机场净空保护区的三维可视化处理

黄基峻

摘要：本文通过对机场净空保护区的分析，采用现有三维实景建模技术，阐述了如何将机场净空保护区进行三维可视化处理，对净空保护区各限制面进行立体展示，同时结合空间数据库实现净空保护区障碍物的精细化管理。

关键词：三维实景建模;机场净空;三维可视化处理

中图分类号：A 文献标识码：A

0.引言

为保障飞机在起飞降落时的安全，根据《民用机场飞行区技术标准》划定机场净空保护区。随着城市化建设的迅速发展，产生了城市建设与机场净空保护的矛盾，不断拓展城市中心城区，不断建设以机场为依托的航空港经济区，机场由远离城郊变为了城市边缘或者工业区，城市扩张与机场管理协调难度很大，如何推进对机场净空的有效管理工作，成为了一个航空事业面临的巨大挑战。近年来随着三维实景建模技术的迅速发展，数字中国、数字孪生等大规模实景三维模型应用逐渐进入人们的视野，能否利用现有的三维建模技术将机场净空进行立体展示、管理成为了一个值得探讨的问题，本文就利用三维实景建模技术将机场净空区域做可视化处理进行了研究，并对已有障碍物的三维管理进行探讨。

1.净空保护区及净空保护区障碍物

机场净空内在机场起降航线所在的一定区域内规定了若干障碍物限制面，而这些限制面相交、重叠，构成一个范围较大的抽象区域，该抽象区域之上称为机场净空。根据《民用机场飞行区技术标准》，在以机场跑道为中轴线的约800平方千米内划定为机场净空，机场净空内的障碍物限制面主要包括升降带、进近面、过渡面、内水平面、锥形面、起飞爬升面、外水平面等，各限制面以不同的起算基准按照特定的散开率、坡度向外延伸。通常情况下，以净空图对净空保护区各限制面的情况进行反映，包括俯视图和剖面图：俯视图主要反映净空保护区内各限制面范围，所在区域以及已有障碍物分布情况;剖面图从高程上对净空保护区内限高情况进行反映。净空图多以CAD的形式进行绘制，虽能准确表示障碍物的位置，但是对于障碍物高程信息和障碍物限制面的反映都不够直观，同时无法准确标注呈面状分布的超高障碍物，如建筑群、山脉等。

通过对净空保护区的分析，我们对净空保护区总结出以下特点：一是保护范围大;二是限制面叠加高度复杂但具备一定的规律性;三是各限制面通常以矢量的形式进行可视化表达。

机场净空保护区内的障碍物，按障碍物类型主要可分为人工障碍物、自然障碍物，自然障碍物主要为山头，以地形高度作为障碍物高度，人工障碍物以最高点高程作为障碍物高程。在净空管理中主要关注障碍物的所处位置信息、高度信息以及障碍物属性：障碍物位置信息包括坐标、距机场基准点距离、磁方位角等;高度信息主要包括障碍物高程，同时结合障碍物位置计算障碍物所在限制面限制高度及超高情况;障碍物属性主要包括障碍物类型，归属等，同时，受机场电磁环境保护区影响，机场净空保护区内110Kv的电塔需进行信息采集，包括电塔所属电力线、编号等信息，并完成电塔连线。

2.机场净空保护区三维可视化处理

机场净空保护区的三维可视化处理主要包括三个内容：三维实景模型底图的制作;三维净空保护区限制面的制作;障碍物展绘。

2.1三维实景模型底图制作

机场净空保护区域内的三维实景模型重点以反映地形情况为主，同时由于涉及面积较大，为方便数据的使用可采用数据量较小的DEM叠加DOM构建的三维实景模型作为机场净空保护区的三维底图，在满足使用的基础上最大程度地节省成本，提高数据处理效率，同时减小数据存储的压力。

为满足使用要求净空保护区三维实景模型需完整覆盖整个机场净空保护区，同时机场区域作为禁飞区，很难采用无人机获取高分辨率影像数据，因此，可采用高分辨率卫星影像提供三维实景模型底图的纹理信息。对于DEM的选择，目前市面上使用较多的有SRTM15，SRTM3，GMTED，ALOS等不同数据源，不同精度的DEM数据，DEM精度越高，数据量越大，地形模型的构建越难，因此，選择合适的精度，满足使用即可，根据测试，使用ALOS分辨率12米的DEM，所构建的地形模型满足使用要求，同时数据量及成本相对较低。

2.2三维净空保护区限制面制作

根据《民用机场飞行区技术标准》中相关规定，不同跑道类型的机场各净空限制面爬升高度不同，但总体来说均以基准高程按特定的爬升率或散开率进行控制，在对净空保护区各限制面进行三维矢量化之前，需分析各限制面高度及范围控制情况，以飞行区指标I为4等的精密进近跑道为例，分别对机场净空保护区三维可视化处理中会涉及到部分限制面进行分析。

2.3障碍物展绘

对于机场净空保护区内的各种障碍物，障碍物位置、高程为主要表达的内容，因此，可采用三维矢量点数据来进行表达，高压电塔可以采用矢量线进行连接，密集连片建筑区可采用矢量面进行范围框定，与此同时，由于采用了三维实景模型作为基础，因此，超高山头通过地形模型可直接清晰的表达出来，仅需标注最高点位置即可。利用障碍物三维坐标确定障碍物的空间位置的同时，挂接障碍物相关属性构建障碍物空间信息数据库。

3.结束语

通过构建三维场景，叠加三维矢量限制面，将平面的净空图转换成为了三维净空保护区，实现了机场净空保护区的三维可视化处理，更直观地反映了净空保护区内地形情况。同时构建的机场净空保护区障碍物空间信息数据库，从三维的角度直观、清晰地展示了净空保护区内障碍物的情况。可以说，机场净空保护区的三维可视化管理不仅将机场净空保护区进行了立体展示，将抽象的范围线落到了实地，同时为后续机场净空保护区的精细化管理提供了帮助。

参考文献

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