CN116757466B - 一种基于arnic424编码的机场净空安全评估测绘系统 - Google Patents

一种基于arnic424编码的机场净空安全评估测绘系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于ARNIC424编码的机场净空安全评估测绘方法，第一步获取ARNIC424编码和障碍物数据，第二步数据处理，第三步判定障碍物是否进入机场净空保护区范围内；第四步进行机场障碍物限制面内和机场飞行区电磁环境保护区的评估判定；第五步进行飞行程序及保护区的评估判定；第六步开展机场障碍物限制面、目视助航设施保护区、飞行程序和通信导航监视台场地保护区的评估判定。与现有技术相比较，本发明通过引接ARNIC424编码实现了飞行程序及保护区的自动绘制，减少了人工绘制的工作量及绘制误差，障碍物评估结果的自动化，极大地提高了评估效率，评估结果全面可靠性更高，能够为机场净空安全提供技术支撑。

Description

一种基于ARNIC424编码的机场净空安全评估测绘系统
技术领域
本发明涉及航空领域，尤其涉及一种基于ARNIC424编码的机场净空安全评估测绘系统。
背景技术
近年来随着航空运输业务的飞速发展，与航空器安全运行相关的问题也随之增加，其中城市快速发展过程中楼房等建筑物的增加、增高给机场航空器安全运产生威胁，进而城市发展与航空业务量增长之间的矛盾日益增加。因此为解决城市发展和民航业发展之间的矛盾，需评估城市发展所建设的建筑物对机场航空器安全运行的影响。
航空器安全正常的飞行需要良好的空域环境、净空条件和电磁环境。机场的净空环境是保障航空器飞机安全正常飞行、防止机场周围及其相邻地面上障碍物增多而规定的集几何空间；机场的电磁环境保障航空器所接受的机场通信导航监视台(站)发射的空间信号不受机场周围障碍和干扰源增加而规定的环境要求。中国民用航空局对航空器运行安全及其重视，为进一步加强机场净空环境源头的管控和航空器飞行安全的保障工作，于2021年4月中国民用航空局颁布并实施了《运输机场净空区域内建设项目净空审核管理办法》(民航规〔2021〕3号)(以下简称“办法”)。为完善净空审核管理办法，中国民用航空局会同自然资源部于2023年1月12日下发了《民用机场净空保护区域内建设项目净空审核管理办法》，且于2023年5月1日生效实施。办法中明确规定了障碍物需同时满足机场的障碍物限制面、目视助航设施保护区、飞行程序及运行最低标准、最低监视引导高度、通信导航监视台(站)场地保护区和机场电磁环境要求等。通过对机场的障碍物限制面、目视助航设施保护区、飞行程序及运行最低标准、最低监视引导高度、通信导航监视台(站)场地保护区和机场电磁环境要求等限制机场净空范围内的障碍物存在，进而保障机场航空器的安全、高效运行。
针对障碍物对机场航空器安全运行影响的评估，目前仅从机场障碍物限制面和飞行程序两个方面开展的，且在评估工作过程中是根据中国航空资料汇编中的机场信息和飞行程序数据人工使用专业绘图软件Auto CAD中绘制出机场障碍物限制面和飞行程序及保护区与障碍物水平面上的位置关系，然后再逐个判定每个障碍物所在机场障碍物限制面和飞行程序保护区的位置，最后计算每个障碍物是否满足机场障碍物限制面和飞行程序的高度限制要求。该技术手段存在以下缺点：
(1)工作非常量大。由于航图的数据信息量较大且中国航空资料汇编数据定期每28天更新一次，若机场飞行程序发生较大变更，则需要重新进行障碍物的高度限制，无法实现与中国航空资料汇编数据同步更新。除此之外，每个航段均有相应的保护区，比如离场转弯保护区绘制时需计算风螺旋半径等，需进行水平面的机场障碍物限制面和飞行程序保护区绘制完后，然后再逐个判定每个障碍物所在机场障碍物限制面和飞行程序保护区的位置，最后计算每个障碍物是否满足机场障碍物限制面和飞行程序的高度限制要求，工作量非常大。
(2)评估内容不全面。仅分析机场障碍物限制面和飞行程序对障碍物的高度限制要求，但未开展目视助航设施保护区、通信导航监视台(站)场地保护区和机场电磁环境要求等方面对障碍物的高度限制要求。即使障碍物设计以高度满足机场障碍物限制面和飞行程序的高度限制要求，也无法确保满足目视助航设施保护区、通信导航监视台(站)场地保护区和机场电磁环境的要求。由于对障碍物评估的内容不全面，导致评估结果不具备完备性，且评估结果可信度低。
