高原機場地理信息系統設計

趙國富

摘要：文章分析了設計高原機場地理信息系統的必要性，并從技術和經濟可行性兩個方面進行分析，給出系統合理的邏輯結構和功能結構設計，最后以三維地理數據維護子功能為例給出了實現。系統設計符合民航系統的實際，能滿足現有需求，可以更好地提高西部高原機場的管理水平和運行安全。

關鍵詞：高原機場;地理信息系統;設計

中圖分類號：TP311.1? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）17-0050-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 背景

隨著國民經濟的飛速發展，乘坐民航班機前往西部高原地區旅游的游客在逐年增大，航空運輸相關物資的需求也在不斷提高，加上國家戰略安全的需要，對于西部的政策支持力度也在不斷加大。在民航“十三五”規劃中明確提出大力推發展和應用新技術，促進高原機場地理信息系統的建設。為了有力保障西部高原機場的運行安全，對高原機場地理信息系統進行合理有效的設計的重要性不言而喻。

2 可行性分析

地理信息系統（GIS），它是隨著我國計算機技術和互聯網技術發展而出現的一種十分重要的空間信息系統[1]。該技術主要被用于進行信息數據的收集、存儲和分析， 能有效實現空間分析、空間查詢及綜合分析評價功能，在地理方面能夠發揮出很大的作用，能夠將收集到的數據進行圖形轉化和呈現[2]。

2.1 技術可行性

高原機場地理信息系統是以數據庫作為其數據管理平臺，利用面向對象語言（Java、C#等）和當前非常成熟的數據庫訪問技術來開發[3]。編譯器和集成開發環境有eclipse、pb、visual studio2005等，地理數據處理平臺有ArcGis，Supermap Deskpro，Global Mapper，Erdas等。地理開發平臺有WordWind，DirectX，ArcEngine等。設計工具用可視化的方式表述軟件架構，并將應用程序可視化，此類工具有Rational Rose，Sybase Power Designer，Borland Together等。為了實現開發過程中的有效配置管理（包括版本管理、文檔管理、變更管理等），可以使用適當的配置管理工具，如SVN。

2.2 經濟可行性

從系統的經濟可行性方面來看，盡管地理信息開發平臺以及相關地理數據比較昂貴，可以充分考慮具體的需求，開發平臺可以按照功能模塊的許可來購買，具體的數據可以采用高精度與低精度數據搭配的方式來購買，對系統比較關注的信息，可以考慮購買1：5000比例尺的數據，對關注度不大的信息，可以考慮購買1：100000比例尺的數據。

3 地理數據

航空數據主要包括機場周圍通信與導航臺站信息、航路航線、航路點、管制區邊界等信息[4-5]。系統所需地理數據如下。

3.1 衛星影像數據

衛星影像數據是由衛星拍攝的圖片，經過波段的選取、彩色合成、幾何校正、鑲嵌、色彩調整、融合、裁剪與拼接等一系列的處理之后形成的影像數據，在國土、海洋、礦產以及農業和林業方面，有著廣泛的應用。結合具體需求，選擇衛星影像數據分辨率應控制在2米范圍內，以更好地滿足系統的各項功能。

3.2 DEM數據

數字高程模型（Digital Elevation Model），簡稱DEM。它是地球表面地形地貌的一種離散的數學表達，將地面高程表達為一組有序數值陣列，具有表達多樣性、恒定的精度、實時性的更新和多比例尺的特點。由于DEM描述的是地面高程信息，所以利用DEM數據能夠很好地獲取地形的起伏信息。結合具體需求，選擇DEM數據至少應滿足1：5萬比例尺的數據。

3.3 基礎地理矢量數據

系統中使用的基礎地理矢量數據主要是機場周圍8KM范圍內的高精度的矢量數據，主要應該包括道路、河流、醫院、救助站、學校、標志性建筑等信息，這些數據信息的準確性會直接影響到系統最終的分析與顯示結果的正確性，因此，選擇基礎地理矢量數據比例尺至少是1：1萬，甚至更大的比例尺的數據。

4 系統方案設計

系統以民航航空數據和地理數據（衛星影像數據、矢量數據、Dem數據）為基礎，利用衛星影像數據處理技術，構建三維圖形和空間信息的地理信息系統，并在此基礎上添加相應的業務邏輯，以實現機場周圍8Km范圍內三維環境的模擬顯示和相關的搜尋救援活動。

4.1 系統體系結構

系統體系結構如圖1所示，主要涉及衛星遙感影像數據、基礎地理數據和航空數據，其中基礎地理數據包括DEM數據、矢量數據（道路，河流，學校等）;衛星遙感影像數據的處理涉及影像數據的波段的選取、彩色合成、幾何校正、鑲嵌、色彩調整、融合、裁剪與拼接等一系列的處理;經過這些操作之后，將衛星遙感數據同DEM數據疊加時，需要做配準與疊加的處理，這樣在三維地理信息顯示平臺中才能夠準確地構造三維場景;同時，對基礎的地理數據需要進行分類、格式轉換、投影變換等操作之后，可以將這些數據導入數據庫中。數據處理流程示意圖如圖2所示。

地理信息顯示平臺系統通過從數據庫中獲取基礎的數據，然后經過數據到圖形信息的轉化等操作，將數據以地圖的形式展現給用戶;用戶通過系統提供的地理信息基本操作功能可以完成基本的信息瀏覽與查詢功能;系統管理員通過地理數據維護功能完成地理信息的維護功能，以保證數據庫中信息的實時性與正確性;用戶可以通過搜尋救援系統為突發應急事件提供有效實用的信息，為搜尋救援節省時間;系統管理員可以通過用戶管理系統完成對系統使用用戶進行管理，包括用戶的增加與刪除等操作。

