空中交通管制飞行数据手写显示输入设备及其实现方法

摘要

本发明公开了一种空中交通管制飞行数据手写显示输入设备及其实现方法。该设备包括处理机、显示屏、触摸屏和电子笔，其中处理机为空中交通管制设备的数据保存、存储和处理中心，显示屏为液晶显示屏，触摸屏为电容触摸屏，它们迭合起来，成为一个整体，电子笔与触摸屏通过传输线缆连接在一起，显示屏接处理机的视频输出端，触摸屏接所述处理机的输入端。它以电子笔为输入工具，并采用手写字体识别技术，可以让使用者不用改变日常书写习惯就轻松地完成飞行进程单和飞行卡片的有关操作，从而实现飞行进程单和飞行卡片的电子化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于实施空中交通管制的设备，特别涉及一种具有手写输入识别功能，可以实现电子飞行进程单和电子飞行卡片的空中交通管制飞行数据手写显示输入设备(简称为空中交通管制设备)，也涉及到该设备的实现方法，属于空中航行器的交通控制系统技术领域。

背景技术

在空中交通管制领域，飞行进程单一直是飞行管制员进行空中交通管制的重要工具。飞行进程单是将飞行计划的主要内容，比如飞机的机号、呼号或代号、机型、架数、二次代码、飞行高度、飞行时间、起飞和降落机场等内容，以及飞机飞越各个位置点的预计和实际的时间、飞行高度和飞机飞行进程等情况都标记在一个固定格式的单据上。单据上有根据飞行管制需要由计算机计算并打印出来的参数，另有一些是空白格，由管制员根据需要人工填写。飞行管制员通过该单据除了可以掌握飞行计划和飞行动态，记载管制指令和飞行员的空中报告，还可以根据飞机通过各个位置点的实际飞行时间、飞行高度和飞行状态判断出飞机与飞机在同一个位置点上，或者在相关的位置点之间是否将要发生冲突，从而确保飞行的安全和效率。实践证明，利用飞行进程单掌握飞行进程和预测飞机之间的飞行冲突，并配合雷达显示器进行实时跟踪监视，是一种行之有效的空中交通管制手段。

在我国目前的空中交通管制作业中，还是过多地依赖人工的参与，管制效率明显地受到飞行管制员的思维状况、工作经验、当前的管制作业繁忙程度等主客观因素的影响。在管制作业中，飞行管制员要在很短的时间内对飞越各个区域/位置点的飞机的飞行数据进行正确地处理，在进程单架上运用一定的规则对进程单进行排序和冲突探测等操作。同时，他还需要记录当前的飞行数据以作为继续管制的依据和可查询的历史数据。因此，飞行管制员的劳动强度，尤其是飞行密度较大区域的管制员的劳动强度是非常大的。

在另一方面，管制系统与飞行进程单之间的数据流向是单一的，即从管制系统输出到打印进程单，然后由飞行管制员根据对打印进程单的分析和判断发出管制指令。这种数据流动不是实时的，它是在飞行进程单打印时一次传送的，由于延时及其他原因，同一航班或批次的进程单系统会打印出多份，这也给辨识和查找带来较大的困难。

为了减轻管制人员的工作负担，挖掘利用飞行进程单进行管制作业的潜力和提高飞行管制员的工作效率，不少国家近十几年来对飞行进程单做了不少研究和探讨，试图借助先进的电子计算机技术开发功能强大、应用方便的电子进程单以从根本上改善飞行进程单的工作方式，弥补现有打印的纸质飞行进程单的缺欠。这方面典型的技术进展有美国专利5659475、5764508和6131065，虽然这些技术从不同角度试图解决空中交通管制自动化的问题，但从实际效果来看，实用性仍然不够，而且这些技术主要针对国外的空中交通管制规则，国内并不能直接采用。除此之外，国内有些研制单位也在研发电子化的飞行进程单，但这些电子飞行进程单只是把打印飞行进程单显示在显示器上，并增加一些如自动排序等简单的功能，功能有限，操作也不方便。

除了飞行进程单之外，飞行卡片也是我国空中交通管制中使用的重要工具之一。飞行卡片是各级管制中心现在值班作业中使用的《运输机转场飞行登记卡片》、《战斗机转场飞行登记卡片》和《场内、场外飞行登记卡片》的通称。各级管制中心主要用飞行卡片来掌握飞行计划、联系飞机放飞和记载飞行情况通报。对这种飞行卡片的操作也是管制作业中一个非常重要的环节。但是，现在使用的飞行卡片都是人工抄写的，不但卡片量大、抄写内容多，占用很多作业时间，而且还容易出现差错。实践中急需实现飞行卡片的电子化。

