CN107391915A

CN107391915A - 一种公路飞机跑道净空评定方法

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Publication number: CN107391915A
Application number: CN201710555206.4A
Authority: CN
Inventors: 邵斌; 史保华; 许巍; 李光元; 江春林; 厉东
Original assignee: Air Force Engineering University of PLA
Current assignee: Air Force Engineering University of PLA
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2017-11-24
Anticipated expiration: 2037-07-10
Also published as: CN107391915B

Abstract

本发明的目的在于提供一种公路飞机跑道净空评定方法，首先建立公路飞机跑道净空三维数字模型，将障碍物P的地理坐标转化为机场坐标，确定障碍物处于哪个公路跑道净空限制面内，计算障碍物许可高度，根据过渡面模型，判断障碍物是否超高，得出净空评定结论。本发明的有益效果是能够准确判断公路跑道净空区内障碍物是否符合净空要求，提高了公路跑道净空评定准确性。

Description

一种公路飞机跑道净空评定方法

技术领域

本发明属于公路跑道技术领域，涉及一种公路飞机跑道净空评定方法。

背景技术

公路飞机跑道净空区，是指为保证飞机在公路跑道上起飞、着陆和复飞的安全，在公路跑道周围划定的限制物体高度的空间区域；

为了保证飞机沿着起落航线进行起飞着陆飞行安全，在机场周围必须要有一个良好的净空条件，必须对机场周围一定区域内的地形地物高度作出限制，这个限定的区域称为机场净空区，这种对机场周边地形地物高度作出的限制，就称为机场净空规定(或规格)，又称为机场净空要求，无论是永备机场、公路跑道还是直升机场，都要划定净空区范围，需要制定其净空规定。机场净空规定是由不同的障碍物限制面连接、组合而成，障碍物限制面对机场运行安全十分重要，它们为建筑物、天线和其他机场附近的构筑物高度的分区限制提供了指导。超过这些面的物体对于空中导航来说被认为是障碍物，对飞行安全造成很大影响，在可能的情况下应该移走。另一方面，在新机场选址时，机场净空条件好坏往往是决定一个场址是否合适的重要因素，特别是当机场位于复杂地形时，机场净空处理往往在决定新机场建设成本方面起主要作用。

新世纪新阶段，随着国家战略的调整，空军正处在战略转型的关键时期，使命任务得到不断拓展，这就要求其必须具备全方位多维行动能力，能够做到全域反应、全疆行动。而公路飞机跑道的建设和使用，可以利用高等级公路作为飞机跑道使用，隐蔽性好、机动性强，使得航空兵部队可以根据行动任务需要，迅速机动到任何地域，为国家战略利益的拓展提供强有力支撑。在公路飞机跑道建设过程中，净空条件是制约公路飞机跑道选址的关键因素之一，常常需要对公路飞机跑道净空区进行净空评定，其净空保护应按相应等级的净空要求执行。因此，正确合理地运用公路跑道净空规定评定、管理、控制公路跑道周边的地形地物高度(净空条件)，对于公路跑道工程选址规划，以及保证公路跑道正常运行与飞机飞行安全必将产生积极的影响，进而使公路跑道的建设发展在安全、高效、经济中稳步推进。

2001年国家颁布的《军用机场净空规定》，针对作战飞机和永备机场现状制定了各级永备机场的净空限制标准，但该规定并未对公路飞机跑道净空规定作出要求，也未对机场净空区内的障碍物超高计算作出明确规范，在工程应用中需要技术人员自己推算。《民用机场飞行区技术标准》(MH5001)依据国际民航组织ICAO相关标准规范制定的适合我国国情的飞行区技术标准要求，并对机场净空规定作出了明确规定，该标准制定的净空规定并未对公路飞机跑道净空规定作出要求，也未对机场净空区内的障碍物超高计算作出明确规范。

在1994年颁布的《公路飞机跑道工程建设标准》对公路跑道建设要求和净空要求作出了明确规定，在我国公路飞机跑道建设过程中发挥了积极的作用，但经过二十多年的发展，该标准制定的净空规定已不符合先进的飞机装备要求，也不符合目前公路工程建设发展，该标准目前已进行了修订和报批，相应的净空规定也进行了修改和完善。2007年，西南交通大学康亚林,张波在《铁道建筑》发表了《高速公路跑道净空要求分析》，分析现行公路飞机跑道净空规定存在的问题，提出高速公路跑道净空区的组成和要求；2011年，长安大学、空军工程大学的赵磊,王鹏,邵斌等在《国防交通工程与技术》发表了《公路飞机跑道净空要求分析探讨》，参照现行有关标准、规范的净空规定，提出了公路飞机跑道净空区组成和要求，并对了指标来源进行了分析。无论是1994年颁布的标准还是正在报批的公路跑道建设标准，以及相关学者研究仅对公路跑道净空区组成及要求提出了规定，但并未对净空区内的障碍物超高计算作出明确规范。

