高原機(jī)場(chǎng)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙國(guó)富

摘要：文章分析了設(shè)計(jì)高原機(jī)場(chǎng)地理信息系統(tǒng)的必要性，并從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性兩個(gè)方面進(jìn)行分析，給出系統(tǒng)合理的邏輯結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后以三維地理數(shù)據(jù)維護(hù)子功能為例給出了實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合民航系統(tǒng)的實(shí)際，能滿足現(xiàn)有需求，可以更好地提高西部高原機(jī)場(chǎng)的管理水平和運(yùn)行安全。

關(guān)鍵詞：高原機(jī)場(chǎng);地理信息系統(tǒng);設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP311.1? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）17-0050-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 背景

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，乘坐民航班機(jī)前往西部高原地區(qū)旅游的游客在逐年增大，航空運(yùn)輸相關(guān)物資的需求也在不斷提高，加上國(guó)家戰(zhàn)略安全的需要，對(duì)于西部的政策支持力度也在不斷加大。在民航“十三五”規(guī)劃中明確提出大力推發(fā)展和應(yīng)用新技術(shù)，促進(jìn)高原機(jī)場(chǎng)地理信息系統(tǒng)的建設(shè)。為了有力保障西部高原機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行安全，對(duì)高原機(jī)場(chǎng)地理信息系統(tǒng)進(jìn)行合理有效的設(shè)計(jì)的重要性不言而喻。

2 可行性分析

地理信息系統(tǒng)（GIS），它是隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的一種十分重要的空間信息系統(tǒng)[1]。該技術(shù)主要被用于進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)和分析， 能有效實(shí)現(xiàn)空間分析、空間查詢及綜合分析評(píng)價(jià)功能，在地理方面能夠發(fā)揮出很大的作用，能夠?qū)⑹占降臄?shù)據(jù)進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)化和呈現(xiàn)[2]。

2.1 技術(shù)可行性

高原機(jī)場(chǎng)地理信息系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)庫作為其數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，利用面向?qū)ο笳Z言（Java、C#等）和當(dāng)前非常成熟的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)來開發(fā)[3]。編譯器和集成開發(fā)環(huán)境有eclipse、pb、visual studio2005等，地理數(shù)據(jù)處理平臺(tái)有ArcGis，Supermap Deskpro，Global Mapper，Erdas等。地理開發(fā)平臺(tái)有WordWind，DirectX，ArcEngine等。設(shè)計(jì)工具用可視化的方式表述軟件架構(gòu)，并將應(yīng)用程序可視化，此類工具有Rational Rose，Sybase Power Designer，Borland Together等。為了實(shí)現(xiàn)開發(fā)過程中的有效配置管理（包括版本管理、文檔管理、變更管理等），可以使用適當(dāng)?shù)呐渲霉芾砉ぞ?，如SVN。

2.2 經(jīng)濟(jì)可行性

從系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可行性方面來看，盡管地理信息開發(fā)平臺(tái)以及相關(guān)地理數(shù)據(jù)比較昂貴，可以充分考慮具體的需求，開發(fā)平臺(tái)可以按照功能模塊的許可來購(gòu)買，具體的數(shù)據(jù)可以采用高精度與低精度數(shù)據(jù)搭配的方式來購(gòu)買，對(duì)系統(tǒng)比較關(guān)注的信息，可以考慮購(gòu)買1：5000比例尺的數(shù)據(jù)，對(duì)關(guān)注度不大的信息，可以考慮購(gòu)買1：100000比例尺的數(shù)據(jù)。

3 地理數(shù)據(jù)

航空數(shù)據(jù)主要包括機(jī)場(chǎng)周圍通信與導(dǎo)航臺(tái)站信息、航路航線、航路點(diǎn)、管制區(qū)邊界等信息[4-5]。系統(tǒng)所需地理數(shù)據(jù)如下。

3.1 衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)

衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)是由衛(wèi)星拍攝的圖片，經(jīng)過波段的選取、彩色合成、幾何校正、鑲嵌、色彩調(diào)整、融合、裁剪與拼接等一系列的處理之后形成的影像數(shù)據(jù)，在國(guó)土、海洋、礦產(chǎn)以及農(nóng)業(yè)和林業(yè)方面，有著廣泛的應(yīng)用。結(jié)合具體需求，選擇衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)分辨率應(yīng)控制在2米范圍內(nèi)，以更好地滿足系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。

3.2 DEM數(shù)據(jù)

數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model），簡(jiǎn)稱DEM。它是地球表面地形地貌的一種離散的數(shù)學(xué)表達(dá)，將地面高程表達(dá)為一組有序數(shù)值陣列，具有表達(dá)多樣性、恒定的精度、實(shí)時(shí)性的更新和多比例尺的特點(diǎn)。由于DEM描述的是地面高程信息，所以利用DEM數(shù)據(jù)能夠很好地獲取地形的起伏信息。結(jié)合具體需求，選擇DEM數(shù)據(jù)至少應(yīng)滿足1：5萬比例尺的數(shù)據(jù)。