(3)评估效率较低。需要人工使用专业绘图软件绘制障碍物限制面和飞行程序保护区与障碍物的位置关系后逐个障碍物进行计算评估，耗费大量的时间，评估效率较低。
(4)评估结果误差较大。由于计算的复杂性和障碍物数量繁多，由于人工绘图和计算障碍物的高度限制要求，在绘图过程中存在一定的绘图误差，高度限制计算结果也会存在人为的误差，因此导致评估结果存在较大的误差。
ARINC424编码介绍：ARINC424编码为机载导航数据库的数据格式和编码按照ARINC424的标准进行编码，它是航空器飞行管理系统(FMS)及自动飞行控制系统(AFCS)飞行操控的主要信息源和重要依据，是保障飞行机运行安全的重要环节之一。ARINC424编码包含导航设施、机场、跑道、航路、航路点、近进、进离场程序、等待程序、限制空域等对航行运行至关重要的核心数据，其主要数据构成如图3所示，RINC424编码表参见图4。
ARINC424导航规范格式统一采用132位纯文本记录，对各种导航数据库元素进行编码，从1到132位，使用每若干位定义某航空要素的某一特定属性。ARINC424导航数据库分为若干章，每一章用不同字母代替，比如导航台(D)、航路(E)、机场(P)、公司航路(R)、特殊用途空域(U)、巡航高度表(T)、最低航路偏航高度(A)，各章再细化为具体的节，同样以不同的字母或空格代替，比如导航台章(D)又分为NDB(B)和VHF(空格)。
从ARNIC424编码表可以看出，其包含了航径终止码、定位点、磁航迹/航向、转弯方向、高度、速度和导航精度等信息，在飞行程序的航迹绘制中最主要的是航径终止码，目前ARNIC424编码中确定的有23种不同的航径终止码。
发明内容
本发明的目的就在于针对目前现有评估方法和手段存在的不足和缺点，为提高机场航空器更安全高效地运行，保障机场净空环境和电磁环境不受破坏，同时提高评估的效率和评估结果的正确性，提供一种基于ARNIC424编码的机场净空安全评估测绘系统，能够全面、快速地评估障碍物是否对机场航空器的安全运行产生影响。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于ARNIC424编码的机场净空安全评估测绘系统，流程方法如下，
第一步：获取ARNIC424编码和障碍物数据；
第二步：数据处理，包括ARNIC424编码的译码和障碍物的坐标转换；
第三步：将第二步中ARNIC424编码译码得到的机场经纬度坐标转换成二维平面坐标系，结合障碍物坐标进行计算判定障碍物是否进入机场净空保护区范围内；若判定障碍物在机场净空保护区范围外，则得出评估结论，反之进行第四步进一步判定；
第四步：进行障碍物是否进入机场障碍物限制面内和机场飞行区电磁环境保护区的评估判定；若判定障碍物未进入机场障碍物限制面内和飞行区电磁环境保护区域内，则进行第五步评估判定，反之进行第六步评估判定；
第五步：进行飞行程序及保护区的评估判定；若判定障碍物的海拔高度Zi小于机场飞行程序及最低运行标准的要求或计算出Hi飞行程序(Xi,Yi)＝∞，则给出评估结论为障碍物不会对机场净空安全运行产生影响，反之，则需给出障碍物的位置和高度进行调整的建议，则根据调整后的障碍物数据返回第二步进行评估判定；
第六步：开展机场障碍物限制面、目视助航设施保护区、飞行程序和通信导航监视台(站)场地保护区的评估判定；若障碍物的海拔高度Zi低于限制海拔高度，则得出评估结论为障碍物不会对机场净空安全运行产生影响，反之，则需给出障碍物的位置和高度进行调整的建议，则根据调整后的障碍物数据返回第二步进行评估判定。
作为优选，第一步中，从ARNIC424编码获取的数据主要包括机场跑道的经纬度坐标、跑道长度和宽度、机场通信导航监视台站的位置和高度以及机场飞行程序等相关的数据编码；障碍物数据主要包括障碍物的经纬度坐标和障碍物的海拔高度等数据。
