機載移動地圖研究探索及開發實例

王寶紅

摘 要：本項研究依據當前民航發展的需要，補充民航機場機載移動地圖的實際使用需求，結合當下地圖系統開發的基本框架和功能，開發了民航機場的機載移動地圖。該系統除需要滿足地圖所具有基本的縮放、移動等要求外，還增加了民航機場的實際特色，如飛行動態監視和羅盤、半羅盤顯示等功能。結果表明，依據現有的開發方式，可以開發出滿足民航需要的機載移動地圖，并展示了開發成果。

關鍵詞：機載移動地圖;開發;實例

大型機場運行是十分復雜的生產活動，需要多個部門、多個個體相互配合才能高效、有序地完成。為了保持航空器間的安全間隔，航空器駕駛員通常通過先觀察再避讓的方法進行監視，而空中交通管制員也是根據視覺提示來執行監視并保持航空器安全間隔的任務，同時輔以無線電通信的方式確定航空所在位置。但是這種基本的方法在機場容量小且能見度好的情況時效果明顯。

隨著我國民航業的發展越來越繁榮，多數機場的容量都在增長且步入規劃擴建階段，無論是空域還是地面都變得更加擁擠，此時，即便能見度滿足要求也很難通過基礎的視覺方式長期保證安全間隔，這就對機場場面的操作提出了更高的要求，在此背景下，機場移動地圖應運而生。

顧名思義，機場移動地圖就是通過移動的機場導航地圖這一方式為相關人員提供航空器在機場場面的位置信息。目前，我國對機場移動地圖的研究尚在初始階段，且多停留在關于無人機和移動機器人的機載移動地圖研究中，秦漢[1]探討了基于GMap.NET和高德地圖API電子地圖顯示規劃無人機路徑的方法;陶明[2]研究了為機器人建立地圖坐標系后創建地圖的方法和步驟，并通過算法提高了地圖的精度;毛卉佳[3]曾以機場場面活動引導與控制系統（A-AMGCS）為例，探討了其對與機載移動地圖開發與使用的作用;吳超瓊[4]等人研究了基于北斗定位的機載監測終端的五人家飛行監管系統，但目前尚無相關研究將機載地圖技術與監視技術相結合的案例。

因此，對機載移動地圖的開發研究就顯得十分有必要了。筆者根據機場實際需要，進行了軟件開發的相關研究，并進行了實際的應用，同時這也為今后相關研究的開展提供參考。

1 功能及結構

1.1 開發背景和依據

國際民航組織建議各國使用機場繪圖數據庫（Airport Mapping Databases，AMDB）作為航空港運行的數據標準，且規定其符合要求的最低標準。基于統一標準的AMDB數據庫可供多個人員和部門使用并提高運行效率。這些部門主要包括航空器駕駛員、管制員、跑道侵入探測和告警監視系統等。

基本的機場移動地圖是將航空器自身位置疊加在電子機場航圖上，通過機場表面移動地圖的機場導航功能可提高航空器駕駛員在機場表面的情境意識，同時降低航空器駕駛員在構型及運轉復雜機場的工作負擔;此外，機場表面移動地圖還可降低航空器駕駛員因場面導航導致的危險失誤，如通過錯誤的滑行道或進入錯誤的跑道進行起飛;且由于改進了導航措施，同時減少了滑行延遲現象的發生。

在機載移動地圖開發過程中，主要根據ARINC-816[5]中關于跑道、滑行道和停機坪等機場重要道路的相關元素進行開發并設置相關的參數。

1.2 功能需求

根據機載表面移動地圖的實際需求，現總結其主要內容如下：

軟件需要從機場數據庫和航空器位置數據庫中獲取相關數據，交由數據訪問層，再包括經過圖層、各項要素、空間幾何等內容的引擎層級進行數據匯總，最后反饋到軟件表現層上，進行數據管理、編輯和量程選擇等。具體框架詳見圖1所示：

