关 键 词：机场勘测、奥维地图、无人机航测、遥感技术、物理探测、变形监测
摘 要：
机场勘测的主要任务是为机场规划、设计决策提供信息，传统勘测方法周期长、费用高、数据不便共享。当前，大规模的机场规划建设对传统地质勘测提出了更高的要求。因此，我们不断应用和探索新技术新方法，特别是现代信息技术的不断进步，提高了我们的工作效率，降低了工作成本，极大的推动了民用机场建设更好更快发展。本文结合工程实践，主要对民用机场勘测特点和现状进行分析，对信息技术在民用机场勘测中的实践进行阐述，初步分析了机场工程勘测信息技术的发展趋势，希望能为民用机场绿色勘测提供有益思路。
1 前言
机场勘测是为机场选址、预可研、可研及设计提供满足机场设计所需要的空间数据信息，其工作形式主要包括资料调查、工程测量、地质勘察。主要工作涉及平面和高程控制测量、地形图测绘、净空测量、岩土工程勘察等[1]。
机场占地面积大，自然条件变化复杂，对地形、地质条件要求高，系统性强，勘测内容多，勘察范围广，难度大[2]。单一传统勘测手段难以满足建设要求，信息技术的发展为机场勘测行业带来了曙光。
我国地域辽阔，机场建设如火如荼，众多地质工作者已经取得了在青藏高原、新疆戈壁、青海盐湖、东北严寒、南方高温、丘陵水网、地下溶洞等不同环境地质条件下修建机场的经验[3]。本文结合工程实践，重点阐述绿色信息技术在机场勘测领域中的应用及发展趋势，希望能为民用机场绿色勘测提供有益思路。
2 信息技术在机场勘测中的实践
2.1 奥维互动地图在数字化测图放点中的应用
目前GPS精密定位技术已经广泛渗透到经济建设的各个方面，尤其对经典大地测量学的各个方面产生了极其深刻的影响，其中载波相位分差技术RTK是GPS应用的重大里程碑，在工程建设中应用甚广，已经得到测绘行业的广泛认可[1]。
随着持便携式智能手机的普及，基于GPS的手机地图程序定位愈加准确，使用更人性化，特别是Google地图与手机地图奥维互动地图浏览器的出现，使得地面数字测图、定点、选线成为一种可能[4]。
图1 机场平面设计图与手机奥维互动地图
图2 Google地图自动切断面
奥维互动地图浏览器是基于Google API和Baidu API的跨平台地图浏览器，可以与AutoCAD无缝对接，工程人员常用的设计图纸能直接展现在地图之上，并且全面支持微软、苹果、安卓等主流平台，客户端与移动端可快速同步、勘测人员之间可以实时分享位置，传输文件、共享数据，方便查漏补缺。机场勘测范围广，属于面勘察，在地形测量、选址调查、地质测绘、勘探点位测放过程中都可以使用手机奥维互动地图浏览器（图1-图2）。利用手机等便携式设备辅助测图和定位放点，简化了操作过程，提高了工作效率，节约了人力资源和设备投入，必要时与RTK互相配合使用，能够满足机场勘测点位测放的精度要求，是机场勘测技术手段的有益补充，值得借鉴。
2.2 无人机航测技术在地形测图中的应用
载人飞机进行航空摄影测量，国家对空域管制有严格规定，飞行前有复杂的审批程序，受航高、天气等因素影响，且时效性低。相比之下，无人机航拍具有明显优势[5]，以高分辨率数字遥感为机载传感器，可以通过多台传感器从不同角度进行数据采集，快速高效获取数据信息，真实反映地面客观情况，具有较高分辨率，适合用于大比例尺地形图测量（图3）。
图3 无人机测量点云数据
民用机场勘测范围较大，自然环境条件较差，工作时间紧，任务重，单纯依靠人工采点测量，效率低，部分区域，人员难以到达，效果不尽如人意。无人机航测是传统航空测量和人工测量的有益补充，必要时进行外业调绘和补测，可以在机场应急勘测、抢险救灾调查上发挥良好效果。
2.3 三维激光扫描在净空区测图中的应用
三维激光扫描是利用激光测距原理，用高速扫描仪向被测物体发射高频率激光束，瞬间获取反射信号并成像的一种技术[6]。反射信号经过机内处理转换为带有三维坐标的点云数据，供后期进一步处理。
图4 八舟河西侧净空区域
图5 数字地表模型和等高线
在民用机场勘测实践中，部分区域植被茂密，人员难以到达，勘测工作极其困难，无人机摄影测量无法获取地面数据，三维激光扫描仪可以弥补这一方面的缺憾。
贵州黔东南州黎平机场西南侧八舟河以西净空区域植被茂密（图4），人工直接测量难度很大，采用载人直升飞机进行航空三维激光扫描技术测量，取得初步的地形图，用于初步设计（图5），精度符合要求。限于遮挡问题比较突出，三维激光扫描仪在精度评定和误差理论方面还需要进一步探索[6]，方格网高程地形图测量需要在林木砍伐后进行。
2.4 遥感解译技术在地质调查中的应用
图6 西藏山南隆子机场三维地形地貌影像图
遥感技术可以很好地获取区域面状信息[7]，但受光谱波段限制，众多地物特征很难通过遥感图像提供的影像直接获取，只有对图像进行相应处理，才能指导工程地质人员获取基础地质信息（图6）。
图7泥石流与潜在不稳定斜坡影像图
