一种车载机场净空动态采集管理系统及控制评价方法

摘要

一种车载机场净空动态采集管理系统及控制评价方法。系统安装在车辆上，其包括主控计算机、全站仪、GPS模块和车用电源逆变器；主控计算机设置在驾驶室中；全站仪安装在采集车后车斗内，通过数据线与主控计算机相连；GPS模块安装在全站仪底部中心位置，通过电源线和数据线与主控计算机相连；车用电源逆变器通过电源线与主控计算机相连。本发明提供的车载机场净空动态采集管理系统安装在诸如现有皮卡车上而构成采集车，可动态显示并采集机场净空管理区域内障碍物水平坐标和高程，结合本发明提供的机场净空评价方法，可随时分析新增障碍物对机场运行安全的影响，缩短评价周期，降低评价费用，减少工作强度，提高工作效率。

说明书

技术领域

本发明属于机场设施检测技术领域，特别是涉及一种车载机场净空动态采集管理系统及控制评价方法。

背景技术

机场净空是指机场附近沿起降航线一定范围内的空域，即在跑道两端和两侧上空为飞机起飞爬升、降落下滑和目视盘旋需要所规定的空域。在这个区域内，不能有地面的障碍物来妨碍导航和飞行。因此在进行机场选址时或在机场投入使用之后，都要对机场净空进行管理控制。机场净空管理是飞行区管理和机场安全管理的重要内容，对保障航空器起飞和进近安全至关重要。困扰民用运输机场净空管理的因素较多，其中如何精确定位障碍物的水平坐标和高程并快速准确地在净空图上确定障碍物的位置，已经成为机场净空管理部门亟待解决的重要问题之一。

目前，在机场净空管理过程中，最常见的方法为：首先委派专业测绘人员实地测量出净空控制面内的障碍物的水平坐标和高程，再委托专业净空评价机构对上述测绘结果进行评估，最后形成机场净空区超限障碍物分布图和机场净空评价报告。这种方法评价周期长、费用高，往往每隔5年在机场进行安全审计过程中，才更新一次原有机场净空区超限障碍物分布图，已无法适应机场周边建设速度快、新增障碍物多的现状，更无法动态评估新增建筑物对机场运行安全的影响。

现有机场净空管理方法可归纳为测量和评估两个阶段。在测量阶段，为解决测量范围大、障碍物分布情况复杂的问题，已经较广泛地采取了全站仪配合GPS法，即充分发挥GPS和全站仪在机场周边障碍物高度测量上的优势：在障碍物密集地区，全站仪测速快，测距镜头灵巧，可最大限度接近所需要采集数据的点位；而GPS测量时主站和移动站不需要通视，尤其在测量山区机场周边山顶高程时，比全站仪的适应性更好。此技术相对成熟，也有相关研究和应用的报道(如：陈建水，张高兴，机场净空障碍物测量方法探讨)。在评估阶段，现有的机场净空管理软件可直接录入障碍物坐标及高程测量结果，再结合净空面限制条件进行超限判别，但缺点是软件售价较高且无法识别新障碍物。

这样，机场净空测量和评价基本处于半脱节状态。部分机场周围建筑物分布较复杂，新障碍物不断出现，机场净空管理人员无法凭记忆及时发现，而测绘人员在测量过程中也难以识别已输入净空管理系统的障碍物，就造成了新障碍物难以动态获取、旧障碍物反复测量的情况，给机场净空管理带来了不利影响，埋下了一定程度的安全隐患。所以，机场净空管理部门对动态管理机场净空的系统要求非常迫切。例如：黄山机场开发了利用谷歌地球软件的机场净空管理平台，但其所依赖的谷歌地球软件为美国公司所有，而且坐标精度及服务的可持续性也无法得到保证。

因而，研发一套具有自主知识产权、动态指示并采集机场净空范围内障碍物水平坐标和高程的净空管理系统，克服现有机场净空管理中测量和评价脱节问题，使得机场净空管理人员能及时判别某处障碍物的信息是否已储存在系统中，动态管理新增障碍物，必将极大方便机场净空管理部门的工作，增强机场运行的安全保障能力，意义重大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够动态指示并采集机场净空管理区域内障碍物水平坐标和高程，有助于机场净空管理人员及时掌握障碍物信息，从而保障机场运行安全的车载机场净空动态采集管理系统及控制评价方法。

