基于飛行安全的機場凈空障礙物測量

梁艷艷 張 源 伍州成

（湛江市規劃勘測設計院，廣東 湛江 524000）

本文測量的機場位于兩縣級市的交界處，項目一期建設一條長3200 米、寬45 米跑道和一條等長平行滑行道?；趯︼w行程序設計和飛行安全的考慮，在該項目投入運營前，必須對該跑道進行障礙物測量，提供準確的障礙物點位坐標并繪制障礙物分布影像圖，保障機場跑道的飛行安全，并按時投入運營。

按照傳統作業模式，需采用地毯式排查的方法對測區超高障礙物進行標記與量測，這種方法會消耗大量的時間和人力，且常會因為判斷錯誤導致重復工作。本文從對超高障礙物的認定出發，明確障礙物的特征點，綜合運用航空攝影測量和全野外數字化測量的方法獲取障礙物的平面位置和高程。

1 機場凈空障礙物測量的范圍與目標

根據《民用機場飛行區技術標準（MH 5001-2013）》和ICAO附件14 中的相關規定，通過一系列障礙物限制面，限制了物體超出空域的界限范圍。本文測量的機場限制面包含了進近面、起飛爬升面、錐型面、內水平面、過渡面和跑道升降帶，如圖1 所示。除跑道升降帶和內水平面為水平面外，其余限制面均為坡度上升面或者是坡度上升面與水平面相結合的限制面[1]。因此，不同限制面對障礙物的限高要求也隨著坡度的變化而變化。

圖1 機場限制面示意圖

根據設計要求，機場起算基準標高按跑道兩端入口中點標高平均值計算；內水平面測量高于機場基準標高45 米以上的障礙物；錐型面以內水平面外側邊緣為起點，按5%的坡度向上向外延伸，按坡度測量高于機場標高45 米至100 米的障礙物；進近面和起飛爬升面起始端距跑道兩端入口60 米，約按2%的坡度向上向外延伸；過渡面以升降帶長邊和部分進近面側邊為起點，約按14%的坡度向上向外延伸，直到與內水平面相交；進近面、起飛爬升面和過渡面都需根據其坡度計算與機場起算基準標高的高差，從而得出障礙物限高。

除了對限制面內約200 平方公里的范圍進行超高障礙物測量外，還需對機場跑道入口兩端各30 公里和跑道兩側各15 公里，即在扣除限制面內之后約1600 平方公里的區域內，測量高于機場標高150 米且高于地面標高30 米的障礙物。該區域范圍大，障礙物的分布和類型具有不確定性，給測量作業帶來很大的困難。

2 障礙物測量分析認定

經前期調研和分析，測區機場凈空區障礙物類型包含了房屋、山體、水塔、電信通訊發射塔、電桿（塔）、燈桿、樹木等主體，同時還包括避雷針、天線、排氣管、煙囪等附屬設施。對障礙物認定過程中，對障礙物特征點的測量做出了以下規定：

2.1 對于不含附屬設施的障礙物主體，應以障礙物主體的最高處為最高點；對于含附屬設施的障礙物主體，應以附屬設施的最高處為最高點。

2.2 若障礙物主體和附屬設施都超出限高，則兩者都需測量其最高處。

2.3 所有障礙物都以最高處的點位來表達，包括其經緯度坐標和高程；若障礙物最高處為一平面，則以該平面上離機場最近點的點位來表達。

3 機場凈空障礙物測量技術方法

3.1 資料準備

3.1.1 測區1：10000 地形圖：主要用于分析測區地形起伏情況，大致劃定高度可能超限的區域。

3.1.2 測區航攝影像：該影像為2019 年9 月用大型運輸飛機搭載DMC 和SWDC-4 航攝儀拍攝的立體航攝影像，地面分辨率優于20 厘米。

3.2 空間基準與精度要求

3.2.1 坐標系統

平面坐標系統采用2000 國家大地坐標系，高程系統采用1985 國家高程基準，投影類型采用統一3° 高帶高斯克呂格投影，中央子午線經度為111° 。

3.2.2 精度要求

符合國家基本比例尺1：2000 地形圖測量精度要求，地物點相對于鄰近控制點的點位中誤差不得大于0.2m；相對于鄰近控制點的高程中誤差不得大于0.15m。

3.3 測量方法

本次障礙物測量充分利用了測區航攝影像構建的立體模型對障礙物進行初步篩選，同時，結合1:10000 地形圖、野外調繪資料和電塔、通訊塔等建設方相關資料，測區內絕大多數障礙物都能夠被采集，最后通過外業核查兼并巡查的方式，保證測區障礙物無一遺漏。具體流程如圖2 所示。

圖2 項目技術路線圖

3.3.1 像片控制點布設與測量

像片控制點是航測內業加密和測圖的依據，可分為平高點和高程點。每個攝區劃分為一個區域網來實施空三加密，區域網之間的像片控制點應盡量選擇在上、下航線重疊的中間，相鄰區域網盡量公用。本項目以航空攝影獲得的立體影像為基礎，共布設了59 個像控點，如圖3 所示。像片上至少選刺2 個點進行測量，檢查點選在航線中間，滿足6 張航片重疊的位置。