现在，基于模式识别的手写字体识别技术已经比较成熟，并在计算机外设、移动电话等领域得到广泛的使用，但目前还没有将此项技术应用在空中交通管制领域的实例。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于应用现已成熟的手写字体识别技术，提供一种新的空中交通管制飞行数据手写显示输入设备及其实现方法。该设备可以实现飞行进程单和飞行卡片的电子化。它采用电子笔作为输入工具，使数据输入可以像书写打印飞行进程单那样自如、快捷和简便。

为解决上述的技术问题，本发明采用下述的技术方案：

一种空中交通管制飞行数据手写显示输入设备，其特征在于：

所述空中交通管制设备包括处理机、显示屏、触摸屏和电子笔；

其中处理机为所述空中交通管制设备的数据存储和处理中心；

所述显示屏为液晶显示屏，所述触摸屏为电容触摸屏，它们迭合起来，成为一个整体，所述显示屏接所述处理机的视频输出端，所述触摸屏接所述处理机的输入端；

所述电子笔作为输入工具，与所述触摸屏通过传输线缆连接在一起。

一种利用上述空中交通管制飞行数据手写显示输入设备实现电子飞行进程单和飞行卡片的方法，其特征在于：

所述方法包括如下步骤：

(1)在显示屏上生成标准格式的电子飞行进程单或飞行卡片；

(2)利用手写字体识别技术对管制员在手写显示屏上的笔迹进行识别；

(3)对识别出的数据进行数据适应性处理；

(4)系统接收经适应性处理后的数据，根据数据所代表的指令进行操作。

本发明所述的空中交通管制飞行数据手写显示输入设备及其实现方法可以实现飞行进程单和飞行卡片的电子化。它以电子笔为输入工具，并采用手写字体识别技术，可以让使用者不用改变日常书写习惯就轻松地完成飞行进程单和飞行卡片的有关操作。与现有某些电子飞行进程单只具有简单排序等功能不同，它还具有下述多种功能：

●自动进行飞行冲突探测及辅助实时调配

●飞行数据自动更新

●任意方式自动排序

●多种指令输入及对空指挥记录

●快速自动发报

●历史记录回放

●C模式高度显示及提示

●分类统计查询

●进程单自由拖动，迭放

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1为本发明所述的空中交通管制飞行数据手写显示输入设备的组成示意图。

图2为本发明所述实现方法的流程示意图。

图3为电子飞行进程单的格式示意图。

图4为本空中交通管制飞行数据手写显示输入设备的操作界面示意图。

图5为手写输入识别过程的步骤示意图。

图6为适应性数据库模块的用户接口界面示意图。

图7为适应性数据库维护模块与其他模块的关系示意图。

图8为数据交换代理控制器与其他模块的关系示意图。

图9为数据交换代理控制器的基本结构示意图。

图10为电子飞行进程单中航线排序、高度排序、时间排序、状态排序和综合排序五种排序方式的示意图。

图11为通讯模块中数据接收和发送的工作流程图。

图12为用于场内、场外飞行登记的电子飞行卡片的格式示意图。

图13为采用描述数据库生成电子飞行进程单和电子飞行卡片的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的空中交通管制设备在硬件组成上由处理机、显示屏、触摸屏和电子笔四部分组成。其中处理机1为本空中交通管制设备的数据存储和处理中心，显示屏为15英寸液晶显示屏，它是本空中交通管制设备的显示设备，触摸屏为15英寸电容触摸屏，它的作用在于记录管制员在飞行进程单界面上的操作，作为处理机进行业务处理的依据。显示屏和触摸屏迭合起来，成为一个整体。由于它们是组合在一起使用和操作的，为了使用时称谓方便，把显示屏和触摸屏统称为手写显示屏2。电子笔3与触摸屏协作，用管制员在电子进程单界面上操作的笔尖位置信息触发触摸屏以形成操作笔迹。本空中交通管制设备通过网络接口或串行口与雷达监控席数据处理机4进行数据交互。

处理机为一台具有较强运算能力的计算机。它作为空中交通管制设备的核心专用设备，为电子飞行进程系统提供了强大的数据处理功能。一方面，处理机需要进行诸如告警、自动排序等数据处理，另一方面，它又同管制系统实时地进行双向数据通讯。处理机的硬件配置可以综合考虑处理能力、存储容量、通信能力、可靠性等各方面因素灵活选择。

