机场净空区障碍物风险性综合数值研究

滕秀华国常雨 吕宁 张加男 迟文娟

摘  要：针对目前机场净空区障碍物风险性评估中出现的问题，以及新飞行技术标准带来的相關标准变化，本文依据相关规定确定了各净空限制面的范围，分析了障碍物对飞行安全有影响的因素，通过分析和验证，得到各因素对飞行安全影响的程度以及风险性综合数值模型，以数字的形式直观的评价障碍物的风险性。对济南遥墙国际机场附近随机选取障碍物进行了实例分析，可使障碍物风险性评定更全面、直观、便捷。

关键词：净空限制面;风险性综合数值;遮蔽模型

Abstract：Aiming at the problems in the risk assessment of obstacles in the airport clearance area and the changes in related standards brought by the new flight technology standards，this paper determines the scope of each clearance space according to relevant regulations，and analyzes the impact of obstacles on flight safety. By analyzing and verifying the factors，the degree of influence of each factor on flight safety is obtained，a comprehensive numerical model of risk is obtained，and the risk of obstacles is intuitively evaluated in a digital form. Furthermore，the obstacles randomly selected near the Jinan Yaoqiang Airport are analyzed with examples to make the risk assessment of obstacles more comprehensive，intuitive and convenient.

Keywords：clearance limit surface;comprehensive risk value;masking model

0  引  言

随着经济发展，航空运输业也在随之飞速发展。新机场也不断规划和建立，而航空业的发展也对机场附近的经济发展做出了一定的贡献，随着机场扩建，机场附近建筑物也越来越多。机场净空是飞机起飞降落阶段安全的重要保障，对机场附近障碍物的评定显得尤为重要。以往对净空面的确定大多是是按照MH 5001—2013《民用机场飞行区技术标准》绘制机场净空限制面图，超出限制面的障碍物即认定为超高障碍物，反之认定为安全障碍物[1]。随着新技术标准的发布，以往的净空评价需要进行相应的更新，而且超高即判定为危险的评价方式太片面，障碍物是否超限应该从多个方面进行评价。所以我们需要一个符合新标准且更全面的净空评价模型。

国内学者按照民用机场飞行区技术标准，使用不同的思路和方法对各个净空限制面进行建模，下文对主要的研究有进行概述。蔡良才等对机场净空区障碍物限制面进行确定性分析[2，3]。范博研究了机场净空区障碍物风险性评价方法[4]。随着计算机技术的发展，Luo Chenli也做了相关的研究[5]，大大加快了机场净空评价的发展。王维等将GIS技术更深入的运用到民用机场净空管理工作中，研发了相应的软件，使民用机场障碍物与净空限制面的关系更直观的表达，并可以生成关于障碍物的审核报告，更加便于净空问题的管理[6]。李民捷等研究了民用机场净空区障碍物的安全性评价方法[7]，提出多种因素对净空评价的影响，是净空区障碍物评价的一大突破。

本文依据国内外研究现状，针对目前净空区障碍物安全评估中出现的问题，首先进行机场净空区及障碍物前期建模，并建立遮蔽模型，以济南遥墙国际机场为例进行实例分析，取得了良好的结果，可使障碍物风险性评定更全面、直观、便捷。

1  净空区域及障碍物简介

1.1  净空区概述及组成

机场净空区是为了保证机场的安全运行与航空飞机的安全起飞和降落，而虚拟设置的几个障碍物限制面，净空区的障碍物不能超过障碍物规定的高度[8]。净空区底部呈椭圆形，跑道两端延长60 m为其底部长度，宽度超过6 km。

净空区升降带是围绕跑道划定的区域，保障航空器起飞、降落和滑行的安全。它也可以理解为“跑道区”。进近面是指在跑道开始时，为了确定和保护飞机接近时的机场净空，将地面物体的高度限制在一定范围内的区域。过渡面沿跑道中线两侧各向外倾斜150 m，两端向外倾斜，直到与相应的内水平面和锥形面相交为止。内水平面以跑道两端保险道中点为圆心，以一定半径做半圆，类似一个椭圆形。起飞爬升面是净空道边缘、跑道端的一个倾斜的平面。净空区示意图如图1所示。

1.2  障碍物概述

障碍物是当有物体突出于净空区各限制面或位于飞机地面活动区时的统称，影响飞机正常起降的障碍物其主要分为临时障碍物和建筑障碍物。临时障碍物以机场内部使用车辆或维护机场日常工作所使用的工具等，临时障碍物通常依据相应的管理规章制度，标识的设置，以及进行机场工作人员的培训等方法对其进行管理，以避免其对飞机安全造成影响，因此本文不予考虑。建筑物障碍物包括机场的航站楼、滑行引导标记牌等配套设施设备、机场附近建筑物、山体等。

2  净空安全影响风险等级模型建立

2.1  不同因素对障碍物安全的影响程度

对于建筑物障碍物，其超高程度是决定障碍物对飞行安全是否有影响的关键因素，但不是唯一的因素。障碍物的危险程度由其距离跑道中线的距离、位于哪个净空限制面、超高程度、易折性、产生烟尘或漂浮物的情况、引鸟或利于鸟类栖息的情况共同决定，不同的因素对障碍物的危险情况评定有不同的影响程度，如表1所示。

障碍物限制面以外的机场附近地区，距机场跑道中心线两侧各10 km、跑道端外20 km以内的区域，高出地面标高30 m且高出机场标高150 m的物体应视为障碍物，除非经航行部门研究认为其并不危及飞行安全。

