使用 ArcGIS Aviation Airports 执行障碍物分析

本教程将简要介绍 ArcGIS Aviation Airports，并描述如何加载、分析和可视化潜在的航空障碍物。 在本课程中，您将扮演旧金山国际机场 (SFO) GIS 分析师的角色。 SFO 机场经理正在计划对 10R 跑道末端附近的租车服务大楼进行施工。 您必须分析建筑起重机的建议位置，并确定其是否会对该地区的飞机飞行造成危险。

本教程需要 ArcGIS Aviation Airports 扩展模块。 如果您使用的是 Learn ArcGIS 组织帐户，则应拥有此许可。 如果您使用的是其他帐户，但您没有 ArcGIS Aviation Airports 许可，则可以申请试用许可。

本教程上次于 2023 年 10 月 20 日使用 ArcGIS Pro 3.1 进行了测试。 如果您使用的是其他版本的 ArcGIS Pro，可能会遇到不同的功能和结果。

要求

• ArcGIS Pro Standard 或 Advanced（请参阅软件访问权限选项）
• ArcGIS Aviation Airports
• ArcGIS Aviation Charting

准备用于分析的数据

障碍物分析对于确保飞机的安全和高效运行至关重要。 该分析涉及对机场周围某一表面的所有障碍物进行空间分析，该表面代表飞机进出机场的最低飞行高度。 ArcGIS Aviation Airports 包含多种地理处理工具，可用于导入、分析和可视化可能对飞机构成安全隐患的障碍物。

下载数据

首先，您必须在 ArcGIS Pro 中下载并打开具有航空要素的工程。

1. 下载 ObstacleAnalysis 工程包（.ppkx 文件）。
2. 双击 ObstacleAnalysis 工程包以在 ArcGIS Pro 中将其打开。 如果出现提示，请登录 ArcGIS 帐户或 ArcGIS Enterprise 帐户。

   注：

   如果您没有 ArcGIS Pro 的访问权限或者 ArcGIS 组织帐户，请参阅软件访问权限选项。

   工程将打开包含航空要素的地图。

3. 在功能区上，单击工程选项卡，然后单击另存为，以将此工程保存到硬盘驱动器上的本地文件中。
4. 在 Projects 文件夹中指定工程的名称。

   注：

   继续前，请确保已针对 ArcGIS Aviation Airports 扩展模块配置 ArcGIS Pro。

5. 单击工程选项卡，单击许可选项卡，然后在 Esri 扩展模块表中，验证 Aviation Airports 的许可状态是否为是。

   如果扩展模块已获得许可，请继续学习课程。 如果扩展模块未获得许可，您可以申请试用许可。

6. 单击返回按钮返回到您的工程。

   该工程包含代表旧金山国际机场 (SFO) 要素的点、线和面图层。 在内容窗格中，您将找到以下要素：

   • VerticalStructurePoint - 将包含障碍物要素的点要素类。
   • AirportControlPoint - 包含机场高程和跑道位移阈值要素的点要素类。
   • ObstructionIdSurface_MP - 包含障碍物标识表面的多面体要素类。
   • RunwayCenterline - 包含 SFO 跑道中心线要素的折线要素类。
   • Runway - 表示 SFO 跑道的面要素类。

   ObstructionIdSurface_MP 要素类为空，但图层已按表面类型进行符号化。 障碍物标识表面由若干个组件表面组成。 下图显示了典型障碍物标识表面中包含的表面类型。 稍后您将创建进场面。

   

   OIS 包括以下组件：

   1	圆锥面
   2	水平表面
   3	进场面
   4	过渡面

获取障碍物数据

现在，您已熟悉工程中的要素类，并将使用来自美国联邦航空管理局 (FAA) 的障碍物数据填充 VerticalStructurePoint 要素类。 FAA 分发了数字障碍文件 (DOF)，其中包含所有 50 个州以及美国控制的空域的障碍物数据。

FAA 的 DOF 在公共域许可下定期发布。 您可以从 FAA 网站下载最新的 DOF，但在本课程中，您可以使用此 2020 年 11 月的示例 DOF。

1. 下载 SourceData 包。
2. 将压缩文件解压缩到计算机上的文件夹中。
3. 在 ArcGIS Pro 的功能区上，单击视图选项卡，然后单击目录窗格。

   

4. 在目录窗格中，右键单击文件夹，然后单击添加文件夹连接。
5. 浏览到您提取的 SourceData 文件夹，然后单击确定。
6. 展开文件夹，然后展开 SourceData 文件夹。

