机场净空区障碍物测量方法与精度分析

2023-10-14 13:19| 来源: 网络整理| 查看: 265

机场净空区是指为保证飞机起飞、着陆和复飞的安全，在机场周围划定的限制物体高度的空间区域，机场净空条件的好坏直接关系到飞行安全[1]。有关机场安全标准分别规定了军、民用机场净空区各处地物地貌的限制高度。据不完全统计，我国大部分机场的净空都不完全满足净空规定要求，净空区内不同程度地存在超高障碍物，严重影响了机场的正常使用，甚至出现了因净空问题而被迫关闭机场的现象，给国家造成了巨大的经济损失。机场净空区内建筑物高度对飞机的起降以及航空安全都有很直接的影响。详细调查净空区内的建筑物和障碍物的基本情况，精确测量建筑物的空间坐标，特别是建筑物的高度信息，对净空区障碍物进行快速、准确的测量，从而评价其对飞行安全的影响，具有十分重要的意义。由于机场净空区范围一般比较大，测量净空区范围内的各个目标的工作量很大，而且净空区障碍物既有山体、楼房、水塔等较大物体，也有高大建筑物顶的避雷针、电信通讯发射塔、高压输电线塔架等较小物体，目标分布范围广，不易攀登到达，给测量作业造成很大困难。

2014年，笔者参与了西北某机场测量任务，根据相关要求，为保障飞行安全，需要对净空区内所有超过限制面的障碍物进行普查、测量，该任务时间紧，且要调查的区域范围大、障碍物分布广、种类多、不易攀爬。结合此机场的实际，采用GPS RTK加全站仪三角高程测高的方法，快速、高效地采集障碍物的三维坐标，大大提高了作业效率，收到了良好的效果。

1 机场净空限制面

机场净空限制面是人为假象面，在其范围内各个面高度为障碍物的限制高，机场净空区由进近面、锥形面、过渡面、起飞爬升面、内水平面、内进近面等构成，也可直观分为升降带、端净空、侧净空等区域，其范围和规格根据机场等级确定，其基本构成如图 1所示[2, 3]。

图 1(Figure 1) 图 1 机场限制面示意图 Figure 1 Diagram of Airport Restricted Area

按照《航空法》的规定，以下内容属于机场净空区范围内建筑物的调查范围：①排放大量烟雾、粉尘、废气而影响飞行安全的建筑物或者设施；②靶场、强烈爆炸物仓库等影响飞行安全的建筑物或者设施；③不符合机场净空高度要求的建筑物或者设施；④影响机场目视助航设施使用的灯光、标志或者物体；⑤影响飞行安全或者影响机场助航设施使用的植物；⑥影响飞行安全的鸟类动物和其他物体的设施；⑦影响机场电磁环境的建筑物或者设施。

在机场净空区调查测量中，需要注意全面深刻学习《机场飞行区技术标准》对测量的要求，特别是各种障碍物限制面的计算，机场等级不同，限制面计算的参数不同，必须结合相应技术规定计算；在高度测量时，要及时计算出障碍物的高程，以判断周围其他障碍物是否取舍，并要注意棱镜摆放的位置等，以保证测量的精度。

2 测量方案设计 2.1 控制点测量

由于机场净空区障碍物范围比较大，要想准确高效地测量每个目标，必须布设高精度的基础控制网。GPS具有测站间不需通视、自动化程度高、操作简便等特点，所以基础控制网采用GPS观测较为合适。基础控制点按照GPS测量规范及机场测量工程技术要求进行布设，分布合理，尽量选择在周围无遮挡且电磁辐射影响较小的区域，观测时段长度及基线边长根据测量等级确定。

笔者参加的西北某机场测量，按照有关技术规定要求，在跑道的两侧布设了3个控制点构成了基础控制网，点位相互关系如图 2所示。

图 2(Figure 2) 图 2 机场测量控制点分布略图 Figure 2 Distribution Diagram of Airport Survey Control Points 2.2 障碍物测量

机场净空区通常达百余平方公里，超高的障碍物虽然不多，但要近距离精确测量每个目标，必须在该目标附近布设至少两个通视的辅助控制点，采用常规的地面测量工作量非常大，而采用GPS RTK实时动态差分技术直接采集目标点的平面坐标简单而实用，不需要布设辅助控制点，直接利用RTK技术测量得到目标点的平面位置。

