KP4-2011.book Page 281 Thursday, November 17, 2011 … av 3Ddata i Avinor.pdf · conflict areas between obstacle limitation surface s and air traffic close to Ørsta/Volda ... porteres

KART OG PLAN 4–2011 281

Bruk av 3D-data i AvinorInger Lise Gjerdebakken Widerøe, Mariann Nilssen og Halvor Aasen

Inger Lise Gjerdebakken Widerøe & al.: Use of 3D-data in Avinor

KART OG PLAN, Vol. 71, pp. 281–291, P.O.B. 5003, NO-1432 Ås, ISSN 0047-3278

Avinor is responsible for aeronautical information management for Norway. Much of the data which are collected andmaintained have z-coordinates, and these enable the use of 3D tools. This article presents 4 different scenarios where3D-data are used. The first case describes the use of 3D-data related to a landing procedure for Kristiandsand/Kjevik.The second case visualizes how 3D-data are used to perform visual inspections of airspace. In the third case the visibilityof navigation instruments (DME) on Svalbard are analyzed. The fourth case describes how 3D-data are used to point outconflict areas between obstacle limitation surfaces and air traffic close to Ørsta/Volda aerodrome.

Key words: airspace, visibility analysis, restrictive surface

Inger Lise Gjerdebakken Widerøe, Mariann Nilssen and Halvor Aasen. Advisor GIT, Avinor – Technical and AeronauticalInformation Management (TAIM), P.B 150, NO- 2061 Gardermoen. E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]

InnledningAvinor bidrar til at rundt 40 millioner flypas-sasjerer kan reise til og fra selskapets 46lufthavner på en sikker og effektiv måte.3000 medarbeidere har ansvar for å planleg-ge, bygge ut og drive et samlet lufthavn- ogflysikringssystem. Dette inkluderer tårn ogkontrollsentraler, bakketjeneste og utviklingav servicetilbud ved lufthavnene. Oslo Luft-havn AS er heleid datterselskap og OSL haralene en årlig trafikk på rundt 20 millionerpassasjerer. Avinor er et statlig aksjeselskapog finansieres gjennom luftfartsavgifter ogsalg på lufthavnene.

Ved større utbyggingsprosjekter kartleg-ger Avinor selv sine lufthavner iht. siste ver-sjon av norsk standard SOSI, som sikrer godevektordata i 3D og ortofoto. I tillegg laser-skannes enkelte av lufthavnene ved f.eks. for-prosjektering. Videre har Avinor ansvar forforvaltning og beregning av luftfartsrelatertinformasjon som f.eks. hinder, luftrom, ru-testruktur, prosedyrer for inn- og utflygings-traseer, restriksjonsplaner, etc. Avinor erogså part i Norge digitalt og har gjennomdette tilgang til data for hele Norge. I 2007valgte Avinor å satse på Esri teknologi sombasis GIS plattform. I tillegg bruker AvinorAutoCad/NovaPoint, GeoTITAN, Al-Sky ogMaria i sin kartproduksjon.

Vi vil i denne artikkelen komme med fireeksempler på bruk av 3D-data i Avinor som

understøtter noen av Avinors ansvarsom-råder. Eksemplene viser innflygningsprose-dyrer på Kristiansand lufthavn/Kjevik, vi-suell vurdering av luftrom, synlighetsvur-dering av lufthavninstrument på Svalbardlufthavn/Longyear og visualisering av inte-ressekonflikt på Ørsta-Volda lufthamn/Hovden.

Innflygingsprosedyrer på Kristiansand lufthavn/KjevikEn av oppgavene til Avinor er konstruksjonav inn- og utflygningsprosedyrer for de ulikelufthavnene. Hovedhensikten med slike pro-sedyrer er å bringe flyene trygt inn mot lan-dingspunktet ved innflygning, eller overgangtil videre ruteinfrastruktur ved utflygning.Det er mange parametre som ligger til grunnfor beregning av denne type prosedyrer. Bl.a.lengde på lufthavnens rullebane, størrelse ognavigasjonsutstyr i flyet og støyforskrifter,men det viktigste er at prosedyrene sikrerseparasjon mot hinder på bakken.

