基于图形融合的空管航路航线RVSM区域自动生成方法

摘要

一种基于图形融合的空管航路航线RVSM区域自动生成方法，依次读取一条航线的过点信息，将该航线中的点依次存入数组中，将数组中的点按照“线的旋转生成方法”，两端的点按照“点的旋转生成算法”，即可得到一条航线RVSM区域；将特定空域范围内所有航线RVSM区域融合形成该空域范围内的RVSM区域，最后在显示器上显示。本发明根据数据库中航路航线情况自动生成航路航线RVSM区域，有利于实施增加飞行高度层和空域容量，减轻空中交通管制指挥的工作负荷，有利于管制员调配飞行冲突，提高空中飞行安全减轻空中交通管制指挥的工作负荷。

说明书

技术领域

本技术方案属于GIS和计算机技术领域。涉及图形融合和缓冲区算法。

背景技术

随着我国航空业的迅速发展，航空器的迅速增加，对空中交通管制自动化系统提出了更严格的要求。最小垂直间隔(RVSM Reduced Vertical Separation Minimum)是指在实行RVSM运行的空域内，在8400米至12500米(包含这两个高度层)之间的垂直间隔标准由600米缩小到300米。按照这样的标准从事的飞行活动称之为最小垂直间隔飞行。在增加了RVSM区域之后，如果用常规的方法来管理RVSM区域，将使管制员进行重复绘制复杂的RVSM区域。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于图形融合的空管航路航线RVSM区域自动生成方法，以对航路航线RVSM区域进行自动生成和显示。

本发明的目的是这样实现的：一种基于图形融合的空管航路航线RVSM区域自动生成方法，依次读取一条航线的过点信息，将该航线中的点依次存入数组中，即可得到一条航线RVSM区域；将特定空域范围内所有航线RVSM区域融合形成该空域范围内的RVSM区域，最后在显示器显示席位上显示，上述“点的旋转生成算法”是由缓冲半径绕点目标旋转，求得用于近似表示点缓冲区边界的内接正n边形的各顶点的坐标，从而，得到点缓冲区边界多边形；具体实现过程如下：

在A点所在平面上任取一点B，连接A、B两点构成向量AB且模|AB|等于缓冲半径r，设向量AB绕A点沿顺时针方向旋转到x轴正半轴所扫过的角度为α，于是，已知圆心A(x_A，y_A)，由向量AB绕A点逆时针方向旋转角度φ，可求得圆上一点A^*(x_A^*，y_A^*)：

x_A^*＝x^A+r^*sin(α+φ)

y_A^*＝y_A+r^*cos(α+φ)

取旋转角φ＝0，γ，2γ，…，(n-1)γ，这里γ为步长，γ由正n边形的边数决定(γ＝2π/n)，就可依次得到用于近似表示点缓区边界(圆)的内接正n边形的各顶点的坐标。

上述“线的旋转生成算法”是通过缓冲半径分别绕构成轴线的各点旋转，求得各点在线缓冲区边界线上的所有对应结点；最终得到线缓冲区边界多边形；具体实现过程如下：

(1)沿轴线前进方向，先作首端点的右侧缓冲区：连接轴线上的首端点即第0点与下一个结点即第1点构成向量AB，按上述点缓冲区半径旋转法，只是旋转角φ从π开始，按步长γ＝π/6逆时针递取点π，π+γ，π+2γ，…，直到φ等于3π/2，对应首端点0生成了线缓冲区边界多边形上0至3共4个点；