本空中交通管制设备中的显示装置采用液晶显示屏。它具有恒定的光源，不存在闪烁的问题，也不存在电磁辐射，长期面对也不容易疲劳；液晶显示屏是完全平面的，没有CRT显示屏的曲面失真；它不受电磁场的干扰。同时，液晶显示屏比同尺寸的CRT显示屏功率小、发热量低、平均使用寿命也比CRT显示屏长。因此，它是适合空中交通管制设备使用的显示设备。

与现有的类似产品不同，本发明采用独有的电子笔输入方式，完全不使用键盘。这种输入方式既照顾了飞行管制员多年使用打印飞行进程单和飞行卡片的习惯，又大大提高了数据输入的效率和质量。

传统打印进程单的优点是在它上面书写的灵活度高，飞行管制员在上面可以随意的书写，几乎不受书写区域的限制，但其缺点在于数据无法自动录入管制系统。使用本设备提供的电子飞行进程单，各种管制数据也需要录入管制系统。现有类似产品大多采用键盘输入方式。这种输入方式对使用飞行进程单而言并不方便。飞行进程单上有很多栏目，这些栏目的数据格式很多：数字、标点符号、字母、汉字、管制符号以及这些数据格式的组合。由于电子飞行进程单上有很多栏目，输入时要求先进行输入焦点的定位；又由于数据格式较多，输入时可能需要频繁的进行各种格式之间转换。可见，若使用键盘作为输入设备必然会使管制员过度的专注于数据的输入操作，使管制作业变得复杂。

本空中交通管制设备创造性地采用电容性触摸屏与电子笔作为输入设备，并内置经过适应性改进、识别效率大大提高的手写输入识别软件，使管制员只需要利用电子笔就可以方便、快捷地完成全部数据输入工作。管制员的精力只需要集中在飞行管制的环节，而不用在数据输入环节上分散精力，这样就使整个飞行管制工作的劳动强度得以降低，管制效率得到提高。

现有的电容性触摸屏的触发方式有两种：压力触发和电子脉冲触发。本发明选用的电容式触摸屏采用电子脉冲触发方式。在这种触发方式中，感应点不受压力影响，只感应电子脉冲的触发。采用能发射电子脉冲的电子笔作为触发物就可以避免手指、手掌或其他物体的压力造成的误触发。连续的采样这些感应点可以得到良好的手写笔迹，用这种笔迹作为手写识别模块的输入数据就可以得到较高的识别率。另外，由于这种屏是一种非常薄的透明薄膜，与显示屏可以紧密的贴合在一起，管制员用电子笔在触摸屏上的操作感觉就像在实际的进程单上一样，操作的可视化和易用性高。

在上述硬件组合的基础上，要想实现本发明所希望实现的电子飞行进程单和飞行卡片，还要经过如图2所示的一系列步骤。兹说明如下：

(1)在显示屏上生成标准格式的电子飞行进程单。

参照飞行进程单的国家标准，电子化的飞行进程单具有如图3所示的标准格式。它共有46个格，依次编号为1-46，另外还要加上C1、C2左右各两个格。按内容区分，电子飞行进程单由辅助工具部分、识别部分、动态部分和备注部分四部分组成。按作用分类，可以分为起飞协调进程单、起飞进程单、到达进程单、入界协调进程单、航路进程单五种。这五种进程单的格式是一样的，只是背景颜色不同，其中起飞协调进程单用红色表示，起飞进程单用蓝色表示，到达进程单用黄色表示，入界协调进程单用绿色表示，航路进程单用绿色表示。电子飞行进程单中各个格的含义如下列各表所示：

  栏目编号    名称    用途    C1拖动手柄用电子笔按住“拖动手柄”，可拖住该电子飞行进程单在手写显示屏上做上下左右挪动。    C2提示信息按钮在背景中显示电子飞行进程单各栏目可填入内容的提示信息。

表1辅助工具部分

  栏目  编号  名称    填写规范    1飞机标识飞机标识有航班号、机号、批次3种类型。1)航班号由2-3个英文字母与3-4个数字组合而成，如：CA1523、PK751、CUA243、PS6321A；(最多允许9个字)。2)机号由3-5个数字组成，如：473、2501、50054。3)批次由“P”后面接四位数字组成，如P2314、P4325。    2二次雷达代码由八进制的4位数组成，如：5634。    3飞机架十进制阿拉伯数字，最多2位数；一架飞机时可以缺省。