Prosedyrene konstrueres av egne prose-dyredesignere og konstruksjonen foregår ispesialtilpassede verktøy (GeoTITAN og AI-Sky). Prosedyrene kvalitetssikres før de im-porteres inn i databasen som xml-filer. Selvom prosedyrene i virkeligheten har 3D-ut-strekning, skjer konstruksjon av prosedyre-ne i 2D. Det er i gjeldende versjon av kon-

KP4-2011.book Page 281 Thursday, November 17, 2011 3:02 PM

Inger Lise Gjerdebakken Widerøe, Mariann Nilssen og Halvor Aasen

282 KART OG PLAN 4–2011

struksjonsprogramvaren ikke støtte for vi-sualisering i 3D. Selv om data ikke kan visu-aliseres i 3D i konstruksjonsprogramvarenkan prosedyrene eksporteres fra databasensom kml-filer og hentes inn i programmersom ArcGlobe og Google Earth. Avinor be-nytter denne muligheten til presentasjon avprosedyrer og til visuell inspeksjon av data-basekoding og høydeverdier. I eksempletunder er en innflygningsprosedyre på Kje-vik illustrert (ILS z or LOC z RWY 22). Ved

å fremstille prosedyren i 3D kan man se deulike prosedyresegmentene opp mot hveran-dre og dermed få en indikasjon på om høyde-verdier og utforming er som forventet. 3D vi-sualisering gir også muligheten til å presen-tere prosedyren i forhold til omgivelsenerundt.

Figur 1 viser hvordan flyet går fra et ven-temønster (holding) ned mot punktet hvorpiloten må avgjøre om det skal gjøres en lan-ding eller ikke.

Dette er illustrert fra motsatt side på figur 2.Illustrasjonen viser videre at flyet må stigeog gå inn i et nytt ventemønster ved en av-brutt innflygning (missed approach). En av-brutt innflygning skjer blant annet hvis rul-

lebanen ikke er synlig når flyet kommer tilpunktet angitt med en pil på figur 2.

Figur 3 illustrert hvordan flyet skal gå opptil en angitt høyde og vente i et ventemønstertil videre beskjed.

gj g

Figur 1 – Innflygningsprosedyre Kjevik illustrert i Google Earth

Figur 2 – Avbrutt innflygningspunkt


Bruk av 3D-data i Avinor


LuftromNorsk luftrom er delt inn i fem ulike luft-romsklasser (A, C, D, E og G), hvor det forhver klasse er ulike regler som gjelder iht.BSL-F (Bestemmelser for Sivil Luftfart).Disse utgjør det som kalles kontrollert ogukontrollert luftrom (i tillegg finnes det en-kelte spesial områder). I kontrollert luftrom(A, C, D og E) er det flygeledere som kontrol-lerer at det til enhver tid er en sikker og ef-fektiv trafikkavvikling. Her er i tillegg kravtil toveis radiokommunikasjon. I ukontrol-lert luftrom (G) er det ikke krav om toveis ra-diokontakt, bortsett fra i enkelte områder(G*). I ukontrollert luftrom ytes det trafikk-informasjonstjeneste, men ansvaret for sik-ker separasjon ligger hos piloten.

Luftrommet er videre delt inn ulike un-dergrupper av luftrom (Control zone (CTR),Control area (CTA), Terminal control area(TMA), Traffic information zone (TIZ) ogTraffic information area (TIA)), hvor hverluftromstype har ulike egenskaper og lateralog vertikal utstrekning (3D).

Illustrasjonen under viser en typisk inn-deling av luftrom over en kontrollert luft-havn. I CTR luftrommet er det tårnet på luft-havnen som yter lufttrafikktjeneste, mennår flyet kommer inn i TMA luftrommet erdet approach tjenestene som overtar lufttra-fikktjenestene.

Det sentrale er at de ulike luftromsgruppe-ne ikke overlapper hverandre. Det betyr at top-pen på CTR luftrommet skal ha samme høydesom bunnen til overliggende del av TMA.

I et forvaltningsperspektiv er det hen-siktsmessig å kunne visualisere ulike luft-rom opp mot hverandre som en visuell indi-kasjon på høydedata.