(2)作轴线上第k个拐点B的右侧缓冲区：首先，判断拐点的凹凸性，按轴线方向再取第k-1点A，k+1个点C，并连接A、B和B、C分别构成向量AB和BC，设两向量叉积为L，由矢量代数可知，计算叉积时，遵循右手法则；当L＞0时，拇指朝上A、B和C三点为逆时针方向，拐点B为凸点；当L＜0时，拇指朝下，A、B和C三点为顺时针方向，拐点B为凹点；当L＝0时，A、B和C三点共线；设向量BC绕B点沿顺时针方向旋转到x轴正半轴所扫过的角为α，向量AB和BC的夹角为σ；如果拐点为凸点，则该点对应的缓冲区边界用缓冲半径等于r的圆弧连接，也即用正n边形的边近似表示，方法类似首端点缓冲区的生成，由向量BC绕B点逆时针旋转而求得对应该点在线缓冲区边界线上的各结点。旋转角φ从θ＝α+3π/2-σ开始，按步长γ＝π/6逆时针递增取点(θ，θ+γ，θ+2γ，…)，直到向量BC绕B点旋3π/2转，对应凸点1生成了缓冲区边界多边形上4至6共3个点。如果拐点为凹点，则该拐点对应的缓冲点为分别平行向量AB和BC两平行线的交点B^*(x_B^*，y_B^*)可由向量BC绕B点逆时针旋转角度α-(π-σ)/2求得，对应凹点2生成了线缓冲区边界多边形上点7；如果A、B和C三点共线，则不作任何处理；

(3)作轴线上末端点的右侧缓冲区：轴线上末端点的右侧缓冲区生成方法与作首端点的右侧缓冲区相同。连接末端点和轴线上倒数第二点，构成向量A，再由向量AB绕A点逆时针旋转，旋转角φ从π/2开始，按步长γ＝π/6逆时针递增取点(π/2，π/2+γ，π/2+2γ，…)，直到φ等于π，对应末端点7生成了缓冲区边界多边形上17至20共4个点；

(4)仿照以上轴线右侧缓冲区的生成，从轴线的最后一点开始，生成轴线左侧缓冲区。

本发明的有益效果是：使用了本发明后，可以动态的根据系统中数据库中的航路航线的情况自动的生成航路航线RVSM区域，这使得管制员从纷繁复杂的重复劳动中解放出来，从事更多的空管指挥工作；增加飞行高度层和空域容量，提高航空公司的运行效益；有利于管制员调配飞行冲突，减轻空中交通管制指挥的工作负荷；对于接近最佳巡航高度的飞行，节省燃油约1％，减小地面延误。

本发明用于军航和民航的各级空管中心系统需要添加维护RVSM区域的地方。

附图说明

图1是本发明特定空域范围内所有航线RVSM区域融合的处理流程图；

图2是点缓冲区半径旋转法生成结果示意图；

图3是线缓冲区半径旋转法生成结果示意图；

图4是融合后全国空域范围内的航路航线RVSM区域电脑截屏图。

具体实施方式

RVSM区域的自动生成算法是在充分研究GIS中的缓冲区的生成算法的基础上提出来的。RVSM区域生成过程参见图1。

1、基本概念

为了方便所提出的自动生成算法的方便，首先给出以下的概念和定义。

缓冲区是指为了识别某地理实体或空间物体对其周围的邻近性或影响度而在其周围建立的一定宽度的带状区。

定义1：有序坐标点构成的曲线称为轴线。

定义2：轴线上两条相邻线段的交点称为拐点。

定义3：沿轴线前进方向，在其左侧和右侧生成的缓冲区分别称为轴线左、右侧缓冲区。

定义4：轴线上顺序三点，用右手螺旋法则，若拇指朝上，则中间点左凹右凸；若拇指朝下，则中间点左凸右凹；

定义5：若多边形的边界为顺时针方向，称该多边形为正多边形，否则为负多边形。

2、RVSM旋转算法

缓冲区半径旋转法是由缓冲半径绕点旋转而生成目标缓冲区边界的一种简便、有效的方法，简化了缓冲区边界的生成过程。下面给出RVSM旋转算法中，点和线的缓冲区半径旋转法的自动生成过程：