现有公路飞机跑道净空规定只是明确了净空区组成及障碍物限制要求，但如何评定净空区范围内的障碍物是否超高，并未明确净空评定方法，目前在公路跑道净空评定时存在评定不规范、障碍物限制面范围不清、评定容易出错等问题。

因此，本发明针对现有的公路跑道净空评定还缺乏规范的技术方法指导的问题，在总结永备机场净空评定技术方案的基础上，结合公路跑道净空规定新要求提出公路跑道净空评定方法，并修改原公路跑道净空规定中存在的问题，即侧净空区障碍物限制面起始高程以跑道端高程较高端为基准，而端净空区起始高程则以跑道各端高程为基准，并考虑机场纵坡的影响，详细计算各净空障碍物限制面之间的交线与交点等关键信息，提高了公路跑道净空评定准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种公路飞机跑道净空评定方法，解决了目前在公路跑道净空评定时存在评定不规范、障碍物限制面范围不清、评定容易出错的问题。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：障碍物的地理坐标转换为公路跑道坐标：公路跑道坐标系的原点为公路跑道中心点O，沿公路跑道中心线方向为X轴，垂直公路跑道方向为Y轴；

公路跑道坐标系X轴与地理坐标系x轴的夹角为θ，逆时针为正，且有θ＝α-π/2，则将障碍物P的地理坐标转化为机场坐标的公式为：

步骤2：根据障碍物点P的公路跑道坐标(X_P,Y_P)，确定障碍物处于哪个公路跑道净空限制面内：

首先，若X_P>a+L/2+100或Y_P>b，则障碍物不在该公路跑道净空区范围内；

若P∈{x,y∣x∈(0，L/2+100],y∈(0，65]}，则障碍物在升降带；

若P∈D₁，则障碍物在端净空区；

若P∈D₂∪D₃，则障碍物在内过渡面；

若P∈D₄∪D₅，则障碍物在内水平面；

若P∈D₆∪D₇∪D₈∪D₉，则障碍物在外过渡面；

若P∈D₁₀，则障碍物在外水平面。

实际上当障碍物在内、外过渡面附近时，要判断其所属限制面比较麻烦，因此可以分别计算该点坐标对应于内、外过渡面与内水平面或外水平面的限制高度，取最小值为该点限制高度并确定其所属净空区范围。

步骤3：计算障碍物许可高度H_S：

(1)若障碍物在端净空区或内过渡面D₃部分，则许可高度为标准限高与对应侧跑道端高程之和，即：

H_S＝H_b+H_R或H_S＝H_b+H_L (2-2)

(2)若障碍物在升降带或内过渡面D₂部分，则许可高度为跑道中点高程与对应侧跑道端高程的线性插值，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)若障碍物在侧净空其他区域，则许可高度为标准限高与跑道两端高程较高者之和，即：

H_S＝H_b+max(H_R,H_L) (2-4)

步骤4：判断是否超高，判断障碍物是否超高，得出净空评定结论：

判断是否超高时，用障碍物标高减去许可高度，即：

ΔH＝H_Z-H_S (2-5)

若ΔH<0，则障碍物不超高；

若ΔH>0，则障碍物超高，超出限制面高度为ΔH。

上述各参数：公路跑道长度L，障碍物点P的公路跑道坐标(X_P,Y_P)，公路跑道中心点地理坐标(x_O，y_O)；障碍物标准限高H_b，公路跑道中点高程H_C；公路跑道东(右)端高程H_R；公路跑道西(左)端高程H_L；障碍物地理坐标P(x_P，y_P)；障碍物标高H_Z。

进一步，1、升降带端线处内过渡面与内水平面交点的确定

一、二级公路飞机跑道的内水平面障碍物限制高度为60m，其起算高程采用跑道两端中点高程较高者，升降带较高端的端线端点B点处的过渡面，与内水平面交点在平面上的投影点C点到该端点的距离d₁＝60÷1/7＝420m，升降带端线与跑道中线延长线交点A点的距离d₂＝65+420＝485m，三级公路飞机跑道内水平面障碍物限制高度为50m，那么d₁＝350m，d₂＝415m，而升降带较低端的端线端点D外的过渡面，与内水平面交点在平面上的投影点到该端点的距离需要根据跑道两端中点高差的实际情况来确定，跑道两端中点的高差为4m，对于一、

