梁艷艷 張 源 伍州成

（湛江市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，廣東 湛江 524000）

本文測(cè)量的機(jī)場(chǎng)位于兩縣級(jí)市的交界處，項(xiàng)目一期建設(shè)一條長(zhǎng)3200 米、寬45 米跑道和一條等長(zhǎng)平行滑行道?；趯?duì)飛行程序設(shè)計(jì)和飛行安全的考慮，在該項(xiàng)目投入運(yùn)營(yíng)前，必須對(duì)該跑道進(jìn)行障礙物測(cè)量，提供準(zhǔn)確的障礙物點(diǎn)位坐標(biāo)并繪制障礙物分布影像圖，保障機(jī)場(chǎng)跑道的飛行安全，并按時(shí)投入運(yùn)營(yíng)。

按照傳統(tǒng)作業(yè)模式，需采用地毯式排查的方法對(duì)測(cè)區(qū)超高障礙物進(jìn)行標(biāo)記與量測(cè)，這種方法會(huì)消耗大量的時(shí)間和人力，且常會(huì)因?yàn)榕袛噱e(cuò)誤導(dǎo)致重復(fù)工作。本文從對(duì)超高障礙物的認(rèn)定出發(fā)，明確障礙物的特征點(diǎn)，綜合運(yùn)用航空攝影測(cè)量和全野外數(shù)字化測(cè)量的方法獲取障礙物的平面位置和高程。

1 機(jī)場(chǎng)凈空障礙物測(cè)量的范圍與目標(biāo)

根據(jù)《民用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（MH 5001-2013）》和ICAO附件14 中的相關(guān)規(guī)定，通過(guò)一系列障礙物限制面，限制了物體超出空域的界限范圍。本文測(cè)量的機(jī)場(chǎng)限制面包含了進(jìn)近面、起飛爬升面、錐型面、內(nèi)水平面、過(guò)渡面和跑道升降帶，如圖1 所示。除跑道升降帶和內(nèi)水平面為水平面外，其余限制面均為坡度上升面或者是坡度上升面與水平面相結(jié)合的限制面[1]。因此，不同限制面對(duì)障礙物的限高要求也隨著坡度的變化而變化。

圖1 機(jī)場(chǎng)限制面示意圖

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)場(chǎng)起算基準(zhǔn)標(biāo)高按跑道兩端入口中點(diǎn)標(biāo)高平均值計(jì)算；內(nèi)水平面測(cè)量高于機(jī)場(chǎng)基準(zhǔn)標(biāo)高45 米以上的障礙物；錐型面以?xún)?nèi)水平面外側(cè)邊緣為起點(diǎn)，按5%的坡度向上向外延伸，按坡度測(cè)量高于機(jī)場(chǎng)標(biāo)高45 米至100 米的障礙物；進(jìn)近面和起飛爬升面起始端距跑道兩端入口60 米，約按2%的坡度向上向外延伸；過(guò)渡面以升降帶長(zhǎng)邊和部分進(jìn)近面?zhèn)冗厼槠瘘c(diǎn)，約按14%的坡度向上向外延伸，直到與內(nèi)水平面相交；進(jìn)近面、起飛爬升面和過(guò)渡面都需根據(jù)其坡度計(jì)算與機(jī)場(chǎng)起算基準(zhǔn)標(biāo)高的高差，從而得出障礙物限高。

除了對(duì)限制面內(nèi)約200 平方公里的范圍進(jìn)行超高障礙物測(cè)量外，還需對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道入口兩端各30 公里和跑道兩側(cè)各15 公里，即在扣除限制面內(nèi)之后約1600 平方公里的區(qū)域內(nèi)，測(cè)量高于機(jī)場(chǎng)標(biāo)高150 米且高于地面標(biāo)高30 米的障礙物。該區(qū)域范圍大，障礙物的分布和類(lèi)型具有不確定性，給測(cè)量作業(yè)帶來(lái)很大的困難。

