機場凈空保護區的三維可視化處理

黃基峻

摘要：本文通過對機場凈空保護區的分析，采用現有三維實景建模技術，闡述了如何將機場凈空保護區進行三維可視化處理，對凈空保護區各限制面進行立體展示，同時結合空間數據庫實現凈空保護區障礙物的精細化管理。

關鍵詞：三維實景建模;機場凈空;三維可視化處理

中圖分類號：A 文獻標識碼：A

0.引言

為保障飛機在起飛降落時的安全，根據《民用機場飛行區技術標準》劃定機場凈空保護區。隨著城市化建設的迅速發展，產生了城市建設與機場凈空保護的矛盾，不斷拓展城市中心城區，不斷建設以機場為依托的航空港經濟區，機場由遠離城郊變為了城市邊緣或者工業區，城市擴張與機場管理協調難度很大，如何推進對機場凈空的有效管理工作，成為了一個航空事業面臨的巨大挑戰。近年來隨著三維實景建模技術的迅速發展，數字中國、數字孿生等大規模實景三維模型應用逐漸進入人們的視野，能否利用現有的三維建模技術將機場凈空進行立體展示、管理成為了一個值得探討的問題，本文就利用三維實景建模技術將機場凈空區域做可視化處理進行了研究，并對已有障礙物的三維管理進行探討。

1.凈空保護區及凈空保護區障礙物

機場凈空內在機場起降航線所在的一定區域內規定了若干障礙物限制面，而這些限制面相交、重疊，構成一個范圍較大的抽象區域，該抽象區域之上稱為機場凈空。根據《民用機場飛行區技術標準》，在以機場跑道為中軸線的約800平方千米內劃定為機場凈空，機場凈空內的障礙物限制面主要包括升降帶、進近面、過渡面、內水平面、錐形面、起飛爬升面、外水平面等，各限制面以不同的起算基準按照特定的散開率、坡度向外延伸。通常情況下，以凈空圖對凈空保護區各限制面的情況進行反映，包括俯視圖和剖面圖：俯視圖主要反映凈空保護區內各限制面范圍，所在區域以及已有障礙物分布情況;剖面圖從高程上對凈空保護區內限高情況進行反映。凈空圖多以CAD的形式進行繪制，雖能準確表示障礙物的位置，但是對于障礙物高程信息和障礙物限制面的反映都不夠直觀，同時無法準確標注呈面狀分布的超高障礙物，如建筑群、山脈等。

通過對凈空保護區的分析，我們對凈空保護區總結出以下特點：一是保護范圍大;二是限制面疊加高度復雜但具備一定的規律性;三是各限制面通常以矢量的形式進行可視化表達。

機場凈空保護區內的障礙物，按障礙物類型主要可分為人工障礙物、自然障礙物，自然障礙物主要為山頭，以地形高度作為障礙物高度，人工障礙物以最高點高程作為障礙物高程。在凈空管理中主要關注障礙物的所處位置信息、高度信息以及障礙物屬性：障礙物位置信息包括坐標、距機場基準點距離、磁方位角等;高度信息主要包括障礙物高程，同時結合障礙物位置計算障礙物所在限制面限制高度及超高情況;障礙物屬性主要包括障礙物類型，歸屬等，同時，受機場電磁環境保護區影響，機場凈空保護區內110Kv的電塔需進行信息采集，包括電塔所屬電力線、編號等信息，并完成電塔連線。

2.機場凈空保護區三維可視化處理

機場凈空保護區的三維可視化處理主要包括三個內容：三維實景模型底圖的制作;三維凈空保護區限制面的制作;障礙物展繪。

2.1三維實景模型底圖制作

機場凈空保護區域內的三維實景模型重點以反映地形情況為主，同時由于涉及面積較大，為方便數據的使用可采用數據量較小的DEM疊加DOM構建的三維實景模型作為機場凈空保護區的三維底圖，在滿足使用的基礎上最大程度地節省成本，提高數據處理效率，同時減小數據存儲的壓力。

為滿足使用要求凈空保護區三維實景模型需完整覆蓋整個機場凈空保護區，同時機場區域作為禁飛區，很難采用無人機獲取高分辨率影像數據，因此，可采用高分辨率衛星影像提供三維實景模型底圖的紋理信息。對于DEM的選擇，目前市面上使用較多的有SRTM15，SRTM3，GMTED，ALOS等不同數據源，不同精度的DEM數據，DEM精度越高，數據量越大，地形模型的構建越難，因此，選擇合適的精度，滿足使用即可，根據測試，使用ALOS分辨率12米的DEM，所構建的地形模型滿足使用要求，同時數據量及成本相對較低。

2.2三維凈空保護區限制面制作

根據《民用機場飛行區技術標準》中相關規定，不同跑道類型的機場各凈空限制面爬升高度不同，但總體來說均以基準高程按特定的爬升率或散開率進行控制，在對凈空保護區各限制面進行三維矢量化之前，需分析各限制面高度及范圍控制情況，以飛行區指標I為4等的精密進近跑道為例，分別對機場凈空保護區三維可視化處理中會涉及到部分限制面進行分析。

2.3障礙物展繪

對于機場凈空保護區內的各種障礙物，障礙物位置、高程為主要表達的內容，因此，可采用三維矢量點數據來進行表達，高壓電塔可以采用矢量線進行連接，密集連片建筑區可采用矢量面進行范圍框定，與此同時，由于采用了三維實景模型作為基礎，因此，超高山頭通過地形模型可直接清晰的表達出來，僅需標注最高點位置即可。利用障礙物三維坐標確定障礙物的空間位置的同時，掛接障礙物相關屬性構建障礙物空間信息數據庫。

3.結束語

通過構建三維場景，疊加三維矢量限制面，將平面的凈空圖轉換成為了三維凈空保護區，實現了機場凈空保護區的三維可視化處理，更直觀地反映了凈空保護區內地形情況。同時構建的機場凈空保護區障礙物空間信息數據庫，從三維的角度直觀、清晰地展示了凈空保護區內障礙物的情況。可以說，機場凈空保護區的三維可視化管理不僅將機場凈空保護區進行了立體展示，將抽象的范圍線落到了實地，同時為后續機場凈空保護區的精細化管理提供了幫助。

參考文獻

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