CN112634663A - 一种通用航空飞行计划和监视目标关联系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用航空飞行计划和监视目标关联系统和方法，包括：协议转换模块、目标数据处理模块、飞行计划处理模块、飞行计划关联模块、通航监视管理模块。协议转换模块监听网络端口，接收网络数据，目标数据处理模块对数据进行解析、信息提取、空域拼接处理，输出通用航空飞行计划对应的空域方案，飞行计划关联模块整合目标航迹、飞行计划空域方案，通航监视管理模块读取各类监视手段目标航迹、报文数据综合信息，展示给用户，同时监听用户的界面操作和指令操作。本发明的优点是：提高关联处理性能，增强系统的扩展性，实现数据的一致性；实现通航飞行计划的自动化解析；支持将通航飞行计划整合拼接为空域使用方案。

Description

一种通用航空飞行计划和监视目标关联系统和方法

技术领域

本发明涉及通用航空管理技术领域，特别涉及一种通用航空飞行计划和监视目标关联系统和方法。

背景技术

近年来，随着通航产业在植保、航拍、热气球、体育飞行、旅游等方面的高速发展，对通航飞行活动进行有效监视管理的需求越来越大。通航活动涉及范围广、种类多、飞行线路不固定，产生的监视数据、飞行计划等类型十分灵活多变，数据规模也不断增长。

原有的各类飞行计划和监视目标关联的手段、工具和平台等已不能很好的应对用户日益增长的处理需求。同时，通航运营用户在通航保障条件建设上的投入较为有限，而目前流行的大数据平台等方法和工具等的部署成本较高，对用户的负担较大。

通用航空飞行计划不固定，具有较大的自由性，没有固定的空域、航路航线的出入点，而现有的飞行计划和监视目标的关联理论大多是基于民航运输航空的飞行计划所开展的，也就是基于固定特殊位置点的计划与航迹关联装置。由于通用航空的计划航迹不能精确的生成，因此现有技术不能满足通用航空的特点。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种通用航空飞行计划和监视目标关联系统和方法，解决了现有技术中存在的缺陷。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种通用航空飞行计划和监视目标关联系统，包括：

协议转换模块、目标数据处理模块、飞行计划处理模块、飞行计划关联模块、通航监视管理模块；

所述协议转换模块提供了装置系统内部与外部信息的隔离，只有符合系统统一协议的数据才会被解析，协议转换模块服务接收系统外部发来的目标信息、飞行计划，转换成装置内部数据格式。

所述目标数据处理模块接收解码后的监视数据，对监视数据进行解析、跟踪和融合处理，输出监视手段的目标航迹。

所述飞行计划处理模块接收解码后的飞行计划数据，对飞行计划数据进行解析、信息提取、空域拼接处理，输出通用航空飞行计划对应的空域方案。

所述飞行计划关联模块整合目标航迹、飞行计划空域方案，通过匹配算法完成目标航迹与飞行计划空域的关联，进而实现飞行计划与监视目标的关联。

所述通航监视管理模块基于GIS引擎提供的地理数据和空间信息计算和展示能力，读取经过服务端处理后的各类监视手段目标航迹、报文数据综合信息，经过组合、封装、渲染处理后以人机交互界面的方式展示给用户，同时监听用户的界面操作和指令操作，以事件、网络流的方式反馈、分发给服务端。

进一步地，协议转换模块支持雷达、ADS-B、数据链路设备的接入；

雷达数据包括：心跳报文、状态报文、雷达目标散点报文和雷达目标报文，雷达目标报文包括：含经度、纬度、俯仰、方位和速度。

ADS-B数据包括：心跳报文、状态报文和ADS-B目标报文，ADS-B目标报文包括：经度、纬度、高度、速度、呼号、S模式地址。

数据链设备数据包括：心跳报文、状态报文和目标报文，目标报文包括：经度、纬度、高度、速度和识别号。

本发明还公开了一种通用航空飞行计划和监视目标关联方法，包括以下步骤：

步骤1，协议转换模块监听网络端口，接收网络数据，判断数据格式是否符合协议，若是则获取对应数据模板，若否则结束，判断是否获得匹配的数据模板，若是则按照模板进行转换，若否则结束，获取发送地址，将来自雷达设备、ADS-B设备、数据链设备的目标数据发送至目标数据处理模块，将飞行计划数据发送至飞行计划处理模块。

