1、中國民航大學碩士研究生論文開題報告評審表學 號 113206 姓 名 劉 亞 申請學位 碩 士 專 業(yè) 道路與鐵道工程 導師姓名 張獻民 所在院系 機場學院 報告日期： 2012年 12月 20日 論文題目機場凈空數(shù)字化模擬分析支持論文研究的科研項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 選題意義機場凈空是指為保證飛機起飛、著陸和復飛的安全，在機場周圍劃定的限制物體高度的空間區(qū)域。隨著城市的擴大，機場凈空管理格外重要，既要確保飛行的安全，也要考慮社會對土地利用的實際需求。對機場凈空進行科學研究，首先要對機場周圍建筑物的距離、高度、方位等數(shù)據(jù)進行準確的測量；其次要獲取飛

2、機的實際起落航跡，結(jié)合障礙物限制面，障礙物評價面分析機場凈空。傳統(tǒng)的機場凈空評價方法一般采用圖紙的方式，即使應用軟件，基本也是二維凈空評價系統(tǒng)。由于障礙物限制面和凈空保護區(qū)的規(guī)定本身就很復雜，同時機場周邊地形的復雜性和建筑物的多樣性，使其二維評價方式很抽象。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)可進行空間分析，空間與屬性的關(guān)聯(lián)分析。為了更直觀地對機場周圍障礙物進行凈空評價，可以采用三維建模方法，借助3S技術(shù)在計算機上創(chuàng)建出虛擬的機場附近的障礙物模型和凈空模型，從而可直觀地判斷該點障礙物是否滿足該機場凈空條件。本論文采用3DMAX軟件，對機場凈空區(qū)障礙物，精密進近程

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

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

5、基于GIS的障礙物評估算法，實現(xiàn)了飛行程序輔助設計系統(tǒng)，系統(tǒng)設計了以AutodesksMap為開發(fā)環(huán)境的離場程序、等待程序和復飛程序的自動化實現(xiàn)模塊，以Mapobjects組件為核心的障礙物評估模塊，基本實現(xiàn)了航跡保護區(qū)繪制、保護區(qū)障礙物評估功能。郝斌以西南某支線機場為例，根據(jù)ICAO附件14及民用機場飛行區(qū)技術(shù)標準中對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，實現(xiàn)基于GIS的機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)項目，構(gòu)建了機場凈空模型。董秀萍等提出機場

6、凈空區(qū)設計專用CAD系統(tǒng)的功能框架，采用ARX(AutoCAD Runtime extension)和Visual C#對AutoCAD進行二次開發(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；通過分析機場實地三維模型和凈空立體模型，可顯示出機場凈空障礙物的分布，自動生成包含凈空區(qū)地形的平面圖和剖面圖。李靜提出了一種基于Google Earth平臺的障礙物評估虛擬沙盤技術(shù)，研究機場凈空障礙物分類建模技術(shù)和其在Google Earth平臺上自動生成，三維模型技術(shù)利用Visual C#平臺對Google Earth 進行二次開發(fā)，動態(tài)呈現(xiàn)基本ILS面和OAS面的算法實現(xiàn)?？傊?，國內(nèi)外學者積

7、極應用GIS并將其引入到民航機場研究領域，已經(jīng)取得了初步的研究成果。三維模擬的建立使機場凈空更直觀，但多數(shù)研究只限于空間信息的建立，在機場凈空方向，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)來分析障礙物的評估情況。在此基礎上，本文將結(jié)合已有的研究成果，利用Super Map和3DMax軟件實現(xiàn)三維機場凈空評價系統(tǒng)的建立。論文研究方案（包括研究目標、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、實驗方案及可行性、可能的創(chuàng)新之處）一 研究目標 目前國內(nèi)機場凈空評價已有三維呈現(xiàn)評估面的文獻報道，但仍停留在靜態(tài)呈現(xiàn)，為保證在航空器起飛和進近著陸的低度飛行

8、時不受地面障礙物的影響和信號遮蔽，也須研究在飛行程序下的機場凈空限制面。本論文主要研究采用3DMAX和SUPERMAP軟件建立機場凈空區(qū)障礙物和凈空評價模型以及起飛、著陸飛機排序的三維模型，并用動態(tài)飛行的方式展現(xiàn)飛機飛越障礙物時的情況，并提供對空間數(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。由此對障礙物進行凈空評價時會很方便，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程序航空器的運行（8168）的相關(guān)規(guī)定，運用3DMAX三維仿真技術(shù)，搭構(gòu)出特定機場凈空區(qū)障礙物，機場凈空區(qū)障礙物限制面以及起飛、著陸飛機排序的三維模型。并將建好的模型按照

