CN103578300B - 一种面向网络的低空飞行动态监视系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种面向公共网络的低空飞行动态监视系统，属于空中交通管理通用航空领域。其中该系统包含地图服务模块、数据处理推送模块和监视页面模块三部分；地图服务模块提供地图；数据处理推送模块包括数据解析子模块、航迹缓存子模块和消息推送子模块；数据解析子模块用于接收ADS-B报文数据并解析处理，构建报文数据对象并发送至航迹缓存子模块；当航迹缓存子模块接收到报文数据对象后，对缓存的航迹标识和航迹对象分别进行存储或者更新，将当前航迹对象发送给消息推送处理子模块；消息推送处理子模块显示页面地图，并根据当前航迹对象添加或者更新航迹图元。本发明适用于面向公共网络的低空飞行动态监视。

Description

一种面向网络的低空飞行动态监视系统

技术领域

本发明属于空中交通管理通用航空领域，具体涉及一种面向网络的低空飞行动态监视系统。

背景技术

随着我国经济的快速发展以及低空空域管理改革的推进，通用航空飞行活动日益频繁，公务飞行、商业观光、私人飞行及驾照培训等低空飞行活动越来越受到人们的青睐。

鉴于社会公众有着强烈的低空飞行参与意愿，也迫切希望通过一种便捷的方式了解低空空域的实时飞行动态，低空飞行的监视技术得到了发展，其中广播式自动相关监视ADS-B技术，以其精确高、数据更新频率快的优点得到了广泛应用。ADS-B利用航空器自动广播由机载星基导航和定位系统生成的精确定位信息，地面设备和其他航空器通过地空通信数据链接收该定位信息，同时对该定位信息进行解析与可视化显示。

现有的一些基于ADS-B的飞行动态监视系统，一般由服务端程序Server和客户端程序Client组成，其中Server与地面接收设备连接，将接收解析的飞行目标信息通过广播/组播的形式实时发送给桌面专用软件进行显示。这种Client/Server结构形式的系统因采用广播/组播的形式进行数据传输故只适用于局域网内，无法在网络上进行部署应用并为社会公众提供飞行动态监视信息服务。因此，提供一种利用网络（如互联网）面向用户提供实时推送的低空飞行动态监视数据服务是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种面向网络的低空飞行动态监视系统，该系统能够克服已有基于ADS-B的飞行动态监视系统的缺陷，能够利用网络面向社会公众提供实时推送的低空飞行动态监视数据。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：该系统包含地图服务模块、数据处理推送模块和监视页面模块三部分；三个模块的连接关系为：地图服务模块和数据处理推送模块均通过网络与监视页面模块进行数据通信；

地图服务模块提供REST/WEB SERVICE模式的地图；

数据处理推送模块包括数据解析子模块、航迹缓存子模块和消息推送子模块；其连接方式如下：数据解析子模块、航迹缓存子模块及消息推送子模块依次连接；

数据解析子模块用于接收ADS-B地面站设备发来ADS-B报文数据并对ADS-B报文数据进行解析处理，构建报文数据对象并将报文数据对象发送至航迹缓存子模块；

航迹缓存子模块建立航迹标识缓存区和航迹对象缓存区，对航迹标识和航迹对象分别进行缓存，航迹标识与航迹对象一一对应；

当航迹缓存子模块接收到报文数据对象后，对报文数据对象进行解析，以解析获得的地址码为关键字，在航迹标识缓存中查找是否存在对应的航迹标识，则有以下两种情况：

A：若不存在该航迹标识，则根据报文数据对象，建立航迹标识和航迹对象并分别缓存，该航迹对象即为当前航迹对象，将当前航迹对象发送给消息推送处理子模块；

B：若已存在该航迹标识，则利用报文数据对象，更新该航迹标识对应的航迹对象，作为当前航迹对象，将当前航迹对象发送给消息推送处理子模块；

消息推送处理子模块用于依据监视页面模块的消息通道请求建立会话连接，并通过所建立的会话连接将航迹对象推送至监视页面模块；

监视页面模块从地图服务模块获得地图，并对所述地图进行显示形成页面地图；

监视页面模块实时接收消息推送处理子模块推送来的当前航迹对象，并对航迹对象进行解析，获得当前航迹对象的航迹标识，并在飞行目标图层中查找是否存在对应的航迹图元，如果存在，则将该对应航迹图元设定为当前航迹图元，并使用当前航迹对象对当前航迹图元进行更新显示；如果不存在，则以该当前航迹对象的航迹标识为关键字在页面地图中创建一个新的航迹图元，设定为当前航迹图元，当前航迹图元用于标识飞行目标。