2 障礙物測(cè)量分析認(rèn)定

經(jīng)前期調(diào)研和分析，測(cè)區(qū)機(jī)場(chǎng)凈空區(qū)障礙物類(lèi)型包含了房屋、山體、水塔、電信通訊發(fā)射塔、電桿（塔）、燈桿、樹(shù)木等主體，同時(shí)還包括避雷針、天線(xiàn)、排氣管、煙囪等附屬設(shè)施。對(duì)障礙物認(rèn)定過(guò)程中，對(duì)障礙物特征點(diǎn)的測(cè)量做出了以下規(guī)定：

2.1 對(duì)于不含附屬設(shè)施的障礙物主體，應(yīng)以障礙物主體的最高處為最高點(diǎn)；對(duì)于含附屬設(shè)施的障礙物主體，應(yīng)以附屬設(shè)施的最高處為最高點(diǎn)。

2.2 若障礙物主體和附屬設(shè)施都超出限高，則兩者都需測(cè)量其最高處。

2.3 所有障礙物都以最高處的點(diǎn)位來(lái)表達(dá)，包括其經(jīng)緯度坐標(biāo)和高程；若障礙物最高處為一平面，則以該平面上離機(jī)場(chǎng)最近點(diǎn)的點(diǎn)位來(lái)表達(dá)。

3 機(jī)場(chǎng)凈空障礙物測(cè)量技術(shù)方法

3.1 資料準(zhǔn)備

3.1.1 測(cè)區(qū)1：10000 地形圖：主要用于分析測(cè)區(qū)地形起伏情況，大致劃定高度可能超限的區(qū)域。

3.1.2 測(cè)區(qū)航攝影像：該影像為2019 年9 月用大型運(yùn)輸飛機(jī)搭載DMC 和SWDC-4 航攝儀拍攝的立體航攝影像，地面分辨率優(yōu)于20 厘米。

3.2 空間基準(zhǔn)與精度要求

3.2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)

平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)采用1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)，投影類(lèi)型采用統(tǒng)一3° 高帶高斯克呂格投影，中央子午線(xiàn)經(jīng)度為111° 。

3.2.2 精度要求

符合國(guó)家基本比例尺1：2000 地形圖測(cè)量精度要求，地物點(diǎn)相對(duì)于鄰近控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不得大于0.2m；相對(duì)于鄰近控制點(diǎn)的高程中誤差不得大于0.15m。

3.3 測(cè)量方法

本次障礙物測(cè)量充分利用了測(cè)區(qū)航攝影像構(gòu)建的立體模型對(duì)障礙物進(jìn)行初步篩選，同時(shí)，結(jié)合1:10000 地形圖、野外調(diào)繪資料和電塔、通訊塔等建設(shè)方相關(guān)資料，測(cè)區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)障礙物都能夠被采集，最后通過(guò)外業(yè)核查兼并巡查的方式，保證測(cè)區(qū)障礙物無(wú)一遺漏。具體流程如圖2 所示。

圖2 項(xiàng)目技術(shù)路線(xiàn)圖

3.3.1 像片控制點(diǎn)布設(shè)與測(cè)量

像片控制點(diǎn)是航測(cè)內(nèi)業(yè)加密和測(cè)圖的依據(jù)，可分為平高點(diǎn)和高程點(diǎn)。每個(gè)攝區(qū)劃分為一個(gè)區(qū)域網(wǎng)來(lái)實(shí)施空三加密，區(qū)域網(wǎng)之間的像片控制點(diǎn)應(yīng)盡量選擇在上、下航線(xiàn)重疊的中間，相鄰區(qū)域網(wǎng)盡量公用。本項(xiàng)目以航空攝影獲得的立體影像為基礎(chǔ)，共布設(shè)了59 個(gè)像控點(diǎn)，如圖3 所示。像片上至少選刺2 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，檢查點(diǎn)選在航線(xiàn)中間，滿(mǎn)足6 張航片重疊的位置。

圖3 像控點(diǎn)布設(shè)