4.2 系統邏輯結構

系統的邏輯模型可以分為用戶層、服務層和數據支持層三個層次，各層之間相互獨立，如圖3所示。用戶層直接面向用戶。系統中的各種信息，在該層有效組織、整理后，以結構化、層次化的信息提供給用戶，真正實現“所見即所得”。該層可以為用戶提供簡單易學的操作，并可以根據自身的需求，自定義設置具有個性化的界面。服務層是系統實現的關鍵，負責提供可復用的服務，即三個水平服務和兩個垂直服務，完成各種業務數據的處理操作。三個水平服務層是數據接口層、數據處理與管理層以及統一數據表示層，兩個垂直服務層是安全管理、系統管理，這五個服務層次是系統實現的重中之重。數據支持層則主要負責數據的獲取、維護和存儲。

5 系統功能結構

系統由一系列業務邏輯相對獨立的子系統所組成，包括地理數據維護系統、地理數據操作系統、應急搜索救援系統和用戶管理系統，而每個子系統又擁有一系列的功能，系統構成如圖4所示。

5.1 三維地理數據維護系統

在實際的工作中，存在地理信息發生變化的情況，系統為系統管理員提供了地理信息的維護功能，包括添加或者修改地理數據的屬性信息，以及增加新的地理地物功能，增強系統數據的真實性、實時性與完整性。

5.2 用戶管理系統建設

系統用戶分為兩類用戶：系統管理員和系統使用用戶，系統管理員擁有系統的所有權限，負責進行系統管理、維護等工作，例如可以對系統進行配置，設置其他用戶權限等。使用用戶可以使用其權限范圍內的系統功能，這樣可以一定程度上保障數據的安全。

5.3 三維場景交互操作系統建設

在三維地理信息顯示平臺的基礎上建立三維場景交互操作系統，為用戶提供三維場景的放大、縮小、平移、全圖查看、三維地理要素選擇、多視角查看三維場景等基本功能。

5.4 應急搜索救援系統建設

當在水系、道路、醫院、航空等地方的現場，出現緊急事故時，需要迅速了解事故現場的地理環境信息，非常必要建設應急搜索救援系統。在應急搜索救援系統中，對現場周圍的實用信息在地圖中高亮顯示，并標注相應的文字加以說明，這樣在搜索救援時可以盡快地發現問題，并迅速展開救援工作。

5.5 三維地理信息顯示平臺

地理信息顯示平臺主要功能是加載DEM數據和衛星影像數據，完成三維場景的搭建;自動從基礎地理信息數據庫中加載數據，完成數據向圖形信息的轉換功能并生成三維模型，數據信息在顯示的過程中，按照地圖顯示的比例尺，完成地圖的渲染、緩沖存儲、專題圖繪制等工作，使用戶在三維場景中更加直觀地查看機場周圍的地理信息。

6 功能實現

由于篇幅所限，僅以三維地理數據維護系統為例介紹。三維地理數據維護系統包括添加或者修改地理數據的屬性信息，以及增加新的地理地物功能，增強系統數據的真實性、實時性與完整性。

系統主要功能如下。

6.1 地理屬性信息編輯

系統管理員可以通過該功能完成幾何對象相關屬性信息的修改功能，用戶可以通過如下兩種實現方式實現屬性信息的修改功能。

1）由圖形信息查找相應的屬性信息，然后修改。

用戶可以在地圖中找到所關注的幾何對象，然后，通過查看屬性信息按鈕，獲得該對象的屬性信息，然后修改，最后保存。如圖5所示。

2）由屬性信息查找有關信息，然后修改。

在相關信息的屬性列表中，通過條件查詢，獲得所關注的信息，然后修改，最后保存。如圖6所示。

6.2 添加新的地理地物功能

系統應用之后，隨著時間的推移，現實的環境中會出現新的建筑物等地物，為了維護數據庫信息的完整性與實時性，系統管理員可以使用該功能完成新出現地物的添加功能;系統管理員需要提供地物的基本信息，包括經緯度信息、地物性質（學校、醫院等）等基本信息即可添加成功，系統會將對應地物的三維模型添加到三維場景中。如圖7所示。

7 結束語

通過高原機場地理信息系統可以搭建基礎地理信息數據庫，存儲機場周圍8KM范圍內的高精度基礎地理信息、影像數據和DEM數據。用戶利用三維地理信息展示平臺可以直觀地查看機場周圍相關的地理信息。用戶還可以通過簡單、實用的三維場景操作工具，輔助用戶完成各種工作。系統管理員可以維護基礎三維場景數據，保證地理數據的準確性、完整性與實時性。今后需進一步調研民航系統的實際，滿足不斷變化的需求，更好地提高西部高原機場的管理水平和運行安全。

參考文獻：

[1] 陳述彭.地理信息系統導論[M].北京：科學出版社，1999.

[2] 龐邦毅.土地測繪中地理信息系統的應用效果分析[J].建材與裝飾，2018（22）：222-223.

[3] 李天華，廖崇高，楊武年，等.多類型遙感影像在高原機場選址中的應用初探[J].地質找礦論叢，2006（3）：220-223.

[4] 徐軍庫，魏小濤.基于工作流與 GIS 技術的機場土地規劃及利用系統的設計與實現[J].機場建設，2010（4）：68-71.

[5] 周亮.西藏日喀則機場改擴建工程地理信息系統（EGIS）設計與實施[D].成都：電子科技大學，2013.

• 【通聯編輯：謝媛媛】