機(jī)場凈空數(shù)字化模擬分析開題報(bào)告

1、中國民航大學(xué)碩士研究生論文開題報(bào)告評(píng)審表學(xué) 號(hào) 113206 姓 名 劉 亞 申請(qǐng)學(xué)位 碩 士 專 業(yè) 道路與鐵道工程 導(dǎo)師姓名 張獻(xiàn)民 所在院系 機(jī)場學(xué)院 報(bào)告日期： 2012年 12月 20日 論文題目機(jī)場凈空數(shù)字化模擬分析支持論文研究的科研項(xiàng)目及來源論文選題依據(jù)（包括論文選題的意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析等）一 選題意義機(jī)場凈空是指為保證飛機(jī)起飛、著陸和復(fù)飛的安全，在機(jī)場周圍劃定的限制物體高度的空間區(qū)域。隨著城市的擴(kuò)大，機(jī)場凈空管理格外重要，既要確保飛行的安全，也要考慮社會(huì)對(duì)土地利用的實(shí)際需求。對(duì)機(jī)場凈空進(jìn)行科學(xué)研究，首先要對(duì)機(jī)場周圍建筑物的距離、高度、方位等數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量；其次要獲取飛

2、機(jī)的實(shí)際起落航跡，結(jié)合障礙物限制面，障礙物評(píng)價(jià)面分析機(jī)場凈空。傳統(tǒng)的機(jī)場凈空評(píng)價(jià)方法一般采用圖紙的方式，即使應(yīng)用軟件，基本也是二維凈空評(píng)價(jià)系統(tǒng)。由于障礙物限制面和凈空保護(hù)區(qū)的規(guī)定本身就很復(fù)雜，同時(shí)機(jī)場周邊地形的復(fù)雜性和建筑物的多樣性，使其二維評(píng)價(jià)方式很抽象。而3S（即遙感技術(shù)RS，地理信息系統(tǒng)GIS和全球定位系統(tǒng)GPS）技術(shù)可進(jìn)行空間分析，空間與屬性的關(guān)聯(lián)分析。為了更直觀地對(duì)機(jī)場周圍障礙物進(jìn)行凈空評(píng)價(jià)，可以采用三維建模方法，借助3S技術(shù)在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建出虛擬的機(jī)場附近的障礙物模型和凈空模型，從而可直觀地判斷該點(diǎn)障礙物是否滿足該機(jī)場凈空條件。本論文采用3DMAX軟件，對(duì)機(jī)場凈空區(qū)障礙物，精密進(jìn)近程

3、序評(píng)價(jià)障礙物的基本ILS面、OAS以及飛行程序下的OAS面進(jìn)行三維建模，將建好的模型按照實(shí)際場景的經(jīng)緯度坐標(biāo)精確定位到SUPERMAP呈現(xiàn)平臺(tái)中，同時(shí)考慮終端區(qū)容量的優(yōu)化，為障礙物評(píng)估提供直觀展示，并對(duì)航線選擇，跑道建設(shè)有重大意義。二 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析國外，Schwartz等提出將GIS應(yīng)用到機(jī)場場道管理的思想。Texas大學(xué)交通運(yùn)輸研究中心對(duì)172個(gè)美國最繁忙的機(jī)場進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果顯示58%的機(jī)場已經(jīng)或者計(jì)劃將GIS應(yīng)用到機(jī)場管理中，以此來提高機(jī)場管理的水平和效率。國內(nèi)，在機(jī)場凈空評(píng)價(jià)方面，種小雷等依據(jù)機(jī)場凈空的數(shù)學(xué)模型，在基于特征的地理信息系統(tǒng)（GIS）凈空評(píng)價(jià)地學(xué)模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行機(jī)場凈

4、空評(píng)定。蔡喜琴等以慶陽機(jī)場為例，采用航空數(shù)學(xué)攝影測(cè)量技術(shù)獲取機(jī)場的數(shù)字高程模型，正射影像，及地物矢量數(shù)據(jù)，然后應(yīng)用Autodesk map 5建立機(jī)場凈空平面模型，最后利用GIS軟件建立機(jī)場凈空立體模型。楊武年、李天華等人構(gòu)建了機(jī)場凈空模型，并利用GIS的空間分析功能，在機(jī)場規(guī)劃時(shí)，對(duì)待定場址做凈空評(píng)價(jià)與工程填挖方計(jì)算，為機(jī)場場址選擇的輔助決策提供了依據(jù)。另外，劉應(yīng)朝依據(jù)附件14面建立機(jī)場凈空分析模型。采用ArcGIS Globe中的三維可視化技術(shù)，使用ArcGIS Engine進(jìn)行組建式二次開發(fā)，對(duì)ArcGlobe環(huán)境下的民用機(jī)場三維凈空分析模型進(jìn)行空間分析。盧敏提出了新的飛行程序圖形算法和

