GIS技術(shù)在機場凈空保護(hù)區(qū)障礙物可視化管理中的應(yīng)用

摘要：針對以往機場凈空保護(hù)區(qū)障礙物日常更新與圖件編制中，技術(shù)服務(wù)單位一直采用EXCEL表格、CAD線劃圖、紙質(zhì)掛圖和文字報告等形式向機場保障部門和其他相關(guān)單位的使用者提供信息反饋，針對實體信息表現(xiàn)的弱點，將GIS技術(shù)應(yīng)用于障礙物點的可視化管理、測繪、更新和統(tǒng)計分析，對障礙物點地理分布、影響范圍、數(shù)量、種類等重要信息進(jìn)行地理信息系統(tǒng)編輯和管理，以專題圖和統(tǒng)計表的可視化形式展現(xiàn)障礙物點信息，并對其進(jìn)行多樣化對比分析 .繪制矢量地圖，并建立機場凈空保護(hù)區(qū)障礙物點電子系統(tǒng)，同時生成數(shù)據(jù)成果表;運用 SQL 查詢和選擇、制作統(tǒng)計報表、專題圖等功能，對信息進(jìn)行提煉、統(tǒng)計與分析，最終實現(xiàn)信息可視化。

關(guān)鍵詞：凈空保護(hù)區(qū);障礙物點;CAD;地理信息系統(tǒng);專題地圖;可視化

引 言

機場各級凈空管理部門應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照《國際民用航空公約》的相關(guān)規(guī)定，劃定機場凈空保護(hù)區(qū)，同時與本地的政府土地行政主管部門、城市規(guī)劃部門協(xié)調(diào)與溝通，對機場凈空保護(hù)區(qū)進(jìn)行有效管理，杜絕障礙物對機場凈空保護(hù)區(qū)域的侵害，以保障機場運行的飛行安全。在以往機場凈空保護(hù)區(qū)障礙物的日常更新與圖件編制中，技術(shù)服務(wù)單位一直采用純粹的數(shù)據(jù)表格 、CAD線劃圖、紙質(zhì)掛圖和文字報告等形式向機場保障部門和其他相關(guān)單位的使用者提供信息反饋。而GIS系統(tǒng)以空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計算機軟硬件的支持下，對空間位置與屬性進(jìn)行采集、分析、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態(tài)的地理信息。本文運用GIS技術(shù)，以ARCMAP為軟件平臺，對岳陽市三荷機場歷史凈空數(shù)據(jù)和本次野外調(diào)查增補的障礙物數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)化、坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一，進(jìn)行SQL查詢和用戶關(guān)鍵要素的選擇，制作專題統(tǒng)計圖表，創(chuàng)建凈空保護(hù)區(qū)障礙物專題地圖?？朔藗鹘y(tǒng)方式即“CAD圖形+Excel電子表”的弱點，更能快速、直觀形象地表達(dá)凈空保護(hù)區(qū)用戶注重的要素對象，使數(shù)據(jù)顯示形式更加豐富多彩，人機交互操作也更為符合人性化，為以后凈空保護(hù)區(qū)障礙物的數(shù)據(jù)更新、管理、分析、評價和決策等提供了有力的技術(shù)保障。

1.障礙物點的定義與說明

當(dāng)?shù)孛嫖矬w位于飛機地面活動區(qū)或突出于各障礙物點的空中限制面時，即成為障礙物點。某些機場的設(shè)備與設(shè)施，鑒于其導(dǎo)航和助航等功能需求，必須設(shè)在或建在使其成為障礙物的位置，而可能成為障礙物點。另外，任何其它設(shè)備與設(shè)施禁止成為障礙物點。對于機場內(nèi)的且屬于障礙物的設(shè)施，其質(zhì)量和高度應(yīng)做到最小，并安放在對飛機危害最小的位置。底部必須固定的設(shè)備和裝置，應(yīng)采用易折結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的易折性是指在所期望的最大載荷下能保持其完整和剛度，但在更大荷載的沖擊下能以對飛機危害最小的方式折斷、變形或屈服的能力。對障礙物限制面范圍外的場外水平面的空間，對高度達(dá)到150m的建（構(gòu)）筑物體，均視為障礙物，應(yīng)安裝障礙燈等障礙物標(biāo)志。所安裝的障礙物標(biāo)志必須符合相應(yīng)的障礙物標(biāo)志要求。