步骤2，目标数据处理模块对接收到的雷达、ADS-B、数据链数据由二进制转换为JSON字符串，然后生成JSON处理对象，根据数据中的设备地址和源地址信息，判断数据类型，将JSON对象转换为对应的监视数据对象，送入数据处理队列。实时数据处理和回放数据处理过程一致，只在标志位值不同。数据处理根据传入数据的对象类型，对不同的监视数据进行分别处理。首先根据监视数据中的目标区分标识、目标类型、数据来源等生成目标标识KEY，然后根据KEY检测对应目标监视数据是否存在，存在的数据进行更新，不存在的数据则新建对应类型的监视数据对象，同时对监视数据生成对应的记录数据对象以备记录到文件。

步骤3，飞行计划处理模块取出飞行计划数据，由于解析后的飞行计划数据是以JSON格式存储，首先检测是否有代表航空器识别号的KEY，如果没有则输出异常并终止本轮处理；如果有则处理线程在第一次循环内将通过JSON数据中代表起降备降机场的KEY值进行判断，检测通用航空飞行计划内是否含有起降备降机场，如有则提取出起降备降机场的索引信息，再进一步基于索引信息从基础数据内获得各个机场的详细经纬度和管制空域覆盖范围参数；如果没有则进入第二次循环，将通过JSON数据中代表临时起降点的KEY值进行判断，检测通用航空飞行计划内是否使用了临时起降点，提取出临时起降点的索引信息，再进一步基于索引信息从基础数据内获得各个临时起降点的详细经纬度和空域覆盖范围参数。之后，再检测通航飞行计划是否涉及转场通道，如有则提取出各个通道的核心控制参数。最后，将经过信息提取后的飞行计划参数扩展为多边形、圆形等空域形式，然后将各个空域图元以列表的形式存入空域使用方案数据库，以空域使用方案代表这一条飞行计划。

步骤4，飞行计划关联模块取出本周期将要进行关联检测的所有数据，先寻找与飞行计划空域方案中识别号相一致的目标航迹，过滤掉其余的目标航迹；对所有的多边形空域、圆形空域图形进行扩展，计算出其最小外接矩形(MBR)，通过MBR快速检测该目标航迹的当前位置是否处于MBR范围之外，如果处于MBR范围之外则进行一致性检测告警，如果处于MBR范围之内则进行更精细的检测判断；将目标航迹与飞行计划空域方案中的多边形、圆形空域直接进行比对，通过计算几何的方法检测目标航迹的当前位置是否处于任何一个图形的范围之外，如果处于任何一个图形的范围之外则进行一致性检测告警，如果处于任何一个图形的范围之内则表示飞行计划和监视目标是一致的。

步骤5，通航监视管理模块基于GIS引擎提供的地理数据和空间信息计算和展示能力，应用计算机图形、UI交互、计算机视觉、网络通信的技术，读取经过服务端处理后的各类监视手段目标航迹、报文数据等综合信息，经过组合、封装、渲染等处理后以人机交互界面的方式展示给用户，同时监听用户的界面操作和指令操作，以事件、网络流等方式反馈、分发给服务端。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.可实现系统的横向和纵向扩展，提高关联处理性能，增强系统的扩展性；

2.利用统一协议转换模板的方法，可以在较少改变的情况下支持根据实际需要自引入不同监视源数据；

3.能够实现不同监视数据报文内部传输数据的一致性；

4.可以实现通航飞行计划的自动化解析；

5.支持将通航飞行计划整合拼接为空域使用方案，进一步可以支持空域使用效能评估。

附图说明

图1是本发明实施例系统架构图；

图2是本发明实施例协议转换流程图；

图3是本发明实施例目标数据处理流程图；

图4是本发明实施例飞行计划处理流程图；

图5是本发明实施例飞行计划关联流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。

一种通用航空飞行计划和监视目标关联系统，包括：

协议转换模块、目标数据处理模块、飞行计划处理模块、飞行计划关联模块、通航监视管理模块。采取流式处理的技术框架完成通航监视数据和飞行计划的接收、处理、关联、显示、管理，整个系统的处理架构如图1所示。