2-1、点的旋转生成算法

点缓冲区半径旋转法生成是由缓冲半径绕点目标旋转，求得用于近似表示点缓冲区边界的内接正n边形(文中为正12边形)的各顶点的坐标。从而，得到点缓冲区边界多边形。

如图2所示，应用半径旋转法，作点目标A的缓冲区边界多边形。在A点所在平面上任取一点B，连接A、B两点构成向量AB且模|AB|等于缓冲半径r，设向量AB绕A点沿顺时针方向旋转到x轴正半轴所扫过的角度为α，于是，已知圆A(x_A，y_A)，由向量AB绕A点逆时针方向旋转角度φ，可求得圆上一点A^*(x_A^*，y_A^*)。

x_A^*＝x^A+r^*sin(α+φ)

y_A^*＝y_A+r^*cos(α+φ)

如果取旋转角φ＝0，γ，2γ，…，(n-1)γ，这里γ为步长，γ由正n边形的边数决定(γ＝2π/n)，就可依次得到用于近似表示点缓区边界(圆)的内接正n边形的各顶点的坐标。

2-2、线的旋转生成算法

线缓冲区半径旋转法生成较为复杂，但其基本思想是通过缓冲半径分别绕构成轴线的各点旋转，求得各点在线缓冲区边界线上的所有对应结点。最终，得到线缓冲区边界多边形。如图3所示，应用半径旋转法生成了线缓冲区边界多边形，具体实现过程如下。

(1)沿轴线前进方向，先作首端点的右侧缓冲区。连接轴线上的首端点(第0点)与下一个结点(第1点)构成向量AB，按上述点缓冲区半径旋转法，只是旋转角φ从π开始，按步长γ＝π/6逆时针递取点(π，π+γ，π+2γ，…)，直到φ等于3π/2，图2中对应首端点0生成了线缓冲区边界多边形上0至3共4个点。

(2)作轴线上第k个拐点B的右侧缓冲区。首先，判断拐点的凹凸性。按轴线方向再取第k-1点A，k+1个点C，并连接A、B和B、C分别构成向量AB和BC。设两向量叉积为L，由矢量代数可知，计算叉积时，遵循右手法则。当L＞0时，拇指朝上A、B和C三点为逆时针方向，拐点B为凸点；当L＜0时，拇指朝下，A、B和C三点为顺时针方向，拐点B为凹点；当L＝0时，A、B和C三点共线。设向量BC绕B点沿顺时针方向旋转到x轴正半轴所扫过的角为α，向量AB和BC的夹角为σ。如果拐点为凸点，则该点对应的缓冲区边界用缓冲半径等于r的圆弧连接，也即用正n边形的边近似表示，方法类似首端点缓冲区的生成，由向量BC绕B点逆时针旋转而求得对应该点在线缓冲区边界线上的各结点。旋转角φ从θ＝α+3π/2-σ开始，按步长γ＝π/6逆时针递增取点(θ，θ+γ，θ+2γ，…)，直到向量BC绕B点旋3π/2转，见图3，对应凸点1生成了缓冲区边界多边形上4至6共3个点。如果拐点为凹点，则该拐点对应的缓冲点为分别平行向量AB和BC两平行线的交点B^*(x_B^*，y_B^*)可由向量BC绕B点逆时针旋转角度α-(π-σ)/2求得，见图3，对应凹点2生成了线缓冲区边界多边形上点7。如果A、B和C三点共线，则不作任何处理。

(3)作轴线上末端点的右侧缓冲区。轴线上末端点的右侧缓冲区生成方法与作首端点的右侧缓冲区相同。连接末端点和轴线上倒数第二点，构成向量AB，再由向量AB绕A点逆时针旋转，旋转角φ从π/2开始，按步长γ＝π/6逆时针递增取点(π/2，π/2+γ，π/2+2γ，…)，直到φ等于π(见图2)，对应末端点7生成了缓冲区边界多边形上17至20共4个点。

(4)仿照以上轴线右侧缓冲区的生成，从轴线的最后一点开始，生成轴线左侧缓冲区。

3.图形融合

从数据库中依次读取航线进行处理，每次读取了到一条航线，将航线中的点依次存入数组中，将数组中的点按照“线的旋转生成算法”，两端的点按照“点的旋转生成算法”，即可得到一条航线RVSM区域。