機場凈空區障礙物風險性綜合數值研究

滕秀華國常雨 呂寧 張加男 遲文娟

摘? 要：針對目前機場凈空區障礙物風險性評估中出現的問題，以及新飛行技術標準帶來的相關標準變化，本文依據相關規定確定了各凈空限制面的范圍，分析了障礙物對飛行安全有影響的因素，通過分析和驗證，得到各因素對飛行安全影響的程度以及風險性綜合數值模型，以數字的形式直觀的評價障礙物的風險性。對濟南遙墻國際機場附近隨機選取障礙物進行了實例分析，可使障礙物風險性評定更全面、直觀、便捷。

關鍵詞：凈空限制面;風險性綜合數值;遮蔽模型

Abstract：Aiming at the problems in the risk assessment of obstacles in the airport clearance area and the changes in related standards brought by the new flight technology standards，this paper determines the scope of each clearance space according to relevant regulations，and analyzes the impact of obstacles on flight safety. By analyzing and verifying the factors，the degree of influence of each factor on flight safety is obtained，a comprehensive numerical model of risk is obtained，and the risk of obstacles is intuitively evaluated in a digital form. Furthermore，the obstacles randomly selected near the Jinan Yaoqiang Airport are analyzed with examples to make the risk assessment of obstacles more comprehensive，intuitive and convenient.

Keywords：clearance limit surface;comprehensive risk value;masking model

0? 引? 言

隨著經濟發展，航空運輸業也在隨之飛速發展。新機場也不斷規劃和建立，而航空業的發展也對機場附近的經濟發展做出了一定的貢獻，隨著機場擴建，機場附近建筑物也越來越多。機場凈空是飛機起飛降落階段安全的重要保障，對機場附近障礙物的評定顯得尤為重要。以往對凈空面的確定大多是是按照MH 5001—2013《民用機場飛行區技術標準》繪制機場凈空限制面圖，超出限制面的障礙物即認定為超高障礙物，反之認定為安全障礙物[1]。隨著新技術標準的發布，以往的凈空評價需要進行相應的更新，而且超高即判定為危險的評價方式太片面，障礙物是否超限應該從多個方面進行評價。所以我們需要一個符合新標準且更全面的凈空評價模型。

國內學者按照民用機場飛行區技術標準，使用不同的思路和方法對各個凈空限制面進行建模，下文對主要的研究有進行概述。蔡良才等對機場凈空區障礙物限制面進行確定性分析[2，3]。范博研究了機場凈空區障礙物風險性評價方法[4]。隨著計算機技術的發展，Luo Chenli也做了相關的研究[5]，大大加快了機場凈空評價的發展。王維等將GIS技術更深入的運用到民用機場凈空管理工作中，研發了相應的軟件，使民用機場障礙物與凈空限制面的關系更直觀的表達，并可以生成關于障礙物的審核報告，更加便于凈空問題的管理[6]。李民捷等研究了民用機場凈空區障礙物的安全性評價方法[7]，提出多種因素對凈空評價的影響，是凈空區障礙物評價的一大突破。

本文依據國內外研究現狀，針對目前凈空區障礙物安全評估中出現的問題，首先進行機場凈空區及障礙物前期建模，并建立遮蔽模型，以濟南遙墻國際機場為例進行實例分析，取得了良好的結果，可使障礙物風險性評定更全面、直觀、便捷。

1? 凈空區域及障礙物簡介

1.1? 凈空區概述及組成

機場凈空區是為了保證機場的安全運行與航空飛機的安全起飛和降落，而虛擬設置的幾個障礙物限制面，凈空區的障礙物不能超過障礙物規定的高度[8]。凈空區底部呈橢圓形，跑道兩端延長60 m為其底部長度，寬度超過6 km。

