CN113096450B - 一种机场道面路网的生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机场道面路网的生成方法，包括：从机场卫星影像和航空资料中提取机场道面基础数据；生成机场道面路网数据。本申请可以便捷生成复杂机场的滑行路线网络拓扑数据。可应用到飞机滑行路线规划、机场运行监控等领域。

Description

一种机场道面路网的生成方法
技术领域
本发明涉及航空数据处理技术领域，具体涉及一种机场道面路网的生成方法。
背景技术
机场道面路网（ASRN)是进行机场滑行路线优化和机场运行管理的基础数据。近年来，民航业界提出了一套机场数据国际标准——机场地图数据交换模型（AMXM2.0），其中的机场道面路网为滑行路线规划提供了数据基础。机场道面路网由节点和边构成，其中节点指停机位、跑道出入口以及边与边的交点；边指连接两节点的滑行线，包含始末节点、滑行线、距离、连通条件等属性。其中，滑行线是停机位引导线、滑行道引导线、滑行道中线、跑道中线的统称。
目前机场道面路网数据只能人工制作完成，大型机场的机场道面路网网络节点和边的数量多达十几万个以上，人工处理极其耗时且无法保证数据质量。
由于缺乏机场道面路网数据支持，机场道面滑行路线的设定基本依靠机场管制指挥人员的经验。随着机场的跑道、滑行道、停机位数量日益增多，滑行道、停机位对不同机型的限制条件各不相同，仅靠人工经验很难设计出合理的滑行路线，由此造成飞机滑行距离延长、地面拥堵加剧。
发明内容
为此，本发明提供一种机场道面路网的生成方法，该方法可自动搜索、创建机场道面路网中所有节点和边，并快速计算出各边的距离和限制条件，解决了机场道面路网无法通过自动化手段完成的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案包括以下步骤：
步骤1. 从卫星影像和航空资料中提取机场道面基础数据；
步骤2. 生成机场道面路网数据。
步骤1包括：
步骤1-1通过通用地理信息处理软件加载卫星影像，并通过跑道入口点和机场基准点对卫星影像进行纠偏。
步骤1-2 通过人工描图操作，获取所有停机位、跑道出入口、停机位引导线、滑行道引导线、滑行道中线、跑道中心线、滑行道、跑道和停机坪的位置及轮廓坐标数据。
步骤1-3 从航空资料中查阅对应停机位、跑道出入口和滑行道的名称、宽度和道面强度数据并逐项赋值。
步骤1-4 从航空资料查阅对应停机位与滑行道的最大承重、最大允许翼展、最大允许轮距和最大允许机型数据并逐项赋值。
步骤1-5 将步骤1-2至步骤1-4获得的数据按照机场地图数据交换模型进行结构化存储，形成机场地图数据库（AMDB）。
步骤2包括：
步骤2-1 建立2个空表：开放边列表和封闭边列表。
步骤2-2 从AMDB数据库中提取所有停机位、跑道出入口和滑行线（包括停机位引导线、滑行道引导线、滑行道中线和跑道中心线）数据。
步骤2-3 将所有停机位和跑道出入口设置为网络节点，通过GIS方法，计算所有经过这些节点的滑行线。
步骤2-4 将每个节点和与之相连的滑行线各创建一条网络边，边的起点为该节点，末点为空，距离为空，连通条件为对应滑行线的运行限制，将这些末点和距离为空的边设置为开放边，加入到开放边列表中。
步骤2-5 从开放边列表中取出第一条开放边，逐一与其它开放边通过GIS方法判断有无交点，若无交点，继续与下一条开放边判断。
步骤2-6 若有交点，将该交点设置为此两条开放边的公共末点，并分别计算每条边从起点到末点的距离，将这两条始末节点和距离均已知的边设置为封闭边，添加到封闭边列表中，同时从开放边列表中删除这两条边。
步骤2-7 处理该交点与经过滑行线剩余部分形成的新开放边，将交点设置为新开放边起点，末点和距离为空，连通条件为滑行线运行限制，添加到开放边列表中。
