仪表飞行程序三维模拟仿真系统

摘要

本发明是一种仪表飞行程序三维模拟仿真系统，包括：多机场数据库、航图要素数据管理模块、航图要素三维生成功能模块、三维航线漫游模块、交通流量模拟模块、导航台遮蔽评估模块、KML结果数据平台、谷歌地球技术平台、三维动态呈现模块和地理信息系统技术平台。该仿真系统提供了呈现目视和仪表飞行程序设计的三维可视化技术，能够使二维图纸设计的航行要素形成3D动态演示，使空域规划、目视和仪表飞行程序设计、机场建设、导航设施规划、选址等相关工作的规划、演示、汇报等工作生动直观，降低场址踏勘、规划，空域协调、导航设施遮蔽评估、机场净空保护评估等费用和时间成本支出，进而提高民航有关工作的安全保障能力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种仪表飞行程序三维模拟仿真系统，用于3D显示环境中直观展示机场飞行程序设计结果以及评估其合理性，属于计算机应用技术领域。

背景技术

随着我国民航事业的迅猛发展，航空器的数量不断增加，机场建设的规模越来越大、新建机场的建设速度也不断加快，而现阶段对机场选址，导航台的架设，障碍物的评估，还停留在“实地测，纸上绘”的阶段，即使采用电子地图的方式对机场、导航台、障碍物表示，也限于二维呈现，方式不但不直观，而且工作量较大。飞行程序设计和机场管理人员通常采用手工作图法进行分析计算，搭建沙盘模型来展示，由于计算繁杂，测量误差较大而容易出错，而且消耗大量的人力物力。另外，是在建设机场前，和地方政府、非专业人士交流时，二维呈现方式严重制约了其对航行标准的理解，为机场的建设、导航设施的架设增加了不必要的障碍。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种仪表飞行程序三维模拟仿真系统，该仿真系统提供了呈现目视和仪表飞行程序设计的三维可视化技术，能够使二维图纸设计的航行要素形成3D动态演示，使空域规划、目视和仪表飞行程序设计、机场建设、导航设施规划、选址等相关工作的规划、演示、汇报等工作生动直观，满足民航相关机场建设领域及航行技术快速发展的需要，降低场址踏勘、规划，空域协调、导航设施遮蔽评估、机场净空保护评估等费用和时间成本支出，进而提高民航有关工作的安全保障能力。

为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种仪表飞行程序三维模拟仿真系统，其特征在于，包括多机场数据库、航图要素数据管理模块、航图要素三维生成功能模块、三维航线漫游模块、交通流量模拟模块、导航台遮蔽评估模块、KML结果数据平台、谷歌地球技术平台、三维动态呈现模块和地理信息系统技术平台，其中：所述多机场数据库是存储多个机场的数据信息；所述的航图要素数据管理模块将多机场数据库中的数据信息以单个机场为单位进行数据的分类管理，并与多机场数据库进行相互的数据交换；所述的航图要素三维生成功能模块将多机场数据库中的航图要素信息调出，并提供三维自动生成算法；所述的三维航线漫游模块将多机场数据库中的相关航线信息调出，并提供三维航线漫自动生成算法；所述的交通流量模拟模块将多机场数据库中的相关航线信息调出，并提供交通流量模拟自动生成算法；所述的导航台遮蔽评估模块将多机场数据库中的相关导航台信息调出，并提供导航台遮蔽自动生成算法；所述的KML结果数据平台将航图要素三维生成功能模块、三维航线漫游模块、交通流量模拟模块和导航台遮蔽评估模块中生成的数据导入其中，并生成KML格式文件；所述的谷歌地球技术平台将KML结果数据平台中的三维数据导入到其中；所述的三维动态呈现模块是将谷歌地球技术平台中的三维数据实时在谷歌地球动态呈现；所述的地理信息系统技术平台是将KML结果数据平台的二维数据直接导入该平台中呈现。

