沙堤机场净空评定GIS系统研究开发

摘　要：本文通过对佛山沙堤机场净空规格进行分析，建立了佛山沙堤机场净空区障碍物限制面的数学模型。在此数学模型的基础上使用ArcGIS、AutoCAD、Multigen Creator软件建立净空限制面三角网高程模型，并进行三维显示以及开发配套使用地理信息系统进行净空评定管理。

关键词：机场净空；数学模型；三维可视化；地理信息系统
1.引言
　　机场净空评定是城市规划建设的重要内容。机场净空评定是检查机场周围的障碍物高度是否能够满足机场净空规定的要求，以确保飞行的安全。佛山沙堤机场位于佛山市南海区，其净空区域跨佛山市禅城、南海、三水和顺德四区。
　　以往为了确定机场周边任意平面位置的障碍物限制高度，机场管理人员和城市管理者往往采用手工作图法进行分析计算，由于计算复杂，比较容易出错且效率不高。为改善这种情况，需充分利用当前先进科技手段，建立完整覆盖佛山沙堤机场净空区域且现势性强的佛山沙堤机场净空评定地理信息系统，以实现机场净空限高的自动、快速评定。
　　目前以地理空间数据及其相互关系为基础，以空间数据模型构建与空间数据分析为核心的GIS技术为该项目建设提供了新的方向。通过GIS能够利用各种计算机新技术，使复杂的传统空间建模、空间分析任务变得简单易行，能方便、高效的应用几何、逻辑、代数等运算、数理统计分析和其他数学物理方法，更科学、高效地分析和解释地理特征分布及其相互关系，并通过可视化手段将复杂、抽象的数据模型直观地呈现在用户面前，为管理和决策提供依据。
2.技术路线
　　按照广东省人民政府和中国人民解放军广州军区空军文件《关于加强军用机场净空管理工作的通知》（粤府[2003]2号）、国务院中央军委关于印发《军用机场净空规定》的通知（国发[2001]29号）中关于机场净空的规定，首先对佛山沙堤机场净空模型进行初步构建，然后再结合GIS空间数据建模技术，搭建既满足数学规则又具有地理特性的机场净空数据模型，最后将该模型与卫星影像数据、数字高程模型（DEM）数据、重要地物点等数据叠加，建立佛山沙堤机场净空限高GIS管理系统，方便用户对佛山沙堤机场净空区域内限制高度、地表高度等的实时查询。
　　为满足上述文件要求及便于管理部门工作的需要，除建立GIS管理系统外，还制作佛山沙堤机场净空区控高平面图、净空模型透视图、净空模型剖面图及机场控高专题图集。
3.机场净空模型构建
3.1模型初步构建
　　机场三维净空模型的正确构建，是本项目顺利开展的关键。应充分理解《军用机场净空规定》的通知（国发[2001]29号）中关于机场净空区域的规定，在Multigen Creator商业建模软件的强大功能基础上，结合佛山沙堤机场实际情况，完成机场净空模型的初步构建。
　　净空模型建立后，应进行严谨的检查和校核（可采用比较机场净空区域任意点的模型量测值与由传统方法计算的限高值之间差异的方法），确保净空模型构建的正确性，以便于下一步工作的开展。
3.2模型数据转换
　　模型数据转换包括数据格式转换和数据坐标系转换。
　　数据格式转换的基本要求就是数据在转换后不存在信息量和精度的损失。鉴于Autocad软件的普及性，DXF文件格式已成为众多商业软件（Arcgis也不例外）可读取的数据格式，为避免在模型转换过程中发生信息和精度的损失，应在模型检查合格后，将模型转换为二进制的DXF格式文件。
　　数据坐标转换模型有很多种，在此选用最常用的四参数转换模型，即根据已知2个以上的两个坐标系统的公共控制点计算出两个坐标系统之间的4个坐标转换参数（X方向坐标分量、Y方西坐标分量、坐标系尺度缩放系数及坐标系间的旋转角度）。由于佛山沙堤机场净空区模型在空间形态、大小上与真实的机场净空区模型一致，可以选取机场跑道端点作为公共控制点，完成机场净空模型的空间定位。
3.3模型重构
　　　采用Arcgis软件平台的TIN表面数据模型对机场净空区进行模拟。TIN数据模型通过彼此相邻不重叠的三角形面构成表面，其模拟表面的精度与特征点的采样密度密切相关。
　　　根据TIN数据结构特点，从初步模型中提取模型构建必要的特征点、特征线等要素。特征点选取的原则一般是表面模型坡度或坡向发生变化的位置；特征线即断裂线（Breakline）基于光滑度和连续性来定义和控制表面的形态变化。特征线选取原则通常是表面光滑的中断处或需要在表面中保留的线型特征。如升降面与过渡面的交线、锥形面与外水平面的交线等。
　　　采用比较机场净空区域任意点的模型量测值与由传统方法计算的限高值之间差异的方法，校核模型的正确性。
4.专题图制作
　　鉴于地形图制图的美观向和地形图判读的习惯性，拟采用等高线生产方法，提取机场净空模型数据的等值线作为一类新要素在专题图中出现。
4.1佛山沙堤机场净空区控高平面图
　　按50米高差间隔，对沙堤机场净空区域模型进行分级，形象表达佛山沙堤机场净空区的控制范围及整体形态。
4.2佛山沙堤机场净空模型透视图
　　叠加佛山沙堤机场净空模型区域内的数字高程模型（DEM）数据，直观反映佛山沙堤机场净空模型的真实空间形态。
4.3佛山沙堤机场净空模型剖面图
　　对佛山沙堤机场净空模型进行剖切（纵剖/横剖）并在剖面处叠加数字高程模型（DEM）的剖面数据，以反映剖面处两者的关系，同时提供能够反映剖面图的剖切方位三维透视图参考。
4.4佛山沙堤机场控高专题图集
　　按20米高差间隔，对沙堤机场净空模型区域进行分级，直观而详细地反映佛山沙堤机场限高区内建筑物高度控制要求。
系统建设
　　　本系统主要在ArcGIS Engine、ArcGIS Server基础上利用Visual 进行二次开发，系统为B/S与C/S结合的系统架构，利用ArcSDE、ArcGIS Desktop进行数据和系统的管理。为充分保证数据库系统的稳定性、安全性、高效性和海量数据存储及快速访问能力，在服务器端采用Oracle9i作为空间数据库服务器，操作系统为Windows2003操作系统。
　　　本系统分为“二维电子地图子系统” 和“三维电子地图子系统” 两个子系统模块：
5.1二维电子地图子系统
　　二维电子地图子系统提供以二维方式展现的佛山市电子地图，包括各级行政界线、道路、机场控高等高线、佛山市域数字高程模型（DEM）、佛山市域卫星影像数据的显示查看，提供地图的浏览及相关功能，该模块为内嵌网页模 式，地图是通过B/S方式发布地图，并将地图进行了缓存优化，大大提高了系统的访问效率。
　　
5.2三维电子地图子系统