数    4飞机机型飞机机型的代字使用司装字第62号和ICAO的DOC8643号文统一规定的《航空器型别代号》的简称代字，去掉“一”，如：AN12、LL6。最长10个字符，填写不下的自动省略。    5飞机尾流分类航空器按最大允许起飞全重分为下列三类：1)重型航空器：最大允许起飞全重等于或者大于136000公斤的航空器，用H表示。2)中型航空器：最大允许起飞全重大于7000公斤，小于136000公斤的航空器，用M表示。3)轻型航空器：最大允许起飞全重等于或者小于7000公斤的航空器，用L表示。系统应根据机型自动填入尾流类型，也可以缺省。    6空白格    7巡航速度1)英文字母K后随4位十进制阿拉伯数字表示多少公里/小时，如：K1020表示时速1020公里。2)英文字母M后随3位十进制阿拉伯数字表示马赫数，如：M125表示马赫数为1.25。3)也可以缺省。    8飞机飞行计划高度使用公制。1个英文字母后随4位十进制阿拉伯数字表示(以10米为单位)，如高度层9000米记作SO900，高度10250米记作M1025。    9飞行规则1个英文字母。I、V、Y或Z；也可以缺省。    10批准高度同计划高度。    11起飞机场使用四字地名代码或汉字名，如：北京首都机场为ZBAA，广州白云机场为ZGGG。    12降落机场同栏目11。

表2识别部分

栏目编    号    名称    填写规范  13  位置点  1)在起飞协调进程单和起飞进程单中为起飞方向  或跑道号，人工填写，由管制员根据风向确定；  填写可以是方向，也可以是方位，如：向南起、  降，则表示：南，或18。  2)在到达进程单、入界协调进程单和航路进程单  中为入界协调点。入界协调点、出界协调点和位  置点有四种表示方法(下同)：  ●二字或三字或四字或五字标准代码，已有的即    用该代码，如：JK、VYK、R432、BBDWT；  ●没有标准代码的则使用汉字，如：李庄、大王    庄，超出有效字符数时，可只打印有效部分；  ●一个已知位置点的方位、距离，前行为已知的    位置点，后行为已知方位、距离，方位和距离    分别用3个字符，如：VXY23°12KM表示如    VXY/023012，JX123°101KM表示如    JX/123101；  ●经纬度，前行为纬度，后行为经度，精确到秒，    如    38°46′00″  N118°49′09″E表示如    384600/1184909。  14  高度  在起飞协调进程单和起飞进程单中为空白；到达  进程单、入界协调进程单和航路进程单中为飞越  高度。  15  时刻  在起飞协调进程单中为预计起飞时刻；在起飞进  程单中为实际起飞时刻；在到达进程单、入界协  调进程单和航路进程单中为飞越时刻。24小时制，  标准形式，如：21:09(下同)。  16  空白  不允许写入。  17  位置点  在起飞协调进程单、起飞进程单、入界协调进程  单、航路进程单中为出界协调点；在到达进程单

中为起飞方向或跑道号。18高度在起飞协调进程单、起飞进程单、入界协调进程单、航路进程单中为飞越高度；在到达进程单中为空白。19时刻在起飞协调进程单、起飞进程单、入界协调进程单、航路进程单中为飞越时刻；在到达进程单中为降落时间。20 C模式高度、指挥术语C模式高度：如C0960↑表示为高度9600米，正在爬升；指挥术语：如APCH表示进近。21、24、27、30、33和36航路项：航路、航线上的各位置报告点或检查点除航路、航线有时用航路、航线代号表示外，同栏目13。22、25、28、31、34和37到达与其相对应的位置报告点或检查点的飞行高度同栏目8。23、26、29、32、35和38到达与其相对应的位置报告点或检查点的飞行时间同栏目15。

表3动态部分

栏目编    号    名称    填写规范    39    空域4种空域符号    40  生成日期年、月、日各取两位，中间隔以“/”，不足2位补足2位填写(此栏目不允许修改)。

    41  生成时间时、分、秒各取两位，中间隔以“：”，不足2位补足2位填写(此栏目不允许修改)。    42管制区段号2位字母字符后随2位数字字符，可以缺省；如北京分区01号区段号为BB01。    43    空白格    44      标识电子飞行进程单的分类，分2行填写。    45    流水号4位十进制阿拉伯数字，机器每日从0001开始自动填写(此栏目不允许修改)。    46 发送飞行情   报流水号发送飞行情报时使用的补充流水号(此栏目不允许修改)。

表4备注部分

为了照顾管制人员既有的使用习惯，本空中交通管制设备采用了如图4所示的操作界面，并设立了两个区域：候选区和电子飞行进程单区，左边的候选区对应于管制操作台上的进程单架，上面放置了当前所有的电子飞行进程单。此时的电子飞行进程单处于缩小状态，仅包含了飞机标识和与当前排序操作所表现的位置点、高度及时间等信息。候选区的电子飞行进程单是根据一定的规则排序的结果。单页的候选区可以排放30个电子飞行进程单，当进程单超过30个时，可以通过候选区上端的翻页按钮来对其翻页，这样可以实现该区进程单个数的扩展。