同樣的，在這一結構框架基礎上，開發了諸多的軟件功能，主要包括機場地圖數據庫管理和機載場面引導兩個方面。

其中，機場地圖數據庫管理包括數據管理和數據編輯，數據管理主要是對機場數據進行管理并進行分類;在數據編輯模塊中可以編輯機場地圖中不同元素的空間描述。

機載場面引導包含四個模塊，在這里，制定計劃的作用是在不同的滑行線路中添加不同的識別信息，并賦予地圖中不同顏色，便于用戶在后期使用中進行識別;飛行動態監視需滿足全羅盤、半羅盤兩種基本展示模式，主要是用于在地圖中顯示航空器及其飛行軌跡，并且當場面比例尺增大到一定值的時候，觸發防擁堵能力而不顯示停機位及標簽;量程選擇可以為用戶提供不同的比例尺，方便用戶在進行地圖放大縮小的過程中作為參照;地圖工具是其主要功能，要提供如放大、縮小、平移等基本的電子地圖功能，提高機載電子移動地圖的可用性，方便用戶使用。具體功能見圖2。

1.3 非功能需求

非功能需求主要包括性能需求和質量需求兩個方面。

質量需求主要體現在機載移動地圖的功能響應上，簡單功能響應時間不應超過1s，復雜邏輯操作功能響應時間不應超過5s，當數據庫中數據量增大后系統處理速度變化范圍不超過60%。質量需求的相關要求詳見下表：

2 機載移動地圖開發重點

2.1 數據文件解析

地圖系統采用XML格式存儲，而該種模式存儲采用反序列方式;序列化是.NET運行時環境用來支持用戶定義類型的機制，以某種存儲形成使自定義對象持久化，或將對象從一處傳輸到另一處。

因此，在序列化類的過程中，是從屬性中讀取數值，再以某種格式保存下來，但這一過程不會將類的成員函數序列化。反序列化是序列化的逆過程，可將存儲數據在適當的時候轉化為原對象進行使用。反序列化的過程如下圖3所示：

2.2 地圖繪制

在進行地圖繪制的過程中，支持點、線、面等常見的空間要素繪制，并支持地圖旋轉、縮放和平移等，并自定義數據借口，實現對XML格式數據的支持。機載移動地圖初始以創建Map對象實例來生成地圖，Map地圖對象可包含機載移動地圖需使用的各種幾何類及接口類，是地圖繪制的基礎，并定義了幾何對象應具備的公共操作。

3 開發成果展示

3.1 機載移動地圖主界面

在開發過程中，系統主界面主要包括：（頂部）快捷工具欄，（左側）機場列表、（右側）數字化機場場面地圖和（底部）地理坐標信息，如下圖4所示：

3.2 其他功能展示

在機載移動地圖中，除了開發的主界面框架之外，還實現了多項功能，現將部分功能展示如下：

3.2.1 飛行動態監控

點擊“航空器模擬”按鈕，即可顯示當前界面中的所有航空器圖標：

3.2.2 防擁功能

即在場面比例≥3nm時，不顯示停機位及標簽，不同比例尺下的停機位展示如下圖所示：

4 總結

（1）經實踐可知，依據本項研究的開發思路，并根據國內機場的實際運行情況，可以開發出一套完整的機載移動地圖系統。

（2）在機載移動系統中可以實現基本的地圖功能，并可根據用戶需要或使用習慣，增加如防擁能力等其他功能，以此提高地圖的可用性，降低用戶的操作差錯，提高運行安全性。

參考文獻：

[1]秦漢.多旋翼無人機管控系統設計[D].南京信息工程大學，2018.

[2]陶明.基于改進CKF的移動機器人定位與建圖研究[D].安徽工程大學，2016.

[3]毛卉佳.先進的機場場面活動引導與控制系統（A-SMGCS）研究[J].科技展望，2014（10）：148-149.

[4]吳超瓊，趙利，梁鋼，劉小康.基于北斗導航系統的無人機飛行監管系統設計[J].測控技術，2017，36（08）：66-69.

[5]EMBEDDED INTERCHANGE FORMAT FOR AIRPORT MAPPING DATABASE：ARINC-816[S].Annapolis：ARINC，2016.