作为优选，第二步中，按照ARNIC424格式进行编码的导航数据库进行译码，通常情况下会译码出机场跑道数据(包括机场跑道基准点经纬度坐标、跑道真方向、跑道编号等数据信息)、航路点及航路导航台的数据信息(包括航路点及导航台经纬度坐标、航路导航台工作频率等数据信息)、机场导航台及停机位的数据信息(包括机场停机位经纬度坐标、机场导航台经纬度坐标、导航台工作频率、导航台所处位置的标高等相关数据)、航路航线(包括航线的编号、航线长度、飞行最低安全高度等数据信息)和机场飞行程序的数据信息(包括机场进离场程序和进近程序的编号、航路类型、转弯方向、航径终止码、磁方位、距导航台的距离、航段里程/等待距离或时间等数据信息)等数据信息。
作为优选，第二步中，障碍物的经纬度坐标转换方法如下，
步骤a，以机场某一跑道入口为坐标原点(0，0)，跑道入口外延长线为x轴正方向，建立笛卡尔标系，
步骤b，将障碍物的经纬度坐标和跑道入口点通过墨卡托投影将经纬度(B，L)换算成笛卡尔直角坐标系(x，y)，坐标系之间的转换公式为：
其中，
式中，B0为投影基准点的纬度；L0为投影基准点的经度；a为地球椭球体长半轴；b为地球椭球体短半轴；f为地球椭球体扁率；e为第一偏心率；e’为第二偏心率；
步骤c，将其中一个跑道入口点的坐标记录为(x0,y0)，并假设有N个障碍物，则其坐标为(x1,y1),(x2,y2)，……,(xN,yN),根据其坐标可计算得出各障碍物以其中某一跑道入口为原点的二维平面坐标系的坐标(X1,Y1)＝(x1-x0,y1-y0),(X2,Y2)＝(x2-x0,y2-y0),……,(XN,YN)＝(xN-x0,yN-y0)。
作为优选，第三步中，判定障碍物是否进入机场净空保护区范围的方式为计算障碍物距跑道中心的距离Di，如果Di>55000m，则得出评估结论为障碍物不会对机场净空安全运行产生影响，反之，进行下一步的分析为，障碍物距跑道中心的距离计算公式为
其中i表示第i个障碍物，i＝1,2，……,N；
Di表示为第i个障碍物至跑道中心点的距离。
作为优选，第四步中，A.进行障碍物是否进入机场障碍物限制面内的评估判定方法为
当障碍物坐标(Xi,Yi)满足下式时，则判定障碍物进入了机场障碍物限制面内，反之障碍物未进入机场障碍物限制面内；
B.进行障碍物是否进入机场飞行区电磁环境保护区的评估方法为
当障碍物距跑道入口的距离时，障碍物未进入机场飞行区电磁环境保护区内，反之则进入机场电磁环境保护区域内。
作为优选，第五步中，进行飞行程序及保护区的评估判定方法为，基于ARNIC424编码译码得到的相关数据，通过飞行程序及保护区绘制方法，自动绘制出飞行程序及保护区的水平航迹，结合民航规〔2021〕36号AC-97-FS-005R1《航空器运行目视和仪表飞行程序设计规范》，判定障碍物的海拔高度Zi是否满足下式中机场飞行程序及最低运行标准的要求
Zi≤Hi飞行程序(Xi,Yi)或H'i飞行程序(Xi',Yi')
上式中Hi飞行程序(Xi,Yi)表示飞行程序及最低运行标准对第i个障碍物的限制海拔高度；若障碍物未进入飞行程序保护区内，定义Hi飞行程序(Xi,Yi)为∞，如果障碍物的海拔高度满足上式要求或计算出Hi飞行程序(Xi,Yi)＝∞，则给出评估结论为障碍物不会对机场净空安全运行产生影响。
作为优选，基于ARNIC424编码的飞行程序及保护区绘制方法如下，
首先，对ARNIC424编码译码后的数据筛选，筛选出与机场水平航迹及保护区绘制相关的数据信息；
然后，对ARINC424编码后筛选出的数据进行分类，结合地理信息数据绘制出飞行程序水平航迹；
最后，通过专业绘图软件进行飞行程序水平航迹的保护区绘制，最终可得到水平航迹及保护区的绘制图。
作为优选，第六步中，开展机场障碍物限制面、目视助航设施保护区、飞行程序和通信导航监视台(站)场地保护区的评估判定方法为，
定义Hi障碍物限制面(Xi,Yi)表示机场障碍物限制面对第i个障碍物的限制海拔高度；
Hi目视灯光(Xi,Yi)表示目视助航灯光保护区对第i个障碍物的限制海拔高度，若未进入目视助航灯光保护区内定义Hi目视灯光(Xi,Yi)为∞；
Hi通信导航监视台(Xi,Yi)表示机场通信导航监视台(站)场地保护区对第i个障碍物的限制海拔高度，其表示如下式所示：
Hi通信导航监视台(Xi,Yi)＝min{hi通信(Xi,Yi),hi导航(Xi,Yi),hi监视(Xi,Yi)}