电子飞行进程单区模拟了飞行管制员对打印进程单操作的区域。在该区上电子飞行进程单处于放大状态，显示了电子飞行进程单的所有内容。飞行管制员可以对电子飞行进程单进行各种操作。在完全平铺的情况下，电子飞行进程单在该区可以放置五个。如果对其拖放使其部分重迭，则可以排放30个。在这个区域内，飞行管制员还可以对电子飞行进程单进行拖拉、发报、排序及各种管制操作。飞行管制人员只需要用电子笔在电容触摸屏上填写数据，电子飞行进程单就可以自动地将飞行管制人员填写的笔迹自动地转换成相应的电子数据，输入并且显示在电子飞行进程单上。让飞行管制人员感觉就像在填写打印飞行进程单一样地轻松自如。

(2)利用手写字体识别技术对管制员在手写显示屏上的笔迹进行识别。

本发明所使用的手写字体识别技术采用如图5所示的步骤，可以识别包括数字、英文字母、汉字、符号等在内的多种内容，并且可以实现多个字符一次识别、多行识别、特殊笔划立即识别。

传统的手写字体识别方法主要包括：结构模式识别法、统计模式识别法、统计与结构相结合的识别法以及人工神经网络识别法等。本发明所使用的手写字体识别软件除采用上述传统的方法作预识别外，还采用多项新的识别策略和方法，特别是在多相位特征算法、自由书写拆分、数字错位笔划识别、数字连笔识别等方面有自己独到之处。这些方法在公开技术文献中都有详细的说明。该软件利用上述新的识别策略提供快速二次精确识别功能，在很大程度上解决了传统实时快速系统识别率较低的问题，尤其对至关重要的数字识别率提高极大。

(3)对识别出的数据进行数据适应性处理。

在实践中，有的机场管制中心需要将机型、尾流和巡航速度集中在一起，有的机场则不需要将尾流列入其中；有的机场管制中心需要非常多的信息，而有的管制中心可能仅需要位置点、全国机场等少量数据。对不同的管制中心而言，这些数据集的数据格式也是不同的，所以无法在软件实现中将其一一列举。我们将这些数据集称为适应性数据集。它是通用数据和各个机场管制中心根据自己的业务需求建立的一个数据集。这个数据集没有统一的格式，几乎没有完全相同的数据。

对于这种情况，我们在数据库中创建了一个字典表，该字典表对于机场需要的数据集及其格式进行适应性定义。这种描述驱动实现的结构模型为数据集的自适应性提供了强有力的支持。该程序模块的用户接口界面如图6所示。界面运行时，它通过数据交换代理控制器和数据存储与处理模块从字典表中获取所有数据集的描述，然后再根据这些描述找到相应的数据表，读取该表的数据并添加至右侧的表格中。更新数据库表时，手写识别的识别格式也依赖于字典表中对于该数据集的描述，其关系如图7所示。

在本发明中，显示屏提供的界面显示分成了五个部分：电子飞行进程单操作界面、电子飞行进程单查询统计界面、电子卡片操作界面、电子卡片查询统计界面和适应性数据库维护界面。这些界面提供强大的交互功能，飞行管制员在这些界面上可进行的操作非常多。飞行管制员的管制操作表现在界面上有较大的随意性，如果让这些管制操作的结果数据直接更新系统数据必然或对系统的健壮性和可靠性造成伤害。为防止这种情况出现，界面模块并不是与系统数据直接交互，而是通过数据交换代理这一中间层控制器进行数据访问权限检验和数据合法性检验，保证系统数据的安全。另外，该模块不仅仅为系统数据提供显示的媒介，它还作为识别模块的代理，对识别格式和识别结果进行适当的处理，其关系如图8所示。

上述数据交换代理控制器的基本结构如图9所示。它具有如下功能：

1)数据调度。数据处理是串行的，而数据的操作是并发的。数据交换控制器对这些并发的数据队列按照一定的规则进行合理的调度，减少数据处理的拥塞，提高数据处理的效率。

2)数据分配。各种数据的流向是不同的，如何使保持数据流动的高效与通畅及流向正确，是系统高效、可靠地进行数据处理的有效保证。数据交换控制器根据数据流向选择合理的交换路径，在软件的各个模块间进行数据交换。