5、基于GIS的障礙物評(píng)估算法，實(shí)現(xiàn)了飛行程序輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以AutodesksMap為開發(fā)環(huán)境的離場程序、等待程序和復(fù)飛程序的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)模塊，以Mapobjects組件為核心的障礙物評(píng)估模塊，基本實(shí)現(xiàn)了航跡保護(hù)區(qū)繪制、保護(hù)區(qū)障礙物評(píng)估功能。郝斌以西南某支線機(jī)場為例，根據(jù)ICAO附件14及民用機(jī)場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)障礙物限制面的相關(guān)要求，在SuperMap Desk Pro5.2將其凈空區(qū)數(shù)字化，建立各限制面的數(shù)據(jù)集和障礙物數(shù)據(jù)集，通過圖層疊加的方式，實(shí)現(xiàn)基于GIS的機(jī)場凈空的可視化管理。另外，崔先國等用3DMAX結(jié)合數(shù)字濰坊三維城市規(guī)劃信息系統(tǒng)項(xiàng)目，構(gòu)建了機(jī)場凈空模型。董秀萍等提出機(jī)場

6、凈空區(qū)設(shè)計(jì)專用CAD系統(tǒng)的功能框架，采用ARX(AutoCAD Runtime extension)和Visual C#對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā)，給出三維地形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及凈空區(qū)各限制面的建模方法；通過分析機(jī)場實(shí)地三維模型和凈空立體模型，可顯示出機(jī)場凈空障礙物的分布，自動(dòng)生成包含凈空區(qū)地形的平面圖和剖面圖。李靜提出了一種基于Google Earth平臺(tái)的障礙物評(píng)估虛擬沙盤技術(shù)，研究機(jī)場凈空障礙物分類建模技術(shù)和其在Google Earth平臺(tái)上自動(dòng)生成，三維模型技術(shù)利用Visual C#平臺(tái)對(duì)Google Earth 進(jìn)行二次開發(fā)，動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)基本ILS面和OAS面的算法實(shí)現(xiàn)?？傊瑖鴥?nèi)外學(xué)者積

7、極應(yīng)用GIS并將其引入到民航機(jī)場研究領(lǐng)域，已經(jīng)取得了初步的研究成果。三維模擬的建立使機(jī)場凈空更直觀，但多數(shù)研究只限于空間信息的建立，在機(jī)場凈空方向，他們的研究范圍很少涉及空間和屬性信息相關(guān)聯(lián)分析，而多數(shù)的分析也只是用二維數(shù)據(jù)來分析障礙物的評(píng)估情況。在此基礎(chǔ)上，本文將結(jié)合已有的研究成果，利用Super Map和3DMax軟件實(shí)現(xiàn)三維機(jī)場凈空評(píng)價(jià)系統(tǒng)的建立。論文研究方案（包括研究目標(biāo)、研究內(nèi)容和擬研究解決的關(guān)鍵問題、擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性、可能的創(chuàng)新之處）一 研究目標(biāo) 目前國內(nèi)機(jī)場凈空評(píng)價(jià)已有三維呈現(xiàn)評(píng)估面的文獻(xiàn)報(bào)道，但仍停留在靜態(tài)呈現(xiàn)，為保證在航空器起飛和進(jìn)近著陸的低度飛行