二级机场应该是：d₁＝(60+4)÷1/7＝448m，d₂＝448+65＝513m；

2、升降带两侧内过渡面与内水平面交线的确定

升降带两侧内过渡面起算点的高程应是跑道中线上距该点最近的高程，升降带两侧的内过渡面与内水平面交线上任一点位置的确定方法为：首先根据跑道两端中点的高程和跑道各段的纵坡值，推算计算点在跑道上对应点的高程；然后根据跑道较高端高程与该点高程的高差值Δh来计算交点的水平距离d＝(h+Δh)÷(1/7)，其中：h为内水平面障碍物限制高度，当计算点高程高于跑道较高端高程时，Δh取负值；

3、端净空区第一段障碍物限制面结束处内过渡面与内水平面交点的确定

三级公路飞机跑道端净空区第一段长1500m，坡度1/100，末端高度为15m，对应点n，跑道端高程较高端高度比内水平面障碍物限制高度50m低35m，按1/7的过渡面计算，n点对应的过渡面与内水平面的交点p到端净空区边线的水平距离d₃＝35÷(1/7)＝245m，点p到跑道中线的垂直距离y＝65+1500×0.15+245＝535m；

4、内过渡面沿端净空区与内水平面交线的确定

一、二级公路飞机跑道端净空区全段长20km，坡度1/40，内水平面高度为60m，内水平面与端净空区相交于E点，该点到跑道中心点O的水平距离x＝60÷1/40+L/2+100＝L/2+2500m，到跑道中线的垂直距离y＝65+2400×0.15＝425m，在升降带端线处内过渡面与内水平面交点为点F(L/2+100,485)，点E与点F的高程一致，可以将两点直接连接，即端净空区两侧过渡面与内水平面的交线为直线段，由两点坐标可以导出X＞0,Y＞0，一侧交线EF的方程为：

整理后，得：

因此，当初步确定障碍物位置(X₁,Y₁)，无法定出障碍物位于内水平面或内过渡面时，可用此交线方程准确定出该障碍物落于哪一区域，具体方法为：

对于三级公路飞机跑道，在端净空区第一段障碍物限制面结束处，过渡面与内水平面交点p是一个拐点，在Y＞0,X＞0一侧，点f(L/2+100,415)，点e(L/2+3000,500)，则内过渡面沿端净空区与内水平面交线方程为：

5、外过渡面在端净空区宽度3000m起始处与外水平面交点的确定

端净空区是从升降带端线两端开始，与升降带边线水平延长线以水平面15％的扩散率扩展至3000m，此处y＝3000×1/2＝1500m，距升降带端线的水平距离是(3000×1/2-65m)÷0.15＝9566.67m，则交点L的横坐标x＝L/2+100+9566.67＝L/2+9666.67m，该点对应高度h＝9566.67×(1/40)＝239.17m，对于一、二级公路飞机跑道，比外水平面障碍物限制高度500m低260.83m，按1/15的过渡面计算，J点到端净空区边线的水平距离d₃＝260.83÷(1/15)＝3912.45m，那么y＝1500+3912.45＝5412.45m；

6、外过渡面自升降带端线开始与内水平面交线的确定

根据侧净空区要求，一、二级公路飞机跑道外过渡面在点E高程与点G高程一致，可以将两者连接成直线，交点坐标E(L/2+2500,425)，G((L/2+100,1000)，则交线GE方程为：

三级公路飞机跑道外过渡面自升降带端线开始与内水平面的交线ge方程为：

7、外过渡面在内水平面结束处与外水平面交点的确定

内水平面在E点结束，沿Y轴的垂直方向有外过渡面与内水平面的交点I，对于一、二级公路飞机跑道，E点高度h＝60m，I点高度h＝500m，则I点d₃＝(500-60)÷(1/15)＝6600m，那么y＝425+6600＝7025m；

三级公路飞机跑道中，e点高度h＝50m，i点高度h＝477m，则i点的d₃＝(477-50)÷(1/20)＝8540m，那么y＝500+8540＝9040m；

8、外过渡面自升降带端线开始与外水平面交线的确定

对于一、二级公路飞机跑道，在侧净空区距离跑道中线7.6km处障碍物限制高度为500m与端净空区20km处障碍物限制高度相同，但不能将直接相连，外过渡面自升降带端线开始与外水平面交线为折线；

关键点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，应将其依次相连，构成障碍物限制线，在Y＞0,X＞0一侧，外过渡面自升降带端线开始与外水平面交线为：

三级公路飞机跑道外过渡面自升降带端线开始与外水平面交线为：

进一步，1、一、二级公路飞机跑道的净空评定模型：

D₁(端净空区)为{x，y|x∈(x₁，20000+x₁]，y∈(0.65+0.15(x-x₁)]}时，

H(x，y)＝1/40(x-x₁)

D₂(升降带两侧内过渡面)为{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(65，485]}时，

H(x，y)＝1/7(y-65)

D₃(端净空两侧内过渡面)为

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

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

D₄(升降带两侧内水平面)为{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(485，1000]}时，