3)数据检验。错误的数据会对系统的可靠运行造成极大的伤害。一方面，程序的设计过程中要对非法数据进行防错检查，在实现末端作最后的预防。另一方面，数据交换控制器在数据处理之外也对错误数据进行了过滤，从源头上截取错误数据。

有了数据交换代理控制器，通过上述用户接口界面对系统数据的访问不是随意的和不受约束的。由于飞行管制员操作的相对随意性，错误和冗余的数据也可能会出现在操作数据中。因此用户接口对系统数据的访问要受到控制器的审查和检验。用户接口根据自己的操作权限向控制器提请访问申请，控制器根据用户接口各部分的访问权限和访问申请的内容，为其提供数据访问服务。对于只读的访问申请，控制器会快速地提取数据并及时地将该数据返回给用户接口。对于要求更新系统数据的访问申请，控制器会首先检查提起申请的访问权限，然后检验该数据的合法性。如果是合法的数据则将其及时的更新到系统数据中，并将由于此数据的改变造成的其它数据的连锁改变也及时的更新。

数据更新成功后，系统数据将所有用户接口界面中需要更新的内容及时通知控制器，由控制器指导用户接口完成所有的更新操作。

这种用户接口对系统数据的访问通过控制器授权和代理的方式，隔离了系统数据与其操作和显示，避免了用户的错误操作可能造成的系统数据紊乱。

(4)系统接收经适应性处理后的数据，根据数据所代表的指令进行操作。

本空中交通管制设备软件系统的系统数据处理模块担负着数据保存、告警处理、排序处理等各种处理任务，为数据显示和数据库存储提供数据来源。为了保证系统数据处理部分可靠稳定地运行，除了其本身进行必要的防错处理和健壮性检验外，软件架构也为其提供了必要的保护和隐藏。系统模块虽然为用户界面和数据库存储提供数据来源，但它对于这两个部分是透明的。所有对系统数据的访问都是通过数据交换控制器这一单一的接口来完成，保证了数据的一致性和稳定性。

前面已经提到本空中交通管制设备具有自动进行飞行冲突探测及辅助实时调配、飞行数据自动更新、任意方式自动排序、多种指令输入及对空指挥记录、快速自动发报、历史记录回放、C模式高度显示及提示、分类统计查询、进程单自由拖动等多种功能。这些功能都是系统数据处理部分通过软件能够实现的，在此仅就上述自动进行飞行冲突探测及辅助实时调配、飞行数据自动更新和快速自动发报、任意方式自动排序等功能的实现作一个简单的说明，其余的功能与之类似，就不一一详述了。

1)飞行数据自动更新和快速自动发报

通过与雷达管制席的数据实时交换，本空中交通管制设备可以自动实时更新数据，以便飞行管制人员及时的获得最新的飞行数据，能够更准确，更及时的实施飞行管制。

在以往的打印飞行进程单作业中，飞行管制人员无法从已打印过的进程单中及时的获得新的变化了的飞行数据，除非每变化一次数据，再重新打印一分，或者通过雷达数据综合显示器，或者与飞行员交流获得飞行数据，这种飞行数据的交流远远没有电子飞行进程单自动增加和更新的数据那样的全面和快速。

本空中交通管制设备能够自动更新航空器的飞行高度，更有利于飞行管制人员及时的掌握航空器的飞行动态，更有利于飞行管制人员准确的发出管制指令。它能够自动更新飞行管制人员在雷达管制席上对航空器所做的管制指令，减轻飞行管制人员做两份指令输入的负担。最主要的是，它还能够自动更新由飞行管制人员做出管制指令(如起降跑道，位置点增减)后发生变化的飞行数据。

●系统根据当前位置点时间推算前方飞行数据，如果与原计划冲突，系统自动提交提示。

●电子飞行进程单手写修改跑道，引起出界协调点航路的变化，或者直接修改出界点的航路，系统将自动推算前方飞行数据，判断是否与原计划冲突，并提交有可能冲突的提示。

●直接修改某位置点、时间、高度，系统将自动推算前方飞行数据，判断是否与原计划冲突，并提交有可能冲突的提示。

输入返航、绕飞、直飞、等待等指令，系统自动推算前方飞行数据，判断是否与原计划冲突，并提交有可能冲突的提示。

鉴于多数飞行情报与电子飞行进程单无论在内容、格式等方面相类似以及它们之间存在互动的联系，因此我们设计并开发了利用电子飞行进程单(包括电子飞行卡片)能够部分发送飞行情报的功能。不用到飞行情报席位上，只是在本空中交通管制设备上，借用电子飞行进程单的模式，可以把很多飞行情报发送出去，减少了发报程序，提高了值班工作的效率。

