机场净空数字化模拟分析开题报告

1、中国民航大学硕士研究生论文开题报告评审表学 号 113206 姓 名 刘 亚 申请学位 硕 士 专 业 道路与铁道工程 导师姓名 张献民 所在院系 机场学院 报告日期： 2012年 12月 20日 论文题目机场净空数字化模拟分析支持论文研究的科研项目及来源论文选题依据（包括论文选题的意义、国内外研究现状分析等）一 选题意义机场净空是指为保证飞机起飞、着陆和复飞的安全，在机场周围划定的限制物体高度的空间区域。随着城市的扩大，机场净空管理格外重要，既要确保飞行的安全，也要考虑社会对土地利用的实际需求。对机场净空进行科学研究，首先要对机场周围建筑物的距离、高度、方位等数据进行准确的测量；其次要获取飞

2、机的实际起落航迹，结合障碍物限制面，障碍物评价面分析机场净空。传统的机场净空评价方法一般采用图纸的方式，即使应用软件，基本也是二维净空评价系统。由于障碍物限制面和净空保护区的规定本身就很复杂，同时机场周边地形的复杂性和建筑物的多样性，使其二维评价方式很抽象。而3S（即遥感技术RS，地理信息系统GIS和全球定位系统GPS）技术可进行空间分析，空间与属性的关联分析。为了更直观地对机场周围障碍物进行净空评价，可以采用三维建模方法，借助3S技术在计算机上创建出虚拟的机场附近的障碍物模型和净空模型，从而可直观地判断该点障碍物是否满足该机场净空条件。本论文采用3DMAX软件，对机场净空区障碍物，精密进近程

3、序评价障碍物的基本ILS面、OAS以及飞行程序下的OAS面进行三维建模，将建好的模型按照实际场景的经纬度坐标精确定位到SUPERMAP呈现平台中，同时考虑终端区容量的优化，为障碍物评估提供直观展示，并对航线选择，跑道建设有重大意义。二 国内外研究现状分析国外，Schwartz等提出将GIS应用到机场场道管理的思想。Texas大学交通运输研究中心对172个美国最繁忙的机场进行调查，结果显示58%的机场已经或者计划将GIS应用到机场管理中，以此来提高机场管理的水平和效率。国内，在机场净空评价方面，种小雷等依据机场净空的数学模型，在基于特征的地理信息系统（GIS）净空评价地学模型的基础上，进行机场净

4、空评定。蔡喜琴等以庆阳机场为例，采用航空数学摄影测量技术获取机场的数字高程模型，正射影像，及地物矢量数据，然后应用Autodesk map 5建立机场净空平面模型，最后利用GIS软件建立机场净空立体模型。杨武年、李天华等人构建了机场净空模型，并利用GIS的空间分析功能，在机场规划时，对待定场址做净空评价与工程填挖方计算，为机场场址选择的辅助决策提供了依据。另外，刘应朝依据附件14面建立机场净空分析模型。采用ArcGIS Globe中的三维可视化技术，使用ArcGIS Engine进行组建式二次开发，对ArcGlobe环境下的民用机场三维净空分析模型进行空间分析。卢敏提出了新的飞行程序图形算法和

5、基于GIS的障碍物评估算法，实现了飞行程序辅助设计系统，系统设计了以AutodesksMap为开发环境的离场程序、等待程序和复飞程序的自动化实现模块，以Mapobjects组件为核心的障碍物评估模块，基本实现了航迹保护区绘制、保护区障碍物评估功能。郝斌以西南某支线机场为例，根据ICAO附件14及民用机场飞行区技术标准中对障碍物限制面的相关要求，在SuperMap Desk Pro5.2将其净空区数字化，建立各限制面的数据集和障碍物数据集，通过图层叠加的方式，实现基于GIS的机场净空的可视化管理。另外，崔先国等用3DMAX结合数字潍坊三维城市规划信息系统项目，构建了机场净空模型。董秀萍等提出机场