H(x，y)＝60

D₅(端净空两侧内水平面)为；

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

H(x，y)＝60

D₆(升降带两侧外过渡面)为{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(1000，7600]}时，

H(x，y)＝60+1/15(y-1000)

D₇(端净空第一段两侧外过渡面)为：

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

H(x，y)＝60+1/15(y+0.25x-0.12L-1024)

D₈(端净空第二段两侧外过渡面)为：

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

H(x，y)＝1/40(x-x₁)+1/115(y-65-0.15(x-x₁))

D₉(端净空第三段两侧外过渡面)为：

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

H(x，y)＝1/40(x-x₁)+1/15(y-1500)

D₁₀(外水平面)为：

{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]}时，

H(x，y)＝500

式中：

x₁为升降带端头中点处横坐标，x₁＝L/2+100；

x₂为内过渡面、内水平面和端净空交点处横坐标，x₂＝L/2+2500；

x₃为端净空以15％扩散率扩散至距跑道中线1500m处关键点横坐标，x₃＝L/2+9666.67；

2、三级公路飞机跑道的净空评定模型：

D₁₁(端净空区第一段)为{x，y|x∈(x₁，1500+x₁]，y∈(0，65+0.15(x-x₁)]}时，

H(x，y)＝1/100(x-x₁)

D₁₂(端净空区第二段)为：

{x，y|x∈(1500+x₁，20000+x₁]，y∈(299，65+0.15(x，1500-x₁)]}时，

H(x，y)＝15+1/40(x-1500-x₁)

D₂(升降带两侧内过渡面)为{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(65，415]}时，

H(x，y)＝1/7(y-65)

D₃₁(端净空第一段两侧内过渡面)为：

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

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

D₃₂(端净空第二段两侧内过渡面)为：

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

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

D₄(升降带两侧内水平面)为{x，y|∈(0，x₁]，y∈(415，1000]}时，

H(x，y)＝50

D₅(端净空两侧内水平面)为：

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

{x，y|x∈(1500+x₁，2900+x₁]，y∈(-0.025x+0.0125L+575，-0.17x+0.09L+1017]}时，

H(x，y)＝50

D₆(升降带两侧外过渡面)为{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(1000，9540]}时，

H(x，y)＝50+1/20(y-1000)

D₇(端净空两侧外过渡面)为：

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

H(x，y)＝50+1/20(y+0.17x-0.09L-1017)

D₈(端净空两侧外过渡面)为：

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

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

D₉(端净空两侧外过渡面)为：

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

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

D₁₀(外水平面)为：

{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(9540，12000]}∪

{x，y|x∈(x₁，x₂]，y∈(-0.17x+0.09L+9557，12000]}∪

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

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

H(x，y)＝477

式中：

x₁＝L/2+100；

x₂＝L/2+3000；

x₃＝L/2+9666.67。

本发明的有益效果是能够准确判断公路跑道净空区内障碍物是否符合净空要求，提高了公路跑道净空评定准确性。

附图说明

图1 1/4公路飞机跑道净空规格几何模型(m)；

图2一、二级公路飞机跑道净空区平面图(单位：m)；

图3三级公路飞机跑道净空区平面图(单位：m)；

图4升降带两侧内过渡面(一、二级公路飞机跑道)；

图5机场坐标转化示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

1.模型建立

1.1净空几何模型

本发明提出一种通用的机场净空限制面几何模型，即用如图1所示的四分之一净空规格模型来描述，图中L表示跑道长度，a、b分别表示净空区一端长度和一侧宽度。坐标系中的100、1500都是固定的距离，在一、二级和三级公路飞机跑道中一致。

1.2过渡面尺寸确定

对于内水平面、外水平面和端净空面的尺寸，公路飞机跑道净空规定中都有明确界定，但过渡面的尺寸则需要经过计算才能得出。在公路飞机跑道净空评价的诸多限制面中，内过渡面和外过渡面的范围最广，而且由于侧净空区障碍物限制面起始高程以跑道端高程较高端为基准以及端净空区起始高程以跑道各端高程为基准的原因，较其他限制面也更为复杂，尤其是过渡面与升降带、内水平面、端净空、外水平面的交线与交点的确定，见图1。因而建立公路飞机跑道净空三维数字模型，对过渡面范围进行分析与计算，确定障碍物位置和超高值。

为了便于计算，建立公路跑道坐标系的原点为公路跑道中心点O，沿着公路跑道中线方向为X轴坐标，垂直公路跑道方向为Y轴坐标的公路飞机跑道坐标系XOY，假设跑道长度为L，见图2、图3。