协议转换模块提供了装置系统内部与外部信息的隔离，只有符合系统统一协议的数据才会被解析，协议转换模块服务接收系统外部发来的目标信息、飞行计划，转换成装置内部数据格式。

目标数据处理模块接收解码后的监视数据，对监视数据进行解析、跟踪和融合等处理，输出监视手段的目标航迹。

飞行计划处理模块接收解码后的飞行计划数据，对飞行计划数据进行解析、信息提取、空域拼接等处理，输出通用航空飞行计划对应的空域方案。

飞行计划关联模块整合目标航迹、飞行计划空域方案，通过匹配算法完成目标航迹与飞行计划空域的关联，进而实现飞行计划与监视目标的关联。

通航监视管理模块基于GIS引擎提供的地理数据和空间信息计算和展示能力，应用计算机图形、UI交互、计算机视觉、网络通信等领域的技术，读取经过服务端处理后的各类监视手段目标航迹、报文数据等综合信息，经过组合、封装、渲染等处理后以人机交互界面的方式展示给用户，同时监听用户的界面操作和指令操作，以事件、网络流等方式反馈、分发给服务端。

协议转换模块

协议转换模块目的是使用统一接口协议处理各类监视数据报文，保障在整个装置中监视数据的存储和传递的一致性。本发明中定义的协议转换模块支持雷达、ADS-B、数据链路设备的接入，以及飞行计划的接入，协议转换模块的流程如0所示。

雷达数据包括：心跳报文、状态报文、雷达目标散点报文、雷达目标报文(主要含经度、纬度、俯仰、方位、速度等)。

ADS-B数据包括：心跳报文、状态报文、ADS-B目标报文(主要含经度、纬度、高度、速度、呼号、S模式地址等)。

数据链设备数据包括：心跳报文、状态报文、目标报文(主要含经度、纬度、高度、速度、识别号等)。

飞行计划数据包括：起降机场、备降机场、临时起降点、航空器识别号、转场通道等。

协议准换后的监视信息采用JSON格式，每个目标的数据为一行，参数间使用逗号分隔，内部类使用括号，所有参数的排列顺序固定，数据处理时按参数顺序解析并生成对应的目标数据对象即可。

目标数据处理模块

目标数据处理模块服务接收解码后的雷达、ADS-B、数据链等监视数据，对监视数据分类进行解析、跟踪和融合管理，输出各类监视手段目标航迹。初始化为每个监听线程生成对应的数据解析和数据处理对象，同时为所有数据处理对象生成公共数据记录功能对象，并启动各功能线程。监听接收功能模块由监听线程组成，每个线程独立监听一个网络端口。监听采用阻塞方式，收到数据后建立待处理数据对象，存入数据，设置接收时间戳，然后根据接收类型将数据送入实时数据处理队列或回放数据处理队列，目标数据处理模块的流程如0所示。

对接收到的数据由二进制转换为JSON字符串，然后生成JSON处理对象，根据数据中的设备地址和源地址信息，判断数据类型，将JSON对象转换为对应的监视数据对象，送入数据处理队列。实时数据处理和回放数据处理过程一致，只在标志位值不同。数据处理根据传入数据的对象类型，对不同的监视数据进行分别处理。首先根据监视数据中的目标区分标识、目标类型、数据来源等生成目标标识KEY，然后根据KEY检测对应目标监视数据是否存在，存在的数据进行更新，不存在的数据则新建对应类型的监视数据对象，同时对监视数据生成对应的记录数据对象以备记录到文件。

不同监视数据类型具有不同的数据周期，由统一的航迹管理功能进行维护。航迹管理主要基于数据周期和航迹处理时间戳进行。新建航迹或更新航迹时，同时更新对应的时间戳信息。航迹管理周期性对所有航迹数据时间戳进行检测，在周期内更新的保持不变，未更新且未到删除时间的航迹保持以便后续监视数据更新后接续航迹，超过删除时间未更新的航迹进行删除。

飞行计划处理模块

系统装置接收到解码后的飞行计划数据，将对飞行计划数据进行解析、信息提取、空域拼接等处理，输出通用航空飞行计划对应的空域方案。初始化为每个解析线程采用阻塞拉取方式，从飞行计划原始数据缓存池中拉取一条计划报文，将报文按照协议格式解析为JSON数据格式，飞行计划处理模块的流程如0所示。