   SourceData 文件夹包含两个文件。 06-CA.DAT 文件是包含加利福尼亚州障碍物的 DOF。 ProposedObstacles.lpkx 文件是一个图层包，其中包含不在 DOF 中的附加障碍物。

7. 在功能区的视图选项卡上，单击地理处理，以打开地理处理窗格，并将其停靠在目录窗格旁边。
8. 在地理处理窗格中，单击查找工具框并输入 Import Digital Obstacle File。
9. 单击导入数字障碍文件。

   导入数字障碍文件工具随即打开。

   注：

   如果您收到该工具未获得许可消息，则您没有 ArcGIS Aviation Airports 的许可。 您可以申请试用许可。 获得许可之前，您将无法继续学习本课程。

10. 对于输入数字障碍文件，在 SourceData 文件夹中浏览到 06-CA.DAT 文件。

    

11. 对于目标障碍物要素，选择 VerticalStructurePoint 要素类。
12. 单击运行。

    导入数字障碍文件工具运行并将障碍物点添加到地图中。

    

    您已将 DOF 中的障碍物数据点加载到 VerticalStructurePoint 要素类中。 每个点均代表一个人为设置的障碍物。 您可以单击这些数据点以查看其属性。

    VerticalStructurePoint 要素类包括描述障碍物类型、障碍物在平均海平面之上的高度、高于表面的障碍物高度等的属性。 FAA 的 DOF 每 56 天更新一次。 您导入的 DOF 不包含起重机的障碍物数据，这些起重机将被引入以对租车设施点进行计划施工，因此您接下来将添加这些数据。

添加包含障碍物的图层包

您在 SourceData 包中下载的数据包括一个图层，其中显示用于计划施工的起重机的可能位置。 现在，您将该数据添加到地图中。

1. 在目录窗格中，单击 SourceData 文件夹。
2. 右键单击 ProposedObstacles.lpkx，然后单击添加至当前地图。

   

   ProposedObstacles.lpkx 文件是一个图层包，其中包含不在 DOF 中的附加障碍物。

3. 在内容窗格中，右键单击 ProposedObstacles 图层并单击缩放至图层。

   ProposedObstacles 图层包含八个点要素（用蓝色空心圆圈表示），这些要素代表施工起重机的可能位置。

   

4. 单击要素之一以查看其属性。

   系统将显示包含属性 Elev_Val 的弹出窗口，该属性包含起重机顶部在平均海平面之上的高程。 在本课程的后面部分，您将使用 Elev_Val 字段以在 3D 模式下可视化这些障碍物。

5. 关闭弹出窗口窗口。

现在，您已通过加载 DOF 数据，并将建议的起重机位置添加到地图中，以准备分析工程。 下一步是开始分析数据。

分析机场障碍物

现在，您将为机场创建表面，用于确定已添加到工程中的任何障碍物是否会对飞机造成危险。

创建障碍标识表面

障碍标识表面 (OIS) 是多面体或面要素，表示空中的飞机与地球表面上的障碍物之间的净空。 下图显示了市政机场跑道的 3D 进近 OIS 表面。

此图像显示了 OIS (1) 的高度随着表面向跑道 (2) 倾斜而发生变化。 在本练习中，您将对位于向下延伸至跑道的其斜坡上的任何一点处，高度与 OIS 相交的障碍物感兴趣。 类似穿透障碍物可能会对飞行操作造成危险。

ArcGIS Aviation Airports 包含多个地理处理工具，用于针对不同的规范生成 OIS。 航空当局（例如 FAA 和 ICAO）将为 OIS 创建提供标准和规范。 您将使用 FAA FAR 77 地理处理工具创建 OIS。

1. 在地图上进行缩小，直到您能够看到机场跑道及其标注为止。
2. 单击功能区上的地图选项卡。 在选择组中，单击选择工具。

   

3. 单击飞机跑道 10R/28L 中心线以将其选中。

   

4. 在地理处理窗格中，搜索并打开 FAA FAR 77 工具。

   

   FAA FAR 77 工具随即打开。

5. 在 FAA FAR 77 工具中，输入以下内容：
   • 对于输入跑道要素，选择 RunwayCenterline。
   • 对于目标 OIS 要素，选择 ObstructionIdSurface_MP。
   • 对于跑道高端分类，选择 Non precision instrument runway greater than (>) 3/4 mile。
   • 对于跑道低端分类，接受默认值 Same as high runway end classification。
   • 对于输入机场控制点要素，选择 AirportControlPoint。

