GIS技術在機場凈空保護區障礙物可視化管理中的應用

摘要：針對以往機場凈空保護區障礙物日常更新與圖件編制中，技術服務單位一直采用EXCEL表格、CAD線劃圖、紙質掛圖和文字報告等形式向機場保障部門和其他相關單位的使用者提供信息反饋，針對實體信息表現的弱點，將GIS技術應用于障礙物點的可視化管理、測繪、更新和統計分析，對障礙物點地理分布、影響范圍、數量、種類等重要信息進行地理信息系統編輯和管理，以專題圖和統計表的可視化形式展現障礙物點信息，并對其進行多樣化對比分析 .繪制矢量地圖，并建立機場凈空保護區障礙物點電子系統，同時生成數據成果表;運用 SQL 查詢和選擇、制作統計報表、專題圖等功能，對信息進行提煉、統計與分析，最終實現信息可視化。

關鍵詞：凈空保護區;障礙物點;CAD;地理信息系統;專題地圖;可視化

引 言

機場各級凈空管理部門應當嚴格按照《國際民用航空公約》的相關規定，劃定機場凈空保護區，同時與本地的政府土地行政主管部門、城市規劃部門協調與溝通，對機場凈空保護區進行有效管理，杜絕障礙物對機場凈空保護區域的侵害，以保障機場運行的飛行安全。在以往機場凈空保護區障礙物的日常更新與圖件編制中，技術服務單位一直采用純粹的數據表格 、CAD線劃圖、紙質掛圖和文字報告等形式向機場保障部門和其他相關單位的使用者提供信息反饋。而GIS系統以空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，對空間位置與屬性進行采集、分析、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態的地理信息。本文運用GIS技術，以ARCMAP為軟件平臺，對岳陽市三荷機場歷史凈空數據和本次野外調查增補的障礙物數據進行數據格式的轉化、坐標系統的統一，進行SQL查詢和用戶關鍵要素的選擇，制作專題統計圖表，創建凈空保護區障礙物專題地圖。克服了傳統方式即“CAD圖形+Excel電子表”的弱點，更能快速、直觀形象地表達凈空保護區用戶注重的要素對象，使數據顯示形式更加豐富多彩，人機交互操作也更為符合人性化，為以后凈空保護區障礙物的數據更新、管理、分析、評價和決策等提供了有力的技術保障。

1.障礙物點的定義與說明

當地面物體位于飛機地面活動區或突出于各障礙物點的空中限制面時，即成為障礙物點。某些機場的設備與設施，鑒于其導航和助航等功能需求，必須設在或建在使其成為障礙物的位置，而可能成為障礙物點。另外，任何其它設備與設施禁止成為障礙物點。對于機場內的且屬于障礙物的設施，其質量和高度應做到最小，并安放在對飛機危害最小的位置。底部必須固定的設備和裝置，應采用易折結構。結構的易折性是指在所期望的最大載荷下能保持其完整和剛度，但在更大荷載的沖擊下能以對飛機危害最小的方式折斷、變形或屈服的能力。對障礙物限制面范圍外的場外水平面的空間，對高度達到150m的建（構）筑物體，均視為障礙物，應安裝障礙燈等障礙物標志。所安裝的障礙物標志必須符合相應的障礙物標志要求。

2.凈空保護區障礙物專題圖GIS 數據準備

2.1.基礎測繪矢量底圖數據的繪制

機場凈空保護區 GIS 矢量底圖的繪制，是利用收集到的最新版基礎測繪成果1：5萬數字地形圖，1：5萬地形要素數據采用了CGCS2000坐標系統，與本項目坐標系統一致，無需轉換，可直接使用，它的要素分類代碼采用了《國土基礎信息數據分類與代碼》，圖形分層明確，地類要素齊全。然后結合本項目對可視化管理、數據更新、野外工作核查與補償測繪的需要，對圖層與要素加以篩查，并按規范要求進行符號化顯示制作而成。

（1）添加圖層：在“三荷機場凈空保護區障礙物專題圖.mxd”的圖層上，添加各種信息圖層，經過篩選加入了水系（面）、水系（線） 、居民地（面）、鐵路（線）、公路（線）、區域界線（線）、地貌（線）、地貌（點）、植被（面）、居民地地名（點）和自然地名（點）。運用“圖層控制”選項工具可以對各個圖層的標注樣式、顯示效果、放大、縮小、轉換文字形式和設置不同的背景色彩條紋等。