步骤2-8 循环执行2-5到2-7步，直到开放边列表为空，或开放边列表中剩余的开放边都与其它开放边没有交点。
步骤2-9 存储封闭边列表中的数据到AMDB数据库中，机场道面路网生成完成。
本发明具有如下优点：
可快捷便利的生成符合AMXM2.0标准的机场道面路网数据；能准确计算机场道面路网网络中节点之间的距离和机型限制条件；能将人工处理一个大型机场（如北京首都机场）的机场道面路网数据的时间从17天缩短到15分钟，效率提高500余倍。生成的道面路网数据可用于空管自动化系统优化滑行路线，从而节省滑行距离、降低燃油消耗、避免指挥错误滑行路线等安全隐患。
附图说明
图1为本发明实施例机场道面路网数据生成过程主要步骤图。
图2为本发明实施例机场道面路网数据生成过程流程示意图。
图3为本发明实施例机场道面路网封闭边生成过程示意图。
图4为本发明实施例生成北京首都机场道面路网过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
机场道面路网是进行机场滑行路线优化和机场运行管理的基础数据，目前机场道面路网数据只能通过人工处理生成，效率低下且数据质量难以保障。
基于此，本申请提出了一种机场道面路网的生成方法，能快速准确的生成大型机场道面路网数据，如图1所示，该方法包括：
步骤1. 从卫星影像和航空资料中提取机场道面基础数据；
步骤2. 生成机场道面路网数据。
其中，如图2所示，步骤1从卫星影像和航空资料中提取机场道面基础数据，包括：
步骤1-1 通过通用地理信息处理软件加载卫星影像，并通过跑道入口点和机场基准点对卫星影像进行纠偏。
其中，地理信息处理软件可采用ArcGIS或MapInfo等通用GIS软件，加载满足一定精度、时限和覆盖范围要求的卫星影像后，对其进行纠偏。纠偏的方法可通过设定卫星影像上已知坐标的关键位置点完成。例如，可设定卫星影像上跑道两端入口点、机场基准点、停机位置的坐标进行纠偏。
步骤1-2 通过人工描图操作，获取所有停机位、跑道出入口、停机位引导线、滑行道引导线、滑行道中线、跑道中心线、滑行道、跑道和停机坪的坐标及轮廓数据。
其中，人工描图操作指操作人员通过鼠标点击卫星影像上停机位、跑道出入口、停机位引导线、滑行道引导线、滑行道中线、跑道中心线、滑行道、跑道和停机坪的位置和轮廓，通过GIS软件记录鼠标点击位置坐标，从而获得点状、线状和面状的机场要素坐标数据。
步骤1-3 从航空资料中查阅对应停机位、跑道出入口和滑行道的名称、宽度和道面强度数据并逐项赋值。
其中，航空资料是指中国民航局出版的《国内航空资料汇编》中的机场平面图和机场使用细则。对航空属性进行赋值的方法是：参照AMXM2.0标准中跑道、滑行道、停机位和滑行引导线的模型结构，建立相应实体对象，查阅对应航空资料，对每个实体对象的名称、代码、宽度、道面材质、道面强度和几何轮廓属性进行赋值。
步骤1-4 从航空资料查阅对应停机位与滑行道的最大承重、最大允许翼展、最大允许轮距和最大允许机型数据并逐项赋值。
其中，对运行限制数据赋值的方法是：对步骤1-3形成的AMXM2.0实体对象，根据航空资料中的运行限制信息进行赋值，例如：将滑行道或停机位允许经过或停放的最大机型（如A320、B737）填入TAXIWAY_ELEMENT或PARKING_STAND_LICATION的RESTACFT属性中、将道面最大承重填入PCN属性中以及将允许经过机型的最大翼展限制填入TAXIWAY_CENTER_LINE的WINGSPAN属性中。
步骤1-5 将从步骤1-2至步骤1-4获得的数据按照AMXM2.0标准进行结构化存储，形成AMDB数据库。
其中，将步骤1-3和1-4生成的数据元素存入该机场对应的AMDB数据库中，将步骤1-2生成的坐标及轮廓数据存入对应元素的几何属性中。例如，将滑行道数据存入TAXIWAY_ELEMENT表中，将其轮廓坐标数据存入GEOPOLY字段中。
