吳述龍

摘 要：本文結(jié)合上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)第四跑道凈空障礙物測(cè)量這一工程項(xiàng)目，簡(jiǎn)要介紹了機(jī)場(chǎng)凈空限制面的概念及分類。詳盡闡述了機(jī)場(chǎng)空域飛行障礙物測(cè)量工作流程及具體測(cè)量方法。針對(duì)障礙物測(cè)量工作的難點(diǎn)，對(duì)各種測(cè)量方法的運(yùn)用進(jìn)行研究探討和比較，以期對(duì)今后類似工程的開展起到了一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)場(chǎng)凈空限制面 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù) 凈空障礙物測(cè)量 RTK

中圖分類號(hào)：P258 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）10（a）-0085-03

隨著我國(guó)航空事業(yè)的快速發(fā)展，飛行安全問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注。在有限的空域內(nèi)一旦設(shè)置出現(xiàn)哪怕是細(xì)小的問(wèn)題，都將影響到航空飛行器的飛行安全。而準(zhǔn)確現(xiàn)勢(shì)的空域飛行障礙物圖作為機(jī)場(chǎng)飛行管理使用手冊(cè)重要內(nèi)容，關(guān)系到機(jī)場(chǎng)空域飛行器航路的精密設(shè)置，對(duì)于飛行安全尤顯重要。

正是基于安全方面的考慮，在浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)第四跑道即將進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行前，上海機(jī)場(chǎng)（集團(tuán)）公司特委托上海市測(cè)繪院對(duì)第四跑道進(jìn)行障礙物測(cè)量，繪制第四跑道的空域飛行障礙物圖，確保第四跑道運(yùn)營(yíng)安全。

1 目標(biāo)和內(nèi)容

凈空障礙物測(cè)量的主要內(nèi)容是以浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)第四跑道中心點(diǎn)為原點(diǎn)，調(diào)查半徑15km內(nèi)的各類障礙物詳細(xì)情況，同時(shí)對(duì)半徑50km內(nèi)高于機(jī)場(chǎng)跑道中心點(diǎn)150m的障礙物進(jìn)行調(diào)查并詳細(xì)測(cè)量。

本次凈空障礙物測(cè)量的平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用上海市城市平面坐標(biāo)系統(tǒng)，高程系統(tǒng)采用上海吳淞高程系統(tǒng)。成果資料提交機(jī)場(chǎng)空管中心后，由空管中心統(tǒng)一將障礙物的平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成WGS84系統(tǒng)坐標(biāo)。相對(duì)浦東機(jī)場(chǎng)第四跑道中心以及機(jī)場(chǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)，計(jì)算出各障礙物的相對(duì)磁方位角以及各障礙物距離跑道中心點(diǎn)的距離等相關(guān)數(shù)據(jù)。高程系統(tǒng)也相應(yīng)由上海吳淞高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為黃海高程系統(tǒng)。

障礙物測(cè)量工作的難點(diǎn)主要在于：一是障礙物的分類判斷，即如何在眾多疑似障礙物建筑找到這些障礙物，并且分析判斷需要測(cè)量的目標(biāo)；二是如何運(yùn)用合理的技術(shù)手段進(jìn)行測(cè)量，獲得符合精度要求的數(shù)據(jù)成果。

2 機(jī)場(chǎng)凈空限制面介紹

2.1 機(jī)場(chǎng)凈空限制面的概念

機(jī)場(chǎng)凈空限制面是一個(gè)人為的假想面，在其范圍內(nèi)各個(gè)面的高度為障礙物限制高度，障礙物低于限制高度才能保證飛機(jī)升降安全，因此要求在各個(gè)限制面以內(nèi)不允許有自然或人工障礙物存在或穿越，如有障礙物存在或穿越則需進(jìn)行障礙物凈空測(cè)量。

2.2 機(jī)場(chǎng)凈空限制面的分類

根據(jù)《民用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)技術(shù)的規(guī)定，浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)第四跑道為Ⅱ類精密進(jìn)近跑道，屬于最高等級(jí)的飛行區(qū)?，F(xiàn)以浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)第四跑道為例，對(duì)機(jī)場(chǎng)凈空限制面的分類進(jìn)行闡述。詳細(xì)的浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)第四跑道機(jī)場(chǎng)凈空限制面的分類見圖1。

2.2.1 無(wú)障礙區(qū)