6、净空区设计专用CAD系统的功能框架，采用ARX(AutoCAD Runtime extension)和Visual C#对AutoCAD进行二次开发，给出三维地形的数据结构以及净空区各限制面的建模方法；通过分析机场实地三维模型和净空立体模型，可显示出机场净空障碍物的分布，自动生成包含净空区地形的平面图和剖面图。李静提出了一种基于Google Earth平台的障碍物评估虚拟沙盘技术，研究机场净空障碍物分类建模技术和其在Google Earth平台上自动生成，三维模型技术利用Visual C#平台对Google Earth 进行二次开发，动态呈现基本ILS面和OAS面的算法实现。总之，国内外学者积

7、极应用GIS并将其引入到民航机场研究领域，已经取得了初步的研究成果。三维模拟的建立使机场净空更直观，但多数研究只限于空间信息的建立，在机场净空方向，他们的研究范围很少涉及空间和属性信息相关联分析，而多数的分析也只是用二维数据来分析障碍物的评估情况。在此基础上，本文将结合已有的研究成果，利用Super Map和3DMax软件实现三维机场净空评价系统的建立。论文研究方案（包括研究目标、研究内容和拟研究解决的关键问题、拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性、可能的创新之处）一 研究目标 目前国内机场净空评价已有三维呈现评估面的文献报道，但仍停留在静态呈现，为保证在航空器起飞和进近着陆的低度飞行

8、时不受地面障碍物的影响和信号遮蔽，也须研究在飞行程序下的机场净空限制面。本论文主要研究采用3DMAX和SUPERMAP软件建立机场净空区障碍物和净空评价模型以及起飞、着陆飞机排序的三维模型，并用动态飞行的方式展现飞机飞越障碍物时的情况，并提供对空间数据及其属性的全面操作和处理，包括创建、编辑、管理、访问等功能。由此对障碍物进行净空评价时会很方便，快捷。二 研究内容 本论文的主要研究内容参照ICAO规定的附件十四面和空中航行服务程序航空器的运行（8168）的相关规定，运用3DMAX三维仿真技术，搭构出特定机场净空区障碍物，机场净空区障碍物限制面以及起飞、着陆飞机排序的三维模型。并将建好的模型按照

9、实际场景的经纬度坐标精确定位到SUPERMAP呈现平台中，判断某点障碍物是否满足该机场净空条件。主要研究内容包括：（一）机场净空障碍物和机场飞行区以及起飞、着陆飞机排序的分类，并建立三维模型；（二）采用3DMAX对精密进近程序评价障碍物的基本ILS面、OAS以及飞行程序下的OAS面进行三维建模；（三）按照实际场景的经纬度坐标将建好的模型精确定位到SUPERMAP平台中；（四）建立机场净空评价系统，实现自动分析，查询障碍物是否符合机场净空要求，并可直观显现障碍物与净空面的位置关系。三 拟研究解决的关键问题（一）根据机场附近距障碍物的特点对障碍物的分类，建立机场附近障碍物三维模型，并导入SUPER

10、MAP中；（二）基于精密进近程序的基本ILS面和OAS面以及依据飞行程序建立的OAS面的三维建模和实现虚拟飞行；（三）将机场障碍物模型与净空区模型置于同一三维场景中；（四）飞机起飞着陆运行优化计算方法；（五）在GIS中建立DEM（数字高程）模型计算方法；（六）数据库的建立，即如何实现净空评价系统的分析，查询功能。四 拟采取的研究方法本研究拟采取3DMAX和SUPERMAP以及Visual C#相结合的方法，建立机场净空区三维模型，分析机场净空区障碍物是否满足净空要求。1）对机场周围障碍物分类，测量障碍物的地理位置和高程，采集详细信息；2）采用3DMAX和SUPERMAP软件建立三维模型；3）采