所述的航图要素数据管理模块由机场数据管理模块、跑道数据管理模块、定位点数据管理模块、航线数据管理模块、障碍物数据管理模块和空域数据管理模块6部分构成。

仪表飞行程序三维模拟仿真系统采用了以上的方案，可实现以下优点：

1)根据航图资料要求，自动生成涵盖机场周边地形、障碍物的仪表飞行程序三维路线图；

2)按照飞行程序设计轨迹在动态变化的地形数据基础上模拟实现不同方向多架进离场航空器飞行，并灵活实现位置、速度、高度、间隔、视角等数据的变化；

3)能够方便的在模拟地形上实现机场、定位点、导航台、航线、空域以及障碍物的三维定位功能；

4)能够按照设计的飞行程序在反映模拟地形数据动态变化的基础上实现三维模拟飞行，随着飞行程序航线数据的变化，动态漫游，并实时显示航线内动态地形数据变化。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

图1是仪表飞行程序三维模拟仿真系统整体技术结构图。

图2为导航台遮蔽评估原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种仪表飞行程序三维模拟仿真系统，包括多机场数据库、航图要素数据管理模块、航图要素三维生成功能模块、三维航线漫游模块、交通流量模拟模块、导航台遮蔽评估模块、KML结果数据平台、谷歌地球技术平台、三维动态呈现模块和地理信息系统技术平台，其中：所述多机场数据库是存储多个机场的数据信息；所述的航图要素数据管理模块将多机场数据库中的数据信息以单个机场为单位进行数据的分类管理，并与多机场数据库进行相互的数据交换；所述的航图要素三维生成功能模块将多机场数据库中的航图要素信息调出，并提供三维自动生成算法；所述的三维航线漫游模块将多机场数据库中的相关航线信息调出，并提供三维航线漫自动生成算法；所述的交通流量模拟模块将多机场数据库中的相关航线信息调出，并提供交通流量模拟自动生成算法；所述的导航台遮蔽评估模块将多机场数据库中的相关导航台信息调出，并提供导航台遮蔽自动生成算法；所述的KML结果数据平台将航图要素三维生成功能模块、三维航线漫游模块、交通流量模拟模块和导航台遮蔽评估模块中生成的数据导入其中，并生成KML格式文件；所述的谷歌地球(GoogleEarth)技术平台将KML结果数据平台中的三维数据导入到其中；所述的三维动态呈现模块是将谷歌地球技术平台中的三维数据实时在谷歌地球动态呈现；所述的地理信息系统(ARCGIS)技术平台是将KML结果数据平台的二维数据直接导入该平台中呈现。

如图2所示，所述的航图要素数据管理模块由机场数据管理模块、跑道数据管理模块、定位点数据管理模块、航线数据管理模块、障碍物数据管理模块和空域数据管理模块6部分构成。这6个模块分别实现机场的地理坐标、磁差、标高，跑道的长宽、磁方向，导航台/定位点的类型、地理坐标，航线的类型、高度、进离场跑道、节点信息，障碍物的地理坐标、高度信息，以及空域的类型、上限高度等信息的维护管理和查询。

定位点数据管理模块是用于统一管理从属于某一机场的所有点，包括机场基准点、交叉定位点以及导航台等，每条航线的节点都是从定位点数据库中选取的，它们是航线三维呈现的基础，更是航线漫游和交通流模拟的基础。

航线数据管理模块是基于节点管理的航线自动生成系统，可以根据节点(定位点或者导航台)的经纬度坐标和真航向自动生成航线，还可以通过在航线数据库中“移动”节点的顺序，对航线进行人工调整，用户可以在谷歌地球中对生成的航线进行实时检查，也可以在航线数据库中根据不同机型和使用不同转弯坡度对航线的节点和航向进行调整检查。

障碍物数据管理模块可将障碍物在3D显示环境中定位呈现，用户所输入的数据可以以经纬度坐标或以机场基准点为原点的距离方位极坐标两种输入形式对障碍物进行设置。

本实施例主要实施过程如下：

实施例一-航图要素的三维呈现：

首先建立机场的基本信息，以对话框的形式输入机场的代码、机场的地理坐标、磁差、标高，跑道的长宽、磁方向，导航台/定位点的类型、地理坐标，航线的类型、高度、进离场跑道、节点信息，障碍物的地理坐标、高度信息，以及空域的类型、上限高度等信息，这些信息通过计算转换为数据库中的存储信息存入多机场数据库，同时被航图要素数据管理模块中的6个功能模块把这些数据进行分类管理。