9、實際場景的經(jīng)緯度坐標精確定位到SUPERMAP呈現(xiàn)平臺中，判斷某點障礙物是否滿足該機場凈空條件。主要研究內(nèi)容包括：（一）機場凈空障礙物和機場飛行區(qū)以及起飛、著陸飛機排序的分類，并建立三維模型；（二）采用3DMAX對精密進近程序評價障礙物的基本ILS面、OAS以及飛行程序下的OAS面進行三維建模；（三）按照實際場景的經(jīng)緯度坐標將建好的模型精確定位到SUPERMAP平臺中；（四）建立機場凈空評價系統(tǒng)，實現(xiàn)自動分析，查詢障礙物是否符合機場凈空要求，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)機場附近距障礙物的特點對障礙物的分類，建立機場附近障礙物三維模型，并導入SUPER

10、MAP中；（二）基于精密進近程序的基本ILS面和OAS面以及依據(jù)飛行程序建立的OAS面的三維建模和實現(xiàn)虛擬飛行；（三）將機場障礙物模型與凈空區(qū)模型置于同一三維場景中；（四）飛機起飛著陸運行優(yōu)化計算方法；（五）在GIS中建立DEM（數(shù)字高程）模型計算方法；（六）數(shù)據(jù)庫的建立，即如何實現(xiàn)凈空評價系統(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，建立機場凈空區(qū)三維模型，分析機場凈空區(qū)障礙物是否滿足凈空要求。1）對機場周圍障礙物分類，測量障礙物的地理位置和高程，采集詳細信息；2）采用3DMAX和SUPERMAP軟件建立三維模型；3）采

11、用Visual C#編程，計算凈空面的數(shù)字高程；4）對SUPERMAP進行二次開發(fā)，建立障礙物評價模型數(shù)據(jù)庫；五 技術(shù)路線六 試驗方案及可行性本研究基于先前的成果資料基礎之上，運用較為成熟的3DMAX軟件建模系統(tǒng)和SUPERMAP地理信息系統(tǒng)建立機場凈空系統(tǒng)，著重研究障礙物和評價面在同一場景中的顯現(xiàn)和機場凈空評價系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立，此研究可使機場凈空評價系統(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面與飛機飛行程序下OAS面結(jié)合，并建立三維模型，動態(tài)顯示飛機進場、離場時周圍障礙物的情況，可直觀判斷障礙物是否符合凈空要求，同時也考慮飛機起飛、著陸運行的優(yōu)化；獲取數(shù)字地形圖，

12、在GIS中建立DEM模型，實現(xiàn)機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的機場凈空評價系統(tǒng)，進一步提高機場凈空管理的信息化和智能化水平。論文工作計劃、起止時間工作任務階段研究成果收集相關(guān)材料，準備開題答辯通過開題答辯學習相關(guān)軟件，收集資料，學習相關(guān)障礙物評價面的數(shù)學方程和概念了解凈空評價的相關(guān)信息收集某機場資料，3DMAX和SUPERMAP建模繪制虛擬模型開發(fā)凈空評價系統(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，準備提交提交研究成果論文的評審、修改制作ppt，準備參加畢業(yè)答辯預期達到的目標、預期的研究成果1）在本研究的1年時間內(nèi)，發(fā)

13、表公開學術(shù)論文1篇；2）完成數(shù)字化機場凈空評價系統(tǒng)；3）畢業(yè)論文一篇。參考文獻： 1 煒青，王衛(wèi)安. GIS在機場凈空管理中的應用 J .測繪科學. 2010-4,352 種小雷，蔡良才，楊銳. 基于GIS的機場凈空評定方法J .測繪通報.2002，11:52-633 蔡喜琴，苗天寶，曹建君等. 慶陽機場凈空區(qū)超高障礙物三維分析研究J.遙感技術(shù)與應用，2004，19（4）：406-4104 劉應朝. 機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，2009.65 國際民航公約附件14機場，2004年版.6 盧敏. 基于GIS的飛行程序設計D .北方工業(yè)大學，碩士論文，2006

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