無(wú)障礙區(qū)即該區(qū)域內(nèi)不得有任何高于機(jī)場(chǎng)跑道平均高程的障礙物存在。無(wú)障礙區(qū)包括內(nèi)進(jìn)近面、內(nèi)過(guò)渡面和復(fù)飛面，以及與這些面所鄰接的那部分升降帶上的空間。

2.2.2 障礙物A型面

分為南北兩個(gè)面，起點(diǎn)為跑道南、北入口處，起點(diǎn)寬度為180m，兩側(cè)邊散開率各為12.5%，遞增至最大寬度1800m，起端至末端的垂直距離為10km。由于障礙物A型面內(nèi)的建設(shè)項(xiàng)目：超過(guò)1.2%坡面但不超過(guò)起飛爬升面的的障礙物允許建設(shè)，但要在航行資料中公布，因此障礙物的限高按照公式L×0.012求得，其中L為障礙物距離跑道入口處的垂直距離。

2.2.3 內(nèi)水平面

內(nèi)水平面的起算標(biāo)高同障礙物A型面應(yīng)為跑道兩端入口中點(diǎn)的平均標(biāo)高。內(nèi)水平面是以跑道兩端入口中點(diǎn)為圓心，4km為半徑畫出圓弧，再以與跑道中線平行的兩條直線與圓弧相切成一個(gè)近似橢圓形，形成一個(gè)高出起算標(biāo)高45m的一個(gè)水平面。

2.2.4 錐形面

錐形面的起端應(yīng)從內(nèi)水平面的周邊開始，起算標(biāo)高為內(nèi)水平面標(biāo)高（50.40m），以5%的坡度向上和向外傾斜一直到高度為100m處截止（標(biāo)高為150.4m），相當(dāng)于內(nèi)水平面向外平行擴(kuò)散2km的一個(gè)坡面橢圓環(huán)。

2.2.5 進(jìn)近面

進(jìn)近面分為南、北兩個(gè)部分，是跑道入口前的幾個(gè)平面的組合。起端位于跑道入口前60m處起算標(biāo)高為跑道入口中點(diǎn)標(biāo)高（本次以機(jī)場(chǎng)跑道中心標(biāo)高5.40m為起算數(shù)據(jù)）。起端寬度300m，兩條側(cè)邊散開率15%，第一段長(zhǎng)度（起端到末端的垂距）為3000m，坡度2%，第二段長(zhǎng)度（起端到末端的垂距）為3600m，坡度為2.5%，第三段為水平段，標(biāo)高為第二段的末端標(biāo)高，長(zhǎng)度為8400m，三段總長(zhǎng)為15000m。

2.2.6 過(guò)渡面

過(guò)渡面從升降帶兩側(cè)邊緣和部分進(jìn)近面邊緣作為起端，以14.3%的坡度向上和向外傾斜，直至與內(nèi)水平面相交。

2.2.7 外水平面

外水平面是以跑道中線兩側(cè)各10km，跑道端外20km，高出原地面30m且高出機(jī)場(chǎng)標(biāo)高150m的一個(gè)水平面。

3 障礙物測(cè)量要求及前期準(zhǔn)備

3.1 障礙物測(cè)量的要求

3.1.1 障礙物測(cè)量位置的要求

障礙物的平面及高程應(yīng)測(cè)至障礙物的最高處，有避雷針、天線的建筑物應(yīng)測(cè)至其頂端。對(duì)于煙囪等需要偏心測(cè)量的障礙物，應(yīng)測(cè)其兩邊，取平均值，以保證其精度。

3.1.2 障礙物測(cè)量的精度要求

本項(xiàng)目障礙物實(shí)測(cè)點(diǎn)位精度要求如下。

平面：相對(duì)于鄰近的平面控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差應(yīng)≤±0.2m。

高程：相對(duì)于鄰近高程控制點(diǎn)的高程中誤差應(yīng)≤±0.15m。

3.2 已有成果資料的分析與利用

3.2.1 測(cè)區(qū)內(nèi)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)

（1）數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)?；谏虾Ｊ谐鞘衅矫孀鴺?biāo)系統(tǒng)、上海吳淞高程系統(tǒng)的該院基礎(chǔ)地形圖，涵蓋了整個(gè)上海市，而且按特定的周期進(jìn)行不同比例尺的更新，本項(xiàng)目測(cè)區(qū)內(nèi)不僅有1∶10000數(shù)字化地形資料，可以作為最終空域保護(hù)區(qū)凈空障礙物成圖的底圖；而且還有1∶500、1∶1000和1∶2000的數(shù)字化地形資料，這些大比例尺的地形數(shù)據(jù)是外業(yè)作業(yè)中最實(shí)用的工作資料。endprint