为了达到上述目的，本发明提供的车载机场净空动态采集管理系统安装在车辆上，由此构成采集车，其包括主控计算机、全站仪、GPS模块和车用电源逆变器；其中：主控计算机设置在采集车的驾驶室中，其为整个系统的控制核心，用于控制系统各部分工作，存储和处理采集到的信息，并根据采集到的信息进行机场净空评价；全站仪安装在采集车后车斗内的三角架上，通过数据线与主控计算机相连，用于测量机场净空管理范围内障碍物的水平坐标和高程；GPS模块安装在全站仪底部中心位置，通过电源线和数据线与主控计算机相连，用于采集全站仪中心位置的水平坐标和高程；车用电源逆变器为整个系统的工作电源，其一端与车载电源连接，另一端通过电源线与主控计算机相接。

所述的主控计算机为一体式计算机。

本发明提供的车载机场净空动态采集管理系统的控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)系统上电自检的S1阶段；在此阶段中，系统首先进行硬件的上电自检，并启动在主控计算机中安装的管理软件，然后进入S2阶段；

2)空闲模式的S2阶段；在此阶段中，GPS模块开始获取动态坐标信息并显示于主控计算机显示屏上的管理软件窗口中，管理软件与全站仪进行数据通信测试，然后进入S3阶段，以等待执行采集命令；

3)判断是否点击采集按钮的S3阶段；在此阶段中，用户可对管理软件内部参数进行设置、确认硬件设备是否正常工作，此时系统将判断用户是否点击管理软件窗口中的“数据采集”命令按钮，如果判断结果为“是”，则进入S4阶段；否则返回到S1阶段的入口处以重新进行系统自检；

4)执行数据采集模式的S4阶段；在此阶段中，系统将收集GPS模块和全站仪所采集的障碍物水平坐标和高程，然后通过坐标转换而获取可用于机场净空评价的障碍物水平坐标和高程，然后进入S5阶段；

5)判断是否保存采集数据的S5阶段；在此阶段中，系统将根据用户操作来判断是否结束当前采集工作并保存数据，如果判断结果为“是”，则返回到S2阶段的入口处；否则进入S6阶段。

6)判断是否重新采集的S6阶段；在此阶段中，系统将根据用户操作来判断是否重新采集水平坐标和高程，如果判断结果为“是”，则返回到S4阶段的入口处；否则进入S2阶段的入口处，等待执行采集命令。

本发明提供的车载机场净空动态采集管理系统的机场净空评价方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)系统上电自检的S201阶段；在此阶段中，系统首先进行硬件的上电自检，并启动在主控计算机中安装的管理软件，然后进入S202阶段；

2)判断硬件设备连接是否正常的S202阶段；在此阶段中，系统首先检查相关硬件设备，用户将根据主控计算机显示屏上管理软件窗口内显示的结果判断硬件设备是否正常，如果显示正常则点击“继续”按钮进入S205阶段；否则，点击“返回”按钮进入S203阶段；

3)判断是否进入脱机模式的S203阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否点击管理软件窗口中的“脱机模式”命令按钮，如果判断结果为“是”，则进入S211阶段；否则进入S204阶段；

4)异常处理的S204阶段；用户在手工排除硬件设备异常、故障后点击“重新检测”按钮再次进入S202阶段；

5)判断是否显示GPS坐标的S205阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否点击管理软件窗口中的“显示GPS坐标”命令按钮，如果判断结果为“是”，则进入S206阶段；否则进入S211阶段；

6)动态显示GPS坐标的S206阶段；在此阶段中，系统将GPS模块接收的坐标数据动态显示在管理软件窗口中，然后进入S207阶段；

7)判断坐标是否在障碍物信息库内的S207阶段；在此阶段中，系统将GPS模块接收的坐标数据与系统内已有障碍物坐标数据进行比较，以判断当前位置是否已经记录在障碍物信息库内，如果判断结果为“是”，则进入S209阶段；否则进入S208阶段；

8)判断是否更新已有障碍物信息的S208阶段；在此阶段中，管理软件将判断用户是否点击管理软件窗口上的“更新障碍物信息”按钮，如果判断结果为“是”，则进入S210阶段；否则将返回到S206阶段的入口处；

9)判断是否有新增障碍物信息的S209阶段；在此阶段中，管理软件将判断用户是否点击管理软件窗口上的“新增障碍物信息”按钮，如果判断结果为“是”，则进入S210阶段；否则将返回到S206阶段的入口处；

10)全站仪配合GPS模块测量障碍物水平坐标和高程并录入障碍物信息库的S210阶段；在此阶段中，利用全站仪和GPS模块测定障碍物的水平坐标和高程，并将其存入系统的障碍物信息库，然后返回到S206阶段的入口；

