摘要：分析障碍物遮挡影响下复杂跑道构型机场净空的评价方法，是机场在适应经济社会发展条件下保障安全运行、控制飞行安全的重要技术措施。考虑到障碍物之间存在相互遮挡的问题，运用模糊综合评价法，优化并改进考虑遮蔽原则，建立了一种新的净空评价理论模型，并进行案例分析。结果表明，通过对不同地区机场净空限制面内的障碍物进行评估验算，证明了该净空评价模型的准确性及可行性，对机场安全运行具有一定参考价值。
引言
三条交叉跑道机场由于占地面积大，相比于单跑道和双跑道净空限制面的构型更加复杂，所以其净空要求和单跑道机场也有所不同，目前国内外双跑道机场的研究资料都很少能见到，三条交叉跑道机场的研究资料更加的稀少。为了更加准确地建立三条交叉跑道的3D模型，更好地对超高障碍物进行评估，建立一种有效可行的评价方法变得至关重要。
在对机场净空问题的研究中，W.Uddin等利用航空激光技术生成三维电子地形模型，并针对该数据库对机场净空面进行评价，该技术能有效地提高了空域安全，保证飞行安全[1]。
C.Wang等利用航空激光雷达技术对机场的障碍物进行识别，并建立了障碍物风险模型。该方法能快速有效的对机场净空面的障碍物进行评估，提高机场的净空安全[2]。
蔡喜琴等将数字地形分析和三维可视化技术应用到机场净空障碍物分析领域中。通过对比所建立的机场实地三维模型及机场净空立体模型，可直观获得净空障碍物数据。但该方法需要专用软件和评价区域的数字地形数据，不适用于独立障碍物的评价[3]。
安治国等利用传统的机场净空评定方法绘制出机场净空限制面及障碍物位置图，通过对飞机起飞着陆航线的测试和理论计算，确定出飞机的飞行轨迹，然后根据净空规格和三角关系计算物体高度是否突破净空限制面，这种方法成图效率低，精度差，且难以更新[4]。
方学东等对民用机场锥形面内障碍物超限的评价方法进行了研究。首先建立锥形面的数学模型然后对障碍物的坐标转换，完成障碍物超限评价。这种方法可以引申到其它障碍物限制面的超限评价，实现民用机场净空超限评价的信息化[5]。
罗成立等建立了单跑道和平行双跑道机场净空区障碍物限制面数学模型，并利用ArcGIS建立了平行双跑道净空面，并通过叠加净空面与数字高程模型对机场净空障碍物进行评估，提高评价效率[6]。
刘国光等利用模糊综合评判方法对建筑结构选型、结构设计等方面进行研究，并取得良好的效果[7-9]。
以往的研究多针对简单跑道构型的机场净空的评价问题，而对复杂跑道构型下的净空评价理论研究较少，且在研究中尚未考虑障碍物的遮蔽原则。本文根据某机场净空障碍物超限的实地调查结果，获得了遮蔽因素的权重集，分析了各超高障碍物在影响飞行安全中所占的比重，为模糊综合评价方法的使用提供了计算数据。调查结果说明，相同的超限建筑物由于遮蔽因素的存在对飞行安全的影响差异较大，需要依据各超限建筑物的比重建立更为合理的理论模型。系统的评价结果偏与安全，以确保机场净空的安全。与其它的评价结果相比，模糊综合评价的结果更加准确[5、6]。
考虑遮蔽原则的模糊综合评价方法
多目标模糊综合评判核心是给定影响决策的因素集合图片2.png，将因素集合图片2.png划分为图片3.png个因素子集，即undefined，划分后的子集满足式(1)[7]。
其中，图片6.png，图片7.png为空集。当因素子集图片8.png仍包含子集时，将undefined进一步划分，满足式(2)[7]。
其中，图片10.png；图片11.png；划分后集合满足式(3)[7]。
其中，图片14.png，图片7.png为空集。当因素集多于两个时可依次划分，以明析影响因素。评价时从底层因素开始按单因素评价法得到因素图片8.png的总评价矩阵图片15.png，设因素图片8.png的各因素权重分配系数为图片16.png，则可得到图片8.png的综合评价结果图片17.png，见式(4)[7]。
所有的图片17.png构成了上一级因素集合图片2.png的总评价矩阵图片20.png，图片21.png，则结合图片2.png的权重分配系数图片22.png，即可得到图片21.png，它就是结构选型的综合评判结果[7]。
