绵阳南郊机场净空区分析评估

　

(中国民航飞行学院绵阳分院空管站　四川　绵阳　621000)

引言

随着航空事业的高速发展，安全问题逐渐成为人们关注的焦点，其中超高障碍物是直接威胁飞行安全的因素之一。过去，机场设计和管理人员常常采用手工作图法进行分析计算以确定机场周围任意平面位置的障碍物许可高度。传统的净空绘制方法速度慢、精度低、难以更新，不能直观准确地从净空图上得到想要的数据。目前，三维建模技术已逐渐完善，可以采用建模方式创建出虚拟的机场障碍物限制面模型，将障碍物放到模型当中，那么，障碍物是否超高，就能直接观察出来了。

一、背景

机场是航空事业中的一个重要组成部分，是飞机起降、停驻、维护的场所。机场的演变过程反映着民航事业的发展过程。场道使用面积和各种飞行保障设施决定使用飞机的大小、运载重量和飞行速度，净空标准和场道范围直接影响飞行安全。[1]

机场净空区是为了保障飞机的正常安全运行而划定的一个限制地面物体高度的空间区域。机场的净空条件会直接影响到机场的飞行等级，所以在机场的选址、设计、规划和后续的日常维护工作中，需要对机场进行净空评估，检查该地区的障碍物是否满足机场的净空要求，以确保机场的安全系数。如果有物体超高，飞机的起飞和降落就不能得到安全保障，机场就不能正常运行，严重的可能会导致机场的关闭或迁址，造成庞大的经济损失。像不久前成都和绵阳机场净空区遭到无人机的入侵，导致航班备降、返航，给旅客造成不便，给机场和航空公司带来损失。如果飞行员、管制员没有及时发现无人机的存在，后果是不敢想象的。

二、机场净空

机场净空区又叫机场净空保护区。根据《民用机场飞行区技术标准》(MH5001-2013)的要求，机场净空区由端净空区和侧净空区组成。端净空区是保证飞机起飞爬升和着陆下滑安全限制物体高度的空间区域；侧净空区是从升降带和端净空区限制面边线开始，至机场净空区边线所构成的限制物体高度的区域，由过渡面、内水平面、锥形面和外水平面组成。[2]如图1:

图1　机场净空组成平面示意图

障碍物限制面是用于评价和保护机场净空而设置的限制地面物体高度的各种规定的面。限制面的范围也就是净空区。

障碍物限制面由于是在国际民航组织《附件14·机场》中规定的，所以又叫附件十四面，包括内水平面、锥形面、进近面、过渡面、内进近面、内过渡面、复飞面、起飞爬升面。[3]

三、净空三维模拟

本文采用ArcGIS 10.0软件构建三维模型。

1.直角坐标系

在飞行程序设计过程中，为了说明障碍物与跑道之间的位置关系，主要采用直角坐标系和极坐标系。对于基本ILS面障碍物评价，是在直角坐标系中构建各个障碍物限制面。

直角坐标系是以跑道入口的中点为原点；x轴与跑道中心线延长线重合，跑道入口前为正值，入口后为负值；y轴过原点与x轴垂直，在进近航迹的右侧为正值，进近航迹的左侧为负值；z轴为过原点垂直于xy面的竖轴，以入口标高为0，高于入口平面为正值。

2.绵阳机场净空区构成

跑道：长2400米，宽45米。

升降带：自跑道端向外延伸60米，从跑道中线及其延迟线每侧横向延伸150米。

内水平面：以跑道两端入口中点的平均标高为基准标高，以跑道两端入口中点为圆心，4000米为半径画圆弧，然后用和跑道中线相平行的两条直线与这些圆弧相切形成的一个近似椭圆形，高于基准面45米。

锥形面：从内水平面的周边开始以1/20的梯度向上和向外倾斜，高度从内水平面的高度起算，直到100米。

进近面：起端从升降带的末端开始，内边长度为300米，距跑道入口距离60米，散开率15%。第一段长度3000米，坡度2%。第二段长度3600米，坡度2.5%。水平段长度8400米，总长度15000米。

