[發明專利]一種公路飛機跑道凈空評定方法

有效

• 申請號: 201710555206.4
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107391915B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 邵斌;史保華;許巍;李光元;江春林;厲東
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 談杰

1.一種公路飛機跑道凈空評定方法，其特征在于按照以下步驟進行：

步驟1：障礙物的地理坐標轉換為公路跑道坐標：公路跑道坐標系的原點為公路跑道中心點O，沿公路跑道中心線方向為X軸，垂直公路跑道方向為Y軸；

公路跑道坐標系X軸與地理坐標系x軸的夾角為θ，逆時針為正，且有θ＝α-π/2，則將障礙物點P的地理坐標轉化為機場坐標的公式為：

步驟2：根據障礙物點P的公路跑道坐標(X_P，Y_P)，確定障礙物處于哪個公路跑道凈空限制面內：

首先，若X_P＞a+L/2+100或Y_P＞b，則障礙物不在該公路跑道凈空區范圍內；a、b分別表示凈空區一端長度和一側寬度；

若P∈{x，y∣x∈(0，L/2+100]，y∈(0，65]}，則障礙物在升降帶；

若P∈D₁，則障礙物在端凈空區；

若P∈D₂∪D₃，則障礙物在內過渡面；

若P∈D₄∪D₅，則障礙物在內水平面；

若P∈D₆∪D₇∪D₈∪D₉，則障礙物在外過渡面；

若P∈D₁₀，則障礙物在外水平面；

實際上當障礙物在內、外過渡面附近時，要判斷其所屬限制面比較麻煩，因此可以分別計算該點坐標對應于內、外過渡面與內水平面或外水平面的限制高度，取最小值為該點限制高度并確定其所屬凈空區范圍；

步驟3：計算障礙物許可高度H_S：

(1)若障礙物在端凈空區或內過渡面D₃部分，則許可高度為標準限高與對應側跑道端高程之和，即：

H_S＝H_b+H_R或H_S＝H_b+H_L (2-2)

(2)若障礙物在升降帶或內過渡面D₂部分，則許可高度為跑道中點高程與對應側跑道端高程的線性插值，即：

H_S＝H_b+2(H_R-H_C)·X_P/L或H_S＝H_b+2(H_L-H_C)·X_P/L (2-3)

(3)若障礙物在側凈空其他區域，則許可高度為標準限高與跑道兩端高程較高者之和，即：

H_S＝H_b+max(H_R，H_L) (2-4)

步驟4：判斷是否超高，判斷障礙物是否超高，得出凈空評定結論：

判斷是否超高時，用障礙物標高減去許可高度，即：

ΔH＝H_Z-H_S (2-5)

若ΔH0，則障礙物不超高；

若ΔH＞0，則障礙物超高，超出限制面高度為ΔH；

其中公路跑道長度L，障礙物點P的公路跑道坐標(X_P，Y_P)，公路跑道中心點地理坐標(x_O，y_O)；障礙物標準限高H_b，公路跑道中點高程H_C；公路跑道右端高程H_R；公路跑道左端高程H_L；障礙物地理坐標P(x_P，y_P)；障礙物標高H_Z；

1)升降帶端線處內過渡面與內水平面交點的確定

一、二級公路飛機跑道的內水平面障礙物限制高度為60m，其起算高程采用跑道兩端中點高程較高者，升降帶較高端的端線端點B點處的過渡面，與內水平面交點在平面上的投影點C點到該端點的距離d₁＝60m÷1/7＝420m，升降帶端線與跑道中線延長線交點A點的距離d₂＝65m+420m＝485m，三級公路飛機跑道內水平面障礙物限制高度為50m，那么d₁＝350m，d₂＝415m，而升降帶較低端的端線端點D外的過渡面，與內水平面交點在平面上的投影點到該端點的距離需要根據跑道兩端中點高差的實際情況來確定，跑道兩端中點的高差為4m，對于一、二級

機場應該是：d₁＝(60m+4m)÷1/7＝448m，d₂＝448m+65m＝513m；

2)升降帶兩側內過渡面與內水平面交線的確定

升降帶兩側內過渡面起算點的高程應是跑道中線上距該點最近的高程，升降帶兩側的內過渡面與內水平面交線上任一點位置的確定方法為：首先根據跑道兩端中點的高程和跑道各段的縱坡值，推算計算點在跑道上對應點的高程；然后根據跑道較高端高程與該點高程的高差值Δh來計算交點的水平距離

d＝(h+Δh)÷(1/7)，其中：h為內水平面障礙物限制高度，當計算點高程高于跑道較高端高程時，Δh取負值；

3)端凈空區第一段障礙物限制面結束處內過渡面與內水平面交點的確定

三級公路飛機跑道端凈空區第一段長1500m，坡度1/100，末端高度為15m，對應點n，跑道端高程較高端高度比內水平面障礙物限制高度50m低35m，按1/7的過渡面計算，n點對應的過渡面與內水平面的交點p到端凈空區邊線的水平距離d₃＝35m÷(1/7)＝245m，點p到跑道中線的垂直距離y＝65m+1500m×0.15+245m＝535m；