单一净空面障碍物的模糊综合评价
算例1锥形面
某大机场修建了三条交叉跑道，由于机场的巨大客流量，促进了机场周围经济的快速发展，人民生活水平大幅提高，地区经济实力得到迅速发展，出现了很多超高层建筑。现机场净空范围内，在锥形障碍物限制面上存在三个障碍物，如图1及图2所示。采用模糊综合评价方法的目的是在考虑遮蔽原则的情况下对每个障碍物的危险性进行评估[8]。
图1 障碍物远景图
图2 障碍物近景图
如上图1及图2所示，净空面上有三个障碍物，其中，三个障碍物的超限高度相同，障碍物2与障碍物3的连线所在直线经过跑道中心，障碍物1在障碍物2和障碍物3连线的中垂线上。
模糊综合评价方法正向应用。考虑遮蔽原则的净空评价方案集为图片24.png={障碍物1，障碍物2，障碍物3}，因素集设为单层次，为图片2.png={所在净空面，障碍物超限高度，障碍物间距离及位置}，权重集可选用图片22.png={0.258,0.431,0.311}。
所在净空面对应的评价集为图片26.png={95,95,95}，障碍物超限高度的评价集为图片27.png={20,20,20}，障碍物间距离及位置的评价集为图片28.png={0.8,1,0.5}，将三者归一化后总评价矩阵如式(5)所示。
综合评价后得到图片21.png={0.124,0,0.311}，根据最大隶属度原则可发现障碍物3的危险性相对较小。
算例2进近面
某机场修建了三条交叉跑道，现机场净空范围内，在进近障碍物限制面上存在三个障碍物，如图3及图4所示。
图3 障碍物远景图
图4 障碍物近景图
如上图3及图4所示，净空面上有三个障碍物，其中，三个障碍物的超限高度相同，障碍物2和障碍物3的连线与进近面的外边平行，障碍物1在障碍物2和障碍物3连线的中垂线上。采用模糊综合评价方法的目的是在考虑遮蔽原则的情况下对每个障碍物的危险性进行评估[8]。
模糊综合评价方法正向应用。考虑遮蔽原则的净空评价方案集为图片24.png={障碍物1，障碍物2，障碍物3}，因素集设为单层次，为图片2.png={所在净空面，障碍物超限高度，障碍物间距离及位置}，权重集可选用图片22.png={0.236,0.469,0.295}。
所在净空面对应的评价集为图片26.png={90,90,90}，障碍物超限高度的评价集为图片27.png={35,35,35}，障碍物间距离及位置的评价集图片28.png={0.4,0.9,0.9}，将三者归一化后总评价矩阵如式(6)所示。
综合评价后得到图片21.png={0.295,0,0}，根据最大隶属度原则可发现障碍物1的危险性相对较小。
算例3锥形面及内水平面
某机场修建了三条交叉跑道，现机场净空范围内，在锥形面和内水平面上存在五个障碍物，如图5及图6所示。采用模糊综合评价方法的目的是在考虑遮蔽原则的情况下对每个障碍物的危险性进行评估[8]。
图5 障碍物远景图
图6 障碍物近景图
如上图5及图6所示，净空面上有五个障碍物，其中，每个障碍物的超限高度都相同，障碍物1、3和4在锥形面上，障碍物2和5在内水平面上。
模糊综合评价方法正向应用。考虑遮蔽原则的净空评价方案集为图片34.png{障碍物1，障碍物2，障碍物3，障碍物4，障碍物5}，因素集设为单层次，为图片2.png={所在净空面，障碍物超限高度，障碍物间距离及位置}，权重集可选用图片22.png={0.291,0.386,0.323}。
所在净空面对应的评价集为图片26.png={95,90,95,95,90}，障碍物超限高度的评价集为图片27.png={30,30,30,30,30}，障碍物间距离及位置的评价集为图片28.png={0.1,0.3,0.2,0.1,0.3}，将三者归一化后总评价矩阵如式(7)所示。
综合评价后得到图片21.png={0.323,0.291,0.162,0.323,0.291}，根据最大隶属度原则可发现障碍物1和4的危险性相对较小。
多净空面障碍物的模糊综合评价