11)集中显示障碍物信息的S211阶段；在此阶段中，系统将全部障碍物信息显示在主控计算机的显示屏上，以供用户查看，然后进入S212阶段；

12)判断是否进行机场净空评价的S212阶段；在此阶段中，系统将提示用户“是否进行机场净空评价”，并判断用户是否点击管理软件窗口上的“是”按钮，如果点击“是”按钮，则进入S213阶段；如果点击“否”按钮，则返回到S211阶段的入口处；

13)评价全部障碍物超限状况的S213阶段；在此阶段中，系统将读取障碍物信息库中的数据，并根据障碍物水平坐标来判断其所在的净空控制面，根据其高程判断其超限程度以及障碍物间的相互遮挡情况，然后进入S214阶段；

14)生成净空障碍物超限评价报告的S214阶段；在此阶段中，系统将根据S213阶段的评价结果生成此次机场净空评价的报告，并以高亮字体在主控计算机的显示屏上显示出严重超限、对飞机安全起降影响较大的障碍物编号及其坐标信息，并将评价结果显示于管理软件窗口内，同时以文本方式存储于主控计算机的硬盘上，至此整个评价过程结束。

本发明提供的车载机场净空动态采集管理系统安装在诸如现有皮卡车上而构成采集车，该采集车可以快速动态显示并采集机场净空范围内障碍物的水平坐标和高程，同时结合本发明提供的机场净空评价方法，可自动分析障碍物对机场运行安全的影响，缩短评价周期，降低评价费用，并能有效减少测绘工作强度，提高机场净空评价的工作效率。

附图说明

图1为本发明提供的车载机场净空动态采集管理系统组成示意图。

图2为安装有本发明提供的车载机场净空动态采集管理系统的采集车结构示意图。

图3为本发明提供的车载机场净空动态采集管理系统控制方法流程图。

图4为利用本发明提供的车载机场净空动态采集管理系统进行的机场净空评价方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的车载机场净空动态采集管理系统及控制评价方法进行详细说明。

如图1、图2所示，本发明提供的车载机场净空动态采集管理系统安装在车辆上，由此构成采集车1，其包括主控计算机2、全站仪3、GPS模块4和车用电源逆变器5；其中：主控计算机2设置在采集车1的驾驶室中，其为整个系统的控制核心，用于控制系统各部分工作，存储和处理采集到的信息，并根据采集到的信息进行机场净空评价；全站仪3安装在采集车1后车斗内的三角架上，通过数据线与主控计算机2相连，用于测量机场净空管理范围内障碍物的水平坐标和高程；GPS模块4安装在全站仪3底部中心位置，通过电源线和数据线与主控计算机3相连，用于采集全站仪3中心位置的水平坐标和高程；车用电源逆变器5为整个系统的工作电源，其一端与车载电源连接，另一端通过电源线与主控计算机2相接。

所述的主控计算机2为一体式计算机。

本发明提供的车载机场净空动态采集管理系统的控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)系统上电自检的S1阶段；在此阶段中，系统首先进行硬件的上电自检，并启动在主控计算机2中安装的管理软件，然后进入S2阶段；

2)空闲模式的S2阶段；在此阶段中，GPS模块3开始获取动态坐标信息并显示于主控计算机2显示屏上的管理软件窗口中，管理软件与全站仪2进行数据通信测试，然后进入S3阶段，以等待执行采集命令；

3)判断是否点击采集按钮的S3阶段；在此阶段中，用户可对管理软件内部参数进行设置、确认硬件设备是否正常工作，此时系统将判断用户是否点击管理软件窗口中的“数据采集”命令按钮，如果判断结果为“是”，则进入S4阶段；否则返回到S1阶段的入口处以重新进行系统自检；

4)执行数据采集模式的S4阶段；在此阶段中，系统将收集GPS模块3和全站仪2所采集的障碍物水平坐标和高程，然后通过坐标转换而获取可用于机场净空评价的障碍物水平坐标和高程，然后进入S5阶段；

5)判断是否保存采集数据的S5阶段；在此阶段中，系统将根据用户操作来判断是否结束当前采集工作并保存数据，如果判断结果为“是”，则返回到S2阶段的入口处；否则进入S6阶段。

6)判断是否重新采集的S6阶段；在此阶段中，系统将根据用户操作来判断是否重新采集水平坐标和高程，如果判断结果为“是”，则返回到S4阶段的入口处；否则进入S2阶段的入口处，等待执行采集命令。

