首页  >  信息发布  >  要闻动态 > 正文

高分卫星民航应用初探

发布日期:2020年11月06日 来源 : 《卫星应用》 字体: 【大】【中】【小】

  高分辨率对地观测系统作为《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》部署的重大科技专项之一,已经基本完成了高分辨率卫星的部署,并在农业、林业、环境、海洋、减灾等领域开展了大量工程化应用。在民用航空领域于2017年底成立了高分辨率对地观测系统民航数据与应用中心,以推动高分专项在民航的应用。目前,高分民航数据与应用中心正逐步开展高分技术在民航机场选址、重大工程建设进度跟踪、机场净空监测、机场沉降等方面的研究、验证与应用工作。


  机场选址优化分析


  我国“十三五”末将建成支线机场260个、通用机场500个。机场选址的优劣将极大影响建设投资以及未来的运行效益。机场建设中预选址、净空限制等因素对机场建设进度以及机场建成后飞机安全飞行有着巨大的影响。预选址阶段所采用的传统测量数据多数较陈旧、对人工经验依赖较大,存在如下问题:1)预选址工作根据人工采集地形数据进行选址,地形复杂地区通常存在地形数据采集不全面等问题;2)测图数据只有二维平面坐标数据,效果不够直观、简洁,不利于宏观性了解目标区域地形情况;3)净空环境状况直接影响到机场通航后飞机起降安全,传统净空测量工作量大、速度慢;4)候选场址挖填方数据不准确,导致部分机场开工建设后的实际费用远超预算。


  随着我国机场基础设施建设的日益完善,今后的机场选址将面临越来越多的问题,可选的场址地形、地质、净空条件也愈来愈复杂。高分遥感影像提供了空中鸟瞰整个地理环境的优势,高精度的三维遥感影像可以更好地为区域地质调查服务,通过特殊的技术手段处理,可提取决策者关注的细节信息。以传统测绘数据、卫星立体测绘数据、航空立体测绘数据、规章标准数据等多类型数据为基础,以多源数据融合分析为支撑,建立数字地表模型,提取备选场址区域地质、地貌、城市环境要素。厘清行业/地方规划数据以及机场选址的相关要求,综合研究判读最优空间条件和净空环境条件,并开展预先性飞行程序设计、导航台站布设分析,确定最优场址。图1为融合多种影响要素的候选场址预先性程序设计示例。



合多种影响要素的候选场址预先性程序设计示例


  机场重大工程建设进度跟踪与地质稳定性监测


  针对新建机场工程、改扩建机场工程,在无人机应用受限的场景下,通过定期、不定期的卫星数据采集、融合处理、信息提取分析等,宏观分析重大工程建设进度。与此同时,对于地质构造不稳定、地质条件复杂、填海、高填方的在建机场,利用定期的合成孔径雷达(SAR)卫星影像拍摄,进行有效的工程地质稳定性监测,有效保障工程建设的稳定性与安全性。图2为基于高分数据的北京大兴国际机场建设过程进度监测示例。



图2 基于高分数据的北京大兴国际机场建设过程进度监测


  机场净空环境巡查监测


  目前预防机场周围障碍物威胁飞机起降安全的关键手段就是机场净空监测,其在民航运行安全保障中占有举足轻重的地位。机场净空环境是机场能够安全运行、发挥作用的重要保障条件,如果遭到破坏不仅对飞行安全造成很大威胁,情况严重还可能导致机场关闭甚至搬迁。随着城市化进程快速发展,摩天大楼拔地而起,机场净空环境保护问题已经成为当前机场发展中的主要难题之一。一旦超高障碍物建成,彻底解决异常艰难。卫星遥感、大数据挖掘等科学技术手段,可及时发现超高建筑物、潜在危险建筑物,提高机场净空管理水平,为民航管理部门、地方政府进行预防控制提供支持。


  基于模式识别和深度学习建立面向对象与场景的机场净空区建/构筑物空间信息变化自动检测方法,结合国际民航组织和中国民航局机场、飞行区运行管理规范标准,在民用机场开展了净空巡查监测与管理的应用验证工作:1)基于时间序列的高分辨率影像数据,提取净空范围内建/构筑物的二维空间信息与高度信息;2)建立三维高精度模型,分析三维空间信息的时间序列变化;3)对超高或接近限高的建/构筑物进行精准识别,辅助机场净空管理部门及时处置,保障机场运行安全与飞行安全。图3为结合限制面模型和地表建筑物三维模型的净空障碍物识别示例。



图3 结合限制面模型和地表建筑物三维模型的净空障碍物判别示例


  机场跑道/航站楼沉降监测分析


  合成孔径雷达干涉(InSAR)是利用SAR数据 对地表重复观测形成的微波(1mm~1m)相位差计算地表形变,精度可以达到毫米级。InSAR技术是进行地表变形调查和监测的高效手段,具有以下技术优势:1)主动式遥感,可以全天候、全天时工作,测量结果具有连续的空间覆盖,即可对机场范围内所有地理位置进行长时序有效的地质稳定性监控;2)可对地壳变形进行准确的测量和检测,为地壳构造变形、塌陷、裂缝等的预防和治理提供强有力工具;3)采样精度高,对于地表形变监测的精度可以达到毫米级,便于形成详细的时效性强的检测报告。


  综合采用国内外SAR影像数据开展机场跑道/航站楼形变分析。利用多景(一般要求大于25景)同一地区的SAR影像,通过统计分析所有影像的幅度信息,查找不受时间、空间基线去相关和大气效应影响的永久散射体。基于这些永久散射体计算出数字高程模型(DEM)误差、视线方向目标物体的偏移值和大气效应线性贡献值, 达到估计并去除大气效应相位贡献值、提高变形监测精度的目的。通过多期SAR影像处理,并有效分离大气等误差,获取形变数据,处理结果精度最优可以达到毫米级,进行机场跑道/航站楼高程变化的高精度监测分析。图4是基于时序InSAR技术的首都机场沉降变化分析示意图。



图4 基于时序InSAR的首都机场沉降变化分析示意图


  机场航空应急信息保障


  针对机场日常运行,可利用定期/不定期的高分卫星影像数据更新机场应急管理部门关心的机场周边道路变化信息,保证机场应急救援方格网图数据的准确性。此外,在发生航空事故后,可以利用高分辨率卫星对现场情况进行信息采集或目标搜寻,结合高分辨率视频卫星,可对现场进行连续视频数据采集,同时可辅助开展事故调查。


  民航业务类型特殊,具有极高的技术门槛和应用标准要求。高分卫星遥感技术在机场的应用是其在民航应用的重要组成部分,必将对行业带来积极影响。民航对高分数据的成功应用符合国家“一带一路”倡议的实施,也将促进我国航空事业的可持续发展。

分享:
【关闭】 【打印】