11、用Visual C#编程，计算净空面的数字高程；4）对SUPERMAP进行二次开发，建立障碍物评价模型数据库；五 技术路线六 试验方案及可行性本研究基于先前的成果资料基础之上，运用较为成熟的3DMAX软件建模系统和SUPERMAP地理信息系统建立机场净空系统，着重研究障碍物和评价面在同一场景中的显现和机场净空评价系统数据库的建立，此研究可使机场净空评价系统更全面，简便，直观。七 可能的创新之处将障碍物基本ILS面、OAS面与飞机飞行程序下OAS面结合，并建立三维模型，动态显示飞机进场、离场时周围障碍物的情况，可直观判断障碍物是否符合净空要求，同时也考虑飞机起飞、着陆运行的优化；获取数字地形图，

12、在GIS中建立DEM模型，实现机场净空资料的三维可视化管理；利用Super Map GIS开发组件，开发一套基于GIS的机场净空评价系统，进一步提高机场净空管理的信息化和智能化水平。论文工作计划、起止时间工作任务阶段研究成果收集相关材料，准备开题答辩通过开题答辩学习相关软件，收集资料，学习相关障碍物评价面的数学方程和概念了解净空评价的相关信息收集某机场资料，3DMAX和SUPERMAP建模绘制虚拟模型开发净空评价系统数据库完成数据库的建立撰写研究论文形成论文的初稿修改论文，准备提交提交研究成果论文的评审、修改制作ppt，准备参加毕业答辩预期达到的目标、预期的研究成果1）在本研究的1年时间内，发

13、表公开学术论文1篇；2）完成数字化机场净空评价系统；3）毕业论文一篇。参考文献： 1 炜青，王卫安. GIS在机场净空管理中的应用 J .测绘科学. 2010-4,352 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.2002，11:52-633 蔡喜琴，苗天宝，曹建君等. 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（4）：406-4104 刘应朝. 机场净空分析的三维可视化及其算法研究D . 成都：成都理工大学，2009.65 国际民航公约附件14机场，2004年版.6 卢敏. 基于GIS的飞行程序设计D .北方工业大学，硕士论文，2006

14、7 郝斌. 基于GIS的机场道面管理系统开发研究J .城市道桥与防洪，2007(3); 88-908 李郁. 基于GIS的民用机场净空评价研究D .中国民用航空飞行学院，硕士论文，20119 国际民用航空组织.空中航行服务程序航空器的运行（第二卷）目视和仪表飞行程序设计Z.1993年第四版 10 李静. 机场净空障碍物评估三维可视化技术研究D . 中国民用航空飞行 学院，2011 11 张建华. 基于全球卫星定位系统的绵阳机场飞行程序研究D . 中国民用航空飞行学院，200912 董秀萍，黄明吉，张媛.机场净空区CAD系统设计J计算机辅助工程.2010，19（1）： 70-73,8313 杨毅

15、.论障碍物限制面与ILS障碍物评价面的关系J.空中交通管理.2001，（5）:38-4014 关昕.浅谈飞行程序设计与机场净空测量流程及方法J.空中交通管理.2007，（10）:47-5015李鹏，蔡良才，刘洲，李博. 机场净空限制面数学模型构建及三维可视化实现J.测绘科学.2011,36（1）16 王延亮，苏铁英. 机场净空限制面及障碍物位置图的制作J. 测绘工程.1998,7（2）.48-5217戴晓爱.遥感图像三维可视化及在腾冲机场建设中的应用研究D.成都理工大学，200518方学东，刘晓鹏.民用机场锥形面内超限评价方法研究J.航空计算技术，2010,4（1）：47-4819方学东，郝斌.民用机场净空保护区锥形面范围的计算确定J.测绘科学，2010,35（2）:132-13320 Schwartz C W , Rada G R ,Witczak M W, Rabinow S D.GIS Application in Airfield Pavement ManagementJ,Transportation Research Record ,1991,267-27621Michael T. McNerney, P.E. Center for Transportation Research, The University of Texas at Aust