丁勇 项洪达

摘要：机场净空障碍物遍布的范围较大，传统的测量方法费时费力。本文对于机场净空障碍物的测量，基于遥感卫星图像的基于立体像对提取DEM的方式进行障碍物高度普查测量，再通过无人机搭载GPS基于COBS技术进行个案处理，以期达到一种高效准确的测量方法，为机场对周边障碍物的巡视检查提供良好的工作方式。

关键词：机场净空；障碍物测量；立体像对；iRTK

随着中国民航的快速发展，机场规模不断扩大，航班数量不断增多，随着以机场为核心的航空城的建起，机场周围的建筑物的数量不断增多，对机场的净空环境构成了很大挑战和威胁。机场由此需要进行巡视检查，但是由于巡查面积过大，相关工作人员较少，依靠传统的巡查和测量方式对机场障碍物进行测量是困难的，因此需要一种较为准确和高效的方法进行机场净空障碍物的测量，立体像对提取DEM技术及GPS则满足这种需求。本文采用的机场净空障碍物测量方法，首先通过遥感技术进行大范围的普测作业，然后通过GPS对个别可能突破限制面的建筑物进行个案处理。

一、机场净空障碍物巡查范围及依据

机场净空障碍物巡查的范围是《机场勤务手册》第6部分规定的外水平面，其范围是以机场跑道中点为圆心，55kn3为半径的一个圆，如图1所示。从图中可以看出，机场所需要巡查的面积很大，必须采用高效简便的方法。

二、立体像对提取DEM技术测量

（一）遥感成像集合数据模型

遥感图像的构像方程，指地物点在图像上的图像坐标（x，y）和其在地面对应点的大地坐标（X、Y、Z）之间的数学关系。根据摄影测量原理，这两个对应点和传感器成像中心成构像关系，可以用构像方程来表示。

通用构像方程如下：

式中：A为传感器坐标系相对地面坐标系的旋转矩阵，是传感器姿态角的函数。A=RΦRωRk

由此可得由像点坐标可以解算大地（平面）坐标的公式，称为正算公式：

（二）有理函数模型

有理函数模型（Rational Function Model，RFM）将像点坐标（r，c）表示为以相应地面空间坐标（X，Y，Z）为自变量的多项式比值，反映了地面点三维空间坐标与相应像点在像平面坐标系中的数学关系。基于WGS84大地椭球坐标系的有理函数模型如下式所示：

多项式P的形式如下：

pi（r，c，Z）=a0+a1Z+a2c+a3r+a4cZ+a5rZ+a6cr+a7Z2+a8c2+a9r2+a10crZ+a11cZ2+a12rZ2+a13c2Z+a14c2r+a15r2Z+a16cr2+a17Z3+a18c3+a19r3（5）

為了稳定求解过程，需要将地面点坐标和对应像元坐标进行标准化，地面点坐标及像元坐标标准化如下：

公式中的参数分别表示像点坐标和地面坐标经平移和缩放后的标准化坐标（-1～+1）。下标为。的参数为标准化平移参数，下标为s的参数为标准化比例参数。将式（6）带入式（4），整理可得：

式（7）中共有80个系数，此系数即为卫星提供的有理多项系数（RPC），将卫星文件提供的系数带入式（7），即可实现卫星影像与地面点之间的对应，再通过地面控制点对有理函数系数（RPC）进行修正，提高立体像对的精度。

（三）建筑物高度提取

建筑物的高度提取，目前有很多软件支持立体像对提取DEM（数字高程模型）的技术，ENVI软件便是其中一个，ENVI通过其DEM Extraction自动提取扩展模块，可以简单、快速的从卫星原始数据中创建DEM（数字高程模型）。其提取步骤如下：

a.输入立体像对图像；

b.定义地面控制点；

c.定义连接点；

d.设定输入参数；

e.输出DEM及检查结果；

f.编辑DEM。

（四）测量精度及范围

通过遥感卫星图像进行处理的精度误差用相关系数及均方根误差来表示。对于建筑的实测数据和实际数据的比对如图2[1]所示：

通过对数据进行分析计算，得出立体像对犯法对商业建筑及居民住宅的测量均方差分别为2.8m和2.5m。此精度队机场障碍物的普遍测量来说达到了精度要求，为下一步的个案处理起到了很大作用。

应用卫星遥感图像可以每次处理数十栋建筑物的三维坐标，相比于传统实地勘测，极大地提高了工作效率，节约了人力。

三、基于GORS的iRTK技术测量

由第2小节所述可知，由遥感卫星图像获取的数据，经过ENVI等软件利用立体像对提取DEM技术已经在大范围的解决了巡视检查中障碍物的测量，但是由于此技术测量存在较大误差。因此需要使用更为精确的测量方法对于可能破坏机场净空的障碍物进行重新测定。基于CORS的iRTK技术测量方法可以很精确的测量建筑物的高度。

（一）CORS技术

CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成。CORS站在测量系统中，扮演着参考站，即基准站的角色。在实地测量中，可以免去架设基准站，而且CORS站覆盖整个城市，对于机场如此大面积的测量范围来说，可以全天候，全方位的进行测量。（见图3）

（二）iRTK技术

高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。应用iRTK技术，极大地提高了测量精度，对个别的障碍物高程给出了更加精确的评价，以便于决定障碍物是否影响飞机飞行安全。

（三）测f方法

对于个别有可能突破限制面的障碍物，将GPS移动台架设到障碍物上，利用手簿调节好CORS站工作模式，选择一种坐标系，待坐标变为固定解以后，存储坐标数据。外业完成后利用坐标转换将坐标转化为机场坐标，进而进行高度比对，确定障碍物是否突破障碍物的限制，破坏了机场净空。

四、小结

本文给出了机场净空障碍物测量的方法，首先通过获取周边障碍物的遥感卫星图像数据，然后通过立体像对提取DUE技术进行解算，将获取的像元坐标转化为地理坐标，确定障碍物的三维坐标及高程。对于某些在误差范围内有可能突破限制面的障碍物，可以使用更加精确的iRTK技术进行测量，以便获得更加精确的障碍物高程评价结果。此方法对于机场大面积的障碍物测量提供了快速、精确的结果，对解决实际问题有很大的帮助。

参考文献：

[1]陈亭，祝善友，张桂欣，高场，等.高分辫率遥感影像阴影与立体像对提取建筑物高度比较研究[J].地球信息科学，2016，18（9）：67-75.

[2]王贵林，杨艳明，刘玉柱，刘海义，姚鑫，等.基于ASTER遥感立体像对的DEM提取[J].工程地质计算机应用，2008（1）：17-22.