（2）數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)。上海市測(cè)繪院每年都會(huì)對(duì)整個(gè)上海市域范圍進(jìn)行航空攝影，用于大比例尺航空影像圖的定期更新，具有較高的現(xiàn)勢(shì)性。其中每一幢8層（含）以上建筑物的屬性中，包含地面高程（h0）、建筑物主體高程（h1）、設(shè)備高程（h2）、天線和避雷針高程（h3）共4個(gè)吳淞高程信息?？梢岳锰囟ǖ某绦蛱崛〕錾鲜?個(gè)高程中的最大值，再減去跑道中心點(diǎn)的高程，即可得到該建筑物相對(duì)跑道中心點(diǎn)的高度，再計(jì)算該建筑物距離跑道中心點(diǎn)的垂直距離，以判斷該高度是否超過(guò)限高要求。利用這些現(xiàn)勢(shì)的影像數(shù)據(jù)，結(jié)合該院基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中的高層建筑數(shù)據(jù)信息，可以對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)的高大建（構(gòu)）筑物按第四跑道凈空數(shù)據(jù)模型進(jìn)行障礙物的初步篩選，結(jié)合數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)，外業(yè)工作實(shí)施前可以預(yù)先在室內(nèi)對(duì)項(xiàng)目施測(cè)目標(biāo)、行車路線進(jìn)行圖上規(guī)劃，制定合理的測(cè)量方案，節(jié)約作業(yè)時(shí)間和施測(cè)經(jīng)費(fèi)。

3.2.2 上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)第三跑道障礙物測(cè)量數(shù)據(jù)

上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)第三跑道障礙物測(cè)量數(shù)據(jù)，是上海市測(cè)繪院于2007年受機(jī)場(chǎng)（集團(tuán)）公司的委托并測(cè)繪提供的。本項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，必須對(duì)原有第三跑道凈空區(qū)域內(nèi)的47個(gè)障礙物進(jìn)行調(diào)查核實(shí)，并測(cè)量它們對(duì)應(yīng)于第四跑道的障礙物數(shù)據(jù)。

3.2.3 其他相關(guān)資料

本項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，委托方也提供了一些其他相關(guān)資料：第四跑道為Ⅱ類精密進(jìn)近跑道，第四跑道南端、北端、中點(diǎn)的坐標(biāo)，跑道中心設(shè)計(jì)高程。這些信息可作為制定機(jī)場(chǎng)凈空障礙物各限制面指標(biāo)的作業(yè)依據(jù)。幫助計(jì)算出第四跑道中心點(diǎn)磁偏角，根據(jù)各障礙物以及跑道特征點(diǎn)的大地坐標(biāo)計(jì)算跑道真方位、磁方位以及各障礙物相對(duì)跑道中心點(diǎn)的磁方位數(shù)據(jù)。

4 項(xiàng)目實(shí)施情況

4.1 平面、高程控制點(diǎn)布設(shè)

本項(xiàng)目平高控制點(diǎn)的測(cè)設(shè)是根據(jù)ZYW07-45《基于GPS虛擬參考站動(dòng)態(tài)測(cè)量作業(yè)指導(dǎo)書》的基本要求進(jìn)行布設(shè)。對(duì)于有條件的障礙物，盡量將控制點(diǎn)布設(shè)在離開最高點(diǎn)較近的區(qū)域，數(shù)量均在3個(gè)以上。本次RTK測(cè)量是基于上海CORS系統(tǒng)。每個(gè)平面、高程控制點(diǎn)均測(cè)設(shè)4組數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)精度要求如下：每組數(shù)據(jù)平面位置較差小于2cm，高程位置較差小于3cm，且控制點(diǎn)使用前均進(jìn)行檢核，確保其滿足本項(xiàng)目對(duì)平面、高程控制的精度要求。

4.2 實(shí)測(cè)障礙物

本項(xiàng)目障礙物測(cè)量工作按設(shè)計(jì)書要求針對(duì)實(shí)地不同的情況采用不同的測(cè)量方法，共實(shí)測(cè)139個(gè)目標(biāo)數(shù)據(jù)， 其中利用RTK直接測(cè)量的有兩個(gè)目標(biāo)物，用三點(diǎn)法或分段法等方法測(cè)量的有128個(gè)目標(biāo)，利用前方交會(huì)法測(cè)量的有9個(gè)目標(biāo)。具體測(cè)量情況如下。