1.2.1内过渡面

1、升降带端线处内过渡面与内水平面交点的确定

一、二级公路飞机跑道的内水平面障碍物限制高度为60m，其起算高程采用跑道两端中点高程较高者，见图4。升降带较高端的端线端点(B点)处的过渡面，与内水平面交点在平面上的投影点(C点)到该端点的距离d₁＝60÷1/7＝420m，升降带端线与跑道中线延长线交点(A点)的距离d₂＝65+420＝485m。三级公路飞机跑道内水平面障碍物限制高度为50m，那么d₁＝350m，d₂＝415m。而升降带较低端的端线端点D外的过渡面，与内水平面交点在平面上的投影点到该端点的距离需要根据跑道两端中点高差的实际情况来确定。假如跑道两端中点的高差为4m，那么，上述距离对于一、二级机场应该是：d₁＝(60+4)÷1/7＝448m，d₂＝448+65＝513m，其他情况均可以这样确定。

2、升降带两侧内过渡面与内水平面交线的确定

升降带两侧内过渡面起算点的高程应是跑道中线上距该点最近的高程。公路飞机跑道纵向通常具有一定坡度，多数为多段坡组成，跑道中线上各点高程也不尽相同，由此，升降带两侧内过渡面与内水平面的交线在水平面上的投影是一条与跑道坡度变化相对应的折线或斜线，见图4。

升降带两侧的内过渡面与内水平面交线上任一点位置的确定方法为：首先根据跑道两端中点的高程和跑道各段的纵坡值，推算计算点在跑道上对应点的高程；然后根据跑道较高端高程与该点高程的高差值Δh来计算交点的水平距离d＝(h+Δh)÷(1/7)，其中：h为内水平面障碍物限制高度。这里要注意，当计算点高程高于跑道较高端高程时，Δh应取负值。

一、二级公路飞机跑道应急起飞着陆时，端净空没有进行分段，这里只计算三级公路飞机跑道的情况。三级公路飞机跑道端净空区第一段长1500m，坡度1/100，末端高度为15m，对应点n，见图3。以跑道端高程较高端为例，该点高度比内水平面障碍物限制高度50m低35m，按1/7的过渡面计算，n点对应的过渡面与内水平面的交点p到端净空区边线的水平距离d₃＝35÷(1/7)＝245m，点p到跑道中线的垂直距离y＝65+1500×0.15+245＝535m，见图2。

4、内过渡面沿端净空区与内水平面交线的确定

一、二级公路飞机跑道端净空区全段长20km，坡度1/40，内水平面高度为60m，内水平面与端净空区相交于E点，该点到跑道中心点O的水平距离x＝60÷1/40+L/2+100＝L/2+2500m，到跑道中线的垂直距离y＝65+2400×0.15＝425m。由前面计算可知，在升降带端线处内过渡面与内水平面交点为点F(L/2+100,485)。由侧净空区要求可知，点E与点F的高程(60m)一致，可以将两点直接连接，即端净空区两侧过渡面与内水平面的交线为直线段，见图2。由两点坐标可以导出X＞0,Y＞0，一侧交线EF的方程为：

整理后，得：

通过确定位置后，可进一步确定该位置处限高值，与障碍物实际高度相比，判断是否超限。

对于三级公路飞机跑道，在端净空区第一段障碍物限制面结束处，过渡面与内水平面交点p是一个拐点。在Y＞0,X＞0一侧，点f(L/2+100,415)，点e(L/2+3000,500)，见图3，则内过渡面沿端净空区与内水平面交线方程为：

1.2.2外过渡面

1、外过渡面在端净空区宽度3000m起始处与外水平面交点的确定

端净空区是从升降带端线两端开始，与升降带边线水平延长线以水平面15％的扩散率扩展至3000m，此处y＝3000×1/2＝1500m，距升降带端线的水平距离是(3000×1/2-65m)÷0.15＝9566.67m，则交点L的横坐标x＝L/2+100+9566.67＝L/2+9666.67m，该点对应高度h＝9566.67×(1/40)＝239.17m，对于一、二级公路飞机跑道，比外水平面障碍物限制高度500m低260.83m，按1/15的过渡面计算，J点到端净空区边线的水平距离d₃＝260.83÷(1/15)＝3912.45m，那么y＝1500+3912.45＝5412.45m，见图2。

同理，三级公路飞机跑道，对应图3中点l：

h＝15+(9566.67-1500)×(1/40)＝216.67m，

点j的d₃＝(477-216.67)÷(1/20)＝5206.6m，y＝1500+5206.6＝6706.6m，见图3。

2、外过渡面自升降带端线开始与内水平面交线的确定

根据侧净空区要求，一、二级公路飞机跑道外过渡面在点E高程与点G高程一致，可以将两者连接成直线，见图2。交点坐标E(L/2+2500,425)，G((L/2+100,1000)，则交线GE方程为：

