孟凡強(qiáng)，剛慧龍

(烏魯木齊市城市勘察測繪院，新疆 烏魯木齊市 830000)

機(jī)場凈空測量的數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

孟凡強(qiáng)*，剛慧龍

(烏魯木齊市城市勘察測繪院，新疆 烏魯木齊市 830000)

在介紹機(jī)場凈空測量工作流程的基礎(chǔ)上，闡述了兩種常用于計算地面任意兩點(diǎn)之間真方位角與距離的算法，通過理論分析選擇了其中一種作為機(jī)場凈空測量數(shù)據(jù)處理程序的核心算法，并編程實(shí)現(xiàn)。通過工程實(shí)例，將該程序所得結(jié)果與傳統(tǒng)方法所得結(jié)果進(jìn)行對比分析得出，該機(jī)場凈空測量數(shù)據(jù)處理程序能夠快速、準(zhǔn)確地處理凈空測量數(shù)據(jù)，提高了工作效率。

機(jī)場凈空測量；機(jī)場跑道中心；建筑物幾何中心；距離；真方位角

1 引 言

為了保障飛機(jī)的起降安全，確保對飛行沒有障礙，必須對機(jī)場周圍的建(構(gòu))筑物高度進(jìn)行嚴(yán)格限制，為此在機(jī)場設(shè)計和建設(shè)中，規(guī)定了幾種障礙物限制面，用以限制機(jī)場及周圍建(構(gòu))筑物的高度，限制面的范圍簡稱為凈空區(qū)[1，2]。機(jī)場凈空測量就是應(yīng)用現(xiàn)代測繪技術(shù)，一方面采集凈空區(qū)內(nèi)現(xiàn)有建(構(gòu))筑物的平面坐標(biāo)和高程，對區(qū)域高度超限的現(xiàn)有建(構(gòu))筑物，應(yīng)予拆除、搬遷、設(shè)置障礙燈或標(biāo)志等措施；另一方面，根據(jù)區(qū)域內(nèi)擬建建(構(gòu))筑物幾何中心的平面坐標(biāo)和高程，計算分析其設(shè)計高度是否超限，對高度超限的建(構(gòu))筑物應(yīng)予修改設(shè)計高度、重新選址等措施。

目前機(jī)場凈空測量數(shù)據(jù)處理需要大量人工干預(yù)，須用到AutoCAD、Leica Geo-Office Combined以及Microsoft Office等多個軟件[3]，過程較為煩瑣，導(dǎo)致工作效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率較低。因此，作者試圖應(yīng)用計算機(jī)編程技術(shù)提高改作業(yè)過程的自動化程度，在提高工作效率的同時降低出錯概率。

2 機(jī)場凈空測量

機(jī)場凈空測量中，首先應(yīng)用CORS接收機(jī)、全站儀等測量設(shè)備采集現(xiàn)有建(構(gòu))筑物平面坐標(biāo)及高程。其次根據(jù)規(guī)劃部門提供的擬建建(構(gòu))筑物設(shè)計紅線圖，獲取擬建建(構(gòu))筑物幾何中心的平面坐標(biāo)和設(shè)計高度，測得其所在地的高程后，可計算出該擬建建(構(gòu))筑物最高點(diǎn)的高程。同時各擬建建筑物幾何中心與機(jī)場跑道中心的距離與真方位角也需要計算，首先逐個導(dǎo)出各擬建建筑物幾何中心基于WGS-84坐標(biāo)系的經(jīng)緯度坐標(biāo)；然后逐個計算各擬建建筑物幾何中心與機(jī)場跑道中心之間的距離與真方位角并輸出；最后通過復(fù)制、粘貼等人工編輯將所有數(shù)據(jù)合成編制為機(jī)場凈空區(qū)建設(shè)項目情況表。該表包括各擬建建筑物的幾何中心經(jīng)緯度坐標(biāo)、海拔高度、限制高度、與機(jī)場跑道中心位置的距離與真方位角、擬建建筑物設(shè)計高度等內(nèi)容[4]。最終，空管部門根據(jù)機(jī)場凈空區(qū)建設(shè)項目情況表中的數(shù)據(jù)，計算分析現(xiàn)有建(構(gòu))筑物高度以及擬建建(構(gòu))筑物設(shè)計高度是否超限[5]。

3 機(jī)場凈空測量數(shù)據(jù)處理程序算法選擇

設(shè)A、B兩點(diǎn)(可以為建筑物幾何中心與機(jī)場跑道中心)在某平面坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)分別為(xA，yA)和(xB，yB)，在WGS-84坐標(biāo)系下的經(jīng)緯度分別為(ALat，ALon)和(BLat，BLon)，根據(jù)真方位角的定義，點(diǎn)B相對于點(diǎn)A真方位角的計算方法根據(jù)條件不同而不同。

3.1 第一種算法

(1)

(2)

3.2 第二種算法

由三面角余弦定理可得：

cos∠c=cos∠a×cos∠b+sin∠a×sin∠b×cos∠ACB

(3)

又由三面角弧的正弦定理可得：

(4)

根據(jù)已知條件并綜合式(3)、式(5)可得：

(5)

所以有：

(6)

根據(jù)式(6)可得弧度距離的計算過程，如式(7)、式(8)所示：

(7)

(8)

3.3 算法的選擇

根據(jù)《數(shù)字測圖原理與方法》等的相關(guān)理論可知，距離閾值Lx=10 km。第一種算法較為簡單，計算效率較高，但理論證明其僅適用于距離小于閾值Lx的低緯度地區(qū)，局限性較大；第二種算法較復(fù)雜，但理論證明其適用于地球上任意兩點(diǎn)，沒有緯度和距離的限制，普適性更強(qiáng)。經(jīng)綜合考慮，本文最終選擇第二種算法作為機(jī)場凈空測量數(shù)據(jù)處理程序的算法[6～8]。