8、時(shí)不受地面障礙物的影響和信號(hào)遮蔽，也須研究在飛行程序下的機(jī)場凈空限制面。本論文主要研究采用3DMAX和SUPERMAP軟件建立機(jī)場凈空區(qū)障礙物和凈空評(píng)價(jià)模型以及起飛、著陸飛機(jī)排序的三維模型，并用動(dòng)態(tài)飛行的方式展現(xiàn)飛機(jī)飛越障礙物時(shí)的情況，并提供對(duì)空間數(shù)據(jù)及其屬性的全面操作和處理，包括創(chuàng)建、編輯、管理、訪問等功能。由此對(duì)障礙物進(jìn)行凈空評(píng)價(jià)時(shí)會(huì)很方便，快捷。二 研究內(nèi)容 本論文的主要研究內(nèi)容參照ICAO規(guī)定的附件十四面和空中航行服務(wù)程序航空器的運(yùn)行（8168）的相關(guān)規(guī)定，運(yùn)用3DMAX三維仿真技術(shù)，搭構(gòu)出特定機(jī)場凈空區(qū)障礙物，機(jī)場凈空區(qū)障礙物限制面以及起飛、著陸飛機(jī)排序的三維模型。并將建好的模型按照

9、實(shí)際場景的經(jīng)緯度坐標(biāo)精確定位到SUPERMAP呈現(xiàn)平臺(tái)中，判斷某點(diǎn)障礙物是否滿足該機(jī)場凈空條件。主要研究內(nèi)容包括：（一）機(jī)場凈空障礙物和機(jī)場飛行區(qū)以及起飛、著陸飛機(jī)排序的分類，并建立三維模型；（二）采用3DMAX對(duì)精密進(jìn)近程序評(píng)價(jià)障礙物的基本ILS面、OAS以及飛行程序下的OAS面進(jìn)行三維建模；（三）按照實(shí)際場景的經(jīng)緯度坐標(biāo)將建好的模型精確定位到SUPERMAP平臺(tái)中；（四）建立機(jī)場凈空評(píng)價(jià)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析，查詢障礙物是否符合機(jī)場凈空要求，并可直觀顯現(xiàn)障礙物與凈空面的位置關(guān)系。三 擬研究解決的關(guān)鍵問題（一）根據(jù)機(jī)場附近距障礙物的特點(diǎn)對(duì)障礙物的分類，建立機(jī)場附近障礙物三維模型，并導(dǎo)入SUPER

10、MAP中；（二）基于精密進(jìn)近程序的基本ILS面和OAS面以及依據(jù)飛行程序建立的OAS面的三維建模和實(shí)現(xiàn)虛擬飛行；（三）將機(jī)場障礙物模型與凈空區(qū)模型置于同一三維場景中；（四）飛機(jī)起飛著陸運(yùn)行優(yōu)化計(jì)算方法；（五）在GIS中建立DEM（數(shù)字高程）模型計(jì)算方法；（六）數(shù)據(jù)庫的建立，即如何實(shí)現(xiàn)凈空評(píng)價(jià)系統(tǒng)的分析，查詢功能。四 擬采取的研究方法本研究擬采取3DMAX和SUPERMAP以及Visual C#相結(jié)合的方法，建立機(jī)場凈空區(qū)三維模型，分析機(jī)場凈空區(qū)障礙物是否滿足凈空要求。1）對(duì)機(jī)場周圍障礙物分類，測(cè)量障礙物的地理位置和高程，采集詳細(xì)信息；2）采用3DMAX和SUPERMAP軟件建立三維模型；3）采

11、用Visual C#編程，計(jì)算凈空面的數(shù)字高程；4）對(duì)SUPERMAP進(jìn)行二次開發(fā)，建立障礙物評(píng)價(jià)模型數(shù)據(jù)庫；五 技術(shù)路線六 試驗(yàn)方案及可行性本研究基于先前的成果資料基礎(chǔ)之上，運(yùn)用較為成熟的3DMAX軟件建模系統(tǒng)和SUPERMAP地理信息系統(tǒng)建立機(jī)場凈空系統(tǒng)，著重研究障礙物和評(píng)價(jià)面在同一場景中的顯現(xiàn)和機(jī)場凈空評(píng)價(jià)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立，此研究可使機(jī)場凈空評(píng)價(jià)系統(tǒng)更全面，簡便，直觀。七 可能的創(chuàng)新之處將障礙物基本ILS面、OAS面與飛機(jī)飛行程序下OAS面結(jié)合，并建立三維模型，動(dòng)態(tài)顯示飛機(jī)進(jìn)場、離場時(shí)周圍障礙物的情況，可直觀判斷障礙物是否符合凈空要求，同時(shí)也考慮飛機(jī)起飛、著陸運(yùn)行的優(yōu)化；獲取數(shù)字地形圖，

