機場凈空測量的數據處理程序設計與實現

孟凡強，剛慧龍

(烏魯木齊市城市勘察測繪院，新疆 烏魯木齊市 830000)

機場凈空測量的數據處理程序設計與實現

孟凡強*，剛慧龍

(烏魯木齊市城市勘察測繪院，新疆 烏魯木齊市 830000)

在介紹機場凈空測量工作流程的基礎上，闡述了兩種常用于計算地面任意兩點之間真方位角與距離的算法，通過理論分析選擇了其中一種作為機場凈空測量數據處理程序的核心算法，并編程實現。通過工程實例，將該程序所得結果與傳統方法所得結果進行對比分析得出，該機場凈空測量數據處理程序能夠快速、準確地處理凈空測量數據，提高了工作效率。

機場凈空測量；機場跑道中心；建筑物幾何中心；距離；真方位角

1 引 言

為了保障飛機的起降安全，確保對飛行沒有障礙，必須對機場周圍的建(構)筑物高度進行嚴格限制，為此在機場設計和建設中，規定了幾種障礙物限制面，用以限制機場及周圍建(構)筑物的高度，限制面的范圍簡稱為凈空區[1，2]。機場凈空測量就是應用現代測繪技術，一方面采集凈空區內現有建(構)筑物的平面坐標和高程，對區域高度超限的現有建(構)筑物，應予拆除、搬遷、設置障礙燈或標志等措施；另一方面，根據區域內擬建建(構)筑物幾何中心的平面坐標和高程，計算分析其設計高度是否超限，對高度超限的建(構)筑物應予修改設計高度、重新選址等措施。

目前機場凈空測量數據處理需要大量人工干預，須用到AutoCAD、Leica Geo-Office Combined以及Microsoft Office等多個軟件[3]，過程較為煩瑣，導致工作效率和數據準確率較低。因此，作者試圖應用計算機編程技術提高改作業過程的自動化程度，在提高工作效率的同時降低出錯概率。

2 機場凈空測量

機場凈空測量中，首先應用CORS接收機、全站儀等測量設備采集現有建(構)筑物平面坐標及高程。其次根據規劃部門提供的擬建建(構)筑物設計紅線圖，獲取擬建建(構)筑物幾何中心的平面坐標和設計高度，測得其所在地的高程后，可計算出該擬建建(構)筑物最高點的高程。同時各擬建建筑物幾何中心與機場跑道中心的距離與真方位角也需要計算，首先逐個導出各擬建建筑物幾何中心基于WGS-84坐標系的經緯度坐標；然后逐個計算各擬建建筑物幾何中心與機場跑道中心之間的距離與真方位角并輸出；最后通過復制、粘貼等人工編輯將所有數據合成編制為機場凈空區建設項目情況表。該表包括各擬建建筑物的幾何中心經緯度坐標、海拔高度、限制高度、與機場跑道中心位置的距離與真方位角、擬建建筑物設計高度等內容[4]。最終，空管部門根據機場凈空區建設項目情況表中的數據，計算分析現有建(構)筑物高度以及擬建建(構)筑物設計高度是否超限[5]。

3 機場凈空測量數據處理程序算法選擇

設A、B兩點(可以為建筑物幾何中心與機場跑道中心)在某平面坐標系下的平面坐標分別為(xA，yA)和(xB，yB)，在WGS-84坐標系下的經緯度分別為(ALat，ALon)和(BLat，BLon)，根據真方位角的定義，點B相對于點A真方位角的計算方法根據條件不同而不同。

3.1 第一種算法

(1)

(2)

3.2 第二種算法

由三面角余弦定理可得：

cos∠c=cos∠a×cos∠b+sin∠a×sin∠b×cos∠ACB

(3)

又由三面角弧的正弦定理可得：

(4)

根據已知條件并綜合式(3)、式(5)可得：

(5)

所以有：

(6)

根據式(6)可得弧度距離的計算過程，如式(7)、式(8)所示：

(7)

(8)

3.3 算法的選擇

根據《數字測圖原理與方法》等的相關理論可知，距離閾值Lx=10 km。第一種算法較為簡單，計算效率較高，但理論證明其僅適用于距離小于閾值Lx的低緯度地區，局限性較大；第二種算法較復雜，但理論證明其適用于地球上任意兩點，沒有緯度和距離的限制，普適性更強。經綜合考慮，本文最終選擇第二種算法作為機場凈空測量數據處理程序的算法[6～8]。

4 程序實現與應用

4.1 程序實現

首先實現控件和對應事件處理函數來讀取人工輸入的機場跑道中心WGS-84坐標數據，預先設計好保存所有待求點WGS-84坐標數據文本文件的數據格式，其次實現相應函數來讀取該文件中的數據，然后將式(3)～式(8)編寫成函數并組成計算類，設計下拉菜單控件并實現人工選擇待求點的方式將所選待求點WGS-84坐標數據與機場跑道中心WGS-84坐標數據傳入算法中計算對應的真方位角和距離，最后通過人工檢查計算結果無誤后，以機場凈空區建設項目情況表的規定格式輸出結果[9]，如圖2所示。