圖3 像控點布設

像控點布設在周圍無遮擋、影像清晰、地物特征明顯，且電磁輻射影響較小的區域。除此以外還需遵循以下原則：（1）區域網布點時，除山區、水域等無明顯地物點的區域外，應保證每張像片都有控制點；（2）同一航線上，每隔4-5 張像片（實地距離約450 米）布設控制點；（3）每條航線和航線兩端均需布設控制點，航線點位應與相鄰航線錯開2-3 張像片，保證每張影像上有控制點，不同架次間需有公共控制點。

本測區像片控制點采用CORS 網絡RTK 技術施測，利用區域似大地水準面數據計算像控點高程。聯測測區內的高等級控制點或重復點，以提高成果的可靠性；像控點聯測結束后的坐標應及時展點檢查，以防出現粗差，確保下一步空中三角測量能夠順利進行。

3.3.2 空中三角測量與模型定向

空中三角測量是攝影測量中通過連續攝取具有一定重疊的航攝像片，利用少量的地面控制點，在室內進行控制點加密，計算一個測區內所有影像的外方位元素和所有加密點的地面坐標[2]。為了消除視差，通過相對定向建立左右像片攝站間的空間位置和姿態參數的相對關系，再通過絕對定向利用控制點數據建立像片坐標和地面坐標間的數學轉換關系[3]。

空中三角測量與模型定向的工作流程如下：

（1）整理測區基礎數據：相機文件、航空影像和像控點成果等，建立測區目錄。

（2）制作影像金字塔，設置模型參數，用全數字化攝影測量系統VirtuoZo 實現自動內定向，消除像片本身存在的幾何畸變。

（3）每張航片至少選取3 個標準點位，加密區內航線間選取航線拼接點，為了提高加密成果的精度，人工手動調整有視差的點位，替換不合理的標準點位，進行模型相對定向。

（4）刺相控點，通過對立體模型進行平移、旋轉和縮放，使立體模型納入地面坐標系統，完成模型絕對定向。

（5）添加模型連接點，進行區域網平差解算，手動剔除粗差點，修測連接點，直到符合規范要求，生成加密點文件。在完成加密測區與相鄰測區接邊后，輸出最后空中三角測量加密成果。

3.3.3 構建模型采集超高點

導入空三測量成果，在相對定向和絕對定向中誤差滿足設計要求的基礎上，設置定向模型參數，自動創建立體模型。根據機場凈空限制面內外要求的不同限制高度，在全數字化攝影測量系統VirtuoZo 中運用手輪切準待測區域內超高障礙物特征點，獲取該點的空間坐標、高程及障礙物名稱。

3.3.4 外業實地核查超高障礙物

外業核查主要是核對超高障礙物的空間坐標、高程和名稱的正確性，并巡查障礙物的新增和變化情況。內業共采集了約518 個障礙物超高點，如圖4 所示。由于機場周邊限制要求高，這些超高點主要分布在機場限制面范圍內，其中過渡面和內水平面的超高障礙物相對較多，錐型面和起飛爬升面的超高障礙物相對較少，限制面外成零星分布狀態。外業需對這650 個超高點逐一核查，針對障礙物的不同特征采取了不同測量方法：

圖4 內業采集的超高點分布圖

（1）RTK 直接測量

對于房屋頂、樓梯間、女兒墻、水箱頂等特征點明顯且可以到達的障礙物，可采用RTK 直接測量獲取平面位置及高程值。

（2）角度偏心測量

對于一些高度較高、反射面較小、垂直度較好，且難以到達的障礙物，如：避雷針、天線、塔頂、燈桿、樹木頂等，采用了全站儀角度偏心測量的方法，即將反射棱鏡安置在待測點相關的某處，間接的測定出待測點的平面位置和高程[4]。如測量樹冠頂部的位置和高度，首先將棱鏡安置于樹干底部邊緣，瞄準棱鏡測量，再轉動照準部對準樹冠頂部，根據旋轉的角度，全站儀可計算樹冠頂部的高程。如圖5 所示。

圖5 角度偏心測量示意圖

4 障礙物測量成果

通過外業實地核查，排查了主體與附屬設施重復點，現狀拆除點，現狀新增點和其他已變化的點位，最終找出所有超出限制要求的機場凈空障礙物共計379 個。其成果包含了障礙物序號、名稱、地點（所在村級行政區）、平面坐標、經緯度、高程、現場照片和障礙物分布影像圖，這些成果可為民航局關于機場凈空超高障礙物拆降工作提供作業依據，保障航空飛行安全。

結束語

通過前期對障礙物的分析認定，運用合理的測量技術，在減少外業測量工作的基礎上，獲得了符合精度要求的數據成果，這對機場飛行程序設計和飛行安全具有重要意義。本次障礙物測量的范圍較廣，種類較齊全，測量中充分利用了已有資料，綜合運用航空攝影測量和全野外數字化采集測量技術，為將來類似障礙物測量的開展提供借鑒。