上式中hi通信(Xi,Yi)表示机场通信台场地保护区对第i个障碍物的限制海拔高度；hi导航(Xi,Yi)表示机场导航台场地保护区对第i个障碍物的限制海拔高度；hi监视(Xi,Yi)表示机场监视台场地保护区对第i个障碍物的限制海拔高度；
若障碍物的海拔高度满足下式,则得出评估结论为障碍物不会对机场净空安全运行产生影响，
Zi≤min{Hi障碍物限制面(Xi,Yi),Hi目视灯光(Xi,Yi),Hi飞行程序(Xi,Yi)，Hi通信导航监视台(Xi,Yi)}
反之则进行第二步。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)通过引接ARNIC424编码，实现了飞行程序及保护区的自动绘制，减少了人工绘制的工作量及绘制误差。
(2)本系统从机场障碍物限制面、飞行程序及保护区、目视助航灯光和通信导航监视台(站)场地保护区等多个方面进行全面分析，评估结果全面可靠性更高。
(3)为机场净空安全提供技术支撑，也为机场航空器的安全运行提供了保障。该系统实现了障碍物评估结果的自动化，有效节约了人工测算的时间成本，极大地提高了评估效率，能够为机场净空安全提供技术支撑，也为机场航空器的安全运行提供了保障。
附图说明
图1为本发明的方法工作流程图；
图2为本发明净空范围和飞行区电磁环境的区域图；
图3为ARNIC424导航数据库编码的数据构成图；
图4为ARNIC424编码表
图5为本发明基于ARNIC424编码的飞行程序及保护区绘制流程图；
图6为本发明基于ARNIC424编码的航迹绘制流程图；
图7为本发明基于ARNIC424编码的航迹及保护区绘制系统模块流程图；
图8为本发明与离场航图对应的水平航迹及保护区域的绘制图。
具体实施方式
本发明创新性地引接了ARNIC424导航数据库编码，实现了飞行航迹及保护区的自动绘制与更新，创新性地将经纬度坐标数据转换成笛卡尔二维平面坐标系后重新建立以跑道入口为原点的直角坐标系，计算过程由经纬度坐标转换为XY坐标，简化计算方法。通过本发明可为机场周边建筑物的规划提供依据，同时为机场净空保护提供技术手段，以及为机场航空器的安全运行提供保障
下面将对本发明作进一步说明，一种基于ARNIC424编码的机场净空安全评估测绘系统，流程方法如下，参见图1，
第一步：获取ARNIC424编码和障碍物数据。ARNIC424编码的获取主要是对机场跑道的经纬度坐标、跑道长度和宽度、机场通信导航监视台站的位置和高度以及机场飞行程序等相关的数据编码。障碍物数据主要包括障碍物的经纬度坐标和障碍物的海拔高度等数据。
第二步：数据处理。主要包括ARNIC424编码的译码和障碍物的坐标转换。ARNIC4242编码译码主要是按照ARNIC424格式进行编码的导航数据库进行译码，通常情况下会译码出机场跑道数据(包括机场跑道基准点经纬度坐标、跑道真方向、跑道编号等数据信息)、航路点及航路导航台的数据信息(包括航路点及导航台经纬度坐标、航路导航台工作频率等数据信息)、机场导航台及停机位的数据信息(包括机场停机位经纬度坐标、机场导航台经纬度坐标、导航台工作频率、导航台所处位置的标高等相关数据)、航路航线(包括航线的编号、航线长度、飞行最低安全高度等数据信息)和机场飞行程序的数据信息(包括机场进离场程序和进近程序的编号、航路类型、转弯方向、航径终止码、磁方位、距导航台的距离、航段里程/等待距离或时间等数据信息)等数据信息。
障碍物的经纬度坐标转换方法如下：
步骤a.由于在进行经净空分析时是以机场某一跑道入口为坐标原点(0，0)，跑道入口外延长线为x轴正方向，建立笛卡尔标系。因此需将障碍物的经纬度坐标和跑道入口点的经纬度转换成平面笛卡尔标系。转换过程是通过墨卡托投影将经纬度(B，L)换算成笛卡尔直角坐标系(x，y)，坐标系之间的转换公式为：
其中，
式中，B0为投影基准点的纬度；L0为投影基准点的经度；a为地球椭球体长半轴；b为地球椭球体短半轴；f为地球椭球体扁率；e为第一偏心率；e’为第二偏心率。