4)內過渡面沿端凈空區與內水平面交線的確定

一、二級公路飛機跑道端凈空區全段長20km，坡度1/40，內水平面高度為60m，內水平面與端凈空區相交于E點，該點到跑道中心點O的水平距離x＝60m÷1/40+L/2+100m＝L/2+2500m，到跑道中線的垂直距離y＝65m+2400m×0.15＝425m；在升降帶端線處內過渡面與內水平面交點為點F(L/2+100，485)，點E與點F的高程一致，可以將兩點直接連接，即端凈空區兩側過渡面與內水平面的交線為直線段，由兩點坐標可以導出X＞0，Y＞0，一側交線EF的方程為：

整理后，得：

因此，當初步確定障礙物位置(X₁，Y₁)，無法定出障礙物位于內水平面或內過渡面時，可用此交線方程準確定出該障礙物落于哪一區域，具體方法為：

對于三級公路飛機跑道，在端凈空區第一段障礙物限制面結束處，過渡面與內水平面交點p是一個拐點，在Y＞0，X＞0一側，點f(L/2+100，415)，點e(L/2+3000，500)，則內過渡面沿端凈空區與內水平面交線方程為：

5)外過渡面在端凈空區寬度3000m起始處與外水平面交點的確定

端凈空區是從升降帶端線兩端開始，與升降帶邊線水平延長線以水平面15％的擴散率擴展至3000m，此處y＝3000m×1/2＝1500m，距升降帶端線的水平距離是(3000m×1/2-65m)÷0.15＝9566.67，則交點L的橫坐標x＝L/2+100m+9566.67m＝L/2+9666.67m，該點對應高度h＝9566.67×(1/40)＝239.17m，對于一、二級公路飛機跑道，比外水平面障礙物限制高度500m低260.83m，按1/15的過渡面計算，J點到端凈空區邊線的水平距離d₃＝260.83m÷(1/15)＝3912.45m，那么y＝1500m+3912.45m＝5412.45m；

6)外過渡面自升降帶端線開始與內水平面交線的確定

根據側凈空區要求，一、二級公路飛機跑道外過渡面在點E高程與點G高程一致，可以將兩者連接成直線，交點坐標E(L/2+2500，425)，G((L/2+100，1000)，則交線GE方程為：

三級公路飛機跑道外過渡面自升降帶端線開始與內水平面的交線ge方程為：

7)外過渡面在內水平面結束處與外水平面交點的確定

內水平面在E點結束，沿Y軸的垂直方向有外過渡面與內水平面的交點I，對于一、二級公路飛機跑道，E點高度h＝60m，I點高度h＝500m，則I點d₃＝(500m-60m)÷(1/15)＝6600m，那么y＝425m+6600m＝7025m；

三級公路飛機跑道中，e點高度h＝50m，i點高度h＝477m，則i點的d₃＝(477m-50m)÷(1/20)＝8540m，那么y＝500m+8540m＝9040m；

8)外過渡面自升降帶端線開始與外水平面交線的確定

對于一、二級公路飛機跑道，在側凈空區距離跑道中線7.6km處障礙物限制高度為500m與端凈空區20km處障礙物限制高度相同，但不能將直接相連，外過渡面自升降帶端線開始與外水平面交線為折線；

關鍵點H(L/2+100，7600)、I(L/2+2500，7025)、J(L/2+9666.67，5412.45)、K(L/2+20100，1500)高度相同，應將其依次相連，構成障礙物限制線，在Y＞0，X＞0一側，外過渡面自升降帶端線開始與外水平面交線為：

三級公路飛機跑道外過渡面自升降帶端線開始與外水平面交線為：

一、二級公路飛機跑道的凈空評定模型：

D₁端凈空區為{x，y|x∈(x₁，20000+x₁]，y∈(0，65+0.15(x-x₁)]}時，

H(x，y)＝1/40(x-x₁)

D₂升降帶兩側內過渡面為{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(65，485]}時，

H(x，y)＝1/7(y-65)

D₃端凈空兩側內過渡面為

{x，y|x∈(x₁，x₂]，y∈(65+0.15(x-x₁)，-0.025x+488+0.0125L]}時，

H(x，y)＝1/40(x-x₁)+1/7(y-65-0.15(x-x₁))

D₄升降帶兩側內水平面為{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(485，1000]}時，

H(x，y)＝60

D₅端凈空兩側內水平面為；

{x，y|x∈(x₁，x₂]，y∈(-0.025x+488+0.0125L，-0.25x+0.12L+1024]}時，

H(x，y)＝60

D₆升降帶兩側外過渡面為{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(1000，7600]}時，

H(x，y)＝60+1/15(y-1000)