凈空區升降帶是圍繞跑道劃定的區域，保障航空器起飛、降落和滑行的安全。它也可以理解為“跑道區”。進近面是指在跑道開始時，為了確定和保護飛機接近時的機場凈空，將地面物體的高度限制在一定范圍內的區域。過渡面沿跑道中線兩側各向外傾斜150 m，兩端向外傾斜，直到與相應的內水平面和錐形面相交為止。內水平面以跑道兩端保險道中點為圓心，以一定半徑做半圓，類似一個橢圓形。起飛爬升面是凈空道邊緣、跑道端的一個傾斜的平面。凈空區示意圖如圖1所示。

1.2? 障礙物概述

障礙物是當有物體突出于凈空區各限制面或位于飛機地面活動區時的統稱，影響飛機正常起降的障礙物其主要分為臨時障礙物和建筑障礙物。臨時障礙物以機場內部使用車輛或維護機場日常工作所使用的工具等，臨時障礙物通常依據相應的管理規章制度，標識的設置，以及進行機場工作人員的培訓等方法對其進行管理，以避免其對飛機安全造成影響，因此本文不予考慮。建筑物障礙物包括機場的航站樓、滑行引導標記牌等配套設施設備、機場附近建筑物、山體等。

2? 凈空安全影響風險等級模型建立

2.1? 不同因素對障礙物安全的影響程度

對于建筑物障礙物，其超高程度是決定障礙物對飛行安全是否有影響的關鍵因素，但不是唯一的因素。障礙物的危險程度由其距離跑道中線的距離、位于哪個凈空限制面、超高程度、易折性、產生煙塵或漂浮物的情況、引鳥或利于鳥類棲息的情況共同決定，不同的因素對障礙物的危險情況評定有不同的影響程度，如表1所示。

障礙物限制面以外的機場附近地區，距機場跑道中心線兩側各10 km、跑道端外20 km以內的區域，高出地面標高30 m且高出機場標高150 m的物體應視為障礙物，除非經航行部門研究認為其并不危及飛行安全。

設障礙物到中線的垂直距離為Y，從圖2中可以看出，Y位移為0時，即障礙物在飛機跑道上，碰撞風險值最大，Y位移偏離跑道中心越遠，則碰撞風險越小，逐漸趨于0。

2.2? 障礙物危險程度劃分

建筑物障礙物危險程度劃分標準如表2所示。由表得知，障礙物距離跑道越近，位于對限高要求越高的限制面，超高高度越高，易折性越差，對飛行產生的不良影響越多，那么這個建筑物就對飛行安全的威脅也就越大。

對于不同因素的影響程度問題，對一組評判人員，包括飛行員、機場管理人員、技術人員和專家等進行問卷調查，對表2中的各因素根據自身工作經驗和機場的具體情況進行等級評判，對得到的結果進行統計，結果如表3所示。

障礙物的其他情況包括障礙物產生煙塵、漂浮物情況，障礙物引鳥和利于棲息的情況及其他影響因素。

對表3所構成的矩陣在MATLAB里求解特征值，得到特征向量，如圖3所示。

運用層次分析法的標度方法，對不同程度等級、同一因素之間進行比較，綜合調查結果，得到判斷矩陣R。計算CI=（λmax-n）/（n-1）得到CI<0.1，即滿足一致性檢驗。由B=AR得各個風險因素的權重Rtotal=0.122R1+0.223R2+ 0.563R3+0.048R4+0.044R5，得到障礙物風險性的一個綜合數值。

考慮到得到的風險性綜合數值不夠直觀，現將綜合數值進行如表4所示的建議分段，分別對應安全、較安全、較危險、危險四種危險程度，方便對障礙物提出進一步的建議。

3? 遮蔽模型建立

在機場障礙物限制范圍內，現存的障礙物如果超過起飛爬升面、進近面、過渡面、錐形面以及內水平面的現有物體應予拆除或搬遷，對新物體或現有物體進行擴建的除特殊情況外要求與現存障礙物相同。