圖2 技術流程圖

4.2 工程應用

某房地產開發公司將在機場限高區內擬建一座連體辦公綜合樓，我院受委托進行機場凈空測量，該擬建建筑物共計9棟，如圖3所示。

圖3 建筑物分布圖

圖4 數據處理格式樣式

首先，將該9棟擬建建筑物幾何中心的WGS-84經緯度坐標按機場凈空測量數據處理程序的格式要求進行編輯，結果如圖4所示，第一列為擬建建筑物編號，一般情況下與建筑施工圖或建筑紅線圖上一致；第二列為擬建建筑物的經度，其格式為：度+“.”+分+秒；第三列為擬建建筑物的緯度，格式與經度相同；第四列為各擬建建筑物的擬建高度。

其次，分別將機場中心坐標文件與擬建建筑物幾何中心坐標文件導入到程序中，并依次計算各擬建建筑物幾何中心與機場跑道中心的真方位角，計算結果將在列表框中顯示，如圖5所示。

最后，人工檢查列表中的計算結果，確定計算無誤后，選擇成果表保存路徑并單擊“提交”按鈕，即可自動生成規定格式的成果表，如圖6所示。

圖5 凈空測量數據處理程序界面

圖6 凈空測量數據處理結果

為了進一步驗證該程序計算結果的正確性，本文應用Leica Geo-Office Combined軟件中“GOCO計算…”的“點到點反算”功能，來求取各擬建建筑物幾何中心到機場跑道中心的真方位角，得到的計算結果為多個ASCII文件，需要人工干預進行合成、編輯并制作表格。表1的第2列和第3列是機場凈空測量數據處理程序計算而得的結果，作為本實例的待檢驗值；第4列和第5列是Leica Geo-Office Combined軟件計算而得的結果，作為本實例的真值[10]。

從表1的比較可以看出，機場凈空測量數據處理程序的計算結果與Leica Geo-Office Combined軟件的計算結果除了1號建筑、5號建筑和8號建筑有微小差別之外，其余結果均一致，說明前者具備良好的準確性以及可靠的精度。

成果對比分析 表1

5 結 語

本文針對當前機場凈空測量數據處理所面臨的問題，結合相關規范及生產要求，敘述了根據兩點坐標計算距離及真方位角的算法原理，應用.NET框架與AutoCAD的.NET接口實現了機場凈空測量數據處理程序，通過案例分析，將該程序所得結果與傳統方法所得結果進行對比分析得出，該機場凈空測量數據處理程序能夠快速、準確地處理凈空測量數據，較大程度上減少了人工作業，提高了工作效率。

[1] 張瑞軍，黃武. 機場凈空管理技術研究[J]. 赤峰學院學報·自然科學版，2009(9)：169～170.

[2] 龔真香，陳胤璇，李燕軍等. RTK聯合全站儀在機場凈空區障礙物測量中的應用[J]. 全球定位系統，2015(2)：92～95.

[3] 丁德亮，蔡良才，李光元等. 機場凈空智能監測儀測距和高程精度分析[J]. 空軍工程大學學報·自然科學版，2012(2)：20～23.

[4] 郭耀林，段方東，李戰偉. 機場凈空測量作業方法的分析[J]. 科技與企業，2016(4)：127～129.

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

[6] 潘正風，程效軍，成樞等. 數字測圖原理與方法(第二版)[M]. 武漢：武漢大學出版社，2009.

[7] 孔祥元，郭際明，劉宗泉. 大地測量學基礎(第二版) [M]. 武漢：武漢大學出版社，2010.

[8] 張正祿. 工程測量學[M]. 武漢：武漢大學出版社，2005.

[9] 陸濟湘，宋曉麗，李雪林. 機場凈空區范圍的確定及三維可視化[J]. 武漢理工大學學報·信息與管理工程版，2013(6)：828～832.

[10] 董秀萍，黃明吉，張媛. 機場凈空區CAD系統設計[J]. 計算機輔助工程，2010(1)：70～73.

The Design and Realization of The Data-processing Program for Airport Clearance Measurement

Meng Fanqiang，Gang Huilong

(Urumqi Urban Institute of Geotechnical Investigation Surveying and Mapping，Urumqi 830000，China)

In this paper，Based on Introducing the workflow of Airport clearance measurement，two algorithms for computing the true azimuth and distance between two arbitrary points on the ground have been described respectively，one of the two has been selected as the core algorithm of the airport clearance measurement data-processing program by theoretical analysis，and it has been realized by programming. The result of this program has been compared with the result of conventional method，and shows that the airport clearance measurement data processing program can process the clearance measurement data quickly and accurately，and improve the work efficiency.

airport clearance measurement；the center of airport；the geometric center of building；distance；the true azimuth

1672-8262(2017)04-118-04

P209

B

2017—01—09

孟凡強(1983—)，男，工程師，主要從事工程測量與數據處理工作。