步骤b.将其中一个跑道入口点的坐标记录为(x0,y0)，并假设有N个障碍物，则其坐标为(x1,y1),(x2,y2)，……,(xN,yN)。则根据其坐标可计算得出各障碍物以其中某一跑道入口为原点的二维平面坐标系的坐标(X1,Y1)＝(x1-x0,y1-y0),(X2,Y2)＝(x2-x0,y2-y0),……,(XN,YN)＝(xN-x0,yN-y0)。假设跑道长度为L0，则以另一跑道入口为原点的二维平面坐标系的障碍物坐标为(X1’,Y1’)＝[-(x1-x0+L0),y1-y0],(X2’,Y2’)＝[-(x2-x0+L0),y2-y0],…….,(XN’,YN’)＝[-(xN-x0+L0),yN-y0]。
通过上述方法对障碍物的坐标数据进行处理，由原来的经纬度坐标转换成平面直角坐标系下的XY坐标，并重新定义平面直角坐标系的原点，主要便于第三步和第四步中计算出障碍物至跑道入口或跑道中心点的距离，以及判定障碍物相对于跑道入口所在的平面位置。与在经纬度坐标中计算障碍物至跑道入口或跑道中心点的距离以及位置判断相比较而言，计算过程更加简单直观。
第三步：将第二步中ARNIC424编码译码得到的机场经纬度坐标转换成二维平面坐标系，结合障碍物坐标进行计算判定障碍物是否进入机场净空保护区范围内。根据第二步中坐标转换后的坐标，则可得出障碍物距跑道中心的距离为：
其中i表示第i个障碍物，i＝1,2，……,N；
Di表示为第i个障碍物至跑道中心点的距离。
如果Di>55000m，则得出评估结论为障碍物不会对机场净空安全运行产生影响。反之，进行下一步的分析。
根据《民用机场净空保护区域内建设项目净空审核管理办法》中，净空审核范围为跑道基准点为圆心55km半径的圆，上述判定方法是用于判断障碍物是否进入机场净空审核范围内，若未进入则可以确定该障碍物不会对机场净空安全运行产生影响。该方法是通过计算的方式来判定障碍物与机场跑道基准点的位置关系，通过计算出障碍物距机场跑道基准点的距离可快速准确地判定出障碍物是否进入机场净空审核范围内，极大地提高了工作效率。
第四步：若判定障碍物在机场净空保护区范围内，则进一步判定障碍物是否进入机场障碍物限制面内和机场飞行区电磁环境保护区内，净空范围和飞行区电磁环境区域参见图2，
A.机场障碍物限制面的判定
当障碍物坐标(Xi,Yi)满足下式时，则判定障碍物进入了机场障碍物限制面内。反之障碍物未进入机场障碍物限制面内。
机场障碍物限制面的判定是根据MH/T5001-2021《民用机场飞行区技术标准》中规定的机场障碍物限制面的范围，在第二步中规定的坐标系下，根据障碍物与机场跑道的位置关系，使用数学公式的方法来判定障碍物是否进入机场障碍物限制面的范围内；
B.机场飞行区电磁环境保护区的判定
当障碍物距跑道入口的距离时，障碍物未进入机场飞行区电磁环境保护区内，反之则进入机场电磁环境保护区域内。
根据上述判定，若障碍物未进入机场障碍物限制面内和飞行区电磁环境保护区域内，则进入第五步飞行程序保护及最低运行标准的评估，反之进行第六步。
机场飞行区电磁环境保护区的判定是根据AC-118-TM-2011-01《民用机场电磁环境保护区域划定与保护要求》中机场飞行区电磁环境保护区域的要求，在第二步中规定的坐标西夏，根据障碍物与机场跑道入口的位置关系，使用数学公式的方法来判定障碍物是否进入机场飞行区电磁环境保护区域内。
传统的方法是在专业的绘图工具Atuo CAD中绘制出机场障碍物限制面和机场飞行区电磁环境保护区域，根据二者与障碍物的位置关系，需人工的判定障碍物是否进入机场障碍物限制面和机场飞行区电磁环境保护区域内。第四步是通过将障碍物的经纬度坐标转换到平面直角坐标系中，根据其坐标(Xi，Yi)可通过上述计算，将大量障碍物快速准确地判定出是否于机场障碍物限制面内和机场飞行区电磁环境保护区内，提高了工作效率。
第五步：飞行程序及保护区的评估。基于ARNIC424编码译码得到的相关数据，通过飞行程序及保护区绘制方法，自动绘制出飞行程序及保护区的水平航迹。结合民航规〔2021〕36号AC-97-FS-005R1《航空器运行目视和仪表飞行程序设计规范》，判定障碍物的海拔高度Zi是否满足下式中机场飞行程序及最低运行标准的要求。
Zi≤Hi飞行程序(Xi,Yi)或H'i飞行程序(X′i,Y′i)
上式中Hi飞行程序(Xi,Yi)表示飞行程序及最低运行标准对第i个障碍物的限制海拔高度；若障碍物未进入飞行程序保护区内，定义Hi飞行程序(Xi,Yi)为∞。