2.凈空保護(hù)區(qū)障礙物專題圖GIS 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

2.1.基礎(chǔ)測繪矢量底圖數(shù)據(jù)的繪制

機場凈空保護(hù)區(qū) GIS 矢量底圖的繪制，是利用收集到的最新版基礎(chǔ)測繪成果1：5萬數(shù)字地形圖，1：5萬地形要素數(shù)據(jù)采用了CGCS2000坐標(biāo)系統(tǒng)，與本項目坐標(biāo)系統(tǒng)一致，無需轉(zhuǎn)換，可直接使用，它的要素分類代碼采用了《國土基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)分類與代碼》，圖形分層明確，地類要素齊全。然后結(jié)合本項目對可視化管理、數(shù)據(jù)更新、野外工作核查與補償測繪的需要，對圖層與要素加以篩查，并按規(guī)范要求進(jìn)行符號化顯示制作而成。

（1）添加圖層：在“三荷機場凈空保護(hù)區(qū)障礙物專題圖.mxd”的圖層上，添加各種信息圖層，經(jīng)過篩選加入了水系（面）、水系（線） 、居民地（面）、鐵路（線）、公路（線）、區(qū)域界線（線）、地貌（線）、地貌（點）、植被（面）、居民地地名（點）和自然地名（點）。運用“圖層控制”選項工具可以對各個圖層的標(biāo)注樣式、顯示效果、放大、縮小、轉(zhuǎn)換文字形式和設(shè)置不同的背景色彩條紋等。

（2）配色與符號：根據(jù)測繪標(biāo)準(zhǔn)的文件要求，對以上圖層進(jìn)行了修改.根據(jù)不同的要素類型進(jìn)行點線面符號與顏色的設(shè)置，達(dá)到用戶需求的表達(dá)效果。

（3）可見比例的定義：在顯示比例不同的情況下，對每一圖層的文字顯示大小加以控制，使其放大率越大，展現(xiàn)的文字內(nèi)容就越詳細(xì)。從而使在很小的縮放比例下，所有文字內(nèi)容一起顯示不會造成混亂重疊、看不清楚的現(xiàn)象，也使得整個圖面布局更加美觀。

2.2.凈空保護(hù)區(qū)專題數(shù)據(jù)的繪制

2.2.1.凈空要素的分析計算

機場的凈空區(qū)由端凈空區(qū)和側(cè)凈空區(qū)兩部分組成。

端凈空區(qū)是從跑道兩端點，以遠(yuǎn)的一定距離起，據(jù)不同的環(huán)境，采取不同的起始寬度、向兩側(cè)擴展的斜率、不同的障礙物限制坡度，組成梯形/舌形的凈空限制面，包括：起飛爬升面、進(jìn)近面、內(nèi)進(jìn)近面和復(fù)飛面。

側(cè)凈空區(qū)從飛行區(qū)兩旁向外部進(jìn)行擴展，形成障礙物限制面，包括過渡面、內(nèi)水平面、錐形面等。

民用機場航空部門對端凈空區(qū)的設(shè)計計算：

①飛機爬升面。只針對僅具備起飛條件的跑道某一端，目的是讓飛機爬升提供一個安全的平臺。爬升面以跑道尾端從三十至六十米處開始，從低處往高的向上的限制面，長度在1.6km-15.0 km 之間，凈空障礙物限制面的坡度介于5%-2%，終端允許高出首端80m-200m。

②近面。進(jìn)近面和過渡面均為飛機的進(jìn)近、進(jìn)入及著陸，提供了一個無障礙限制的下滑便道。進(jìn)近面從飛行道尾端以遠(yuǎn)30-60m處起算，是一組由遠(yuǎn)及近、由高到低的凈空障礙物限制斜面。進(jìn)近面的長度分布在1.6km-15.0 km 之間，尾端寬度在0.38 km -4.8 km之間。遠(yuǎn)端可高出收首端中點80m-435m。據(jù)機場區(qū)域的大小及飛行道技術(shù)環(huán)境條件的差異，可由1個限制坡度、2個限制坡度或2個限制坡度加1個水平段構(gòu)成。

③進(jìn)近面和復(fù)飛面。在進(jìn)近面的首端起0.9 km （內(nèi)進(jìn)近面及1.8 km復(fù)飛面）區(qū)域內(nèi)，布置限制要求更高的內(nèi)進(jìn)近面及復(fù)飛面。

民用航空組織和航空局關(guān)于側(cè)凈空的設(shè)計計算：

①錐形面：從內(nèi)水平面邊沿開始，以一定的限制坡度向外延伸的類似橢圓形的凈空障礙物限制斜面。它的外緣距水平面邊沿0.7-2.0m允許高于跑道兩端中點的平均高程值為145m.