Illustrasjonene under er for Kristiansandlufthavn/Kjevik og er en praktisk visualise-ring av figur 4. CTR luftrommet skal gå frabakken og opp til 2500 fot (FT). TMA luft-rommet starter fra 2500 FT og går til flightlevel (FL) 155 (15500 FT). Det skal ikke væreoverlapp mellom luftrommene.

For å illustrere har vi gitt CTR (grønt) forstore høydeverdier, slik at luftrommet pene-trerer TMA (blått). En slik uoverensstem-melse er enkel å oppdage ved visualisering i3D.

Figur 3 – Ventemønster ved avbrutt innflygning.

Figur 4 – Luftromsorganisering over enkontrollert lufthavn.




Synlighetsanalyse av DME på Svalbard lufthavn, LongyearI forbindelse med operativ godkjenning forSvalbard lufthavn, Longyear gjennomførteAvinor en risikoanalyse. På bakgrunn avdenne fikk flysikringsdivisjonen i Avinor ioppdrag å gjennomføre en utredning for å fin-ne mulige løsninger som kunne styrke områ-denavigasjonsdekningen på Svalbard.

Flysikringsdivisjonen anbefaling gikk ut påå etablere en 3 DME løsning (Distance Mea-suring Equipment) som gir signaler for luftfar-tøyenes FMS (Flight Management System).

Løsningen dekker behovet for naviga-sjonsstøtte i de innledende flygefaser til beg-ge baner i Longyear og ble identifisert som etvesentlig risikoreduserende tiltak i sikker-hetsanalysen som ble gjennomført i forholdtil hindersituasjonen for denne lufthavnen.

For å finne optimal plassering av DMEmåtte utstyrets dekningsområde og miljøin-teresser ivaretas.

Et luftfartøy kan bestemme sin posisjondersom det mottar avstandsinformasjon fra3 DME stasjoner.

Dekningsområdet for DME vil være be-grenset av følgende faktorer:

– Transponder sendereffekt og mottaker føl-somhet (bakkeutstyr)

– Interrogator sendereffekt og mottaker føl-somhet (flyutstyr)

– Topografi eller terrengets beskaffenhet– Skjæringsvinkel mellom avstander fra to

gitte anlegg må være større enn 30º ogmindre enn 150º.

– Minimumsavstand mellom to DME trans-pondere skal være større enn 1NM (nau-tisk mil)

Det var for Avinor viktig å unngå plasseringav instrumenter i miljømessige følsommeområder. 65 % av landarealet på Svalbard ervernet, og begrenser følgelig områder som eraktuelle. Følgende utsagn fra Stortingsmel-ding nr. 9 (1999–2000) Svalbard:

«Svalbard bør på bakgrunn av sine doku-menterte miljøverdier, fremstå blant debest forvaltede villmarksområder i ver-den.» «Ved konflikt med andre interesserpå Svalbard skal miljøhensyn veie tyngst.»

DME stasjonene ble vedtatt etablert på Skol-ten, Midterhuken (Gunnarberget) og KappThordsen (Torfjellet). Dette innebar at detmåtte bygges ny infrastruktur på to steder:Midterhuken og Kapp Thordsen. De foreslåtteplasseringene ligger utenfor de områdene somer belagt med spesielle vernerestriksjoner.

Figur 5 – CTR luftrom penetrerer TMA luftrom




For optimal plassering av navigasjonsin-strumenter på Svalbard er bl.a. GIS og 3D-data brukt som underlag og dokumentasjonfor å visualisere instrumentets synlighet i ter-renget. Synlighet var et av flere kriterier somble vurdert ved plassering av instrumentet.

Programvare:Dekningsanalyse er gjort i Maria. Ikke om-talt i artikkelen.Synlighetsanalyse: Esri ArcGIS Desktop,Esri 3D Analyst, ArcGlobeKonstruksjon av 3D-objekt: Google Sketchup

Datagrunnlag: Terrengmodell basert på S100 fra Norge Di-gitalt

Metode:I ArcGIS ble det kjørt en analyse via verktøy-et Viewshed i ArcToolbox. Verktøyet kan kjø-res fra ArcGIS Desktop. Bruk av verktøyetforutsetter at man har lisens for 3D Analyst.En Viewshed analyse er en synlighetsanalysesom viser hvilke områder som har sikt til ettgitt objekt. Verktøyet gir anledning til å settediverse parametre for analysen. Analysen eren rasteranalyse som kjører fra et bestemtpunkt ut fra gitte parametre som høyde på etpunktobjekt og observatør, radius/sektor/vin-kel, korreksjon for jordkrumning etc.