进一步地，数据处理推送模块还包括数据存储子模块和航迹数据库；数据存储子模块分别与航迹缓存处理子模块和航迹数据库连接

数据存储子模块定时从航迹缓存处理子模块中获取全部航迹对象，并对所有航迹对象进行有效性检查：即获取航迹对象的数据时间，判断该数据时间距离当前系统时间是否超过设定的时间阈值：

若未超过，则判定此航迹对象为活动目标的航迹对象，则将该航迹对象中所记载的全部属性数据存储至航迹数据库；

若超过，则判定此航迹对象并非活动目标的航迹对象，则令航迹缓存处理子模块在航迹标识缓存区删除对应的航迹标识，同时在航迹对象缓存区中删除该航迹对象。

进一步地，监视页面模块定期进行航迹有效性检查，判断页面地图中的航迹图元的数据时间标签距当前系统时间是否超过设定的时间阈值，如果超过，则判定此航迹图元为非活动目标的航迹图元，从页面地图的飞行目标图层中移除该图元，否则，不作处理。

有益效果

1、本发明所提供的一种面向网络的低空飞行动态监视系统，是一种使用浏览器端browser和服务器端server即B/S模式的低空飞行动态监视系统，则网络中的browser可以获取航迹对象并对航迹对象进行标绘地图显示，达到了利用网络面向社会公众提供实时的低空飞行动态监视数据服务的目的，因此不同性质的用户例如：低空空域管理单位、地方政府、通航公司、团体及个人等众多用户均能够对当地低空监视信息服务进行共享；

该系统所使用的双缓存处理机制，极大的提升了数据处理的性能，能够有效解决在监视大批量飞行目标时的报文丢失、数据处理拥塞的问题，确保了监视的实时性。

2、本发明同时提出了对航迹对象进行实时有效性检查并将过期航迹对象进行删除，同时也对页面地图显示的飞行目标信息进行及时地更新处理，保证了监视系统的实时性和准确性，实现了动态监视。

附图说明

图1为本发明所涉及系统的整体框架图；

图2为本发明所涉及的系统监视数据处理推送模块的功能结构图；

图3为本发明所涉及的飞行动态监视页面处理模块的功能结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

一种面向网络的低空飞行动态监视系统，该系统采用浏览器端browser和服务器端server，包含地图服务模块、数据处理推送模块和监视页面模块三部分。

其中地图服务模块和监视数据处理推送模块运行于服务器端；监视页面模块运行于浏览器端。

三个模块的连接关系为：地图服务模块、数据处理推送模块通过网络与监视页面模块进行数据通信；其中该处的公共网路可以为互联网。

各模块的功能如下：

地图服务模块基于地理信息系统软件独立运行，加载标准格式的地图文档，并将该标准格式地图文档发布为REST/WEB SERVICE模式的地图，该REST/WEB SERVICE模式是常用的万维网地理信息系统WEBGIS地图服务的形式，可面向网络提供WEBGIS服务。

数据处理推送模块包括数据解析子模块、航迹缓存子模块和消息推送子模块三个子模块。其中上述三个子模块按照数据流方式进行连接，其连接方式如下：数据解析子模块、航迹缓存子模块及消息推送子模块依次连接。

数据解析子模块用于接收ADS-B地面站设备发来ADS-B报文数据，对ADS-B报文数据进行解析处理，构建报文数据对象。其中ADS-B报文数据是由航空器飞行广播信息转换得来，本实施例所建立的报文数据对象中记载有从ADS-B报文数据中解析的航空器状态数据，包括：地址码、时间标签、飞机标识、经度、纬度、飞行高度、飞行速度、航向、垂直速率和转向速率，具体的报文数据对象如表1所示。

表1

属性名称	数据格式
		地址码	字符串
时间标签	数值
		飞机标识	字符串

属性名称	数据格式
		经度	数值
纬度	数值
		飞行高度	数值
飞行速度	数值
		航向	数值
垂直速率	数值
		转向速率	数值

在本实施例中，ADS-B地面站设备发的ADS-B报文中的时间标签，为UTC时间格式的实际时间与当天午夜之间的时间差值，以秒计，例如UTC时间标签28860，对应的UTC时间为当天的08时01分00秒（北京时间16时01分00秒）；为了便于计算处理，在构建报文数据对象时，将统一转换为UTC时间格式实际时间与1970年1月1日午夜之间的时间差值，以毫秒计，例如：时间标签为1364371260000，对应的UTC时间为2013年3月27日08时01分00秒。

数据解析子模块将解析获得的报文数据对象发送至航迹缓存子模块。

航迹缓存子模块采用双缓存设计，即建立航迹标识缓存区和航迹对象缓存区对航迹标识和航迹对象分别进行缓存，其中航迹标识为固定长度的字符串，包括地址码和航迹生成时间，其中航迹生成时间为ADS-B报文数据由航空器首次发出的时间，例如：航迹标识为1F3C2B1303271601，其中前六位为地址码，后10位为时间yyMMddHHmm；