②水平面：1個距升降帶側(cè)邊2公里～4.5公里的近似橢圓形狀的水平限制面。在內(nèi)水平面范圍，禁止障礙物高出跑道中點的高程45m。

③過渡面：從升降帶邊界開始，按照一定得坡度向上延伸，與內(nèi)水平面相交即高出機坪平均高程45 m）的斜面，限制的坡度值域為14.3%-20%。

④內(nèi)過渡面：針對各類精密儀表，飛行道在過渡面上近于飛行道部位，設(shè)內(nèi)過渡面，它的功能是控制某些須接近飛行道且又未超過這個限制面的設(shè)施，比如助航的設(shè)備和飛機等等。

2.2.2.凈空要素的繪制

凈空要素的上圖，以分析計算的數(shù)據(jù)結(jié)果，結(jié)合項目區(qū)域坐標(biāo)系統(tǒng)、投影參數(shù)和成圖比例等要求，采用CAD圖形軟件進(jìn)行設(shè)計繪圖，然后采用ARCMAP的配套工具，轉(zhuǎn)換成shp文件，套入ARCGIS平臺中，分層設(shè)色，形成凈空面。

障礙物限制面設(shè)計示意圖

2.2.3.障礙物數(shù)據(jù)表的轉(zhuǎn)換導(dǎo)入

內(nèi)業(yè)編制的障礙物成果表，提供的屬性數(shù)據(jù)包括：點號、障礙物名稱、類別、54X、54Y、80X 、80Y、CGCS2000X、CGCS2000Y、CGCS2000B、CGCS2000L、真方位、磁方位、中心距離、地面標(biāo)高和障礙物頂端部標(biāo)高。

提供的成果表中，對障礙物進(jìn)行了分類處理，目的是方便成果分析以及圖形的符號化顯示。類別包括：通訊塔、煙囪、樓頂、水塔、高壓電塔、通信塔、雕像、反應(yīng)堆、懸拉索塔、屋頂、橋塔、輸電塔、風(fēng)向標(biāo)、發(fā)電塔、電視轉(zhuǎn)播塔、避雷針、山頂。

采用ARCMAP的配套工具，將表轉(zhuǎn)換成shp文件，套入ARCGIS平臺中，分類設(shè)設(shè)置圖形符號，形成障礙物專題數(shù)據(jù)層。

用ArcMap將excel點坐標(biāo)轉(zhuǎn)為shp點文件，具體過程為：

1，選擇菜單欄的'Add Data'，

2，選擇excel中的對應(yīng)的數(shù)據(jù)表單sheet，

3，在剛導(dǎo)入的sheet文件上，右鍵，選擇'Data' -> 'Export'，導(dǎo)出 .dbf文件.

4，在剛導(dǎo)出的.dbf文件上，右鍵，選擇'Display XY Data'（如果excel中列的格式不是單元格格式，則不能顯示，所以要將列的格式改為數(shù)字格式），并選擇作為x，y坐標(biāo)的字段名，在上一步所得的 xx Events 數(shù)據(jù)上，右鍵，選擇'Data' -> 'Export Data'，即可。

3 可視化統(tǒng)計分析

3.1 信息查詢

要獲取系統(tǒng)平臺地圖中的各種信息，可使用平臺的多種查詢工具進(jìn)行查詢。例如查詢指定位置的坐標(biāo)，查詢障礙物點的信息列表，查詢障礙物與跑道的距離，利用“查找”對要素、位置和線性參考進(jìn)行自定義設(shè)置，查詢你所需的對象及其相關(guān)信息，還可以打開層文件屬性表，利用SQL查詢語句，批量刷選要素，實時定位到具體的對象。而采用GIS進(jìn)行信息查詢優(yōu)勢在于空間與屬性的動態(tài)聯(lián)動性。用戶在屬性表中進(jìn)行查詢的同時，能實時定位到該對象的空間位置，了解對象間的空間影響關(guān)系。而在空間地圖中瀏覽對象的同時，能實時查看各個對象的屬性信息。

3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

充分利用GIS的強大處理功能，從已疊加到圖形空間中的要素圖層，采集有利用價值的信息進(jìn)行再次分析處理，制作障礙物專題圖與統(tǒng)計分析圖。

3.2.1障礙物分組信息的統(tǒng)計分析

運用GIS技術(shù)的可任選信息功能，進(jìn)行分析統(tǒng)計。下面僅以障礙物點分布信息地分析統(tǒng)計功能為例，分別對障礙物點制作區(qū)域分布專題圖、柱狀分布圖和餅狀分布圖，從不同角度反映了各種分布狀況。柱狀分布圖反映的信息如下圖所示：

（1）每一個柱代表了一個距離區(qū)間的障礙物點相關(guān)信息。柱的不同高度定性地反映出各距離區(qū)間的障礙物分布數(shù)量上的差異。例如：從圖中可以看出距離區(qū)間10～15KM的障礙物最多，距離區(qū)間5～10KM次之，距離區(qū)間25～30KM的障礙物最小。