12、在GIS中建立DEM模型，實(shí)現(xiàn)機(jī)場凈空資料的三維可視化管理；利用Super Map GIS開發(fā)組件，開發(fā)一套基于GIS的機(jī)場凈空評(píng)價(jià)系統(tǒng)，進(jìn)一步提高機(jī)場凈空管理的信息化和智能化水平。論文工作計(jì)劃、起止時(shí)間工作任務(wù)階段研究成果收集相關(guān)材料，準(zhǔn)備開題答辯通過開題答辯學(xué)習(xí)相關(guān)軟件，收集資料，學(xué)習(xí)相關(guān)障礙物評(píng)價(jià)面的數(shù)學(xué)方程和概念了解凈空評(píng)價(jià)的相關(guān)信息收集某機(jī)場資料，3DMAX和SUPERMAP建模繪制虛擬模型開發(fā)凈空評(píng)價(jià)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫完成數(shù)據(jù)庫的建立撰寫研究論文形成論文的初稿修改論文，準(zhǔn)備提交提交研究成果論文的評(píng)審、修改制作ppt，準(zhǔn)備參加畢業(yè)答辯預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)、預(yù)期的研究成果1）在本研究的1年時(shí)間內(nèi)，發(fā)

13、表公開學(xué)術(shù)論文1篇；2）完成數(shù)字化機(jī)場凈空評(píng)價(jià)系統(tǒng)；3）畢業(yè)論文一篇。參考文獻(xiàn)： 1 煒青，王衛(wèi)安. GIS在機(jī)場凈空管理中的應(yīng)用 J .測(cè)繪科學(xué). 2010-4,352 種小雷，蔡良才，楊銳. 基于GIS的機(jī)場凈空評(píng)定方法J .測(cè)繪通報(bào).2002，11:52-633 蔡喜琴，苗天寶，曹建君等. 慶陽機(jī)場凈空區(qū)超高障礙物三維分析研究J.遙感技術(shù)與應(yīng)用，2004，19（4）：406-4104 劉應(yīng)朝. 機(jī)場凈空分析的三維可視化及其算法研究D . 成都：成都理工大學(xué)，2009.65 國際民航公約附件14機(jī)場，2004年版.6 盧敏. 基于GIS的飛行程序設(shè)計(jì)D .北方工業(yè)大學(xué)，碩士論文，2006

14、7 郝斌. 基于GIS的機(jī)場道面管理系統(tǒng)開發(fā)研究J .城市道橋與防洪，2007(3); 88-908 李郁. 基于GIS的民用機(jī)場凈空評(píng)價(jià)研究D .中國民用航空飛行學(xué)院，碩士論文，20119 國際民用航空組織.空中航行服務(wù)程序航空器的運(yùn)行（第二卷）目視和儀表飛行程序設(shè)計(jì)Z.1993年第四版 10 李靜. 機(jī)場凈空障礙物評(píng)估三維可視化技術(shù)研究D . 中國民用航空飛行 學(xué)院，2011 11 張建華. 基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的綿陽機(jī)場飛行程序研究D . 中國民用航空飛行學(xué)院，200912 董秀萍，黃明吉，張媛.機(jī)場凈空區(qū)CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)J計(jì)算機(jī)輔助工程.2010，19（1）： 70-73,8313 楊毅

15、.論障礙物限制面與ILS障礙物評(píng)價(jià)面的關(guān)系J.空中交通管理.2001，（5）:38-4014 關(guān)昕.淺談飛行程序設(shè)計(jì)與機(jī)場凈空測(cè)量流程及方法J.空中交通管理.2007，（10）:47-5015李鵬，蔡良才，劉洲，李博. 機(jī)場凈空限制面數(shù)學(xué)模型構(gòu)建及三維可視化實(shí)現(xiàn)J.測(cè)繪科學(xué).2011,36（1）16 王延亮，蘇鐵英. 機(jī)場凈空限制面及障礙物位置圖的制作J. 測(cè)繪工程.1998,7（2）.48-5217戴曉愛.遙感圖像三維可視化及在騰沖機(jī)場建設(shè)中的應(yīng)用研究D.成都理工大學(xué)，200518方學(xué)東，劉曉鵬.民用機(jī)場錐形面內(nèi)超限評(píng)價(jià)方法研究J.航空計(jì)算技術(shù)，2010,4（1）：47-4819方學(xué)東，郝斌.民用機(jī)場凈空保護(hù)區(qū)錐形面范圍的計(jì)算確定J.測(cè)繪科學(xué)，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