航迹对象如表2所示：

表2

属性名称	数据格式
		航迹标识	字符串
飞机标识	字符串
		经度	数值
纬度	数值
		飞行高度	数值
飞行速度	数值
		航向	数值
垂直速率	数值

属性名称	数据格式
		转向速率	数值
时间标签	数值

其中航迹标识与航迹对象一一对应，可以通过航迹标识找到航迹对象。

当数据缓存子模块接收到报文数据对象后，对报文数据对象进行解析，以地址码为关键字，在航迹标识缓存中查找是否存在对应的航迹标识，则有以下两种情况：

A：若不存在该航迹标识，则以“地址码+航迹生成时间”作为当前航迹标识，将该当前航迹标识保存至航迹标识缓存区中，以当前航迹标识为关键字建立新的航迹对象，作为当前航迹对象，其中当前航迹对象中各项属性值由报文数据对象中记载的各属性数据获得，将当前航迹对象存储于航迹对象缓存区，并将当前航迹对象发送给消息推送子模块。

B：若已存在该航迹标识，则获得对应的航迹标识，然后以航迹标识为关键字，从航迹对象缓存区中获得对应的航迹对象，作为当前航迹对象。使用报文数据对象中的各项属性数据更新当前航迹对象的各项属性数据，以当前航迹对象对应的航迹标识为关键字，将更新后的当前航迹对象保存至航迹对象缓存中，同时将更新后的当前航迹对象发送给消息推送子模块。

消息推送子模块的功能是：维护全部的浏览器端会话以及将航迹对象推送至客户端的任务，其原理为：建立一个空的会话池，每当浏览器端向服务端发起建立消息通道请求时，消息推送子模块均响应该请求建立会话连接，所有会话连接均存入会话池，对于浏览器端已断开的会话连接或者超时的会话连接及时删除；消息推送子模块接收当前航迹对象，将当前航迹对象输入至会话池中的每个会话连接，则航迹对象可以通过会话连接输入至浏览器端。

消息推送子模块通过会话连接将当前航迹对象推送至飞行动态监视页面处理模块。

在实际的监视过程中，为了实现对航空器飞行轨迹的查询，通常需要以文件或数据库的形式存储原始报文数据或航迹数据，因此本实施例针对这种需要，在数据处理推送模块同时建立了数据存储子模块和航迹数据库。数据存储子模块分别与航迹缓存处理子模块和航迹数据库连接。

其中数据存储子模块定时从航迹缓存处理子模块中获取全部航迹对象，对于所有航迹对象进行有效性检查：即获取航迹对象的数据时间，判断该数据时间距离当前系统时间是否超过设定的时间阈值：

若未超过，则判定此航迹对象为活动目标的航迹对象，则将该航迹对象中所记载的全部属性数据以数据记录的形式存储至航迹数据库；

若超过，则判定此航迹对象并非活动目标的航迹对象，则航迹缓存处理子模块在航迹标识缓存区删除对应的航迹标识，同时在航迹对象缓存区中删除该航迹对象。

监视页面模块运行于浏览器端，该模块能够显示页面地图并根据所接收的当前航迹对象对页面地图进行更新。

其中监视页面模块所建立页面地图包括两部分：一部分是来自地图服务模块的REST/WEB SERVICE模式的地图作为背景图层，这个背景图层可能具有国家边境、省、市、县域界限、河流、铁路、机场、空域等；另一部分是用户图层，即在浏览器端显示的时候，会有一个默认的用户图层，供用户临时标绘一些符号进行显示，在本发明中用户图层主要用于对所接收到的航迹对象进行飞行目标标绘显示，因此用户图层即为飞行目标图层。

为了能够建立页面地图并使页面地图能够进行实时更新，监视页面模块需要具有以下功能：

1、监视页面模块向地图服务模块发起地图服务请求，地图服务模块接收到地图服务请求之后，将地图数据推送至监视页面模块进行显示，即为背景图层；

2、监视页面模块向服务端发起建立信息通道请求，消息推送模块响应该请求建立会话连接，从而使得航迹对象能够通过会话连接传输至低空飞行动态监视页面模块。监视页面模块根据首次接收到的当前航迹对象建立飞行目标图层。

3、监视页面模块实时接收消息推送模块发来的当前航迹对象，获取当前航迹对象的航迹标识，并在页面地图的飞行目标图层中查找是否存在对应的航迹图元，如果存在，则将该对应航迹图元设定为当前航迹图元对象，并使用当前航迹对象中的属性数据对当前航迹图元的显示状态进行更新；如果不存在，则以该当前航迹对象的航迹标识为关键字在页面地图的飞行目标图层创建一个新的航迹图元，设定为当前航迹图元。