   

6. 单击运行。

   FAA FAR 77 地理处理工具随即运行，并且所选飞机跑道 10R/28L 的 OIS 要素将添加至 ObstructionIdSurface_MP 要素类。

7. 缩小以查看更新的 ObstructioniDSurface_MP 图层的完整范围。

   

8. 在功能区地图选项卡的选择组中，单击清除。

   您还可以在机场的所有飞机跑道上运行该工具，但为了简单起见，在本练习中，您仅需针对所选飞机跑道运行该工具。

   生成的 OIS 包括进近表面、圆锥表面、水平表面、主要表面和过渡表面。 由于您对跑道 10R 末端的障碍物感兴趣，因此您将仅分析进近表面。

为进近表面设置定义查询

可以使用定义查询以根据表面的属性来过滤可见表面。

1. 在内容窗格中，右键单击 ObstructionIdSurface_MP 图层并单击属性。
2. 在图层属性窗格中，单击定义查询。
3. 单击新建定义查询。
4. 将查询值设置为以下内容：Where Name is equal to Approach Surface。

   

5. 单击应用。
6. 单击确定。

   随即应用定义查询，并且地图上将仅显示进近表面。

   

分析跑道障碍物

在地图上，可以看到多个障碍物与跑道两端的进近表面重叠。 这些现有障碍物用蓝色圆点表示，与施工相关联的拟建障碍物用蓝色大圆圈表示。 与高端相比，此跑道低端的障碍物似乎明显更多，如下图所示。

虽然您可以假设这些障碍物中的每一个都可能会干扰飞机在这条跑道上起飞或降落的能力，但仅穿透 OIS 的障碍物才被视为飞行危险。

分析跑道障碍物地理处理工具可对障碍物的高程值与进近表面向跑道倾斜时的相应高度进行比较。 该工具将输出一个新的要素类，用于描述每个输入障碍物与 OIS 进近表面的相互作用。

现在，您将使用分析跑道障碍物地理处理工具以确定与 OIS 进近表面相交并且应分类为飞行危险的要素。

1. 在地理处理窗格中，单击返回按钮并在搜索栏中键入分析跑道障碍物。

   分析跑道障碍物地理处理工具随即显示在搜索结果中。

2. 单击分析跑道障碍物工具。
3. 在分析跑道障碍物工具窗格中，输入以下内容：
   • 对于输入 OIS 要素，选择 ObstructionIdSurface_MP 图层。
   • 对于输入障碍物要素，选择 VerticalStructurePoint 图层。
   • 在输出障碍物要素类框中，键入 DOF_Hazards。
   • 对于障碍物高度，选择 Elev_Val。
   • 对于单位，选择英尺。

   

4. 单击运行。

   分析跑道障碍物工具随即运行，DOF_Hazards 要素图层将添加至内容窗格中。

   DOF_Hazards 要素图层包含多个要素，用于指示 OIS 内的多个点。

5. 在内容窗格中，右键单击 DOF_Hazards 图层，然后单击属性表以查看属性。

   此图显示了穿透 OIS 的障碍物及相应的字段值。

   

   1	障碍标识表面 (OIS)
   2	障碍物。
   3	Delta_Z 字段值。
   4	OIS_Z 字段值。
   5	Z 字段值。

   Delta_Z 字段指 OIS 上方或下方障碍物的高度。 Delta_Z 为负值的要素位于 OIS 下方，而 Delta_Z 为正值或零的要素穿透 OIS。

使用定义查询来显示穿透障碍物

接下来，您将在 DOF_Hazards 要素图层上设置一个定义查询，以确定穿透 OIS 的障碍物的确切数量。

1. 在内容窗格中，右键单击 DOF_Hazards 图层，然后单击属性。
2. 在图层属性窗口中，单击定义查询，然后单击新建定义查询。
3. 将查询值设置为以下内容：Where Delta_Z is greater than or equal to 0。

   

4. 单击应用。
5. 单击确定。

   随即应用定义查询。

6. 在内容窗格中，右键单击 DOF_Hazards，然后单击缩放至图层。

   在地图上显示 6 个穿透 DOF 障碍物。

   注：

   图层的符号系统颜色将随机生成，可能与示例图像不同，但是不会影响分析结果。

   