像控點(diǎn)布設(shè)在周?chē)鸁o(wú)遮擋、影像清晰、地物特征明顯，且電磁輻射影響較小的區(qū)域。除此以外還需遵循以下原則：（1）區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)時(shí)，除山區(qū)、水域等無(wú)明顯地物點(diǎn)的區(qū)域外，應(yīng)保證每張像片都有控制點(diǎn)；（2）同一航線(xiàn)上，每隔4-5 張像片（實(shí)地距離約450 米）布設(shè)控制點(diǎn)；（3）每條航線(xiàn)和航線(xiàn)兩端均需布設(shè)控制點(diǎn)，航線(xiàn)點(diǎn)位應(yīng)與相鄰航線(xiàn)錯(cuò)開(kāi)2-3 張像片，保證每張影像上有控制點(diǎn)，不同架次間需有公共控制點(diǎn)。

本測(cè)區(qū)像片控制點(diǎn)采用CORS 網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)施測(cè)，利用區(qū)域似大地水準(zhǔn)面數(shù)據(jù)計(jì)算像控點(diǎn)高程。聯(lián)測(cè)測(cè)區(qū)內(nèi)的高等級(jí)控制點(diǎn)或重復(fù)點(diǎn)，以提高成果的可靠性；像控點(diǎn)聯(lián)測(cè)結(jié)束后的坐標(biāo)應(yīng)及時(shí)展點(diǎn)檢查，以防出現(xiàn)粗差，確保下一步空中三角測(cè)量能夠順利進(jìn)行。

3.3.2 空中三角測(cè)量與模型定向

空中三角測(cè)量是攝影測(cè)量中通過(guò)連續(xù)攝取具有一定重疊的航攝像片，利用少量的地面控制點(diǎn)，在室內(nèi)進(jìn)行控制點(diǎn)加密，計(jì)算一個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)所有影像的外方位元素和所有加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)[2]。為了消除視差，通過(guò)相對(duì)定向建立左右像片攝站間的空間位置和姿態(tài)參數(shù)的相對(duì)關(guān)系，再通過(guò)絕對(duì)定向利用控制點(diǎn)數(shù)據(jù)建立像片坐標(biāo)和地面坐標(biāo)間的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)系[3]。

空中三角測(cè)量與模型定向的工作流程如下：

（1）整理測(cè)區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：相機(jī)文件、航空影像和像控點(diǎn)成果等，建立測(cè)區(qū)目錄。

（2）制作影像金字塔，設(shè)置模型參數(shù)，用全數(shù)字化攝影測(cè)量系統(tǒng)VirtuoZo 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)內(nèi)定向，消除像片本身存在的幾何畸變。

（3）每張航片至少選取3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位，加密區(qū)內(nèi)航線(xiàn)間選取航線(xiàn)拼接點(diǎn)，為了提高加密成果的精度，人工手動(dòng)調(diào)整有視差的點(diǎn)位，替換不合理的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位，進(jìn)行模型相對(duì)定向。

（4）刺相控點(diǎn)，通過(guò)對(duì)立體模型進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)和縮放，使立體模型納入地面坐標(biāo)系統(tǒng)，完成模型絕對(duì)定向。

（5）添加模型連接點(diǎn)，進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差解算，手動(dòng)剔除粗差點(diǎn)，修測(cè)連接點(diǎn)，直到符合規(guī)范要求，生成加密點(diǎn)文件。在完成加密測(cè)區(qū)與相鄰測(cè)區(qū)接邊后，輸出最后空中三角測(cè)量加密成果。

3.3.3 構(gòu)建模型采集超高點(diǎn)

導(dǎo)入空三測(cè)量成果，在相對(duì)定向和絕對(duì)定向中誤差滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，設(shè)置定向模型參數(shù)，自動(dòng)創(chuàng)建立體模型。根據(jù)機(jī)場(chǎng)凈空限制面內(nèi)外要求的不同限制高度，在全數(shù)字化攝影測(cè)量系統(tǒng)VirtuoZo 中運(yùn)用手輪切準(zhǔn)待測(cè)區(qū)域內(nèi)超高障礙物特征點(diǎn)，獲取該點(diǎn)的空間坐標(biāo)、高程及障礙物名稱(chēng)。