4 程序?qū)崿F(xiàn)與應(yīng)用

4.1 程序?qū)崿F(xiàn)

首先實(shí)現(xiàn)控件和對應(yīng)事件處理函數(shù)來讀取人工輸入的機(jī)場跑道中心WGS-84坐標(biāo)數(shù)據(jù)，預(yù)先設(shè)計好保存所有待求點(diǎn)WGS-84坐標(biāo)數(shù)據(jù)文本文件的數(shù)據(jù)格式，其次實(shí)現(xiàn)相應(yīng)函數(shù)來讀取該文件中的數(shù)據(jù)，然后將式(3)～式(8)編寫成函數(shù)并組成計算類，設(shè)計下拉菜單控件并實(shí)現(xiàn)人工選擇待求點(diǎn)的方式將所選待求點(diǎn)WGS-84坐標(biāo)數(shù)據(jù)與機(jī)場跑道中心WGS-84坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳入算法中計算對應(yīng)的真方位角和距離，最后通過人工檢查計算結(jié)果無誤后，以機(jī)場凈空區(qū)建設(shè)項目情況表的規(guī)定格式輸出結(jié)果[9]，如圖2所示。

圖2 技術(shù)流程圖

4.2 工程應(yīng)用

某房地產(chǎn)開發(fā)公司將在機(jī)場限高區(qū)內(nèi)擬建一座連體辦公綜合樓，我院受委托進(jìn)行機(jī)場凈空測量，該擬建建筑物共計9棟，如圖3所示。

圖3 建筑物分布圖

圖4 數(shù)據(jù)處理格式樣式

首先，將該9棟擬建建筑物幾何中心的WGS-84經(jīng)緯度坐標(biāo)按機(jī)場凈空測量數(shù)據(jù)處理程序的格式要求進(jìn)行編輯，結(jié)果如圖4所示，第一列為擬建建筑物編號，一般情況下與建筑施工圖或建筑紅線圖上一致；第二列為擬建建筑物的經(jīng)度，其格式為：度+“.”+分+秒；第三列為擬建建筑物的緯度，格式與經(jīng)度相同；第四列為各擬建建筑物的擬建高度。

其次，分別將機(jī)場中心坐標(biāo)文件與擬建建筑物幾何中心坐標(biāo)文件導(dǎo)入到程序中，并依次計算各擬建建筑物幾何中心與機(jī)場跑道中心的真方位角，計算結(jié)果將在列表框中顯示，如圖5所示。

最后，人工檢查列表中的計算結(jié)果，確定計算無誤后，選擇成果表保存路徑并單擊“提交”按鈕，即可自動生成規(guī)定格式的成果表，如圖6所示。

圖5 凈空測量數(shù)據(jù)處理程序界面

圖6 凈空測量數(shù)據(jù)處理結(jié)果

為了進(jìn)一步驗(yàn)證該程序計算結(jié)果的正確性，本文應(yīng)用Leica Geo-Office Combined軟件中“GOCO計算…”的“點(diǎn)到點(diǎn)反算”功能，來求取各擬建建筑物幾何中心到機(jī)場跑道中心的真方位角，得到的計算結(jié)果為多個ASCII文件，需要人工干預(yù)進(jìn)行合成、編輯并制作表格。表1的第2列和第3列是機(jī)場凈空測量數(shù)據(jù)處理程序計算而得的結(jié)果，作為本實(shí)例的待檢驗(yàn)值；第4列和第5列是Leica Geo-Office Combined軟件計算而得的結(jié)果，作為本實(shí)例的真值[10]。

從表1的比較可以看出，機(jī)場凈空測量數(shù)據(jù)處理程序的計算結(jié)果與Leica Geo-Office Combined軟件的計算結(jié)果除了1號建筑、5號建筑和8號建筑有微小差別之外，其余結(jié)果均一致，說明前者具備良好的準(zhǔn)確性以及可靠的精度。

成果對比分析 表1

5 結(jié) 語

本文針對當(dāng)前機(jī)場凈空測量數(shù)據(jù)處理所面臨的問題，結(jié)合相關(guān)規(guī)范及生產(chǎn)要求，敘述了根據(jù)兩點(diǎn)坐標(biāo)計算距離及真方位角的算法原理，應(yīng)用.NET框架與AutoCAD的.NET接口實(shí)現(xiàn)了機(jī)場凈空測量數(shù)據(jù)處理程序，通過案例分析，將該程序所得結(jié)果與傳統(tǒng)方法所得結(jié)果進(jìn)行對比分析得出，該機(jī)場凈空測量數(shù)據(jù)處理程序能夠快速、準(zhǔn)確地處理凈空測量數(shù)據(jù)，較大程度上減少了人工作業(yè)，提高了工作效率。

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The Design and Realization of The Data-processing Program for Airport Clearance Measurement

Meng Fanqiang，Gang Huilong

(Urumqi Urban Institute of Geotechnical Investigation Surveying and Mapping，Urumqi 830000，China)

In this paper，Based on Introducing the workflow of Airport clearance measurement，two algorithms for computing the true azimuth and distance between two arbitrary points on the ground have been described respectively，one of the two has been selected as the core algorithm of the airport clearance measurement data-processing program by theoretical analysis，and it has been realized by programming. The result of this program has been compared with the result of conventional method，and shows that the airport clearance measurement data processing program can process the clearance measurement data quickly and accurately，and improve the work efficiency.

airport clearance measurement；the center of airport；the geometric center of building；distance；the true azimuth

1672-8262(2017)04-118-04

P209

B

2017—01—09

孟凡強(qiáng)(1983—)，男，工程師，主要從事工程測量與數(shù)據(jù)處理工作。