（2）從表1中可以看出，障礙物的表現(xiàn)形式整體上分為建筑物、構(gòu)筑物、山包、電力電信桿塔和風(fēng)電風(fēng)機等。距離區(qū)間15～20KM的障礙物五種表現(xiàn)形式都有，其中桿塔型最多，構(gòu)筑物其次;距離區(qū)間5KM內(nèi)的障礙物形式只有桿塔型;距離區(qū)間30～35KM的障礙物形式只有山包型。

（3）從柱上的數(shù)字標(biāo)注可以直接讀取每個區(qū)間的分類障礙物數(shù)量。例如：距離區(qū)間15～20KM的障礙物數(shù)量為60個，其中電力電信桿塔68個、構(gòu)筑物25個、建筑物4個、山包1個和風(fēng)電風(fēng)機2個。

餅形分布圖反映的信息如下圖所示.

（1） 分布圖中每1個餅區(qū)代表1個分布區(qū)間，并在旁邊進(jìn)行了標(biāo)注.

餅區(qū)的大小可以反映出各區(qū)間上的障礙物數(shù)量差別，并對障礙物最大、最小的數(shù)量值進(jìn)行餅區(qū)分離提取.例如從圖中可以看出區(qū)間10-15KM的障礙物數(shù)量值最大，區(qū)間25-30KM最小。

（2）每個餅區(qū)具體的百分比標(biāo)注，明確地反映出各區(qū)間的障礙物點數(shù)量與總量之間的比例關(guān)系。

3.2.2障礙物多組信息管理

從各種數(shù)據(jù)中選取的障礙物數(shù)量、平均海拔兩組重要信息進(jìn)行對比分析。如圖3所示。

圖3中，體現(xiàn)的有關(guān)信息涵蓋了：

（1）兩組狀柱體采用了不同的顏色進(jìn)行區(qū)分，分別代表機場障礙物的“數(shù)量”和“平均海拔”信息。如標(biāo)注所示，藍(lán)色表示障礙物的數(shù)量，紅色表示平均海拔。

（2）每組柱狀體凹凸起伏不定，定性地體現(xiàn)出了各區(qū)域所表現(xiàn)信息的差異。單擊柱體，能定量地顯示出柱體所代表的障礙物的“數(shù)量”和“平均海拔”具體值。例如：單擊一組彩色的柱體，可以看出空間分布區(qū)間10～15KM的障礙物數(shù)量是最多的;而分布區(qū)間25～30KM的障礙物數(shù)量最少，分布區(qū)間40～45KM的障礙物平均海拔是最高的。

（3）兩組柱狀圖一一呼應(yīng)，可展現(xiàn)出機場障礙物的“數(shù)量”和“平均海拔”的兩組柱狀圖信息之間的差異關(guān)系。例如，從兩組柱狀圖的差異信息可知，區(qū)間10～25KM的障礙物數(shù)量是最多，但平均海拔較低;區(qū)間35～50KM的障礙物平均海拔是最高的，但障礙物分布很少。

4 結(jié) 語

運用GIS技術(shù)對機場凈空保護(hù)區(qū)的障礙物地理分布、種類、數(shù)量、海拔等重要空間信息與屬性信息進(jìn)行編輯與管理，以專題圖和統(tǒng)計表的可視化形式反應(yīng)障礙物實體的內(nèi)容，并對其進(jìn)行對比、統(tǒng)計與分析，獲取豐富有價值的統(tǒng)計信息，為機場安保部門提供直觀的信息表達(dá)，為管理決策提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張弘，熊德琪，李立，廖國祥等.GIS技術(shù)在水上加油站信息可視化管理中的應(yīng)用[J].大連海事大學(xué)學(xué)報，2006，32（4）：78-80.

[2]何生娟，徐偉芳，康義武等.淺談機場凈空障礙物限制面與相關(guān)位置測量[J].青海國土經(jīng)略，2016，（2）：77-78.

[3]白似雪.GIS與MIS結(jié)合的研究[J].南昌大學(xué)學(xué)報（理科版），2002，26（1）：61-63.

[4]陳述彭，魯學(xué)軍，周成虎.地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社，1999：30-78.

[5]朱偉剛，張永彬.MapInfo環(huán)境下的查詢方法[J].長春工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2001，2（3）：15-17.

作者簡介：鄧文兵，男，1979年9月生，漢族，2003年6月中南大學(xué)測繪工程專業(yè)畢業(yè);中國冶金地質(zhì)總局湖南地質(zhì)勘查院三分院院長，注冊測繪師，主要從事工程測量、不動產(chǎn)測繪、工程物探、地理信息系統(tǒng)工程等項目。