洛阳机场净空区域三维模型的分析与实现

摘 要：文章根据民航相关技术标准的规定，对洛阳机场进近面、起飞爬升面、内水平面等净空障碍物限制面进行数学建模，利用KML地理信息标记语言对该模型进行立体描述，并通过Google Earth实现洛阳机场净空区域模型的三维可视化，直观的显示净空规划范围，实现洛阳机场的净空管理的可视化。

关键词：净空保护；限制面；Google Earth

引言

航空事业快速发展，飞行安全问题越来越为人们所重视，进离场的安全问题尤其引人关注，而机场净空限制面内的超高障碍物直接威胁飞机起降安全，明确净空区域内的安全高度就显得尤其重要。

机场净空是为保证飞机起降安全而规定的障碍物限制面以上的空间，用以限制机场及其周围地区障碍物的高度。各个障碍物限制面的尺寸要求，随飞机是起飞还是降落，以及降落时采用的进近程序的不同而异[1]。随着洛阳机场改扩建工程的进行，净空资料目前亟需更新和完善以促进机场管理工作的顺利进行。过去为确定机场周边障碍物许可高度，机场设计和管理人员常常采用手工作图法进行分析计算，计算复杂，且更新周期较长。而采用3D MAX软件进行建模，其建模方式不包含地理信息数据[2]，应用时需将机场净空模型导入到城市三维场景中，应用有一定局限。Google Earth提供新型、可接入、低成本甚至是免费的地图相关服务。基于Google Earth 的三维净空区域模型，可以更直观的显示净空规划范围，清晰地呈现净空区域的三维地形地貌，并可根据周边情况的变化可迅速做出计算判断，从而对机场净空区的保护起到促进作用。此外该模型系统也可作为机场飞行区净空资料供教学使用。

1 数学模型的建立

1.1 坐标系的建立

洛阳机场飞行区等级为4D，双向I类盲降进近。以跑道中线及其延长线为中轴线，延中轴线作垂直于水平面的面，称为中轴面。机场净空区域关于中轴面对称。以机场基准点，即跑道中点为原点，过原点作中轴面的垂线，设为x轴，中轴线设为y轴，过原点作垂直于xoy面的垂线即为z轴。以xyz建立空间直角坐标系。机场净空区关于x=0对称，由于跑道两端高度不同，净空区域关于y=0近似对称，两边稍有不同。现先讨论x 0部分。

1.2 变量设置

净空区域由内水平面、升降带、锥形面、过渡面、进近面、起飞爬升面等障碍物限制面组成。

（6）过渡面：坡度k6=1/7；水平范围：D61，D62，D63；对应高度：h61，h62，h63。

1.3 对各个面分别建立数学模型

（1）净空道：是指有关当局管理下经选定或整备的使飞机可在其上空进行一部分起始爬升到一个规定高度的地面或水面上划定的一块长方形地区。

范围：净空道的起始点应在可用起飞滑跑距离的末端。

（2）内水平面

（6）过渡面：沿升降带边缘和部分进近面边缘按规定坡度（14.3%≈1/7）向上和向外倾斜到内水平面的一个复合面。

如果跑道纵剖面是弯曲的，则沿升降带的过渡面将是一个曲面；如果跑道纵剖面是一条直线，则沿升降带的过渡面将是一个平面。过渡面与内水平面相交的线亦将视跑道纵剖面的不同而是一条直线或是一条曲线。

假定跑道的倾斜度恒定，M1，A1，B1为以升降带边缘（长度直至跑道端延伸线）为边界的过渡面上的三个点，过渡面M1A1B1为一平面。

上述部分根据机场资料、《国际民用航空公约附件14》（2009年7月第五版）及《民用机场飞行区技术标准（MH5001-2006）》的相关规定，对各个障碍物限制面的水平范围进行确定，并计算了相应的限制高度。后续需要分析计算出障碍物限制面的重叠部分，确定限制高度较低的限制面。

对于任意水平范围内的一点（x，y），因限制面的水平范围的水平坐标x均为简单不等式，而y写成了关于x的不等式或为简单不等式。对于任意水平范围内的一点（x，y），可直接判断是否在限制面内，并判断出是属于哪个或多个障碍物限制面。对于在多个限制面内的点，分别计算其高度，选出最低的限制面，并计算出相应的高度。据此编写计算软件。

2 三维模拟

要将模型在Google Earth上显示，就需要将模型中的点与Google Earth的 WGS-84坐标系中的点相对应。由于WGS-84坐标系中地球为一椭球体，需要用椭球面大地测量学相关知识进行转换。由于椭球扁率很小，且计算距离较短，可以做辅助球代替椭球对坐标进行转换。

Google Earth中虚拟的点线面地图对象数据是通过KML格式存储的。KML是一种基于XML标准的标签式地理信息描述语言。当Google Earth启动或者刷新地球模型时，程序会读取和解析KML地理信息配置文件，将文件中定义的渲染对象加载到相应图层并渲染显示在Google Earth三维地球上，其中渲染对象可以包括LinearRing（线）、Polygon（面）等。KML文件就是Google Earth为二次开发提供的一种可扩展接口。根据转换得到的坐标数据和净空区域的模型编写KML文档，在Google Earth上加载该文档，即可看到三维净空区域的加载效果，使净空区域模型实现立体化，如图1所示。

在Google Earth中可以轻易的显示出目标的经纬度及地理信息。将经纬度输入软件中，及可迅速的得出净空面限制高度及所属的障碍物限制面。从而对净空区域进行快速有效的管理。

3 结束语

通过Google Earth实现对洛阳机场净空区域的三维可视化。建立了机场净空的数学模型，通过该模型可以计算净空区域内任意点的净空限制面高度。该方法具有迅速、有效、准确的优点，对促进机场的净空管理工作创造了条件。

参考文献

[1]谈志明，等.机场规划与设计[M].北京：人民交通出版社，2010：130-133.

[2]郭宽伟，岑国平，马文轩.机场净空GIS快速评定方法研究[J].测绘科学，2012（1）.

作者简介：刘维斗（1988-），男，学士，助工，毕业于南京信息工程大学，现从事民航气象预报工作。单位：中国民航飞行学院洛阳分院。

赵瑞：赵瑞（1984-），男，硕士，工程师，毕业于中国民航大学，现从事民航通信和监视工作。单位：中国民航飞行学院洛阳分院。