I analysen ble ulike antennehøyder lagtinn for å se på endringer i synlighet. Resultatfra analysen er et raster som visualisererområdene med sikt til masten.

Figur 6 – Naturvernområder påSvalbard. Kilde; Norsk Polarin-stitutt




Synlighetsanalyse for plassering av DME på Midterhuken:For Midterhuken ble 3–4 ulike plasseringervurdert. Det var ønskelig å få en plasseringlengst mot vest på Midterhuken for best mu-

lig dekning opp Reindalen. Samtidig skulleplassering ikke være til sjenanse for passe-rende cruisetrafikk. Det ble derfor utført fle-re synlighetsanalyser for de alternative plas-seringene på Midterhuken.

Synlighetsanalyse for plassering av DME på Kapp Thordsen:

For Kapp Thordsen måtte DME flyttesbort fra toppunktet og ned i terrenget med

hensyn til kulturminner i området. Det blegjennomført en synlighetsanalyse for opti-mal plassering av DME av hensyn til bebyg-gelsen i området.

Figur 7 – Resultat av synlighetsanalyse Midterhuken

Figur 8 – Resultat av synlighetsanalyse Kapp Thordsen




Visualisering:For å visualisere i 3D ble DMEen konstruert

i Google Sketchup basert på eksisterendeCAD-tegning av DMEen.

ArcGlobe ble videre bruk for å lage en samlet3D-presentasjon av terreng og DME. For ågjøre 3D-presentasjonen mer realistisk ble

bilder av landskapet drapert over terreng-modellen.

Figur 9 – Cadtegninger av DME og 3D-objekt konstruert i Google sketchup.

Figur 10 – Illustra-sjon av DME på Midterhuken

Figur 11 – Illustra-sjon av DME på Midt-erhuken. Bilder dra-pert over overflatemo-dell.




Interessekonflikt på Ørsta-Volda lufthamn, HovdenAlle Avinors lufthavner har en restriksjons-plan basert på gjeldene krav i forskrift omutforming av store flyplasser (BSL E 3-2).Restriksjonsplanen kan forenklet beskrivessom en statlig reguleringsplan som regulererluftrommet i tilknytning til en lufthavn, ogfastsettes i Samferdselsdepartementet i hen-hold til Luftfartsloven § 7-13.

Restriksjonsplanen skal vise de begrens-ninger og rådighetsinnskrenkninger som ernødvendig for å sikre hinderfritt luftrom forflytrafikken. Planen viser de områder sombåndlegges med bygningsmessige restriksjo-ner for å sikre hinderfri inn- og utflyging. Av-inor har siden 2004 tatt i bruk digitale kartog 3D-data for produksjon og analysearbei-der for å visualisere hvor terrenget bryter re-striksjonsflatene.

Interessekonflikt mellom reguleringsplan og flytrafikk:I kommunen sin egengodkjente regulerings-plan, datert den 31.3.2011 (Flyplassområdetmed deler av Hovdebygda) er det regulert innet dyretråkk/korridor for storvilt vest for luft-havnen med minimum skoghøyde på 2 til 3meter. Dyretråkket er i konflikt med restrik-sjonsplanen for lufthavnen og også i konfliktmed reguleringsbestemmelsene § 9d som sier:

«Innan områda gjeld dei høgderestriksjo-nar som er vist med restriksjonslinje påført

NGO kotehøgd. Mellom påførte høgder skaldet interpolerast. I desse områda kan detikkje etablerast hinder (bygningar, vegeta-sjon, eller andre innretningar) som bryt gjen-nom innflygingsflatene eller sideflatene slikhøgderestriksjonane er vist på plankartet.Eksisterande vegetasjon skal holdast underhinderflatene.»

Under vises konfliktområdet i 2D, og deter vanskelig å danne seg et inntrykk av hvorskogen bryter restriksjonsflatene.

Figur 12 – Visualisering av restriksjonplan i 3D.