（2）配色與符號：根據測繪標準的文件要求，對以上圖層進行了修改.根據不同的要素類型進行點線面符號與顏色的設置，達到用戶需求的表達效果。

（3）可見比例的定義：在顯示比例不同的情況下，對每一圖層的文字顯示大小加以控制，使其放大率越大，展現的文字內容就越詳細。從而使在很小的縮放比例下，所有文字內容一起顯示不會造成混亂重疊、看不清楚的現象，也使得整個圖面布局更加美觀。

2.2.凈空保護區專題數據的繪制

2.2.1.凈空要素的分析計算

機場的凈空區由端凈空區和側凈空區兩部分組成。

端凈空區是從跑道兩端點，以遠的一定距離起，據不同的環境，采取不同的起始寬度、向兩側擴展的斜率、不同的障礙物限制坡度，組成梯形/舌形的凈空限制面，包括：起飛爬升面、進近面、內進近面和復飛面。

側凈空區從飛行區兩旁向外部進行擴展，形成障礙物限制面，包括過渡面、內水平面、錐形面等。

民用機場航空部門對端凈空區的設計計算：

①飛機爬升面。只針對僅具備起飛條件的跑道某一端，目的是讓飛機爬升提供一個安全的平臺。爬升面以跑道尾端從三十至六十米處開始，從低處往高的向上的限制面，長度在1.6km-15.0 km 之間，凈空障礙物限制面的坡度介于5%-2%，終端允許高出首端80m-200m。

②近面。進近面和過渡面均為飛機的進近、進入及著陸，提供了一個無障礙限制的下滑便道。進近面從飛行道尾端以遠30-60m處起算，是一組由遠及近、由高到低的凈空障礙物限制斜面。進近面的長度分布在1.6km-15.0 km 之間，尾端寬度在0.38 km -4.8 km之間。遠端可高出收首端中點80m-435m。據機場區域的大小及飛行道技術環境條件的差異，可由1個限制坡度、2個限制坡度或2個限制坡度加1個水平段構成。

③進近面和復飛面。在進近面的首端起0.9 km （內進近面及1.8 km復飛面）區域內，布置限制要求更高的內進近面及復飛面。

民用航空組織和航空局關于側凈空的設計計算：

①錐形面：從內水平面邊沿開始，以一定的限制坡度向外延伸的類似橢圓形的凈空障礙物限制斜面。它的外緣距水平面邊沿0.7-2.0m允許高于跑道兩端中點的平均高程值為145m.

②水平面：1個距升降帶側邊2公里～4.5公里的近似橢圓形狀的水平限制面。在內水平面范圍，禁止障礙物高出跑道中點的高程45m。

③過渡面：從升降帶邊界開始，按照一定得坡度向上延伸，與內水平面相交即高出機坪平均高程45 m）的斜面，限制的坡度值域為14.3%-20%。

④內過渡面：針對各類精密儀表，飛行道在過渡面上近于飛行道部位，設內過渡面，它的功能是控制某些須接近飛行道且又未超過這個限制面的設施，比如助航的設備和飛機等等。

2.2.2.凈空要素的繪制

凈空要素的上圖，以分析計算的數據結果，結合項目區域坐標系統、投影參數和成圖比例等要求，采用CAD圖形軟件進行設計繪圖，然后采用ARCMAP的配套工具，轉換成shp文件，套入ARCGIS平臺中，分層設色，形成凈空面。

障礙物限制面設計示意圖

2.2.3.障礙物數據表的轉換導入

內業編制的障礙物成果表，提供的屬性數據包括：點號、障礙物名稱、類別、54X、54Y、80X 、80Y、CGCS2000X、CGCS2000Y、CGCS2000B、CGCS2000L、真方位、磁方位、中心距離、地面標高和障礙物頂端部標高。

提供的成果表中，對障礙物進行了分類處理，目的是方便成果分析以及圖形的符號化顯示。類別包括：通訊塔、煙囪、樓頂、水塔、高壓電塔、通信塔、雕像、反應堆、懸拉索塔、屋頂、橋塔、輸電塔、風向標、發電塔、電視轉播塔、避雷針、山頂。

采用ARCMAP的配套工具，將表轉換成shp文件，套入ARCGIS平臺中，分類設設置圖形符號，形成障礙物專題數據層。

用ArcMap將excel點坐標轉為shp點文件，具體過程為：

1，選擇菜單欄的'Add Data'，

2，選擇excel中的對應的數據表單sheet，

3，在剛導入的sheet文件上，右鍵，選擇'Data' -> 'Export'，導出 .dbf文件.