3.3 基礎(chǔ)地理矢量數(shù)據(jù)

系統(tǒng)中使用的基礎(chǔ)地理矢量數(shù)據(jù)主要是機(jī)場(chǎng)周圍8KM范圍內(nèi)的高精度的矢量數(shù)據(jù)，主要應(yīng)該包括道路、河流、醫(yī)院、救助站、學(xué)校、標(biāo)志性建筑等信息，這些數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性會(huì)直接影響到系統(tǒng)最終的分析與顯示結(jié)果的正確性，因此，選擇基礎(chǔ)地理矢量數(shù)據(jù)比例尺至少是1：1萬，甚至更大的比例尺的數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以民航航空數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)（衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、Dem數(shù)據(jù)）為基礎(chǔ)，利用衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)處理技術(shù)，構(gòu)建三維圖形和空間信息的地理信息系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上添加相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯，以實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)周圍8Km范圍內(nèi)三維環(huán)境的模擬顯示和相關(guān)的搜尋救援活動(dòng)。

4.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要涉及衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和航空數(shù)據(jù)，其中基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)包括DEM數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)（道路，河流，學(xué)校等）;衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)的處理涉及影像數(shù)據(jù)的波段的選取、彩色合成、幾何校正、鑲嵌、色彩調(diào)整、融合、裁剪與拼接等一系列的處理;經(jīng)過這些操作之后，將衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)同DEM數(shù)據(jù)疊加時(shí)，需要做配準(zhǔn)與疊加的處理，這樣在三維地理信息顯示平臺(tái)中才能夠準(zhǔn)確地構(gòu)造三維場(chǎng)景;同時(shí)，對(duì)基礎(chǔ)的地理數(shù)據(jù)需要進(jìn)行分類、格式轉(zhuǎn)換、投影變換等操作之后，可以將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)處理流程示意圖如圖2所示。

地理信息顯示平臺(tái)系統(tǒng)通過從數(shù)據(jù)庫中獲取基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)到圖形信息的轉(zhuǎn)化等操作，將數(shù)據(jù)以地圖的形式展現(xiàn)給用戶;用戶通過系統(tǒng)提供的地理信息基本操作功能可以完成基本的信息瀏覽與查詢功能;系統(tǒng)管理員通過地理數(shù)據(jù)維護(hù)功能完成地理信息的維護(hù)功能，以保證數(shù)據(jù)庫中信息的實(shí)時(shí)性與正確性;用戶可以通過搜尋救援系統(tǒng)為突發(fā)應(yīng)急事件提供有效實(shí)用的信息，為搜尋救援節(jié)省時(shí)間;系統(tǒng)管理員可以通過用戶管理系統(tǒng)完成對(duì)系統(tǒng)使用用戶進(jìn)行管理，包括用戶的增加與刪除等操作。

4.2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的邏輯模型可以分為用戶層、服務(wù)層和數(shù)據(jù)支持層三個(gè)層次，各層之間相互獨(dú)立，如圖3所示。用戶層直接面向用戶。系統(tǒng)中的各種信息，在該層有效組織、整理后，以結(jié)構(gòu)化、層次化的信息提供給用戶，真正實(shí)現(xiàn)“所見即所得”。該層可以為用戶提供簡(jiǎn)單易學(xué)的操作，并可以根據(jù)自身的需求，自定義設(shè)置具有個(gè)性化的界面。服務(wù)層是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，負(fù)責(zé)提供可復(fù)用的服務(wù)，即三個(gè)水平服務(wù)和兩個(gè)垂直服務(wù)，完成各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理操作。三個(gè)水平服務(wù)層是數(shù)據(jù)接口層、數(shù)據(jù)處理與管理層以及統(tǒng)一數(shù)據(jù)表示層，兩個(gè)垂直服務(wù)層是安全管理、系統(tǒng)管理，這五個(gè)服務(wù)層次是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重中之重。數(shù)據(jù)支持層則主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的獲取、維護(hù)和存儲(chǔ)。

5 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由一系列業(yè)務(wù)邏輯相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)所組成，包括地理數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)、應(yīng)急搜索救援系統(tǒng)和用戶管理系統(tǒng)，而每個(gè)子系統(tǒng)又擁有一系列的功能，系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示。

5.1 三維地理數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)

在實(shí)際的工作中，存在地理信息發(fā)生變化的情況，系統(tǒng)為系統(tǒng)管理員提供了地理信息的維護(hù)功能，包括添加或者修改地理數(shù)據(jù)的屬性信息，以及增加新的地理地物功能，增強(qiáng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、實(shí)時(shí)性與完整性。