平面坐标利用GPS RTK采集后，目标点的高程值采用三角高程的方法，测量得到目标的高度值，与利用GPS RTK测量得到的目标所在位置的地面高程值相加即为目标顶端的高程值[4, 5]。为确保测量精度，在测量目标高度值时，采取两次架站、两次测量的方式进行，两次架站测量斜距之差不小于1 m，最终高度值为两次测量结果的平均值。目标点高度三角高程一次架站测量方法如图 3所示，H=h1+h2，三角高程的原理及计算公式本文不再赘述。

图 3(Figure 3) 图 3 障碍物三角高程测量示意图 Figure 3 Diagram of Obstacle Triangle Elevation Survey 3 数据精度分析 3.1 测量精度分析

为确保测量成果的准确性，必要的检核非常重要。按照测量技术规程，流动站仪器设置成功后，需要在主站以外的同一基础控制点上进行测前测后标校，同时还应在10%左右的已测碎部点上重复测量进行成果精度比较。为了说明此次障碍物测量平面成果的准确性，选取了其中某一天的测量数据进行比较分析。图 4为同一天已知基础控制点上测前测后各两次检测成果较差分析图，从图中标校结果显示，两次测量较差最大值为某点的高程较差，未超过2.5 cm，优于3 cm的测量限差。图 5为4个野外碎部点重复测量比对分析图，从图中可以看出，最大值为某点的X分量较差，小于4 cm，优于限差规定的5 cm要求，符合测量要求。

图 4(Figure 4) 图 4 测前测后基础控制点检核情况统计 Figure 4 Statistics of Pretest and Posttest Basic Control Points of Inspection Situation 图 5(Figure 5) 图 5 不同参考站同一点测量检核情况统计 Figure 5 Statistics of the Same Point on Different Reference Stations

机场障碍物高程测量原则上遵循宁多勿少的原则，每个障碍物高程测量时严格按照两次架站测量的模式进行，操作规程及时间间隔严格按照采集软件步骤进行，所有障碍物高度两次架站测量结果较差最小值为0，最大值为0.086 m，平均值为0.017 m，远优于较差限差标准0.100 m，符合技术规定要求。

3.2 测量应注意事项

利用GPS RTK加全站仪三角高程测高的方法测量净空区障碍物，速度快、精度好。但在测量及后续数据处理时，为确保成果质量，还应注意以下几点：

1) 基础控制网布设要注意网型强度和精度，控制点数量根据周围障碍物距离确定，距离较远时，为确保成果质量，应适当增加控制点数。

2) 障碍物三角高程测量时，虽然技术规定要求仰角不能大于30°，但为确保测量精度，最好不要超过20°，仰角过大影响精度, 且容易超限。

3) 一定要熟悉《机场测量技术规程》，特别是对各种限制面的要求和理解要把握准确，由于机场测量成果数据量大，整理可充分利用Excel强大的计算统计功能，以减轻计算强度，同时要一人计算、一人对算，确保成果整理100%正确。

4) 对于不能确定是否为障碍物的建筑体，可先在周围架设全站仪，简要采集距离及仰角，在Excel中简要编写公式计算概略高度，加地面概略高程，结合限制面要求确定是否为障碍物[6]。

4 结束语

传统的机场净空障碍物获取方法是调查和测定机场净空限制面内障碍物的位置和高度，绘制出机场净空限制面及障碍物位置图，人们从图上只能读出障碍物高度及其所在净空限制面的平面位置，难以确定障碍物是否超过限制高度，而且存在成图速度慢、精度低、难以更新，用户不能快速获取所需信息等缺点，机场设计和管理人员常常采用手工作图法进行分析计算机场净空区任一平面位置的障碍物许可高度，由于计算繁杂，比较容易出错。

在范围较大的机场障碍物测量时, 采用GPS RTK加全站仪三角高程测高的测量方法是比较理想的方法，利用GPS RTK多测回采集数据并平滑处理获取目标点的平面坐标，采用三角高程两次架站的方法获取目标高度，与地面点的高程相加获取障碍物顶端的高程值，采用此方法调查一个障碍物, 全部测量结束不超过20 min，操作安全、测量速度快，大大提高了作业效率。

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