如图2所示，步骤2 生成机场道面路网，包括：
步骤2-1 建立2个空表，分别为：开放边列表和封闭边列表。
其中，开放边列表名称可设为OpenEdgeList，封闭边列表可设为ClosedEdgeList。
步骤2-2从AMDB数据库中提取特定机场所有停机位、跑道出入口和滑行线（包括停机位引导线、滑行道引导线、滑行道中线和跑道中心线）数据。
步骤2-3将所有停机位、跑道出入口设置为机场道面路网网络节点，通过GIS方法，计算所有经过这些节点的滑行线。
其中，将停机位、跑道出入口点设置为机场道面路网网络节点（ASRN_NODE）对象的方法为：
IDNUBER（节点ID）：新生成UUID并赋值；
IDARPT（所在机场）：赋予该机场的四字代码；
IDTHR(对应跑道出入口)：如果点是跑道出入口，赋予对应跑道名称；
GEOPNT（坐标）：赋予为对应机场要素的坐标；
NOTETYPE（节点类型）赋予 STD或RWY，用于区分停机位节点和跑道出入口。
步骤2-4将每个节点和与之相连的滑行线各创建一条网络边，边的起点为该节点，末点为空，距离为空，连通条件为对应滑行线的运行限制，将这些末点和距离为空的边设置为开放边，加入到开放边列表中。
其中，对每个节点寻找与其相连的滑行线可通过GIS方法中判断点线是否相交进行。根据节点和与之相交的滑行线创建网络边（ASRN_EDGE）的方法是：
IDNUBER（边ID）：新生成UUID并赋值；
IDARPT（对应机场）：赋予该机场的四字代码；
EDGETYPE（边类型）：赋值“TWY”或“STD”，区分该边对应的滑行线是滑行道引导线还是停机位引导线；
NODE1REF（起始节点）：赋予该边起始节点ASRN_NODE的IDNUBER；
PCN（道面强度）、RESTACT（机型限制）、WINGSPAN（翼展限制）等限制属性赋予对应滑行道或停机位引导线的运行限制；
NODE2REF（终止节点）：暂时为空，表明此边是开放边；
EDGELEN（边长）：暂时为空，表明此边是开放边。
步骤2-5从开放边列表中取出第一条开放边，逐一与其它开放边通过GIS方法判断有无交点，若无交点，继续与下一条开放边判断。
其中，判断开放边与其它开放边有无交点的方法是：首先将两条开放边转换为坐标线串形式；然后通过GIS方法计算两线串的交点，若无交点，继续与下一条开放边进行相交判断，若有交点，进行下一步。
步骤2-6若有交点，将该交点设置为此两条开放边的公共末点，并分别计算每条边从起点到末点的距离，将这两条始末节点和距离均已知的边设置为封闭边，添加到封闭边列表中，同时从开放边列表中删除这两条边。
其中，计算每条边从起点到末点的距离的方法是，累加对应滑行线上从起点开始到末点结束的所有点两两之间的直线距离。
设置封闭边的方法是：首先参照步骤2-3的方法，将交点创建为ASRN_NODE对象；然后将其IDNUBER属性填入将对应开放边的NODE2REF属性中，形成封闭边；最后将此封闭边的EDGELEN属性设置为该边从起点到末点的距离。
步骤2-7 处理该交点与经过滑行线剩余部分形成的新开放边，将交点设置为新开放边起点，末点和距离为空，连通条件为滑行线运行限制，添加到开放边列表中。
步骤2-8 循环执行2-5到2-7步，直到开放边列表为空，或开放边列表中剩余的开放边都与其它开放边没有交点。
上述步骤2-5到2-8过程如图3所示：
图中A、B、C三点为停机位或跑道出入口对应的机场道面路网节点，A-L1，B-L4，C-L5是A、B、C三节点对应的三条开放边（末点暂时未知），将其添加到开放边列表OpenEdgeList中。
取出开放边列表中第一条开放边A-L1，遍历它与其它开放边的交点，得到与B-L4的交点D；