设障碍物到中线的垂直距离为Y，从图2中可以看出，Y位移为0时，即障碍物在飞机跑道上，碰撞风险值最大，Y位移偏离跑道中心越远，则碰撞风险越小，逐渐趋于0。

2.2  障碍物危险程度划分

建筑物障碍物危险程度划分标准如表2所示。由表得知，障碍物距离跑道越近，位于对限高要求越高的限制面，超高高度越高，易折性越差，对飞行产生的不良影响越多，那么这个建筑物就对飞行安全的威胁也就越大。

对于不同因素的影响程度问题，对一组评判人员，包括飞行员、机场管理人员、技术人员和专家等进行问卷调查，对表2中的各因素根据自身工作经验和机场的具体情况进行等级评判，对得到的结果进行统计，结果如表3所示。

障碍物的其他情况包括障碍物產生烟尘、漂浮物情况，障碍物引鸟和利于栖息的情况及其他影响因素。

对表3所构成的矩阵在MATLAB里求解特征值，得到特征向量，如图3所示。

运用层次分析法的标度方法，对不同程度等级、同一因素之间进行比较，综合调查结果，得到判断矩阵R。计算CI=（λmax-n）/（n-1）得到CI<0.1，即满足一致性检验。由B=AR得各个风险因素的权重Rtotal=0.122R1+0.223R2+ 0.563R3+0.048R4+0.044R5，得到障碍物风险性的一个综合数值。

考虑到得到的风险性综合数值不够直观，现将综合数值进行如表4所示的建议分段，分别对应安全、较安全、较危险、危险四种危险程度，方便对障碍物提出进一步的建议。

3  遮蔽模型建立

在机场障碍物限制范围内，现存的障碍物如果超过起飞爬升面、进近面、过渡面、锥形面以及内水平面的现有物体应予拆除或搬迁，对新物体或现有物体进行扩建的除特殊情况外要求与现存障碍物相同。

遮蔽原则是指当物体被现有不能搬迁的障碍物所遮蔽时，自该障碍物顶点向跑道相反方向为一水平面，向跑道方向为向下1：10的平面，任何在这两个平面以下的物体，即为被该不可搬迁的障碍物所遮蔽。

如图4所示，当障碍物A为不可搬迁障碍物时，障碍物B则视为被遮蔽障碍物，尽管此障碍物可能超高，但经航行部门研究认可后可认定为非必要移除障碍物。

上述两平面可以建立遮蔽限制面模型，以障碍物最高点对应的地面点为原点，以远离跑道的方向作为X轴，俯视X轴顺时针旋转90°为Z轴建立坐标系，设已有障碍物最高点高程为H，则遮蔽限制面两个平面可分别表达为：

4  实例分析

以济南遥墙国际机场为例，确定机场基准点经纬度、坐标系、跑道磁方位角、跑道长度等属性信息，并随机选取机场附近五个障碍物进行分析。根据障碍物经纬度坐标与机场基准点经纬度坐标计算得到各障碍物相对于机场基准点的水平距离和垂直距离，即可做出障碍物位置图如图5所示。

对以上五个障碍物进行各影响因素的分析，此分析不考虑上述五个障碍物之外的障碍物影响，因此不对遮蔽原则进行分析，最终得到结果如表5所示。

将表5中数据带入Rtotal得到各障碍物的风险性综合数值，对比表4建议的风险分级情况，得障碍物的风险性综合数值和风险等级如表6所示。

由表6得到的结果可知，烟囱1和电线杆风险等级为较危险障碍物，应咨询有关部门进行进一步的风险性讨论。信号塔2为危险障碍物，建议有关部门对此障碍物采取相关措施以保障飞行安全。

5  结  论

本文依据行业技术标准，确定了机场净空区的相应范围，研究了障碍物对机场飞行安全影响的相关因素。运用层了次分析法的标度方法，对不同程度等级、同一因素之间进行比较，并进行一致性检验，得到各因素影响权重，进而求得风险评价模型。结合遮蔽模型，风险性综合数值与建议等级分划区间进行比较，以数值形式反映机场净空区内障碍物的安全状态。风险性综合数值既考虑到障碍物的超高情况，又对障碍物的所处限制面、Y位移、物理特性等其他因素进行了分析，是一个全面、实用性高的模型。

参考文献：

[1] 中国民用航空局.民用机场飞行区技术标准：MH 5001—2013 [S].北京：中国民航出版社，2013.

[2] 蔡良才，邵斌，郑汝海，等.机场净空区范围确定方法 [J].交通运输工程学报，2004（4）：40-43.

[3] 蔡良才，种小雷.机场净空区障碍物评定 [M].北京：国防工业出版社，2015.

[4] 范博，蔡良才，王观虎.机场净空区障碍物风险性评价方法的比较研究 [C]//第八届中国航空学会青年科技论坛.第八届中国航空学会青年科技论坛专辑.中国广东江门：中航出版传媒有限责任公司（China Aviation Publishing & Media Co.，Ltd.），2018：57-62.

[5] LUO C L，CAI L C，HUANG M H，et al. Assessment of military airfield obstacle free space based on GIS [J].Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics，2011，28（3）：294-299.

[6] 王维.机场净空管理 [M].北京：中国民航出版社，2008：127-131.

[7] 李明捷，石荣.民用机场净空区内障碍物安全性评价方法研究 [J].安全与环境学报，2011，11（1）：226-229.

[8] 田林，隋东，张文涛.虹桥机场障碍物碰撞风险分析 [J].航空计算技术，2015，45（2）：57-60.

作者简介：滕秀华（1985—），女，汉族，山东济南人，工程师，本科，研究方向：机场测绘与地理信息。