　　三维电子地图子系统模块以立体的模式，展现机场控制范围内的地表和上空立体模型，用户可以通过系统工具栏提供的方法，在任意角度查看机场控高的立体模型，和相应数据。
6.结语
　　　佛山沙堤机场净空评定地理信息系统已经在佛山市规划局投入实际运用中，实践证明效果良好。比起传统的人手去测算报建的建筑物是否超高，现在由机场净空评定地理信息系统直接判断更为快捷准确，大大提高了规划局对可能超过的建筑物的报建审批速度，取得了良好的效益，达到了设计时的目标。
参考文献:
[1] 蔡良才，邵斌，郑汝海，种小雷．机场净空区范围确定方法[J]．交通运输工程学报，2004，（4）：41．
[2] 邵斌，蔡良才，王亦斌．备用跑道净空要求分析[J]．空军工程大学学报，2003，4（6）：22-25．
[3] 周志刚 主编，《软件工程》，机械工业出版社，2001
[4] 种小雷，蔡良才，杨锐．基于GIS 的机场净空评定方法[J]．测绘通报，2002，(11)：52-53，63．
[5] 蔡喜琴，苗天宝，等。庆阳机场净空区超高障碍物三维分析研究[J]，遥感技术与应用，2004,19（5） 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/jisuanjiyingyong/243210.html