENVI 软件将数据整合到影像数据中，合理利用高分辨率8 波段卫星数据，提高遥感影像的精度。通过结合分辨率为15 m 的ETM 8 波段数据和分辨率为30 m 的合成彩色图像，获得了分辨率为15 m 的彩色遥感图像。集成图像提高了卫星图像的空间分辨率和光谱分辨率，并提高了其判读能力。上述步骤可以更清晰地表达纹理细节，更清晰地定义地质结构和纹理特征。

3.2 净空三维模型建立

传统机场净空测量方法用于完成机场净空区缺陷高度的调查和测量，并制定机场净空边界和障碍物位置的平面图。传统的测量方法精度低、测绘速度慢、工作量大、施工时间短等特点，而基于三维可视化技术和轮廓曲面数学模型上计算的参数，通过软件创建三维数字网格曲面模型，并将其与三维机场环境模型进行比较，可以方便有效地完成工作。

本文结合实例采用DEM建模方式进行净空三维模型的建立。DEM本身带有空间信息，导入软件后，它可以自动叠加到相应的位置，然后在模型上清晰地以纯三维模型的形式使用等高线、直线等进行叠加。基于三角剖分的DEM模型，三角剖分的精度仅取决于数学模型，数学模型可以以一定的分辨率更精确地绘制地形表面，如图3 所示。数字模型是在数学净空模型的基础上创建的，用于确定每个表面的位置和相应高度，收集每个净空表面边界处的点，并将边界线作为强制线连接到三角形网络中。用这种方法设计的三维模型是基于机场净空限制面的数字模型。

图3 基于遥感数据的三维净空分析

3.3 基于净空三维模型的分析成果

由以上分析可知净空三维模型主要实施步骤为：

（1） 将跑道末端坐标输入以机场跑道为中心的AutoCAD 软件中，通过数学模型建立相应长度和宽度的二维机场净空模型。

（2） 根据上述内容计算的每个间净空限制区域的极限高度，并依次连接在二维图纸上，将相应的高程值插入端点和末点。

（3） 在ArcGIS 软件中，通过插值建立净空三维TIN 和DEM模型，并导入ArcScene 得到三维地图。

在ArcScene 中创建净空模型后，将打开模型，以便在模型的每个有限曲面的交点处准备线性和截面文件，并用上述净空三维模型覆盖直线和曲面文件。最后将三维轮廓图和机场周围的三维模型放在同一个图像上。为了显示更直观的效果，将净空高层模型和机场三维地图拉伸四次，以分析空间效果。最后根据软件的要求轻松获得并比较尺寸模型和障碍物模型的高度确定极限，并获得机场附近的尺寸分析结果，如表1 所示。

表1 净空分析结果

由表1 可以得出不满足机场净空的结构其距离机场中心的、水平位置、所处限制面范围以及超出机场净高限制的数值。该结果可以为机场净空管理以及机场位置选择和机场非常制度管理提供参照，高效精准地确定机场范围内超高建筑物位置和超高限制。

4 结论

遥感技术目前最成熟的技术是航天遥感，该技术通过卫星遥感获取地球地理信息、岩层信息和地表建筑物分布信息等。本文将遥感三维可视化技术应用于机场的净空分析中，结合机场净空限制面和遥感图像，给出了具体的遥感技术在机场净空确定中的分析步骤以及三维净空模型的建立方法。可以得到以下结论：

（1） 遥感技术可以对大范围复杂地形进行无接触勘测，通过遥感技术对机场周围地形进行三维成像，可以精确进行机场净空分析，给出周围山体或建筑超高数值。

（2） 结合实例利用遥感技术完成了机场净空三维模型的建立，实现了机场净空区分析并得出分析结果，该方法为机场净空工作的开展提供了方法参考。