创建交点D对应的网络节点，以及A-D，B-D两条封闭边，这两条边的始末点、距离、通行限制条件均已知，将其添加到封闭边列表ClosedEdgeList中；
从开放边列表中删除A-L1、B-L4两条开放边；
创建交点D与L1滑行线剩余部分行成的新开放边D-L1，以及D点与L4剩余部分形成的新开放边D-L4，将其添加到开放边列表中；
取出开放边列表中第一条开放边D-L1，遍历它与其它开放边的交点，得到与C-L5的交点G；
创建封闭边D-G和C-G，以及新开放边G-L1和G-L5，删除原开放边D-L1和C-L5；
循环执行上述过程，直到开放边表为空，或其中任何开放边都与其它开放边没有交点。
步骤2-9 存储封闭边列表中的数据到AMDB数据库中，机场道面路网生成完成。
其中，将每条封闭边的始末节点存入AMDB数据库中的ASRN_NODE表；将封闭边存入ASRN_EDGE表。
如图4所示，本发明实施例生成北京首都机场道面路网的过程示意图，图中白色线条表示开放边或封闭边；黑色点表示开放边的起始节点；灰色点表示封闭边的始、末节点。如图所示，该方法将依次处理所有开放边，得到与其它开放边相交形成的封闭边，直至机场整个道面路网生成完成。
以上所述，仅是本发明的一种实施例，并非对本发明做任何形式的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种机场道面路网的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：从卫星影像和航空资料中提取机场道面基础数据；
包括以下步骤：
步骤1-1 通过地理信息处理软件加载卫星影像，并通过跑道入口点和机场基准点对卫星影像进行纠偏；
步骤1-2 通过描图操作获取所有停机位，跑道出入口，停机位引导线，滑行道引导线，滑行道中线，跑道中心线，滑行道，跑道和停机坪的位置及轮廓数据；
步骤1-3 从航空资料中查阅对应停机位，跑道出入口和滑行道的名称，宽度和道面强度数据并逐项赋值；
步骤1-4 从航空资料中查阅对应停机位与滑行道的最大承重，最大允许翼展，最大允许轮距和最大允许机型数据并逐项赋值；
步骤1-5 将步骤1-2至步骤1-4获得的数据按照机场地图数据交换模型进行结构化存储，形成AMDB数据库；
步骤2：生成机场道面路网数据；
包括以下步骤：
步骤2-1 建立2个空表：开放边列表和封闭边列表；
步骤2-2 从步骤1-5生成的AMDB数据库中提取所有停机位、跑道出入口和滑行线数据，滑行线包括停机位引导线，滑行道引导线，滑行道中线和跑道中心线；
步骤2-3 将所有停机位和跑道出入口设置为网络节点，通过GIS方法，计算所有经过这些节点的滑行线；
步骤2-4 将每个节点和与之相连的滑行线各创建一条网络边，边的起点为该节点，末点为空，距离为空，连通条件为对应滑行线的运行限制，将这些末点和距离为空的边设置为开放边，加入到开放边列表中；
步骤2-5从开放边列表中取出第一条开放边，逐一与其它开放边通过GIS方法判断有无交点，若无交点，继续与下一条开放边判断；
步骤2-6若有交点，将该交点设置为此两条开放边的公共末点，并分别计算每条边从起点到末点的距离，将这两条始末节点和距离均已知的边设置为封闭边，添加到封闭边列表中，同时从开放边列表中删除这两条边；
步骤2-7 处理该交点与经过滑行线剩余部分形成的新开放边，将交点设置为新开放边起点，末点和距离为空，连通条件为滑行线运行限制，添加到开放边列表中；
步骤2-8 循环执行步骤2-5到步骤2-7，直到开放边列表为空，或开放边列表中剩余的开放边都与其它开放边没有交点；
步骤2-9 存储所有网络节点和封闭边列表中的数据到AMDB数据库中，至此，已获取机场所有网络节点和网络边数据，机场道面路网生成完成。
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