每一个飞行计划处理模块线程将从飞行计划解析缓存池中提取出一条飞行计划数据，由于解析后的飞行计划数据是以JSON格式存储，处理线程首先检测是否有代表航空器识别号的KEY，如果没有则输出异常并终止本轮处理；如果有则处理线程在第一次循环内将通过JSON数据中代表起降备降机场的KEY值进行判断，检测通用航空飞行计划内是否含有起降备降机场，如有则提取出起降备降机场的索引信息，再进一步基于索引信息从基础数据内获得各个机场的详细经纬度和管制空域覆盖范围参数；如果没有则进入第二次循环，将通过JSON数据中代表临时起降点的KEY值进行判断，检测通用航空飞行计划内是否使用了临时起降点，提取出临时起降点的索引信息，再进一步基于索引信息从基础数据内获得各个临时起降点的详细经纬度和空域覆盖范围参数。之后，再检测通航飞行计划是否涉及转场通道，如有则提取出各个通道的核心控制参数。

最后，空域拼接线程将经过信息提取后的飞行计划参数扩展为多边形、圆形等空域形式，然后将各个空域图元以列表的形式存入空域使用方案数据库，以空域使用方案代表这一条飞行计划。

飞行计划关联模块

系统装置整合目标航迹、飞行计划空域方案，通过匹配算法完成目标航迹与飞行计划空域的关联，进而实现飞行计划与监视目标的关联。初始化为每个数据读取线程采用阻塞拉取方式，从数据库中读取一个飞行计划空域方案，再从数据库中读取一批监视目标航迹，将这些数据送入飞行计划关联模块缓存，飞行计划关联模块的流程如0所示。

每一个飞行计划关联模块处理线程将从缓存池中提取出本周期将要进行关联检测的所有数据，第一步先寻找与飞行计划空域方案中识别号相一致的目标航迹，过滤掉其余的目标航迹；第二步对所有的多边形空域、圆形空域图形进行扩展，计算出其最小外接矩形(MBR)，通过MBR快速检测该目标航迹的当前位置是否处于MBR范围之外，如果处于MBR范围之外则进行一致性检测告警，如果处于MBR范围之内则进行更精细的检测判断；第三步将目标航迹与飞行计划空域方案中的多边形、圆形空域直接进行比对，通过计算几何的方法检测目标航迹的当前位置是否处于任何一个图形的范围之外，如果处于任何一个图形的范围之外则进行一致性检测告警，如果处于任何一个图形的范围之内则表示飞行计划和监视目标是一致的。

通航监视管理模块

通航监视管理模块基于GIS引擎提供的地理数据和空间信息计算和展示能力，应用计算机图形、UI交互、计算机视觉、网络通信等领域的技术，读取经过服务端处理后的各类监视手段目标航迹、报文数据等综合信息，经过组合、封装、渲染等处理后以人机交互界面的方式展示给用户，同时监听用户的界面操作和指令操作，以事件、网络流等方式反馈、分发给服务端。

通航监视管理模块的主要功能包括态势综合展示、飞行计划空域使用方案展示、图层显示管理、一致性检测告警显示、目标位置管理等。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种通用航空飞行计划和监视目标关联系统，其特征在于，包括：

协议转换模块、目标数据处理模块、飞行计划处理模块、飞行计划关联模块、通航监视管理模块；

所述协议转换模块提供了装置系统内部与外部信息的隔离，只有符合系统统一协议的数据才会被解析，协议转换模块服务接收系统外部发来的目标信息、飞行计划，转换成装置内部数据格式；

所述目标数据处理模块接收解码后的监视数据，对监视数据进行解析、跟踪和融合处理，输出监视手段的目标航迹；

所述飞行计划处理模块接收解码后的飞行计划数据，对飞行计划数据进行解析、信息提取、空域拼接处理，输出通用航空飞行计划对应的空域方案；

所述飞行计划关联模块整合目标航迹、飞行计划空域方案，通过匹配算法完成目标航迹与飞行计划空域的关联，进而实现飞行计划与监视目标的关联；

所述通航监视管理模块基于GIS引擎提供的地理数据和空间信息计算和展示能力，读取经过服务端处理后的各类监视手段目标航迹、报文数据综合信息，经过组合、封装、渲染处理后以人机交互界面的方式展示给用户，同时监听用户的界面操作和指令操作，以事件、网络流的方式反馈、分发给服务端。