如果障碍物的海拔高度满足上式要求或计算出Hi飞行程序(Xi,Yi)＝∞，则给出评估结论为障碍物不会对机场净空安全运行产生影响。反之，则需给出障碍物的位置和高度进行调整的建议，则根据调整后的障碍物数据返回第二步进行评估判定。
本发明为解决现有机场水平航迹及保护区绘制方法存在的缺点，引接ARNIC424导航数据，基于地理信息系统，将把机场终端区的进场、离场和进近水平航迹及保护区绘制出来，为机场净空评估工作提供高效、准确的数据支撑。具体为一种基于ARNIC424编码的飞行程序及保护区绘制方法如下，参见图5：
首先，对第二步中ARNIC424编码译码后的数据进行筛选，筛选出与机场水平航迹及保护区绘制相关的数据信息；与机场水平航迹及保护区绘制相关的数据信息主要为机场跑道数据、航路点、机场导航台和终端区飞行程序等。若数据信息无法筛查出后，则将ARINC424编码更新后进行再次译码；
其次，结合地理信息数据绘制出飞行程序水平航迹。根据ARINC424编码后筛选出的数据，对数据进行分类，根据与航迹相关的数据并结合民航规〔2021〕36号AC-97-FS-005R1《航空器运行目视和仪表飞行程序设计规范》中相应要求绘制出水平航迹。
其详细流程如下例，参见图6所示。
例：以离场程序为例，机场离场程序有两种类型，为直线离场和转弯离场。目前我国民用运输机场离场程序基本为转弯离场，而转弯半径是需要根据转弯参数计算得到的，转弯参数包括转弯真空速、转弯坡度、转弯率等。转弯半径计算的过程如下：
(1)真空速的计算过程如下：
a.转换参计算，计算公式如下:
K＝171233×[(288+VAR)-0.006496H]0.5÷(288-0.006496H)2.628
式中，VAR为相对于国际标准大气(ISA)温度的差值；H为海拔高度，单位为米。
b.真空速计算，计算公式如下:
TAS＝K×IAS
IAS为指示空速，其是与航空器类型及其程序类型有关，规章中给出了相应的数值。
(2)转弯坡度：飞机转弯时的倾斜角度、即飞机横轴与地平线或飞机立轴与地垂线之间的夹角叫做转弯坡度(α)，单位为度(°)。程序设计过程中通常使用三个转弯坡度值如下：
25°—进场航段、起始进近航段和中间进近航段；
20°—目视机动盘旋；
15°—离场、最后进近航段和复飞航段
(3)转弯率(R)的定义为单位时间内转过的角度，单位为度/秒(°/s)，其计算公式为其中v为真空速，单位为米/秒(m/s)。
(4)转弯半径(r)与转弯速度(v)和转弯率(R)之间的关系是：因此可计算出转弯半径。
离场程序转弯航段的绘制参数较为复杂，其余水平航迹则可根据译码得到的航路点位置、航径终止码等相关数据绘制。
最后，进行飞行程序水平航迹的保护区绘制。根据与航迹相关的数据及上一步所计算出的相关数据，结合民航规〔2021〕36号AC-97-FS-005R1《航空器运行目视和仪表飞行程序设计规范》中保护区绘制的相应参数及要求绘制出水平航迹的保护区，最终可得到水平航迹及保护区的绘制图，如图8所示。由于飞行程序保护区使用Atuo CAD人工绘图比较繁琐且精度不高，由于PBN程序的推广，国内越来越多的机场都开始进行了PBN程序的设计，本发明也可使用的Auto CAD自带的AutoLISP语言，将飞行程序保护区的绘制过程编写成代码，只需输入相应的参数，即可达到自动绘制飞行程序保护区的目的。
基于ARNIC424编码的飞行程序及保护区绘制方法的优点为：1.自动化程度和实时性高，通过直接引接ARNIC424导航数据库编码的周期数据(28天更新一次)，筛选出译码后的机场终端区飞行程序绘制的相关数据，结合地理信息数据及飞行程序绘制相应算法，最终绘制出水平航迹及保护区，实现水平航迹及保护区绘制的自动化与实时更新的目的，减少了人工绘制工作的复杂性及重复性，为机场航行评估工作提供技术支持。2.绘制的图形可靠准确性高且更为直观，系统根据译码后的ARNIC424编码绘制水平航迹及保护区，降低了使用Atuo CAD绘图工具绘制过程中的人为误差，提高了绘图的准确性。同时结合地理信息数据，可更为直观的看出水平航迹及保护区与机场周边地理信息的位置关系。
第六步：开展机场障碍物限制面、目视助航设施保护区、飞行程序和通信导航监视台(站)场地保护区的评估。