4，在剛導出的.dbf文件上，右鍵，選擇'Display XY Data'（如果excel中列的格式不是單元格格式，則不能顯示，所以要將列的格式改為數字格式），并選擇作為x，y坐標的字段名，在上一步所得的 xx Events 數據上，右鍵，選擇'Data' -> 'Export Data'，即可。

3 可視化統計分析

3.1 信息查詢

要獲取系統平臺地圖中的各種信息，可使用平臺的多種查詢工具進行查詢。例如查詢指定位置的坐標，查詢障礙物點的信息列表，查詢障礙物與跑道的距離，利用“查找”對要素、位置和線性參考進行自定義設置，查詢你所需的對象及其相關信息，還可以打開層文件屬性表，利用SQL查詢語句，批量刷選要素，實時定位到具體的對象。而采用GIS進行信息查詢優勢在于空間與屬性的動態聯動性。用戶在屬性表中進行查詢的同時，能實時定位到該對象的空間位置，了解對象間的空間影響關系。而在空間地圖中瀏覽對象的同時，能實時查看各個對象的屬性信息。

3.2 數據統計

充分利用GIS的強大處理功能，從已疊加到圖形空間中的要素圖層，采集有利用價值的信息進行再次分析處理，制作障礙物專題圖與統計分析圖。

3.2.1障礙物分組信息的統計分析

運用GIS技術的可任選信息功能，進行分析統計。下面僅以障礙物點分布信息地分析統計功能為例，分別對障礙物點制作區域分布專題圖、柱狀分布圖和餅狀分布圖，從不同角度反映了各種分布狀況。柱狀分布圖反映的信息如下圖所示：

（1）每一個柱代表了一個距離區間的障礙物點相關信息。柱的不同高度定性地反映出各距離區間的障礙物分布數量上的差異。例如：從圖中可以看出距離區間10～15KM的障礙物最多，距離區間5～10KM次之，距離區間25～30KM的障礙物最小。

（2）從表1中可以看出，障礙物的表現形式整體上分為建筑物、構筑物、山包、電力電信桿塔和風電風機等。距離區間15～20KM的障礙物五種表現形式都有，其中桿塔型最多，構筑物其次;距離區間5KM內的障礙物形式只有桿塔型;距離區間30～35KM的障礙物形式只有山包型。

（3）從柱上的數字標注可以直接讀取每個區間的分類障礙物數量。例如：距離區間15～20KM的障礙物數量為60個，其中電力電信桿塔68個、構筑物25個、建筑物4個、山包1個和風電風機2個。

餅形分布圖反映的信息如下圖所示.

（1） 分布圖中每1個餅區代表1個分布區間，并在旁邊進行了標注.

餅區的大小可以反映出各區間上的障礙物數量差別，并對障礙物最大、最小的數量值進行餅區分離提取.例如從圖中可以看出區間10-15KM的障礙物數量值最大，區間25-30KM最小。

（2）每個餅區具體的百分比標注，明確地反映出各區間的障礙物點數量與總量之間的比例關系。

3.2.2障礙物多組信息管理

從各種數據中選取的障礙物數量、平均海拔兩組重要信息進行對比分析。如圖3所示。

圖3中，體現的有關信息涵蓋了：

（1）兩組狀柱體采用了不同的顏色進行區分，分別代表機場障礙物的“數量”和“平均海拔”信息。如標注所示，藍色表示障礙物的數量，紅色表示平均海拔。

（2）每組柱狀體凹凸起伏不定，定性地體現出了各區域所表現信息的差異。單擊柱體，能定量地顯示出柱體所代表的障礙物的“數量”和“平均海拔”具體值。例如：單擊一組彩色的柱體，可以看出空間分布區間10～15KM的障礙物數量是最多的;而分布區間25～30KM的障礙物數量最少，分布區間40～45KM的障礙物平均海拔是最高的。

（3）兩組柱狀圖一一呼應，可展現出機場障礙物的“數量”和“平均海拔”的兩組柱狀圖信息之間的差異關系。例如，從兩組柱狀圖的差異信息可知，區間10～25KM的障礙物數量是最多，但平均海拔較低;區間35～50KM的障礙物平均海拔是最高的，但障礙物分布很少。

4 結 語

運用GIS技術對機場凈空保護區的障礙物地理分布、種類、數量、海拔等重要空間信息與屬性信息進行編輯與管理，以專題圖和統計表的可視化形式反應障礙物實體的內容，并對其進行對比、統計與分析，獲取豐富有價值的統計信息，為機場安保部門提供直觀的信息表達，為管理決策提供依據。

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作者簡介：鄧文兵，男，1979年9月生，漢族，2003年6月中南大學測繪工程專業畢業;中國冶金地質總局湖南地質勘查院三分院院長，注冊測繪師，主要從事工程測量、不動產測繪、工程物探、地理信息系統工程等項目。