梁艷艷 張 源 伍州成

（湛江市規(guī)劃勘測設(shè)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(shè)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(shè)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(jìn)行障礙物測量，提供準(zhǔn)確的障礙物點位坐標(biāo)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(tǒng)作業(yè)模式，需采用地毯式排查的方法對測區(qū)超高障礙物進(jìn)行標(biāo)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(dǎo)致重復(fù)工作。本文從對超高障礙物的認(rèn)定出發(fā)，明確障礙物的特征點，綜合運用航空攝影測量和全野外數(shù)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(biāo)

根據(jù)《民用機場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（MH 5001-2013）》和ICAO附件14 中的相關(guān)規(guī)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(jìn)近面、起飛爬升面、錐型面、內(nèi)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(nèi)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(jié)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(jù)設(shè)計要求，機場起算基準(zhǔn)標(biāo)高按跑道兩端入口中點標(biāo)高平均值計算；內(nèi)水平面測量高于機場基準(zhǔn)標(biāo)高45 米以上的障礙物；錐型面以內(nèi)水平面外側(cè)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(biāo)高45 米至100 米的障礙物；進(jìn)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(jìn)近面?zhèn)冗厼槠瘘c，約按14%的坡度向上向外延伸，直到與內(nèi)水平面相交；進(jìn)近面、起飛爬升面和過渡面都需根據(jù)其坡度計算與機場起算基準(zhǔn)標(biāo)高的高差，從而得出障礙物限高。

除了對限制面內(nèi)約200 平方公里的范圍進(jìn)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(cè)各15 公里，即在扣除限制面內(nèi)之后約1600 平方公里的區(qū)域內(nèi)，測量高于機場標(biāo)高150 米且高于地面標(biāo)高30 米的障礙物。該區(qū)域范圍大，障礙物的分布和類型具有不確定性，給測量作業(yè)帶來很大的困難。

2 障礙物測量分析認(rèn)定

經(jīng)前期調(diào)研和分析，測區(qū)機場凈空區(qū)障礙物類型包含了房屋、山體、水塔、電信通訊發(fā)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(shè)施。對障礙物認(rèn)定過程中，對障礙物特征點的測量做出了以下規(guī)定：

2.1 對于不含附屬設(shè)施的障礙物主體，應(yīng)以障礙物主體的最高處為最高點；對于含附屬設(shè)施的障礙物主體，應(yīng)以附屬設(shè)施的最高處為最高點。

2.2 若障礙物主體和附屬設(shè)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(dá)，包括其經(jīng)緯度坐標(biāo)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(dá)。

3 機場凈空障礙物測量技術(shù)方法

3.1 資料準(zhǔn)備

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

3.1.2 測區(qū)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(yōu)于20 厘米。

3.2 空間基準(zhǔn)與精度要求

3.2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)

平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用2000 國家大地坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)采用1985 國家高程基準(zhǔn)，投影類型采用統(tǒng)一3° 高帶高斯克呂格投影，中央子午線經(jīng)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(qū)航攝影像構(gòu)建的立體模型對障礙物進(jìn)行初步篩選，同時，結(jié)合1:10000 地形圖、野外調(diào)繪資料和電塔、通訊塔等建設(shè)方相關(guān)資料，測區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)障礙物都能夠被采集，最后通過外業(yè)核查兼并巡查的方式，保證測區(qū)障礙物無一遺漏。具體流程如圖2 所示。

圖2 項目技術(shù)路線圖

3.3.1 像片控制點布設(shè)與測量

像片控制點是航測內(nèi)業(yè)加密和測圖的依據(jù)，可分為平高點和高程點。每個攝區(qū)劃分為一個區(qū)域網(wǎng)來實施空三加密，區(qū)域網(wǎng)之間的像片控制點應(yīng)盡量選擇在上、下航線重疊的中間，相鄰區(qū)域網(wǎng)盡量公用。本項目以航空攝影獲得的立體影像為基礎(chǔ)，共布設(shè)了59 個像控點，如圖3 所示。像片上至少選刺2 個點進(jìn)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(shè)

像控點布設(shè)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(qū)域。除此以外還需遵循以下原則：（1）區(qū)域網(wǎng)布點時，除山區(qū)、水域等無明顯地物點的區(qū)域外，應(yīng)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(shè)控制點；（3）每條航線和航線兩端均需布設(shè)控制點，航線點位應(yīng)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(qū)像片控制點采用CORS 網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)施測，利用區(qū)域似大地水準(zhǔn)面數(shù)據(jù)計算像控點高程。聯(lián)測測區(qū)內(nèi)的高等級控制點或重復(fù)點，以提高成果的可靠性；像控點聯(lián)測結(jié)束后的坐標(biāo)應(yīng)及時展點檢查，以防出現(xiàn)粗差，確保下一步空中三角測量能夠順利進(jìn)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(xù)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(nèi)進(jìn)行控制點加密，計算一個測區(qū)內(nèi)所有影像的外方位元素和所有加密點的地面坐標(biāo)[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(tài)參數(shù)的相對關(guān)系，再通過絕對定向利用控制點數(shù)據(jù)建立像片坐標(biāo)和地面坐標(biāo)間的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)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(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：相機文件、航空影像和像控點成果等，建立測區(qū)目錄。

（2）制作影像金字塔，設(shè)置模型參數(shù)，用全數(shù)字化攝影測量系統(tǒng)VirtuoZo 實現(xiàn)自動內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)點位，加密區(qū)內(nèi)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(diào)整有視差的點位，替換不合理的標(biāo)準(zhǔn)點位，進(jìn)行模型相對定向。

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

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

3.3.3 構(gòu)建模型采集超高點

導(dǎo)入空三測量成果，在相對定向和絕對定向中誤差滿足設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，設(shè)置定向模型參數(shù)，自動創(chuàng)建立體模型。根據(jù)機場凈空限制面內(nèi)外要求的不同限制高度，在全數(shù)字化攝影測量系統(tǒng)VirtuoZo 中運用手輪切準(zhǔn)待測區(qū)域內(nèi)超高障礙物特征點，獲取該點的空間坐標(biāo)、高程及障礙物名稱。

3.3.4 外業(yè)實地核查超高障礙物

外業(yè)核查主要是核對超高障礙物的空間坐標(biāo)、高程和名稱的正確性，并巡查障礙物的新增和變化情況。內(nèi)業(yè)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(nèi)，其中過渡面和內(nèi)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(tài)。外業(yè)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(nèi)業(yè)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?shù)忍卣鼽c明顯且可以到達(dá)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(dá)的障礙物，如：避雷針、天線、塔頂、燈桿、樹木頂?shù)?，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(guān)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(zhǔn)棱鏡測量，再轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部對準(zhǔn)樹冠頂部，根據(jù)旋轉(zhuǎn)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(yè)實地核查，排查了主體與附屬設(shè)施重復(fù)點，現(xiàn)狀拆除點，現(xiàn)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(qū)）、平面坐標(biāo)、經(jīng)緯度、高程、現(xiàn)場照片和障礙物分布影像圖，這些成果可為民航局關(guān)于機場凈空超高障礙物拆降工作提供作業(yè)依據(jù)，保障航空飛行安全。

結(jié)束語

通過前期對障礙物的分析認(rèn)定，運用合理的測量技術(shù)，在減少外業(yè)測量工作的基礎(chǔ)上，獲得了符合精度要求的數(shù)據(jù)成果，這對機場飛行程序設(shè)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(shù)字化采集測量技術(shù)，為將來類似障礙物測量的開展提供借鑒。