3、外过渡面在内水平面结束处与外水平面交点的确定

内水平面在E点结束，沿Y轴的垂直方向有外过渡面与内水平面的交点I。对于一、二级公路飞机跑道，E点高度h＝60m，I点高度h＝500m，则I点d₃＝(500-60)÷(1/15)＝6600m，那么y＝425+6600＝7025m，见图2。

三级公路飞机跑道中，e点高度h＝50m，i点高度h＝477m，则i点的d₃＝(477-50)÷(1/20)＝8540m，那么y＝500+8540＝9040m，见图3。

4、外过渡面自升降带端线开始与外水平面交线的确定

对于一、二级公路飞机跑道，在侧净空区距离跑道中线7.6km处障碍物限制高度为500m与端净空区20km处障碍物限制高度相同，但不能将直接相连。由计算可知，外过渡面自升降带端线开始与外水平面交线为折线。

关键点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，应将其依次相连，构成障碍物限制线，见图2。在Y＞0,X＞0一侧，外过渡面自升降带端线开始与外水平面交线为：

公路飞机跑道净空区具有对称相似性，但由于侧净空区障碍物限制面起始高程以跑道端高程较高端为基准并且端净空区起始高程以跑道各端高程为基准，在建立的坐标系XOY下各象限的障碍物限制面的计算过程相似但计算数值会有差别。在跑道端高程较低端时，应根据跑道两端中点高差值，按内水平面限制高度加该高差值来进行计算；而较低端需抬高跑道两端的高差值。

1.3净空评定数学模型

1.3.1一、二级公路飞机跑道

在确定出过渡面的数学模型后，就可以着手进行净空评定模型的建立。由图1可知，任意位置障碍物限制高度H(x，y)为分段函数。在图1中对机场净空区进行了划分，把1/4机场净空区分为D₁(D₁₁、D₁₂)、D₂、……D₁₀等十个部分(不包括升降带)，在各个部分建立相应的障碍物允许高度计算模型，即可计算出净空区内任意点的障碍物高度允许值，从而进行障碍物高度值的评定。结合机场净空规定，建立如下的净空评定模型：

D₁(端净空区)为{x，y|x∈(x₁，20000+x₁]，y∈(0，65+0.15(x-x₁)]}时，

H(x，y)＝1/40(x-x1)

H(x，y)＝1/7(y-65)

D₃(端净空两侧内过渡面)为

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

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

H(x，y)＝60

D₅(端净空两侧内水平面)为；

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

H(x，y)＝60

H(x，y)＝60+1/15(y-1000)

D₇(端净空第一段两侧外过渡面)为：

{x，y|x∈(x₁，x₂]，y∈(-0.5x+0.12L+1024，-0.25x+0.12L+7624]}时，

H(x，y)＝60+1/15(y+0.25x-0.12L-1024)

D₈(端净空第二段两侧外过渡面)为：

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

H(x，y)＝1/40(x-x₁)+1/15(y-65-0.15(x-x₁))D₉(端净空第三段两侧外过渡面)为：

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

H(x，y)＝1/40(x-x₁)+1/15(y-1500)

D₁₀(外水平面)为：

{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]}时，

H(x，y)＝500

式中：

x₁为升降带端头中点处横坐标，x₁＝L/2+100；

x₃为端净空以15％扩散率扩散至距跑道中线1500m处关键点横坐标，x₃＝L/2+9666.67。

1.3.2三级公路飞机跑道

结合机场净空规定，建立如下的净空评定模型：

D₁₁(端净空区第一段)为{x，y|x∈(x₁，1500+x₁]，y∈(0,65+0.15(x-x₁)]}时，

H(x，y)＝1/100(x-x₁)

D₁₂(端净空区第二段)为：

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

H(x，y)＝15+1/40(x-1500-x₁)

H(x，y)＝1/7(y-65)

D₃₁(端净空第一段两侧内过渡面)为：

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

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

D₃₂(端净空第二段两侧内过渡面)为：

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

D₄(升降带两侧内水平面)为{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(415，1000]}时，

H(x，y)＝50

D₅(端净空两侧内水平面)为：

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

H(x，y)＝50

H(x，y)＝50+1/20(y-1000)

D₇(端净空两侧外过渡面)为：

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

H(x，y)＝50+1/20(y+0.17x-0.09L-1017)