定义Hi障碍物限制面(Xi,Yi)表示机场障碍物限制面对第i个障碍物的限制海拔高度；
Hi目视灯光(Xi,Yi)表示目视助航灯光保护区对第i个障碍物的限制海拔高度，若未进入目视助航灯光保护区内定义Hi目视灯光(Xi,Yi)为∞；
Hi通信导航监视台(Xi,Yi)表示机场通信导航监视台(站)场地保护区对第i个障碍物的限制海拔高度，其表示如下式所示：
Hi通信导航监视台(Xi,Yi)＝min{hi通信(Xi,Yi),hi导航(Xi,Yi),hi监视(Xi,Yi)}
上式中hi通信(Xi,Yi)表示机场通信台场地保护区对第i个障碍物的限制海拔高度；hi导航(Xi,Yi)表示机场导航台场地保护区对第i个障碍物的限制海拔高度；hi监视(Xi,Yi)表示机场监视台场地保护区对第i个障碍物的限制海拔高度。
若障碍物的海拔高度满足下式,则得出评估结论为障碍物不会对机场净空安全运行产生影响，反之则进行第二步。
Zi≤min{Hi障碍物限制面(Xi,Yi),Hi目视灯光(Xi,Yi),Hi飞行程序(Xi,Yi)，Hi通信导航监视台(Xi,Yi)}
本系统从机场障碍物限制面、飞行程序及保护区、目视助航灯光和通信导航监视台(站)场地保护区等多个方面进行全面分析，评估结果全面可靠性更高，为机场净空安全提供技术支撑，也为机场航空器的安全运行提供了保障。
以上对本发明所提供的一种基于ARNIC424编码的机场净空安全评估测绘系统进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于ARNIC424编码的机场净空安全评估测绘系统，其特征在于：流程方法如下，
第一步：获取ARNIC424编码和障碍物数据；
第二步：数据处理，包括ARNIC424编码的译码和障碍物的坐标转换，按照ARNIC424格式进行编码的导航数据库进行译码，译码出机场跑道数据、航路点及航路导航台的数据信息、机场导航台及停机位的数据信息、航路航线和机场飞行程序的数据信息；
障碍物的经纬度坐标转换方法，步骤a，以机场某一跑道入口为坐标原点(0，0)，跑道入口外延长线为x轴正方向，建立笛卡尔标系，步骤b，将障碍物的经纬度坐标和跑道入口点通过墨卡托投影将经纬度(B，L)换算成笛卡尔直角坐标系(x，y)；步骤c，将其中一个跑道入口点的坐标记录为(x0,y0)，并假设有N个障碍物，则其坐标为(x1,y1),(x2,y2)，……,(xN,yN),根据其坐标可计算得出各障碍物以其中某一跑道入口为原点的二维平面坐标系的坐标(X1,Y1)＝(x1-x0,y1-y0),(X2,Y2)＝(x2-x0,y2-y0),……,(XN,YN)＝(xN-x0,yN-y0)；
第三步：将第二步中ARNIC424编码译码得到的机场经纬度坐标转换成二维平面坐标系，结合障碍物坐标进行计算判定障碍物是否进入机场净空保护区范围内；若判定障碍物在机场净空保护区范围外，则得出评估结论，反之进行第四步进一步判定；判定障碍物是否进入机场净空保护区范围的方式为计算障碍物距跑道中心的距离Di，如果Di>55000m，则得出评估结论为障碍物不会对机场净空安全运行产生影响，反之，进行下一步的分析；
第四步：进行障碍物是否进入机场障碍物限制面内和机场飞行区电磁环境保护区的评估判定；若判定障碍物未进入机场障碍物限制面内和飞行区电磁环境保护区域内，则进行第五步评估判定，反之进行第六步评估判定；
第五步：基于ARNIC424编码译码得到的相关数据，通过飞行程序及保护区绘制方法，自动绘制出飞行程序及保护区的水平航迹，进行飞行程序及保护区的评估判定；若判定障碍物的海拔高度Zi小于机场飞行程序及最低运行标准的要求或计算出Hi飞行程序(Xi,Yi)＝∞，则给出评估结论，反之，则需给出障碍物的位置和高度进行调整的建议，则根据调整后的障碍物数据返回第二步进行评估判定；
第六步：开展机场障碍物限制面、目视助航设施保护区、飞行程序和通信导航监视台场地保护区的评估判定；若障碍物的海拔高度Zi低于限制海拔高度，则得出评估结论，反之，则需给出障碍物的位置和高度进行调整的建议，则根据调整后的障碍物数据返回第二步进行评估判定。