遮蔽原則是指當物體被現有不能搬遷的障礙物所遮蔽時，自該障礙物頂點向跑道相反方向為一水平面，向跑道方向為向下1：10的平面，任何在這兩個平面以下的物體，即為被該不可搬遷的障礙物所遮蔽。

如圖4所示，當障礙物A為不可搬遷障礙物時，障礙物B則視為被遮蔽障礙物，盡管此障礙物可能超高，但經航行部門研究認可后可認定為非必要移除障礙物。

上述兩平面可以建立遮蔽限制面模型，以障礙物最高點對應的地面點為原點，以遠離跑道的方向作為X軸，俯視X軸順時針旋轉90°為Z軸建立坐標系，設已有障礙物最高點高程為H，則遮蔽限制面兩個平面可分別表達為：

4? 實例分析

以濟南遙墻國際機場為例，確定機場基準點經緯度、坐標系、跑道磁方位角、跑道長度等屬性信息，并隨機選取機場附近五個障礙物進行分析。根據障礙物經緯度坐標與機場基準點經緯度坐標計算得到各障礙物相對于機場基準點的水平距離和垂直距離，即可做出障礙物位置圖如圖5所示。

對以上五個障礙物進行各影響因素的分析，此分析不考慮上述五個障礙物之外的障礙物影響，因此不對遮蔽原則進行分析，最終得到結果如表5所示。

將表5中數據帶入Rtotal得到各障礙物的風險性綜合數值，對比表4建議的風險分級情況，得障礙物的風險性綜合數值和風險等級如表6所示。

由表6得到的結果可知，煙囪1和電線桿風險等級為較危險障礙物，應咨詢有關部門進行進一步的風險性討論。信號塔2為危險障礙物，建議有關部門對此障礙物采取相關措施以保障飛行安全。

5? 結? 論

本文依據行業技術標準，確定了機場凈空區的相應范圍，研究了障礙物對機場飛行安全影響的相關因素。運用層了次分析法的標度方法，對不同程度等級、同一因素之間進行比較，并進行一致性檢驗，得到各因素影響權重，進而求得風險評價模型。結合遮蔽模型，風險性綜合數值與建議等級分劃區間進行比較，以數值形式反映機場凈空區內障礙物的安全狀態。風險性綜合數值既考慮到障礙物的超高情況，又對障礙物的所處限制面、Y位移、物理特性等其他因素進行了分析，是一個全面、實用性高的模型。

參考文獻：

[1] 中國民用航空局.民用機場飛行區技術標準：MH 5001—2013 [S].北京：中國民航出版社，2013.

[2] 蔡良才，邵斌，鄭汝海，等.機場凈空區范圍確定方法 [J].交通運輸工程學報，2004（4）：40-43.

[3] 蔡良才，種小雷.機場凈空區障礙物評定 [M].北京：國防工業出版社，2015.

[4] 范博，蔡良才，王觀虎.機場凈空區障礙物風險性評價方法的比較研究 [C]//第八屆中國航空學會青年科技論壇.第八屆中國航空學會青年科技論壇專輯.中國廣東江門：中航出版傳媒有限責任公司（China Aviation Publishing & Media Co.，Ltd.），2018：57-62.

[5] LUO C L，CAI L C，HUANG M H，et al. Assessment of military airfield obstacle free space based on GIS [J].Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics，2011，28（3）：294-299.

[6] 王維.機場凈空管理 [M].北京：中國民航出版社，2008：127-131.

[7] 李明捷，石榮.民用機場凈空區內障礙物安全性評價方法研究 [J].安全與環境學報，2011，11（1）：226-229.

[8] 田林，隋東，張文濤.虹橋機場障礙物碰撞風險分析 [J].航空計算技術，2015，45（2）：57-60.

作者簡介：滕秀華（1985—），女，漢族，山東濟南人，工程師，本科，研究方向：機場測繪與地理信息。