D₈(端净空两侧外过渡面)为：

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

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

D₉(端净空两侧外过渡面)为：

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

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

D₁₀(外水平面)为：

{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(9540，12000]}∪

{x，y|x∈(x₁，x₂]，y∈(-0.17x+0.09L+9557，12000]}∪

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

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

H(x，y)＝477

式中：

x₁＝L/2+100；

x₂＝L/2+3000；

x₃＝L/2+9666.67。

这样对于一组设计参数就可以唯一地确定一个净空限制面，再采用相应计算公式即可得出该点障碍物限制高度。

2.军用机场净空评定步骤

2.1参数确定

净空评定前需要确定的公路跑道及障碍物参数有：公路跑道等级；公路跑道长度L、公路跑道宽度B；公路跑道方向α；公路跑道中心点地理坐标(x_O，y_O)；公路跑道中点高程H_C；公路跑道东(右)端高程H_R；公路跑道西(左)端高程H_L；障碍物地理坐标P(x_P，y_P)；障碍物标高H_Z。

2.2坐标转换

计算前首先得到的是各点的地理坐标，将地理坐标转化为公路跑道坐标，如图5所示。公路跑道坐标系的原点为公路跑道中心点，沿公路跑道中心线方向为X轴，垂直公路跑道方向为Y轴。

图中公路跑道坐标系Y轴与地理坐标系y轴的夹角为θ(逆时针为正，且有θ＝α-π/2)，则将障碍物P的地理坐标转化为机场坐标的公式为：

根据对称关系，当X_P或Y_P出现负值时，可先将其转化到第一象限进行计算，其地理方位可在确定具体净空限制面时再判断。

2.3净空限制面确定

根据障碍物点P的公路跑道坐标(X_P,Y_P)来确定其所对应的公路跑道净空限制面，过程如下：

对于一二级公路飞机跑道，首先，若X_P>a+L/2+100或Y_P>b，则障碍物不在该公路跑道净空区范围内，相关公路跑道评定数据需进一步研究确定；

若P∈{x,y∣x∈(0，L/2+100],y∈(0，65]}，则障碍物在升降带；

若P∈D₁，则障碍物在端净空区；

若P∈D₂∪D₃，则障碍物在内过渡面；

若P∈D₄∪D₅，则障碍物在内水平面；

若P∈D₆∪D₇∪D₈∪D₉，则障碍物在外过渡面；

若P∈D₁₀，则障碍物在外水平面。

对于三级公路飞机跑道，端净空区D₁分为D₁₁与D₁₂，分界线为x＝x₂+1500，此处端净空区限制面坡度由1/100变为1/40；端净空两侧内过渡面D₃分为D₃₁与D₃₂，分界线亦为x＝x₂+1500，此处内过渡面坡度由1/100变为1/40，因此，

若P∈D₁₁∪D₁₂，则障碍物在端净空区；

若P∈D₂∪D₃₁∪D₃₂，则障碍物在内过渡面；

2.4许可高度计算

障碍物所属净空限制面确定以后，按照1.3节中公路跑道净空评定数学模型计算可得到该点的障碍物标准限高H_b，根据障碍物所属净空限制面确定障碍物实际限高H_S,亦即许可高度。

H_S＝H_b+H_R或H_S＝H_b+H_L (2-2)

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)

H_S＝H_b+max(H_R,H_L) (2-4)

2.5超高判断

判断是否超高时，用障碍物标高减去许可高度，即：

ΔH＝H_Z-H_S (2-5)

若ΔH<0，则障碍物不超高；

若ΔH>0，则障碍物超高，超出限制面高度为ΔH。

实施例1：已知某三级公路飞机跑道长度2600m，路面宽度40m，东西方向，平均纵坡为0，建立前述的公路飞机跑道坐标系XOY。现有3个障碍物，障碍物的公路飞机跑道坐标和障碍物高度如表1所示。

表1公路跑道净空区障碍物

编号	X(m)	Y(m)	障碍物标高h_z(m)
				1	2800	520	45
2	3550	650	56
				3	8800	7400	360

1.障碍物1到升降带端线的水平距离为：

d＝2800-2600/2-100＝1400m＜1500m

且该点到跑道中线的垂直距离Y₁＝520m＞415m，初步判定该点位于内过渡面与内水平面之间。采用公式(1-3)继续进行判定，方法如下：

应用直线fp，

则该点位于内过渡面内，许可高度：

Hz＝0.15×d×1/100+(Y₁-0.15×d)×1/7＝46.39m＞h_z＝45m

那么，该点未超高。

2.对于障碍物2，同理可判定该点位于内水平面，障碍物限制高度Hz＝50m＜hz＝56m，超高hz-Hz＝56-50＝6m。

3.对于障碍物3，d＝8800-2600/2-100＝7400m＜9566.67m

j点纵坐标6706.6m＜Y₃＝7400m＜i点纵坐标9040m，初步判定该点位于外过渡面或外水平面。

对于直线ij：

Y₃＝7400m＜-0.35X₃+0.175L+10090＝7465m

可判定该点位于外过渡面，许可高度Hz＝360m，障碍物超高hz-Hz＝360-351.63＝8.37m。

各障碍物的净空评定情况见表2。

表2净空区障碍物评定情况

本发明提出公路飞机跑道净空评定方法，通过详细计算确定各级公路飞机跑道机场净空区各组成的边界范围，尤其是内、外过渡面尺寸和边界范围，从而判断障碍物所属净空区范围、并判定其是否超高以及超高情况，能够准确判断公路跑道净空区内障碍物是否符合净空要求，提高了公路跑道净空评定准确性，为公路飞机跑道的选址、净空管理，以及高等级公路改扩建成公路跑道提供技术支持。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种公路飞机跑道净空评定方法，其特征在于按照以下步骤进行：