某机场修建了三条交叉跑道，现机场净空范围内，在锥形面、内水平面和起飞爬升面上存在五十个障碍物，如图7及图8所示。采用模糊综合评价方法的目的是在考虑遮蔽原则的情况下对每个障碍物的危险性进行评估[8]。
图7 障碍物远景图
图8 障碍物近景图
如上图7及图8所示，净空面上有五十个障碍物，其中，每个障碍物的超限高度都相同，障碍物分布在锥形面、内水平面和起飞爬升面上，现将五十个障碍物划分成图中所示十组进行模糊综合评价。
模糊综合评价方法正向应用。考虑遮蔽原则的净空评价方案集为undefined={障碍物第1组，障碍物第2组，…，障碍物第50组}，因素集设为单层次，为图片2.png={所在净空面，障碍物超限高度，障碍物间距离及位置}，权重集可选用图片22.png={0.278,0.335,0.387}。
所在净空面对应的评价集为图片26.png={45,100,45,95,95,95,95,100,100,100}，障碍物超限高度的评价集为图片27.png={25,25,…,25}，障碍物间距离及位置的评价集为图片28.png={0.2,0.2,0.2,0.07,0.05,0.07,0.05,0.07,0.05,0.04}，将三者归一化后总评价矩阵如式(8)所示。
综合评价后得到图片21.png={0.278,0,0.278,0.337,0.376,0.337,0.376,0.310,0.348,0.387}，根据最大隶属度原则可发现障碍物46-50所在的第十组危险性相对较小，而障碍物6-10所在的第二组危险性相对较大。
结论
在机场净空障碍物的评价行中，将障碍物遮蔽因素引入模糊综合评价方法中，提出了考虑障碍物遮蔽因素的模糊综合评价方法，并以此来对机场净空障碍物进行评估。分别针对单机场中锥形面，进近面，锥形面和内水平面及多机场净空面五种算例来分析，应用本文方法对障碍物限制面中的障碍物进行评估，算例中主要研究了障碍物遮挡影响下复杂跑道构型情况下机场净空的评价方法。研究思路是首先说明为什么要用模糊综合评价法研究，因为目前缺乏可靠的研究方法，而模糊综合评价法能较好的解决这一问题，然后参考相关文献简要介绍多目标模糊综合评价法的运用思路，最后用具体算例证明模糊综合评价法的可行性以及精确性。
参考文献
1W. Uddin and E. Al-Turk, “Airport obstruction space management using airborne lidar tridimensional”, Federal Aviation Administration Tecnhnology Transfer Conference, USA 2002.
2C. Wang, Y. Hu and V. Tao, “Identification and risk modelling of airfield obstructions for aviation savety management”, ISPRS Congress, Proceedings of Commission II, Istanbul 2004.
3蔡喜琴，苗天宝等．庆阳机场净空区超高障碍物三维分析研究．遥感技术与应用，2004，19（5）：406-411。
4安治国，黄曲红等．机场净空区障碍物测量方法与精度分析．测绘地理信息，2016，41（1）：54-57。
5方学东，刘晓鹏等．民用机场锥形面内障碍物超限评价方法研究．航空计算技术，2010，40（1）：46-50。
6罗成立，张罗利等．平行双跑道机场净空障碍物评定．交通运输工程学报，2011，11（1）：69-74。
7刘国光，薛勇等．调查法判定模糊综合评价权重集的研究．低温建筑技术，2012，1（2）：121-123。
8刘国光，徐晓红等．模糊综合评判方法在建筑结构选型中的应用．建筑经济，2009，1（7）：24-27。
9刘国光，薛勇等．模糊综合法在结构设计中的应用．低温建筑技术，2012，1（1）：39-41。
论文作者:
刘玉倩 烟台国际机场集团有限公司
黄 衡 天津机场
刘国光 中国民航大学机场学院
来源：四型机场，作者：刘玉清