分析跑道障碍物

接下来，您将使用分析跑道障碍物地理处理工具来分析 ProposedObstacles 要素图层中的障碍物。

1. 在地理处理窗格中，搜索并打开分析跑道障碍物地理处理工具。
2. 在分析跑道障碍物工具窗格中，输入以下内容：
   • 对于输入 OIS 要素，选择 ObstructionIdSurface_MP 要素图层。
   • 对于输入障碍物要素，选择 ProposedObstacles 要素图层。
   • 在输出障碍物要素类框中，键入 Construction_Hazards。
   • 对于障碍物高度，选择 Elev_Val。
   • 对于单位，选择英尺。

   

3. 单击运行。

   分析跑道障碍物工具随即运行并将 Construction_Hazards 要素图层添加至内容窗格中。

   Construction_Hazards 要素图层包含 8 个要素。

   

   可以使用类似于用于 DOF 障碍物的定义查询来显示穿透 OIS 的障碍物。

使用定义查询来显示穿透障碍物

现在，您将在拟建施工起重机站点上构建定义查询。

1. 在内容窗格中，右键单击 Construction_Hazards 图层，然后单击属性。
2. 在图层属性对话框中，单击定义查询。
3. 单击新建定义查询。
4. 将查询值设置为以下内容：Where Delta_Z is greater than or equal to 0。

   

5. 单击应用。
6. 单击确定。

   随即应用定义查询，并在地图上显示 2 个 Construction_Hazard 要素。

   

   这表明，在租车设施上建造两台拟建起重机（用黄色圆圈表示）可能会对飞行操作造成风险。

您已创建了 OIS 表面，并将 DOF 危险和拟建施工起重机站点与其进行了比较。 您确定了两个拟建施工起重机站点可能会造成危险。

以 3D 方式可视化机场和障碍物

您可以使用 ArcGIS Pro 在 3D 模式下显示 OIS 和障碍物数据。 在 3D 模式下查看数据允许您获得有关沿通道曲面飞行危险的更多见解。

将地图转换为场景

将当前地图转换为 3D 场景。

1. 单击功能区上的视图选项卡。
2. 在视图组中，单击转换，然后单击至局部场景。

   

   随即打开新选项卡，其中包含与地图相同的图层的 3D 场景。 这是局部场景，比全球场景更适合显示局部比例数据。 局部场景支持局部坐标系，例如此地图中使用的美国国家平面坐标系。

将 3D 符号系统应用于 DOF 危险图层

现在，地图已转换为局部场景，您可以在三个维度上对障碍物数据进行符号化。 首先，将障碍物要素拉伸到其在表面上方的真实高度。

1. 在内容窗格中，右键单击 DOF_Hazards，然后单击属性。

   图层属性窗口随即打开。

2. 在图层属性窗口中，单击高程选项卡。
3. 在要素为中选择地面上，然后单击确定。

   设置此选项可确保您的要素从其基础延伸到地球表面。

4. 在内容窗格中，单击 DOF_Hazards 图层将其选中。
5. 在功能区上，单击要素图层选项卡。
6. 在拉伸组中，单击类型，然后单击绝对高度。

   

7. 在拉伸组中，从字段下拉菜单中选择 Z。

   Z 字段是障碍物在表面上方的真实高度。

8. 对于单位，选择美国英尺。
9. 右键单击 DOF_Hazards，然后单击缩放至图层。

   现在将现有障碍物要素从表面拉伸到其真实高度。

   

您将看到穿透 OIS 的障碍物。 放大这些障碍物可以了解这些障碍物对使用此跑道的飞机构成危险的程度。 通常，必须移除、降低、照亮或减少现有障碍物，以确保飞机的安全飞行。

应用 3D 符号系统

接下来，您将使用相同的方法来符号化 Construction_Hazards 图层。

1. 在内容窗格中，右键单击 Construction_Hazards 并单击属性。
2. 在高程选项卡中，单击要素位于下拉菜单，选择在地面上，然后单击确定。
3. 在内容窗格中，单击 Construction_Hazards 图层将其选中。
4. 在功能区要素图层选项卡上的拉伸组中，单击类型，然后单击绝对高度。
5. 在拉伸组中，从字段下拉菜单中选择 Z。

   Z 字段是障碍物在表面上方的真实高度。

6. 对于单位，确认已选择美国英尺。
7. 右键单击 Construction_Hazards，然后单击缩放至图层。

   

现在，障碍物从表面拉伸至其真实高度。 您将看到穿透 OIS 的障碍物。 放大这些障碍物可以了解这些障碍物对使用此跑道的飞机构成危险的程度。

突出显示可能构成危险的现有障碍物

现在，您将调整现有障碍物要素的符号系统，以突出显示对飞机构成飞行危险的障碍物。 要显示所有障碍物，您将移除之前设置的定义查询。

1. 在内容窗格中，打开 DOF_Hazards 图层的属性。 在定义查询选项卡上，单击移除定义查询按钮。

   