根据客户需要，航图要素三维生成功能模块从多机场数据库中调出一个或多个各航图要素，通过三维自动生成算法，计算出呈现航图要素的所需数据，并传送到KML结果数据平台，生成相关的kml文件，最后，地理信息系统(ARCGIS)技术平台是将KML结果数据平台的二维数据直接导入该平台中以三维形式呈现出来。

客户可以根据三维的呈现形式来判断输入是否正确，并对航图要素数据管理模块中的数据进行相应的添加、修改和删除。

实施例二-三维航线实时多角度漫游：

首先同实施例一建立机场的基本信息，主要保证航线的类型、高度、进离场跑道、节点信息，导航台/定位点的类型、地理坐标的准确。

根据客户的需要，进行航线的选择，三维航线漫游模块将该信息进行三维航线漫游自动生成算法，将航线各节点连接起来，同时在谷歌地球(GoogleEarth)技术平台上三维模拟出漫游效果。实现管制员、飞行员对特定飞行程序设计的航线漫游体验，检验机场飞行程序设计的合理性以及在航线漫游过程中观察地形和评估障碍物等要求。系统实现了可以沿着指定航线和指定速度实时模拟3D漫游，显示速度20幅每秒，同时设计了“速度”和“视角”两种调节方式，其中视角调节又可分为“俯仰”90度调节和“左右”180度范围任意调节，三维航线漫游模块还特别设计了航线漫游实时调节功能。这样，在航线漫游过程中就真正实现了全方位、实时的动态调整功能。

实施例三-多航线交通流实时三维动态模拟：

首先同实施例一的建立机场的基本信息，主要保证航线的类型、高度、进离场跑道、节点信息，导航台/定位点的类型、地理坐标的准确。

根据客户需求，选择任一航班飞行计划，交通流量模拟模块即从数据库中调出相应的多条航班飞行数据，通过交通流量模拟算法，计算出飞行航班所在位置数据，并传送到KML结果数据平台，生成相关的kml文件，在谷歌地球(GoogleEarth)技术平台动态载入生成的kml文件，通过三维动态呈现模块实现多航线交通流三维动态模拟仿真。

交通流模拟系统的基本要求是不能在多架飞机飞行过程中出现相撞，因为这是涉及飞行安全以及飞行计划是否合理的重大问题，由于飞行在实际运行过程中飞行速度是实时变化的，不可能完全按照飞行计划的要求准确实施，因此为保证安全的飞行间隔必须实现飞行速度的实时可控。系统设计中对速度调节设计了两种调节方式——单独调速和整体调速。对于指定飞机的速度调整，直接输入理想参数后点击“当前更新”达到调节目的；还可以为所有飞行加减一个速度差，点击“所有更新”完成整体调速。

实施例四-导航台遮蔽评估：

建立导航台的基本信息，包括导航台坐标位置、天线高度H、遮蔽角度W和工作半径L。通过导航台屏蔽评估模块的导航台遮蔽自动生成算法，生成如图3所示的倒圆锥体，天线高度H：导航台遮蔽模型的顶点离当地地面的高度；遮蔽角度W：决定导航台遮蔽范围大小因素之一，单位为度，输入范围为0～90度(不含90)；工作半径L：决定导航台遮蔽范围大小因素之一，单位为米。

导航台屏蔽评估模块生成的数据通过地理信息系统(ARCGIS)技术平台将KML结果数据平台的二维数据直接导入该平台中呈现出三维效果。该三维效果图可手动调整俯仰、左右视角，观察电台信号与障碍物之间的关系，实现遮蔽评估。

以上所述的谷歌地球(GoogleEarth)技术平台是美国google公司的地理信息平台(可从http://earth.google.com下载)；所述的地理信息系统(ARCGIS)技术平台是美国ESRI公司的软件产品(可从http://www.esri.com下载)。