机场勘测场地自然地理环境复杂，由于视野所限制和交通不便给传统地质调查带来了很多困难，遥感技术具有宏观和快速的优点，可以克服地外地质调绘工作的验证性和可预见性，有利于大面积勘察，在机场选址、地质填图、不良地质灾害判译中具有明显优势（图7）。
2.5 工程物探在探明埋藏型不良地质体中的应用
图8 贵州MT机场高密度电阻率法剖面图
地球物理勘探技术由来已久，技术含量高，进步大，在工程领域广泛应用。埋藏在地下的溶洞、土洞、软弱结构面等地质体，对工程安全威胁很大，用常规勘察方法难以取得理想效果，目前只能寄希望于地球物理方法[6][8]。
图9 贵阳龙洞堡机场地质雷达异常点影像图
机场建设具有明显的地域性，西南地区机场建设大多在岩溶场地，工程物探在机场地下岩溶勘测中发挥了重要作用（图8、图9）。
2.6 机场智能跑道动态监测预警技术的应用
复杂的地质环境条件对机场勘测提出了更高的挑战，传统计算精度十分有限，大多依靠工程经验，为了确保工程安全，验算校核设计参数的合理性，动态监测反向预警技术在地基沉降、高填方边坡稳定性发挥了重要作用[6]。
图10 成都天府国际机场地形地貌
图11 智能传感器安装现场
成都天府国际机场一期建设全场土石方工程总填方10070万m³，场地存在大量软基，填筑体工后沉降和跑道差异沉降难以控制，除传统变形监测外，还埋设单点沉降仪、静力水准仪、分布式光纤、温度补偿光纤、湿度计、基质吸力计等先进的传感设备，对跑道进行重点变形监测，构建智能跑道监测系统（图10-图11）。系统依托智能的软件系统，建立分析预警模型，实现与短信平台结合，实时掌握跑道状态，当发生异常时，及时自动发布短消息到管理人员，尽快启动相应的预案。
2.7 BIM技术在三维地质建模中的应用
近年来，BIM技术快速发展，在勘察、设计、施工、运营全寿命周期被广泛应用。在机场勘测中，借助BIM技术构建三维地质模型，对机场设计与施工具有重要指导意义。
图12 钻孔展布与地质分区
图13 地面模型与三维地质结构
成都天府国际机场一期建设勘探点数量多（图12），岩土信息量大，利用计算机技术将地层信息嵌入地质模型中，可以细致展现场区岩土信息（图13），可视化信息成果应用在设计与施工中，大大提升了机场勘测效果。
3 民用机场勘测信息技术应用展望
从上述工程实践探索中可以看到，奥维互动地图、无人机航测、有人机搭载三维激光扫描仪、遥感解译、工程物探、智能化监测预警系统等绿色信息技术的应用可以有效提高民用机场勘测效率，加快推进岩土工程勘测数字化，但在精度评定与误差理论方面，还需要广大勘测技术工作者与科研人员做大量工作。
目前，信息技术发展日新月异，有效推动了民用机场勘测工作，但总体来讲，勘测工作尤其是勘察工作的实时信息化还比较落后，需要重点关注如下方向：
3.1 基础地理信息数据库建设
地形数据，是进行机场设计的基础数据，可以利用无人机航测、三维激光扫描获得。地貌数据是地质工作中的首要宏观数据，也可以利用航片或卫片通过遥感解译获得。加强推进高精度航片、卫片等基础地理信息数据库建设，以满足地形测量、地质调查的需要，可以大幅度提高工作效率，避免资源浪费。
3.2 应急预警勘测与动态监测技术研究
机场勘测信息化可以大幅度提高机场勘测效率，目前遥感解译对不良地质灾害判译效果较好，基于变形的动态监测与预警技术在机场跑道沉降观测、高填方边坡稳定性监测方面具有广阔前景，应以此为突破口，以高精度传感器研发应用为核心，加快推进机场应急预警勘测与动态监测的系统建设。
3.3 地下探测技术信息化建设
目前，对地面地理与地质信息的获取已经有了很大进步，而埋藏在地下的地质体主要依靠钻探，钻孔之间的信息只能内插或推断，物理探测信息技术的发展对获取全面的三维连续地质信息有很大促进。地下探测技术信息化还有很大进步空间，比如钻探记录数据采集系统研发、多功能探头数据采集系统研发、可视化技术、层析成像技术与传统物理探测的深度融合等。随着机场勘测数字化、自动化、智能化的发展，地下探测技术信息化必将成为机场勘测的发展方向。
3.4 BIM技术与岩土工程一体化设想
目前，BIM技术已经有了很大进步，已经广泛用于建设工程领域，在勘测、设计、施工、维护全寿命周期内集成使用。BIM技术的出现能够实现数据共享、协同设计、不同专业集成使用，这与传统体制下机场建设岩土工程勘测、岩土工程设计、岩土工程施工等岩土工程产业分割有很大不同，或许随着BIM技术的不断深入发展，能够持续强化岩土工程相关单位的交流、沟通和协作、实现岩土工程专业领域的不断融合乃至专业体制发生根本性转变。
4 结束语
绿色信息技术的进步为勘测行业输入了新思想、新观念，当前机场建设正在大踏步前进，重视信息技术应用的工程勘测行业必将为绿色机场建设不断添砖加瓦，贡献力量。但信息技术是一把双刃剑，不能过分依赖。重视现场，重视基本概念，重视工程地质学科科学理论框架下的信息技术才能在机场勘测应用中走上可持续发展之路。
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作者：袁小清
单位：中国建筑西南勘察设计研究院有限公司
来源：四型机场