2. 单击是，然后单击确定。
3. 在内容窗格中，右键单击 DOF_Hazards 图层，然后单击符号系统。
4. 在符号系统窗格中，对于主符号系统，选择唯一值。
5. 对于字段 1，单击设置表达式按钮。

   

   随即显示表达式构建器。

   您将构建一个表达式，以根据条件更改此图层中要素的符号。

   穿透 OIS 的 DOF_Hazards 要素的 Delta_Z 属性大于或等于0。 您将使用 Arcade 表达式根据这些要素是否穿透 OIS 来更改其符号系统。

6. 在表达式框中，删除现有表达式并复制粘贴以下 Arcade 脚本：

   if ($feature.Delta_Z >= 0) {
       return "Penetrating"
   } 
   else {
       return "Not penetrating"
   }

   

7. 单击确定。

   表达式构建器随即关闭，并且 DOF_Hazards 要素图层将由穿透和非穿透要素符号化。

8. 在符号系统窗格中，对于非穿透类单击符号。

   

9. 在库选项卡中，选择绿色的非穿透障碍物符号，然后单击返回按钮。

   

10. 在符号系统窗格中，对于穿透类单击符号。 在库选项卡中，选择红色的穿透障碍物符号，然后单击返回按钮。

    您已更新穿透和非穿透符号。

    

    现在更易于查看穿透 OIS 的现有危险要素。 由于您之前添加了定义查询，因此当前仅显示穿透要素。 如果移除查询，则可以通过红色和绿色符号系统来区分穿透要素和非穿透要素。

突出显示可能构成危险的现有施工障碍物

现在，您将使用相同的技术调整施工危险障碍物要素的符号系统，以突出显示对飞机构成飞行危险的障碍物。

1. 在内容窗格中，对于 Construction_Hazards 图层，移除定义查询。
2. 在内容窗格中，右键单击 Construction_Hazards 图层，然后单击符号系统。
3. 在符号系统窗格中，对于主符号系统，选择唯一值。
4. 单击设置表达式按钮。
5. 在表达式框中，删除现有表达式并复制粘贴以下 Arcade 脚本：

   if ($feature.Delta_Z >= 0) {
       return "Penetrating"
   } 
   else {
       return "Not penetrating"
   }

   

6. 复制以下 Arcade 脚本，并将其粘贴在表达式框中。
7. 单击确定。

   表达式构建器随即关闭，并且 DOF_Hazards 要素图层将由穿透和非穿透要素符号化。

8. 在符号系统窗格中，对于非穿透类单击符号。 在库选项卡中，选择绿色的非穿透障碍物符号，然后单击返回按钮。
9. 在符号系统窗格中，对于穿透类单击符号。 在库选项卡中，选择红色的穿透障碍物符号，然后单击返回按钮。

   现在更易于查看穿透 OIS 的建议施工危险要素。

浏览场景

现在，您将在 3D 模式下浏览场景，以更好地了解障碍物穿透 OIS 的程度。

1. 在 3D 视图的左下角，单击显示完全控制权限以查看 3D 导航控件的展开版本。

   

2. 单击并向上拖动环形控件以更改场景的透视图。

   

   当环处于水平位置时，您所看到的场景就像站在表面上一样。

   

   也可以通过在场景上单击并拖动来进行导航。

   

3. 单击 3D 场景，然后向下拖动以进行放大。

   

   您可以在包含非穿透障碍物的环境中查看穿透障碍物。

4. 右键单击 Construction_Hazards 图层，然后单击缩放至图层。
5. 使用 3D 导航控件从表面查看危险。

   

6. 保存工程。

   现在，您可以看到一些障碍物不会接触 OIS，而最靠近跑道的两个障碍物却穿透了 OIS。

您可以使用这些可视化效果向施工团队说明哪些起重机位置会对飞机造成潜在危险。

在本教程中，您扮演了 SFO 的 GIS 分析师的角色，以分析 10L 跑道端点的障碍物。 障碍物分析是确保飞机在飞机场内和飞机场周围安全飞行的关键练习。 您使用 ArcGIS Aviation Airports 工具集中的地理处理工具加载和分析了航空数据，并以 2D 和 3D 形式对结果进行了可视化。

您可以在教程库中找到更多教程。

致谢

• 垂直结构点由美国联邦航空管理局 (FAA) 提供。