<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>X</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&theta;</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&theta;</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>Y</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&theta;</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&theta;</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

若P∈{x,y∣x∈(0，L/2+100],y∈(0，65]}，则障碍物在升降带；

若P∈D₁，则障碍物在端净空区；

若P∈D₂∪D₃，则障碍物在内过渡面；

若P∈D₄∪D₅，则障碍物在内水平面；

若P∈D₆∪D₇∪D₈∪D₉，则障碍物在外过渡面；

若P∈D₁₀，则障碍物在外水平面。

步骤3：计算障碍物许可高度H_S：

H_S＝H_b+H_R或H_S＝H_b+H_L (2-2)

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)

H_S＝H_b+max(H_R,H_L) (2-4)

判断是否超高时，用障碍物标高减去许可高度，即：

ΔH＝H_Z-H_S (2-5)

若ΔH<0，则障碍物不超高；

若ΔH>0，则障碍物超高，超出限制面高度为ΔH。

2.按照权利要求1所述一种公路飞机跑道净空评定方法，其特征在于：

1、升降带端线处内过渡面与内水平面交点的确定

二级机场应该是：d₁＝(60+4)÷1/7＝448m，d₂＝448+65＝513m；

2、升降带两侧内过渡面与内水平面交线的确定

4、内过渡面沿端净空区与内水平面交线的确定

整理后，得：

6、外过渡面自升降带端线开始与内水平面交线的确定

7、外过渡面在内水平面结束处与外水平面交点的确定

8、外过渡面自升降带端线开始与外水平面交线的确定

关键点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，应将其依次相连，构成障碍物限制线，在Y＞0，X＞0一侧，外过渡面自升降带端线开始与外水平面交线为：

3.按照权利要求1所述一种公路飞机跑道净空评定方法，其特征在于：

1、一、二级公路飞机跑道的净空评定模型：

H(x，y)＝1/40(x-x₁)

H(x，y)＝1/7(y-65)

D₃(端净空两侧内过渡面)为

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

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

H(x，y)＝60

D₅(端净空两侧内水平面)为；

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

H(x，y)＝60

D₆(升降带两侧外过渡面)为{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(1000.7600]}时，

H(x，y)＝60+1/15(y-1000)

D₇(端净空第一段两侧外过渡面)为：

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

H(x，y)＝60+1/15(y+0.25x-0.12L-1024)

D₈(端净空第二段两侧外过渡面)为：

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

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

D₉(端净空第三段两侧外过渡面)为：

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

H(x，y)＝1/40(x-x₁)+1/15(y-1500)

D₁₀(外水平面)为：

{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]}时，

H(x，y)＝500

式中：

x₁为升降带端头中点处横坐标，x₁＝L/2+100；

2、三级公路飞机跑道的净空评定模型：

D₁₁(端净空区第一段)为{x，y|x∈(x₁，1500+x₁]，y∈(0.65+0.15(x-x₁)]}时，

H(x，y)＝1/100(x-x₁)

D₁₂(端净空区第二段)为：

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

H(x，y)＝15+1/40(x-1500-x₁)

H(x，y)＝1/7(y-65)

D₃₁(端净空第一段两侧内过渡面)为：

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

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

D₃₂(端净空第二段两侧内过渡面)为：

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

H(x，y)＝50

D₅(端净空两侧内水平面)为：

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

H(x，y)＝50

D₆(升降带两侧外过渡面)为{x.y|x∈(0，x₁]，y∈(1000，9540]}时，

H(x，y)＝50+1/20(y-1000)

D₇(端净空两侧外过渡面)为：

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

H(x，y)＝50+1/20(y+0.17x-0.09L-1017)

D₈(端净空两侧外过渡面)为：

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

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

D₉(端净空两侧外过渡面)为：

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

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

D₁₀(外水平面)为：

{x，y|x∈(0，x₁]，y∈(9540，12000]}∪

{x，y|x∈(x₁，x₂]，y∈(-0.17x+0.09L+9557，12000]}∪

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

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

H(x，y)＝477

式中：

x₁＝L/2+100；

x₂＝L/2+3000；

x₃＝L/2+9666.67。