2.根据权利要求1所述的一种通用航空飞行计划和监视目标关联系统，其特征在于：

协议转换模块支持雷达、ADS-B、数据链路设备的接入；

雷达数据包括：心跳报文、状态报文、雷达目标散点报文和雷达目标报文，雷达目标报文包括：含经度、纬度、俯仰、方位和速度；

ADS-B数据包括：心跳报文、状态报文和ADS-B目标报文，ADS-B目标报文包括：经度、纬度、高度、速度、呼号、S模式地址；

数据链设备数据包括：心跳报文、状态报文和目标报文，目标报文包括：经度、纬度、高度、速度和识别号。

3.根据权利要求1或2所述的系统的航空飞行计划和监视目标关联方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，协议转换模块监听网络端口，接收网络数据，判断数据格式是否符合协议，若是则获取对应数据模板，若否则结束，判断是否获得匹配的数据模板，若是则按照模板进行转换，若否则结束，获取发送地址，将来自雷达设备、ADS-B设备、数据链设备的目标数据发送至目标数据处理模块，将飞行计划数据发送至飞行计划处理模块；

步骤2，目标数据处理模块对接收到的雷达、ADS-B、数据链数据由二进制转换为JSON字符串，然后生成JSON处理对象，根据数据中的设备地址和源地址信息，判断数据类型，将JSON对象转换为对应的监视数据对象，送入数据处理队列；实时数据处理和回放数据处理过程一致，只在标志位值不同；数据处理根据传入数据的对象类型，对不同的监视数据进行分别处理；首先根据监视数据中的目标区分标识、目标类型、数据来源等生成目标标识KEY，然后根据KEY检测对应目标监视数据是否存在，存在的数据进行更新，不存在的数据则新建对应类型的监视数据对象，同时对监视数据生成对应的记录数据对象以备记录到文件；

步骤3，飞行计划处理模块取出飞行计划数据，由于解析后的飞行计划数据是以JSON格式存储，首先检测是否有代表航空器识别号的KEY，如果没有则输出异常并终止本轮处理；如果有则处理线程在第一次循环内将通过JSON数据中代表起降备降机场的KEY值进行判断，检测通用航空飞行计划内是否含有起降备降机场，如有则提取出起降备降机场的索引信息，再进一步基于索引信息从基础数据内获得各个机场的详细经纬度和管制空域覆盖范围参数；如果没有则进入第二次循环，将通过JSON数据中代表临时起降点的KEY值进行判断，检测通用航空飞行计划内是否使用了临时起降点，提取出临时起降点的索引信息，再进一步基于索引信息从基础数据内获得各个临时起降点的详细经纬度和空域覆盖范围参数；之后，再检测通航飞行计划是否涉及转场通道，如有则提取出各个通道的核心控制参数；最后，将经过信息提取后的飞行计划参数扩展为多边形、圆形等空域形式，然后将各个空域图元以列表的形式存入空域使用方案数据库，以空域使用方案代表这一条飞行计划；

步骤4，飞行计划关联模块取出本周期将要进行关联检测的所有数据，先寻找与飞行计划空域方案中识别号相一致的目标航迹，过滤掉其余的目标航迹；对所有的多边形空域、圆形空域图形进行扩展，计算出其最小外接矩形(MBR)，通过MBR快速检测该目标航迹的当前位置是否处于MBR范围之外，如果处于MBR范围之外则进行一致性检测告警，如果处于MBR范围之内则进行更精细的检测判断；将目标航迹与飞行计划空域方案中的多边形、圆形空域直接进行比对，通过计算几何的方法检测目标航迹的当前位置是否处于任何一个图形的范围之外，如果处于任何一个图形的范围之外则进行一致性检测告警，如果处于任何一个图形的范围之内则表示飞行计划和监视目标是一致的；

步骤5，通航监视管理模块基于GIS引擎提供的地理数据和空间信息计算和展示能力，应用计算机图形、UI交互、计算机视觉、网络通信的技术，读取经过服务端处理后的各类监视手段目标航迹、报文数据等综合信息，经过组合、封装、渲染等处理后以人机交互界面的方式展示给用户，同时监听用户的界面操作和指令操作，以事件、网络流等方式反馈、分发给服务端。

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