本发明提供的车载机场净空动态采集管理系统的机场净空评价方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)系统上电自检的S201阶段；在此阶段中，系统首先进行硬件的上电自检，并启动在主控计算机2中安装的管理软件，然后进入S202阶段；

2)判断硬件设备连接是否正常的S202阶段；在此阶段中，系统首先检查相关硬件设备，用户将根据主控计算机2显示屏上管理软件窗口内显示的结果判断硬件设备是否正常，如果显示正常则点击“继续”按钮进入S205阶段；否则，点击“返回”按钮进入S203阶段；

3)判断是否进入脱机模式的S203阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否点击管理软件窗口中的“脱机模式”命令按钮，如果判断结果为“是”，则进入S211阶段；否则进入S204阶段；

4)异常处理的S204阶段；用户在手工排除硬件设备异常、故障后点击“重新检测”按钮再次进入S202阶段；

5)判断是否显示GPS坐标的S205阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否点击管理软件窗口中的“显示GPS坐标”命令按钮，如果判断结果为“是”，则进入S206阶段；否则进入S211阶段；

6)动态显示GPS坐标的S206阶段；在此阶段中，系统将GPS模块3接收的坐标数据动态显示在管理软件窗口中，然后进入S207阶段；

7)判断坐标是否在障碍物信息库内的S207阶段；在此阶段中，系统将GPS模块3接收的坐标数据与系统内已有障碍物坐标数据进行比较，以判断当前位置是否已经记录在障碍物信息库内，如果判断结果为“是”，则进入S209阶段；否则进入S208阶段；

8)判断是否更新已有障碍物信息的S208阶段；在此阶段中，管理软件将判断用户是否点击管理软件窗口上的“更新障碍物信息”按钮，如果判断结果为“是”，则进入S210阶段；否则将返回到S206阶段的入口处；

9)判断是否有新增障碍物信息的S209阶段；在此阶段中，管理软件将判断用户是否点击管理软件窗口上的“新增障碍物信息”按钮，如果判断结果为“是”，则进入S210阶段；否则将返回到S206阶段的入口处；

10)全站仪配合GPS模块测量障碍物水平坐标和高程并录入障碍物信息库的S210阶段；在此阶段中，利用全站仪2和GPS模块3测定障碍物的水平坐标和高程，并将其存入系统的障碍物信息库，然后返回到S206阶段的入口；

11)集中显示障碍物信息的S211阶段；在此阶段中，系统将全部障碍物信息显示在主控计算机2的显示屏上，以供用户查看，然后进入S212阶段；

12)判断是否进行机场净空评价的S212阶段；在此阶段中，系统将提示用户“是否进行机场净空评价”，并判断用户是否点击管理软件窗口上的“是”按钮，如果点击“是”按钮，则进入S213阶段；如果点击“否”按钮，则返回到S211阶段的入口处；

13)评价全部障碍物超限状况的S213阶段；在此阶段中，系统将读取障碍物信息库中的数据，并根据障碍物水平坐标来判断其所在的净空控制面，根据其高程判断其超限程度以及障碍物间的相互遮挡情况，然后进入S214阶段；

14)生成净空障碍物超限评价报告的S214阶段；在此阶段中，系统将根据S213阶段的评价结果生成此次机场净空评价的报告，并以高亮字体在主控计算机2的显示屏上显示出严重超限、对飞机安全起降影响较大的障碍物编号及其坐标信息，并将评价结果显示于管理软件窗口内，同时以文本方式存储于主控计算机2的硬盘上，至此整个评价过程结束。

安装有本发明提供的车载机场净空动态采集管理系统的采集车1在使用时，首先需要检测人员将全站仪3和GPS模块4的数据线和电源线分别连接到主控计算机2和车用电源逆变器5上，然后启动主控计算机2内与采集车1配套的管理软件，并进行硬件检测。随后，启动采集车1，当其行驶至净空控制范围内的某障碍物所在位置时，点击主控计算机2显示屏上管理软件窗口内“显示GPS坐标”按钮，以动态获得该处GPS坐标，程序自动将该坐标与障碍物信息库内记录的所有障碍物坐标进行比对，检索并显示该坐标最接近的障碍物信息，如果有相近检索结果，则提示是否更新障碍物信息，如没有相近检索结果，则提示是否增加障碍物信息，在更新或增加障碍物信息过程中，采用全站仪3配合GPS模块4的方法，检测人员使用全站仪3测量障碍物的水平坐标及高程并上传给主控计算机2，管理软件将全站仪3和GPS模块4收集到的坐标信息进行转换后存储于障碍物信息库内，最后可进行机场净空评价并生成评价报告。