过渡面：从升降带两侧边缘和进近面部分边缘开始，按14.3%的梯度向上向外倾斜，直到与内水平面相交的复合面。

内进近面：起端与进近面的起端重合，宽度120米，按2%的梯度、900米的长度向上向外延伸至内进近面的终端。

复飞面：距离跑道入口后面1800米，按120米的起端宽度和10%的散开率向两侧散开，并以3.3%的梯度向前向上延伸，直至与内水平面相交。

起飞爬升面：起端位于跑道端外规定距离处或净空道末端，垂直于跑道中线的一条水平线。起端宽度为180米，距跑道端距离60米，散开率12.5%，最后宽度1200米，总长度15000米，坡度2%。

3.三维模型构建步骤

根据净空区障碍物限制面的各项标准，可以计算出相邻两个面交点的坐标，如表1。

表1　障碍物限制面交点坐标

由这些交点的坐标，可以在ArcGIS平台上构建净空区障碍物限制面的三维模型。步骤如下：

(1)新建文件夹，命名为“净空区障碍物限制面”，并连接到ArcMAP。

(2)依次新建“净空区障碍物限制面”文件地理数据库、“净空区障碍物限制面”数据集。

(3)创建要素类。在净空区障碍物限制面将涉及到点、线和面三种要素类型。其中，跑道是用于确定直角坐标系的位置，因此在这里将其视为线要素。

新建“跑道”要素类，点击视图中的数据框属性，在常规中的显示栏中选择度分秒，点击确定。这样可以在右下角看到地理坐标，如图2。

图2地理位置

右键“跑道”图层，点击开始编辑。绵阳南郊机场地理位置为北纬32度12分，东经101度12分，则在“跑道”图层上找到这个大概的位置作为跑道中心，画出长2400米宽为45米的跑道。保存编辑内容，停止编辑。

新建“坐标”要素类，开始编辑。在跑道左侧建立直角坐标系。保存编辑内容，停止编辑。

新建“线”要素类，开始编辑。根据表1画出各个障碍物限制面。绵阳南郊机场等级为4D，设有Ⅰ类精密近进仪表着陆系统，则设置以下障碍物限制面：锥形面、内水平面、进近面、过渡面、内进近面、复飞面、起飞爬升面。给每一条线段的点要素添加高程值即Z轴值。保存编辑内容，停止编辑。结果如图3。

(4)要素转面

点击ArcToolbox窗口，在数据管理工具中选择要素，在要素栏里双击要素转面。

(5)生成障碍物限制面。打开Arcscene，可以在Arcscene中打开限制面要素，得到如下图4的障碍物评价的三维限制面。

图3　障碍物限制面在x-y面上的投影

图4　障碍物限制面三维图

四、案例分析

绵阳南郊机场周边存在许多障碍物。本文选择表2中两个障碍物作为实例。

表2　绵阳南郊机场障碍物

在ArcMAP里“净空区障碍物限制面”数据集中新建“障碍物”要素类，开始编辑。通过坐标系找到障碍物位置点，并输入高程值。在ArcScene中加载“净空区障碍物限制面”数据集，可以得到标出了两个障碍物的三维图。如图5。

图5　障碍物三维图

调整视角就能够直观地看出障碍物是否超高。如图6，障碍物新益大厦穿透内水平面，所以表示障碍物的点出现在面的上方。

图6　新益大厦穿透内水平面

如图7，障碍物天线未穿透进近面，所以从上方观察是看不到表示障碍物天线的那个点，它存在于进近面下方。

图7　天线未穿透进近面

五、结论

本文基于附件十四面理论和国内的研究成果，初步地研究机场净空区限制面在机场保护中的作用。重点建立净空数学模型，通过ArcGIS构建净空障碍物限制面三维模型，实现绵阳南郊机场净空区障碍物评价，能够直观、快速且准确地对障碍物进行评价，能为提高精密进近飞行程序设计的效率提供一些帮助。

【参考文献】

[1]地球博览.老、旧、弃 中国机场历史故事[EB/OL].2016.

[2]蔡良才,邵斌,郑汝海,等.机场净空区范围确定方法[J].交通运输工程学报,2004,4(4):40-43.

[3]国际民航公约附件十四[S].