D₇端凈空第一段兩側外過渡面為：

{x，y|x∈(x₁，x₂]，y∈(-0.25x+0.12L+1024，-0.25x+0.12L+7624]}時，

H(x，y)＝60+1/15(y+0.25x-0.12L-1024)

D₈端凈空第二段兩側外過渡面為：

{x，y|x∈(x₂，x₃]，y∈(65+0.15(x-x₁)，-0.225x+0.113L+7588]}時，

H(x，y)＝1/40(x-x₁)+1/15(y-65-0.15(x-x₁))

D₉端凈空第三段兩側外過渡面為：

{x，y|x∈(x₃，20000+x₁]，y∈(1500，-0.375x+0.188L+9038]}時，

H(x，y)＝1/40(x-x₁)+1/15(y-1500)

D₁₀外水平面為：

{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(7600，9000]}∪

{x，y|x∈(x₁，x₂]，y∈(-0.25x+0.12L+7624，9000]}∪

{x，y|x∈(x₂，x₃]，y∈(-0.225x+0.113L+7588，9000]}∪

{x，y|x∈(x₃，20000+x₁]，y∈(-0.375x+0.188L+9038，9000]}時，

H(x，y)＝500

式中：

x₁為升降帶端頭中點處橫坐標，x₁＝L/2+100；

x₂為內過渡面、內水平面和端凈空交點處橫坐標，x₂＝L/2+2500；

x₃為端凈空以15％擴散率擴散至距跑道中線1500m處關鍵點橫坐標，x₃＝L/2+9666.67；

三級公路飛機跑道的凈空評定模型：

D₁₁端凈空區第一段為{x，y|x∈(x₁，1500+x₁]，y∈(0.65+0.15(x-x₁)]}時，

H(x，y)＝1/100(x-x₁)

D₁₂端凈空區第二段為：

{x，y|x∈(1500+x₁，20000+x₁]，y∈(290，65+0.15(x，1500-x₁)]}時，

H(x，y)＝15+1/40(x-1500-x₁)

D₂升降帶兩側內過渡面為{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(65，415]}時，

H(x，y)＝1/7(y-65)

D₃₁端凈空第一段兩側內過渡面為：

{x，y|x∈(x₁，1500+x₁]，y∈(65++0.15(x-x₁)，-0.08x+0.04L+407]}時，

H(x，y)＝1/100(x-x₁)+1/7(y-65-0.15(x-x₁))

D₃₂端凈空第二段兩側內過渡面為：

{x，y|x∈(1500+x₁，2900+x₁]，y∈(65+0.15(x-x₁)，-0.025x+0.0125L+575]}時，

H(x，y)＝15+1/40(x-1500-x₁)+1/7(y-65-0.15(x-x₁))

D₄升降帶兩側內水平面為{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(415，1000]}時，

H(x，y)＝50

D₅端凈空兩側內水平面為：

{x，y|x∈(x₁，1500+x₁]，y∈(-0.08x+0.04L+407，-0.17x+0.09L+1017]}∪

{x，y|x∈(1S00+x₁，2900+x₁]，y∈(-0.025x+0.0125L+575，-0.17x+0.09L+1017]}時，

H(x，y)＝50

D₆升降帶兩側外過渡面為{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(1000，9540]}時，

H(x，y)＝50+1/20(y-1000)

D₇端凈空兩側外過渡面為：

{x，y|x∈(x₁，x₂]，y∈(-0.17x+0.09L+1017，-0.17x+0.09L+9557]}時，

H(x，y)＝50+1/20(y+0.17x-0.09L-1017)

D₈端凈空兩側外過渡面為：

{x，y|x∈(x₂，x₃]，y∈{65+0.15(x-x₁)，-0.35x+0.175L+10090]}時，

H(x，y)＝15+1/40(x-1500-x₁)+1/20(y-65-0.15(x-x₁))

D₉端凈空兩側外過渡面為：

{x，y|x∈(x₃，20000+x₁]，y∈(1500，-0.499x+0.25L+11530]}時，

H(x，y)＝15+1/40(x-1500-x₁)+1/20(y-1500)

D₁₀外水平面為：

{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(9540，12000]}∪

{x，y|x∈(x₁，x₂]，y∈(-0.17x+0.09L+9557，120001}∪

{x，y|x∈(x₂，x₃]，y∈(-0.35x+0.175L+10090，12000]}U

{x，y|x∈(x₃，20000+x₁]，y∈(-0.499x+0.25L+11530，12000]}時，

H(x，y)＝477

式中：

x₁＝L/2+100；

x₂＝L/2+3000；

x₃＝L/2+9666.67。