3D verktøy ble derfor tatt i bruk for å synlig-gjøre denne konflikten.

Programvare: Safe software programvare: FME versjon2011Restriksjonsmodul i Novapoint versjon 18.10(AutoCad v. 2011)

Datagrunnlag:Laserdata punkttetthet 3,3 pkt/m2Ortofoto 10 cm oppløsningRestriksjonsplan utarbeidet iht. ICAO An-nex 14 og BSL 3.2.

Visualisering av konflikten:Ørsta-Volda lufthamn, Hovden ble laser-skannet i 2007 i et område på ca 600 km2.Disse dataene er brukt i denne analysen. I enlaserskanning sendes en stråle fra flyet nedmot terrenget. Når strålen treffer et objektreturneres 4 pulser og en intensitetsverdi.Første og siste pulsretur er godt egnet forf.eks. måling i skog, der første pulsretur til-svarer tretopper og siste pulsretur tilsvarer

skogbunn, så sant skogen ikke er altfor tett.For å visualisere hvor skogen bryter restrik-sjonsflatene er høyde på tretoppene vesent-lig for korrekt fremstilling i 3D.

Laserdata for store områder krever stormaskinkapasitet og for å forenkle prosse-seringen ble området innskrenket til nærom-rådet rundt dyretråkket og innflygingssekto-ren som var berørt. Laserdata og ortofotoeter klippet iht. det mindre området. FME-funksjonen PointCloudSplitter er brukt for åekstrahere kun punktdata med verdi for før-ste retur fra laserskanning, og uttrekket blebrukt til å generere en overflatemodell (TIN-modell) for å illustrere trehøyde basert på la-serdataene. Det klipte ortofotoet ble drapertover TIN-modellen for å visualisere skogen.

Restriksjonsflatene blir produsert i Nova-Point og eksportert ut som 3D polygon. Data-ene ble sammenstilt i FME og skrevet ut somen 3D-pdf som lufthavnen kunne bruke i sinkommunikasjon med kommunen.

3D-pdfen viser tydelig hvor terreng ogskog er å anse som hindre iht. restriksjons-flaten (situasjon gitt i 2007).

Figur 13 – Fremstilling av konfliktområdet i 2D.




Figur 14 – Illustrasjon av dyretråkk

Figur 15 – Illustrasjon av dyretråkk, ortofoto drapert på overflatemodell.




OppsummeringI artikkelen har vi valgt å presentere fire va-rierte eksempler på bruk av 3D data i Avinor.Fremover vil bruken av 3D verktøy øke.

Et av områdene hvor vi ser for oss økt bruker i utbyggingsprosjekter, der BIM (BuildingInformation Model) vil tas i bruk i størregrad. Prosjekt T2 på Gardermoen for byg-ging av ny terminal bruker BIM gjennomhele prosjektet for å dokumentere terminal-bygget i 3D.

Et annet område er utvidet bruk av laser-data for å vurdere tilvekst på skog, vurdereskader i asfaltdekke, for produksjon av nøy-aktige terreng- og høydemodeller, kvalitets-heving av gamle data, avrenningsanalyser,visualisering av terrenginngrep m.m.

Fortsatt er det utfordringer på hardwa-re/programvare for bruk av 3D-data. I løpet

av høsten oppgraderes windowsplattformenhos Avinor, og Esri programvare oppgrade-res Q1 2012. Nylig er også Autocad/Nova-Point oppgradert, og forhåpentligvis vil dettebidra til enklere bruk av 3D.

Kildehenvisning:Intern rapport Avinor «Navigasjon på Svalbard –

Muligheter, løsninger og utfordringer»Reguleringsbetemmelser ved Ørsta-Volda luft-

hamn

Takk til:Asbjørn Ursin, Inge Anundskås, Espen Øvre,Torunn Stangeland og Henrik Rinne for inn-spill og illustrasjoner.

Figur 16 – Illustrasjon av dyretråkk, ortofoto drapert på overflatemodell vist sammen medrestriksjonsflate for innflyging i grått.


Documents

KP4-2011.book Page 281 Thursday, November 17, 2011 … av 3Ddata i Avinor.pdf · conflict areas between obstacle limitation surface s and air traffic close to Ørsta/Volda ... porteres