由于监视页面模块不断接收当前航迹消息，从而实现对页面地图的飞行目标图层的实时更新。

随着时间的更新，飞行目标图层中的航迹图元存在数据时间标签过期的可能，为了能使页面地图更好地表达低空飞行的状态，监视页面模块需要定期进行航迹有效性检查，主要判断地图飞行目标图层的航迹图元的数据时间标签距当前系统时间是否超过设定的时间阈值，如果超过，则判定此航迹图元为非活动目标的航迹图元，从页面地图的飞行目标图层中移除该图元，否则，不作处理。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种面向网络的低空飞行动态监视系统，其特征在于，该系统包含地图服务模块、数据处理推送模块和监视页面模块三部分；三个模块的连接关系为：地图服务模块和数据处理推送模块均通过网络与监视页面模块进行数据通信；

所述地图服务模块提供REST/WEB SERVICE模式的地图；

所述数据处理推送模块包括数据解析子模块、航迹缓存子模块和消息推送处理子模块；其连接方式如下：数据解析子模块、航迹缓存子模块及消息推送处理子模块依次连接；

数据解析子模块用于接收ADS-B地面站设备发来ADS-B报文数据并对ADS-B报文数据进行解析处理，构建报文数据对象并将报文数据对象发送至航迹缓存子模块；

航迹缓存子模块建立航迹标识缓存区和航迹对象缓存区，对航迹标识和航迹对象分别进行缓存，航迹标识与航迹对象一一对应；

当航迹缓存子模块接收到报文数据对象后，对报文数据对象进行解析，以解析获得的地址码为关键字，在航迹标识缓存中查找是否存在对应的航迹标识，则有以下两种情况：

A：若不存在该航迹标识，则根据报文数据对象，建立航迹标识和航迹对象并分别缓存，该航迹对象即为当前航迹对象，将当前航迹对象发送给消息推送处理子模块；

B：若已存在该航迹标识，则利用报文数据对象，更新该航迹标识对应的航迹对象，作为当前航迹对象，将当前航迹对象发送给消息推送处理子模块；

消息推送处理子模块用于依据监视页面模块的消息通道请求建立会话连接，并通过所建立的会话连接将航迹对象推送至监视页面模块；

监视页面模块从地图服务模块获得地图，并对所述地图进行显示形成页面地图；

监视页面模块实时接收消息推送处理子模块推送来的当前航迹对象，并对航迹对象进行解析，获得当前航迹对象的航迹标识，并在飞行目标图层中查找是否存在对应的航迹图元，如果存在，则将该对应航迹图元设定为当前航迹图元，并使用当前航迹对象对当前航迹图元进行更新显示；如果不存在，则以该当前航迹对象的航迹标识为关键字在页面地图中创建一个新的航迹图元，设定为当前航迹图元，当前航迹图元用于标识飞行目标。

2.如权利要求1所述的一种面向网络的低空飞行动态监视系统，其特征在于，所述报文数据对象记载从ADS-B报文数据中解析的航空器状态数据，包括：地址码、时间标签、飞机标识、经度、纬度、飞行高度、飞行速度、航向、垂直速率和转向速率。

3.如权利要求2所述的一种面向网络的低空飞行动态监视系统，其特征在于，所述航迹标识由地址码和航迹生成时间两部分组成；其中航迹生成时间为首次建立航迹标识时的实际时间；

所述航迹对象包括：航迹标识、飞机标识、经度、纬度、飞行高度、飞行速度、航向、垂直速率、转向速率以及数据时间标签；其中数据时间标签记载航迹缓存子模块接收到航迹对象时的实际时间。

4.如权利要求3所述的一种面向网络的低空飞行动态监视系统，其特征在于，所述数据处理推送模块还包括数据存储子模块和航迹数据库；数据存储子模块分别与航迹缓存子模块和航迹数据库连接；

所述数据存储子模块定时从航迹缓存子模块中获取全部航迹对象，并对所有航迹对象进行有效性检查：即获取航迹对象的数据时间，判断该数据时间距离当前系统时间是否超过设定的时间阈值：

若未超过，则判定此航迹对象为活动目标的航迹对象，则将该航迹对象中所记载的全部属性数据存储至航迹数据库；

若超过，则判定此航迹对象并非活动目标的航迹对象，则令航迹缓存子模块在航迹标识缓存区删除对应的航迹标识，同时在航迹对象缓存区中删除该航迹对象。

5.如权利要求3所述的一种面向网络的低空飞行动态监视系统，其特征在于，所述监视页面模块定期进行航迹有效性检查，判断页面地图中的航迹图元的数据时间标签距当前系统时间是否超过设定的时间阈值，如果超过，则判定此航迹图元为非活动目标的航迹图元，从页面地图的飞行目标图层中移除该图元，否则，不作处理。