4.2.1 RTK直接測(cè)量

對(duì)于房頂、水箱頂?shù)饶繕?biāo)，可以利用RTK直接測(cè)量其三維坐標(biāo)。

4.2.2 三點(diǎn)法

對(duì)于無(wú)法直接利用RTK實(shí)測(cè)的情況下，可以在周邊布設(shè)三點(diǎn)平高控制點(diǎn)，使用免棱鏡全站儀以其中兩點(diǎn)為測(cè)站，另一點(diǎn)為后視點(diǎn)，實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)和理論邊長(zhǎng)較差要求小于5cm。輸入測(cè)站坐標(biāo)和后視定向點(diǎn)坐標(biāo)，直接測(cè)量障礙物的平面坐標(biāo)。每一測(cè)站測(cè)量平面坐標(biāo)兩組，四組平面坐標(biāo)的較差要求不大于±20cm，4組平面坐標(biāo)任取一組為障礙物的平面坐標(biāo)。高程測(cè)量采用三角高程法測(cè)量，每一測(cè)站觀測(cè)垂直角和水平距離兩組，加上測(cè)站點(diǎn)高程和測(cè)站儀器高后，四組高程較差要求不大于±10cm，取4組高程的平均值作為障礙物的高程值。

4.2.3 分段法

對(duì)于一些高度較高，垂直度好的障礙物，如避雷針，天線，房角點(diǎn)等目標(biāo)，利用全站儀免棱鏡測(cè)量無(wú)法測(cè)量其最高點(diǎn)的三維坐標(biāo)時(shí)，可先利用三點(diǎn)法測(cè)量其中某段中選定特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，然后再利用對(duì)邊法測(cè)得障礙物上該特征點(diǎn)至其最高點(diǎn)的高差，最終求得該障礙物最高點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

4.2.4 一點(diǎn)法

在一些控制點(diǎn)布設(shè)困難，且測(cè)量障礙物密集地區(qū)，則先根據(jù)實(shí)地情況將障礙物劃分成不同的區(qū)域，按照區(qū)域逐一測(cè)量。測(cè)量一個(gè)區(qū)域內(nèi)的障礙物時(shí)，先測(cè)定該區(qū)域內(nèi)特征點(diǎn)明顯的地物，如無(wú)線電發(fā)射塔，避雷針等，該地物最好位于測(cè)量區(qū)域中心，獲取其三維坐標(biāo)。區(qū)域內(nèi)余下目標(biāo)的測(cè)量，都以該最高點(diǎn)為后視點(diǎn)。然后針對(duì)相應(yīng)的障礙物利用RTK布設(shè)一點(diǎn)平高控制點(diǎn)，使用免棱鏡全站儀以已經(jīng)測(cè)定的目標(biāo)為后視，測(cè)量平面坐標(biāo)和高差各兩次，兩組平面坐標(biāo)的較差要求不大于±20cm，兩組高程較差要求不大于±10cm，兩組平面坐標(biāo)任取一組為障礙物的平面坐標(biāo)，取兩組高程的平均值作為障礙物的高程。測(cè)量好某一個(gè)障礙物后，更換后視點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，驗(yàn)證成果的可靠性。

4.2.5 前方交會(huì)法

當(dāng)控制點(diǎn)相對(duì)于測(cè)量點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，利用全站儀免棱鏡測(cè)量無(wú)法滿足精度要求時(shí)，可利用RTK布設(shè)3點(diǎn)平高控制點(diǎn)，使用全站儀設(shè)3個(gè)測(cè)站，兩交會(huì)點(diǎn)平面坐標(biāo)較差不大于±20cm，取兩交匯點(diǎn)平面坐標(biāo)的平均值為該目標(biāo)的平面坐標(biāo)。計(jì)算目標(biāo)和兩測(cè)站間的水平距離，求得高差，四組高程較差不大于±15cm，取平均值作為該目標(biāo)的高程值。