2)任意方式自动排序

在利用打印进程单进行管制作业的过程中，如果要对多个进程单进行排序，飞行管制员只能目视每一个进程单，搜索这些进程单上需要排序的数据项，对其综合比较得出排序数据，然后移动相应的进程单获取排序结果。这种排序方式完全是由人工来完成的，当进程单架上的进程单较多、排序数据较复杂或受视力疲劳等主客观因素的影响，容易造成排序错误。

本空中交通管制设备的自动排序功能成功地解决了这一问题。它提供的排序方式有航线排序、高度排序、时间排序、状态排序和综合排序五种，如图10所示。其中综合排序允许管制员自主地指定状态、高度范围和时间段或其组合，以获取特定的排序结果。候选区的电子飞行进程单的布局都是按照其中一种规则排序的结果。当进程单的个数发生了变化或者某个进程单参与排序的数据发生了变化需要重新排序时，系统会自动地重新计算排序数据并根据该数据刷新排序结果。

3)自动进行飞行冲突探测及辅助实时调配

使用打印进程单进行管制作业时，飞行管制员需要对各个进程单进行比较，从纷繁的进程单数据中找出可能的冲突并进一步根据冲突判别规则进行判断。由于飞行冲突严重威胁着飞行安全，飞行管制员不得不及时地关注任何一对可能的冲突。有可能出现这种情况：管制员花费了很长时间去探测一对可能的冲突，但实际上该冲突并不存在，而真正存在的冲突可能被忽视了或来不及检查。显然，这种人工的冲突判别方法无论从效率上还是准确性上都很难满足实际需要。

本空中交通管制设备中，冲突探测机制能够根据《中华人民共和国飞行间隔规定》的有关规定对各个电子飞行进程单的数据进行计算，快速、准确地定位冲突的位置，并以醒目、明确的方式将冲突的时间、位置等信息呈现给飞行管制员，使飞行管制员能够更加准确、及时地处理飞行冲突。

在上述功能的实现过程中，本空中交通管制设备要与整个雷达管制系统实时地交换数据。飞行管制员的各种管制操作、发报操作的数据要实时地传送给雷达管制系统，雷达管制系统要将雷达数据、新的进程单数据实时地传送给空中交通管制设备。这些数据的发送和接收都是通过通讯模块进行的。

本发明中的通信模块与普通的通信模块的区别在于：数据的发送和接收与飞行管制员的管制作业是并发的，发送和接收不能影响飞行管制员正在进行的管制作业，正在进行的管制作业也不能影响数据的发送和接收。同时，该模块要处理通讯线路、数据并发传输等多种因素的影响可能造成的数据紊乱。通讯模块的设计必须考虑到以上各种因素。该模块主要完成以下功能：

1)数据发送：将飞行管制员的各种管制操作、发报操作的数据发送给雷达管制系统。

2)数据接收：接收来自雷达管制系统的各种数据。雷达管制系统发送数据的时机是随机的，通讯模块必须不间断的监视通讯设备的状态，不能遗漏数据。

3)数据校验：受通信线路及其它多种因素的影响，传输的数据可能有误码存在。通讯模块在发送数据前，根据要发送的数据包的内容生成校验码并将该校验码加入到发送数据包中。在接收到雷达管制系统发来的数据包后，要根据数据包内容生成新的校验码并与数据包自带的校验码进行比较。如果两个校验码相同，则说明数据包中没有误码。否则，说明在传输过程中有误码存在，丢弃该数据包并通知雷达管制系统重新发送。该模块中数据校验采用DES算法，保证数据校验的唯一性和准确性。数据接收和发送的工作流程如图11所示。

数据通讯采用了两种方式：串口通讯和网络通讯。串口通讯的优点是实现较简单，发送和接收可靠。其缺点是通讯距离短，推荐通讯距离为10米；发送和接收数据的速率较低。由于本空中交通管制设备与雷达管制系统主机同位于一个管制机柜中，距离仅为1米左右，大大小于推荐的通讯距离，此时的通讯波特率可以稳定地保持在38400比特/秒以上，即每秒可以传送4000-5000个字节，完全能够满足管制作业中数据传输的需求。网络通讯方式的优点是传输的效率较高，每个数据包有效发送的数据量较大。其缺点是实现较为复杂。通讯模块提供了这两种通讯方式。