5.2 用戶管理系統(tǒng)建設(shè)

系統(tǒng)用戶分為兩類用戶：系統(tǒng)管理員和系統(tǒng)使用用戶，系統(tǒng)管理員擁有系統(tǒng)的所有權(quán)限，負(fù)責(zé)進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)等工作，例如可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置，設(shè)置其他用戶權(quán)限等。使用用戶可以使用其權(quán)限范圍內(nèi)的系統(tǒng)功能，這樣可以一定程度上保障數(shù)據(jù)的安全。

5.3 三維場(chǎng)景交互操作系統(tǒng)建設(shè)

在三維地理信息顯示平臺(tái)的基礎(chǔ)上建立三維場(chǎng)景交互操作系統(tǒng)，為用戶提供三維場(chǎng)景的放大、縮小、平移、全圖查看、三維地理要素選擇、多視角查看三維場(chǎng)景等基本功能。

5.4 應(yīng)急搜索救援系統(tǒng)建設(shè)

當(dāng)在水系、道路、醫(yī)院、航空等地方的現(xiàn)場(chǎng)，出現(xiàn)緊急事故時(shí)，需要迅速了解事故現(xiàn)場(chǎng)的地理環(huán)境信息，非常必要建設(shè)應(yīng)急搜索救援系統(tǒng)。在應(yīng)急搜索救援系統(tǒng)中，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)周圍的實(shí)用信息在地圖中高亮顯示，并標(biāo)注相應(yīng)的文字加以說明，這樣在搜索救援時(shí)可以盡快地發(fā)現(xiàn)問題，并迅速展開救援工作。

5.5 三維地理信息顯示平臺(tái)

地理信息顯示平臺(tái)主要功能是加載DEM數(shù)據(jù)和衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，完成三維場(chǎng)景的搭建;自動(dòng)從基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫中加載數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)向圖形信息的轉(zhuǎn)換功能并生成三維模型，數(shù)據(jù)信息在顯示的過程中，按照地圖顯示的比例尺，完成地圖的渲染、緩沖存儲(chǔ)、專題圖繪制等工作，使用戶在三維場(chǎng)景中更加直觀地查看機(jī)場(chǎng)周圍的地理信息。

6 功能實(shí)現(xiàn)

由于篇幅所限，僅以三維地理數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)為例介紹。三維地理數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)包括添加或者修改地理數(shù)據(jù)的屬性信息，以及增加新的地理地物功能，增強(qiáng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、實(shí)時(shí)性與完整性。

系統(tǒng)主要功能如下。

6.1 地理屬性信息編輯

系統(tǒng)管理員可以通過該功能完成幾何對(duì)象相關(guān)屬性信息的修改功能，用戶可以通過如下兩種實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)屬性信息的修改功能。

1）由圖形信息查找相應(yīng)的屬性信息，然后修改。

用戶可以在地圖中找到所關(guān)注的幾何對(duì)象，然后，通過查看屬性信息按鈕，獲得該對(duì)象的屬性信息，然后修改，最后保存。如圖5所示。

2）由屬性信息查找有關(guān)信息，然后修改。

在相關(guān)信息的屬性列表中，通過條件查詢，獲得所關(guān)注的信息，然后修改，最后保存。如圖6所示。

6.2 添加新的地理地物功能

系統(tǒng)應(yīng)用之后，隨著時(shí)間的推移，現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)新的建筑物等地物，為了維護(hù)數(shù)據(jù)庫信息的完整性與實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)管理員可以使用該功能完成新出現(xiàn)地物的添加功能;系統(tǒng)管理員需要提供地物的基本信息，包括經(jīng)緯度信息、地物性質(zhì)（學(xué)校、醫(yī)院等）等基本信息即可添加成功，系統(tǒng)會(huì)將對(duì)應(yīng)地物的三維模型添加到三維場(chǎng)景中。如圖7所示。

7 結(jié)束語

通過高原機(jī)場(chǎng)地理信息系統(tǒng)可以搭建基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)機(jī)場(chǎng)周圍8KM范圍內(nèi)的高精度基礎(chǔ)地理信息、影像數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)。用戶利用三維地理信息展示平臺(tái)可以直觀地查看機(jī)場(chǎng)周圍相關(guān)的地理信息。用戶還可以通過簡(jiǎn)單、實(shí)用的三維場(chǎng)景操作工具，輔助用戶完成各種工作。系統(tǒng)管理員可以維護(hù)基礎(chǔ)三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)，保證地理數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性與實(shí)時(shí)性。今后需進(jìn)一步調(diào)研民航系統(tǒng)的實(shí)際，滿足不斷變化的需求，更好地提高西部高原機(jī)場(chǎng)的管理水平和運(yùn)行安全。

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