3.3.4 外業(yè)實(shí)地核查超高障礙物

外業(yè)核查主要是核對(duì)超高障礙物的空間坐標(biāo)、高程和名稱(chēng)的正確性，并巡查障礙物的新增和變化情況。內(nèi)業(yè)共采集了約518 個(gè)障礙物超高點(diǎn)，如圖4 所示。由于機(jī)場(chǎng)周邊限制要求高，這些超高點(diǎn)主要分布在機(jī)場(chǎng)限制面范圍內(nèi)，其中過(guò)渡面和內(nèi)水平面的超高障礙物相對(duì)較多，錐型面和起飛爬升面的超高障礙物相對(duì)較少，限制面外成零星分布狀態(tài)。外業(yè)需對(duì)這650 個(gè)超高點(diǎn)逐一核查，針對(duì)障礙物的不同特征采取了不同測(cè)量方法：

圖4 內(nèi)業(yè)采集的超高點(diǎn)分布圖

（1）RTK 直接測(cè)量

對(duì)于房屋頂、樓梯間、女兒墻、水箱頂?shù)忍卣鼽c(diǎn)明顯且可以到達(dá)的障礙物，可采用RTK 直接測(cè)量獲取平面位置及高程值。

（2）角度偏心測(cè)量

對(duì)于一些高度較高、反射面較小、垂直度較好，且難以到達(dá)的障礙物，如：避雷針、天線(xiàn)、塔頂、燈桿、樹(shù)木頂?shù)?，采用了全站儀角度偏心測(cè)量的方法，即將反射棱鏡安置在待測(cè)點(diǎn)相關(guān)的某處，間接的測(cè)定出待測(cè)點(diǎn)的平面位置和高程[4]。如測(cè)量樹(shù)冠頂部的位置和高度，首先將棱鏡安置于樹(shù)干底部邊緣，瞄準(zhǔn)棱鏡測(cè)量，再轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部對(duì)準(zhǔn)樹(shù)冠頂部，根據(jù)旋轉(zhuǎn)的角度，全站儀可計(jì)算樹(shù)冠頂部的高程。如圖5 所示。

圖5 角度偏心測(cè)量示意圖

4 障礙物測(cè)量成果

通過(guò)外業(yè)實(shí)地核查，排查了主體與附屬設(shè)施重復(fù)點(diǎn)，現(xiàn)狀拆除點(diǎn)，現(xiàn)狀新增點(diǎn)和其他已變化的點(diǎn)位，最終找出所有超出限制要求的機(jī)場(chǎng)凈空障礙物共計(jì)379 個(gè)。其成果包含了障礙物序號(hào)、名稱(chēng)、地點(diǎn)（所在村級(jí)行政區(qū)）、平面坐標(biāo)、經(jīng)緯度、高程、現(xiàn)場(chǎng)照片和障礙物分布影像圖，這些成果可為民航局關(guān)于機(jī)場(chǎng)凈空超高障礙物拆降工作提供作業(yè)依據(jù)，保障航空飛行安全。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)前期對(duì)障礙物的分析認(rèn)定，運(yùn)用合理的測(cè)量技術(shù)，在減少外業(yè)測(cè)量工作的基礎(chǔ)上，獲得了符合精度要求的數(shù)據(jù)成果，這對(duì)機(jī)場(chǎng)飛行程序設(shè)計(jì)和飛行安全具有重要意義。本次障礙物測(cè)量的范圍較廣，種類(lèi)較齊全，測(cè)量中充分利用了已有資料，綜合運(yùn)用航空攝影測(cè)量和全野外數(shù)字化采集測(cè)量技術(shù)，為將來(lái)類(lèi)似障礙物測(cè)量的開(kāi)展提供借鑒。