4.2.6 測(cè)量精度情況

經(jīng)分析統(tǒng)計(jì)，利用RTK直接測(cè)量的目標(biāo)物坐標(biāo)絕對(duì)精度最高，平面精度和高程精度分別達(dá)到5cm和10cm以內(nèi)；利用分段法和三點(diǎn)法測(cè)量的目標(biāo)物，絕對(duì)精度能滿足要求，通過(guò)實(shí)測(cè)平距和坐標(biāo)反算距離相互驗(yàn)證比較的手段可分析出平面精度和高程精度分別可以達(dá)到15cm和10cm以內(nèi)。利用多方向前方交會(huì)法測(cè)量的目標(biāo)物，絕對(duì)精度相對(duì)較低，根據(jù)此方法所獲得的示誤三角形，通過(guò)內(nèi)插的方法，可以分析出目標(biāo)物的平面和高程精度都可以控制在20cm和15cm以內(nèi)。

通過(guò)測(cè)量精度的統(tǒng)計(jì)，可以認(rèn)為以上各種測(cè)量方法均可作為障礙物測(cè)量的常用方法且均可滿足精度要求。在實(shí)際工作中，利用RTK直接測(cè)量，分段法和三點(diǎn)法方法這3種測(cè)量方法因其操作靈活簡(jiǎn)便，受現(xiàn)場(chǎng)條件限制較少，較多采用，因?yàn)楸敬喂こ虦y(cè)區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)測(cè)量障礙物密集現(xiàn)象，一點(diǎn)法未于使用。但根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，在控制點(diǎn)布設(shè)困難，且測(cè)量障礙物密集地區(qū)，一點(diǎn)法有著廣泛用途。而傳統(tǒng)的前方交會(huì)法采用較少。這也體現(xiàn)出RTK測(cè)量、全站儀免棱鏡測(cè)量等新技術(shù)在實(shí)際工作的優(yōu)越性。

5 結(jié)語(yǔ)

障礙物測(cè)量主要目的是為了獲得障礙物的三維信息，在此基礎(chǔ)上求得經(jīng)緯度、磁偏角、真方位角、高程等數(shù)據(jù)，判斷其是否對(duì)飛行安全產(chǎn)生影響，以便采取相應(yīng)措施。障礙物的分類判斷，即如何根據(jù)不同凈空限制面指標(biāo)要求在眾多疑似障礙物建筑中分析判斷哪些是需測(cè)量的障礙物，采用合理的方法測(cè)得所需數(shù)據(jù)一直是障礙物測(cè)量的一大難點(diǎn)。以前作業(yè)，基本上采取的是對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行地毯式排查，對(duì)可疑的目標(biāo)逐一標(biāo)記，測(cè)定其三維坐標(biāo)。為了確定哪些建筑物可能是障礙物，需要外業(yè)實(shí)地估算它的高度，再判斷是否超過(guò)限高要求，耗時(shí)耗力且會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。此次障礙物測(cè)量在實(shí)際工作中充分利用了上海市測(cè)繪院基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，利用最新影像圖，結(jié)合地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中的高層建筑數(shù)據(jù)信息，對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)的高大建（構(gòu)）筑物進(jìn)行初步篩選，絕大部分的障礙物被提取出來(lái)了。當(dāng)然，這里面肯定會(huì)有遺漏的障礙物，一方面，在數(shù)據(jù)庫(kù)更新時(shí)有一些建筑物不準(zhǔn)測(cè)量，另一方面，實(shí)地也會(huì)有新建的建筑物，這兩部分建筑物的信息在基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)中是不存在的。但這兩部分所占的比重應(yīng)該是很小的，而且借助該院1∶2000數(shù)字正射影像圖的優(yōu)勢(shì)，在影像圖上就可以發(fā)現(xiàn)這些建筑物。再此基礎(chǔ)上預(yù)先在室內(nèi)對(duì)項(xiàng)目施測(cè)目標(biāo)、行車路線進(jìn)行圖上規(guī)劃，制定合理的測(cè)量方案。極大地提高了工作效率，為將來(lái)此類工程對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證和使用進(jìn)行了有益的嘗試。

如何運(yùn)用合理的技術(shù)手段進(jìn)行測(cè)量，獲得符合精度要求的數(shù)據(jù)成果對(duì)于減少外業(yè)測(cè)量的工作量，保證測(cè)量精度有重要意義。此次障礙物測(cè)量由于范圍較廣，涉及障礙物種類較為齊全。綜合使用了各種測(cè)量方法，對(duì)各種測(cè)量方法的流程及優(yōu)劣進(jìn)行了較詳盡的介紹，對(duì)以后類似工程的開展也起到了一定的借鑒作用。

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