2.根据权利要求1所述的基于ARNIC424编码的机场净空安全评估测绘系统，其特征在于：第一步中，从ARNIC424编码获取的数据主要包括机场跑道的经纬度坐标、跑道长度和宽度、机场通信导航监视台站的位置和高度以及机场飞行程序相关的数据编码；障碍物数据主要包括障碍物的经纬度坐标和障碍物的海拔高度数据。
3.根据权利要求1所述的基于ARNIC424编码的机场净空安全评估测绘系统，其特征在于：第二步中，坐标系之间的转换公式为：
其中，
式中，B0为投影基准点的纬度；L0为投影基准点的经度；a为地球椭球体长半轴；b为地球椭球体短半轴；f为地球椭球体扁率；e为第一偏心率；e’为第二偏心率。
4.根据权利要求1所述的基于ARNIC424编码的机场净空安全评估测绘系统，其特征在于：第三步中，障碍物距跑道中心的距离计算公式为
其中i表示第i个障碍物，i＝1,2，……,N；
Di表示为第i个障碍物至跑道中心点的距离。
5.根据权利要求1所述的基于ARNIC424编码的机场净空安全评估测绘系统，其特征在于：第四步中，
A.进行障碍物是否进入机场障碍物限制面内的评估判定方法为
当障碍物坐标(Xi,Yi)满足下式时，则判定障碍物进入了机场障碍物限制面内，反之障碍物未进入机场障碍物限制面内；
B.进行障碍物是否进入机场飞行区电磁环境保护区的评估方法为
当障碍物距跑道入口的距离或/>时，障碍物未进入机场飞行区电磁环境保护区内，反之则进入机场电磁环境保护区域内。
6.根据权利要求1所述的基于ARNIC424编码的机场净空安全评估测绘系统，其特征在于：第五步中，进行飞行程序及保护区的评估判定方法为，
基于ARNIC424编码译码得到的相关数据，通过飞行程序及保护区绘制方法，自动绘制出飞行程序及保护区的水平航迹，结合民航规，判定障碍物的海拔高度Zi是否满足下式中机场飞行程序及最低运行标准的要求
Zi≤Hi飞行程序(Xi,Yi)或H′i飞行程序(X′i,Y′i)
上式中Hi飞行程序(Xi,Yi)表示飞行程序及最低运行标准对第i个障碍物的限制海拔高度；若障碍物未进入飞行程序保护区内，定义Hi飞行程序(Xi,Yi)为∞，如果障碍物的海拔高度满足上式要求或计算出Hi飞行程序(Xi,Yi)＝∞，则给出评估结论为障碍物不会对机场净空安全运行产生影响。
7.根据权利要求6所述的基于ARNIC424编码的机场净空安全评估测绘系统，其特征在于：所述基于ARNIC424编码的飞行程序及保护区绘制方法如下，
首先，对ARNIC424编码译码后的数据筛选，筛选出与机场水平航迹及保护区绘制相关的数据信息；
然后，对ARINC424编码后筛选出的数据进行分类，结合地理信息数据绘制出飞行程序水平航迹；
最后，通过专业绘图软件进行飞行程序水平航迹的保护区绘制，最终可得到水平航迹及保护区的绘制图。
8.根据权利要求1所述的基于ARNIC424编码的机场净空安全评估测绘系统，其特征在于：第六步中，开展机场障碍物限制面、目视助航设施保护区、飞行程序和通信导航监视台(站)场地保护区的评估判定方法为，
定义Hi障碍物限制面(Xi,Yi)表示机场障碍物限制面对第i个障碍物的限制海拔高度；
Hi目视灯光(Xi,Yi)表示目视助航灯光保护区对第i个障碍物的限制海拔高度，若未进入目视助航灯光保护区内定义Hi目视灯光(Xi,Yi)为∞；
Hi通信导航监视台(Xi,Yi)表示机场通信导航监视台(站)场地保护区对第i个障碍物的限制海拔高度，其表示如下式所示：
Hi通信导航监视台(Xi,Yi)＝min{hi通信(Xi,Yi),hi导航(Xi,Yi),hi监视(Xi,Yi)}
上式中hi通信(Xi,Yi)表示机场通信台场地保护区对第i个障碍物的限制海拔高度；hi导航(Xi,Yi)表示机场导航台场地保护区对第i个障碍物的限制海拔高度；
hi监视(Xi,Yi)表示机场监视台场地保护区对第i个障碍物的限制海拔高度；
若障碍物的海拔高度满足下式,则得出评估结论为障碍物不会对机场净空安全运行产生影响，
Zi≤min{Hi障碍物限制面(Xi,Yi),Hi目视灯光(Xi,Yi),Hi飞行程序(Xi,Yi)，Hi通信导航监视台(Xi,Yi)}
反之则进行第二步。
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