该模块中数据的发送和接收是两个独立的线程。由于无法得知雷达管制系统何时会发送数据，因此接收线程一直等待数据，然后再进行其他处理。通讯模块接收到数据后，如果强行进行数据的操作和显示必然会干扰正在进行的管制作业。所以该线程只是将接收的数据放入待处理数据队列中，并给系统发送数据送达的通知，然后由数据交换代理模块进行数据解包处理，判断数据流向并进行适当的调度，解决管制作业和通讯数据处理并发的问题。发送线程在没有数据需要发送时处于休眠状态，为其他线程的运行节约更多的资源。当接收到待发数据通知时该线程读取待发数据队列，再进行一系列其他的处理。当雷达管制系统检测到数据校验有误，该线程启动重发机制，重新发送数据。

上面对电子飞行进程单的具体实现方式进行了说明。下面简要说明电子飞行卡片的实现方式。飞行卡片是各级管制中心现在值班工作中使用的《运输机转场飞行登记卡片》、《战斗机转场飞行登记卡片》和《场内、场外飞行登记卡片》的通称。飞行卡片与飞行计划总登记表的作用基本相同，主要是登记飞行计划，供飞行管制人员使用，但飞行卡片除了登记飞行计划外，还具有以下几项作用：

●通过对航线、训练空域以及飞行时间的记载，还可以部分掌握飞行动态；

●可以作为联系放飞的一种手段；

●可以记载简短的管制指令；

●可以进行通报各种飞行情况的记载。

电子飞行卡片是以计算机为载体，通过显示器显示输出飞行卡片。画面上格式固定，其中有根据飞行管制需要由计算机计算并显示出来的参数，还有一些是空白格，由管制员根据需要人工输入。电子卡片有些内容允许人工修改。图12即为场内、场外飞行登记卡片的示意图。其他的《运输机转场飞行登记卡片》、《战斗机转场飞行登记卡片》的格式与之基本相同，仅仅是颜色不一致。

本发明中实现电子飞行卡片的过程与实现飞行进程单的过程基本上是一致的，不同的地方仅在于显示格式的不同。因此，上面提到的实现电子飞行进程单的技术手段完全可以用于实现电子飞行卡片，而显示格式的改变是很基本的软件技术，在此就不赘述了。

在上述实现电子飞行进程单和电子飞行卡片的过程中，我们根据需求制定了统一的电子飞行进程单和电子飞行卡片的界面，它们都使用了统一的格式。由于每一种类型的电子飞行进程单和电子飞行卡片都有它特定的用途和内容，注定了各种进程单和飞行卡片的结构、内容、显示风格及数据格式都有较大的区别。如果每一种电子飞行进程单和电子飞行卡片都通过编程来实现，大量格式和种类的电子飞行进程单和电子飞行卡片将导致代码的极度膨胀和由此引起的架构倾斜、结构关系混乱、代码的无序累积以及健壮性、可靠性减弱等一系列问题。

为解决这一问题，我们采用的解决方案是：电子飞行进程单和电子飞行卡片的格式是基于描述的，即我们不对某个类型的电子飞行进程单和电子飞行卡片作特别的限定，而只是对它的尺寸、色调、各个栏目的识别格式、各个栏目的位置等信息进行适当的描述。这些信息都存储在电子飞行进程单和电子飞行卡片类型描述表中。

当本空中交通管制设备运行时，它从该描述表中读取电子飞行进程单或电子飞行卡片的描述，并根据这个描述来动态地生成电子飞行进程单或电子飞行卡片。系统不对电子飞行进程单或电子飞行卡片做任何假定，只对其进行描述。描述电子飞行进程单或电子飞行卡片的数据的一个来源是字典表。字典表必须包含系统最稳定的数据核心，为其他描述数据提供字源。比如“识别格式为高度层”，我们将名词“高度层”作为字典表的成员，因为高度层的定义是非常明确、不可变的，它的格式必定是“SXXXX”的格式，并且符合相关标准的规定。描述表中数据的另一个来源是我们提供的电子飞行进程单或电子飞行卡片开发平台-StripStudio。用户只需在该平台上绘出一个自己需要的电子飞行进程单或电子飞行卡片并对进程单或飞行卡片的各个栏目的属性进行设置，开发工具就可以将该类型电子飞行进程单或电子飞行卡片的描述数据写入描述表中，供软件系统读取以动态地生成电子飞行进程单或电子飞行卡片。用该开发工具开发的电子飞行进程单或电子飞行卡片与空中交通管制设备中显示的进程单或飞行卡片具有一致的风格、界面外观和数据格式。这一过程如图13所示。

上述提到的电子飞行进程单和电子飞行卡片的实现方法及设备显然并不限于空中交通管制的场合。在进行一定的适应性改变之后，该项技术也能用在电力、交通、工业生产等多个领域的自动化控制之中。因此，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。