CN115390981B - 一种在efb中绘制飞行程序的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在EFB中绘制飞行程序的方法，属于数据处理技术领域。包括：编译WhirlyGlobe图形组件；生成AIXM5.1格式的飞行程序数据；转换AIXM5.1格式飞行程序数据为GeoJson数据；在EFB设备中加载并显示GeoJson格式的飞行程序数据；筛选匹配的飞行程序并进行偏差比对和提醒。本方法可实现数字化飞行程序并在EFB中进行图形化显示，同时可与实际飞行参数进行比对、校验和偏差提醒。

Description

一种在EFB中绘制飞行程序的方法

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其是涉及一种将飞行程序进行数字化转换并在EFB设备中进行图形展示以及飞行参数比对的方法。

背景技术

飞行程序是民航权威部门公布的飞机在终端区进行起飞或着陆操作的标准线路。长期以来，飞行程序公布方式仅局限于纸张或pdf文件传统方式，依靠飞行员人工读图识别。随着机场繁忙程度增加，传统终端区航图上飞行程序轨迹越来越密集，不同飞行程序的文本和图形信息交错显示，对飞行员的读图工作带来很大困扰，容易发生不安全事件。

EFB是电子飞行包（Electronic Flight Bag）的缩写，是一种在iOS或Android系统上运行的App应用。其主要功能是通过平板电脑等便携式设备在飞机驾驶舱内为飞行员展示航图、操作手册等飞行资料，同时EFB可读取设备内置的GPS模块信息，获取飞机位置、速度、高度、航向等数据。

目前在EFB上展示的终端区航图主要以pdf航图为载体，虽然实现了无纸化，但没有改变pdf终端区航图内容拥挤、识图困难的固疾。同时，因为没有数字化的飞行程序，无法利用EFB设备的位置、高度等信息进行飞行程序的自动匹配、高亮显示、比对检查等操作。

引证文件1：中国发明，《一种基于Windows Modern UI的EFB系统》，公开号：CN103995874A。该文件公开了一种EFB显示系统，采用pdf格式显示标准进场图、离场图、仪表进近图等终端区航图。本发明与之相比实现了进场图、离场图和进近图等终端区航图的数字化和矢量图形化显示。

引证文件2：中国发明，《一种适用于大飞机平台便携式电子飞行包系统》，公开号：CN114443572A。该文件公开了一种在EFB设备上绘制航空元素的方法，该方法能矢量绘制简单的航图元素，如点状、线状、面状图形。本发明与之相比提出了对飞行程序这一复杂航图元素的数字化处理和矢量绘制方法。

引证文件3：中国发明，《一种将飞行程序转换为AIXM数据结构的方法》，公开号：CN113553049B。该文件公开了一种将飞行程序转换为AIXM数据结构的方法，该方法能将飞行程序转换为AIXM5.1数据结构。本发明进一步提出了将AIXM5.1结构的飞行程序数据转换为GeoJson图形数据的方法。

发明内容

为了使终端区航图能以数字航图的方式显示在EFB设备上，实现复杂航图上飞行程序的筛选、高亮、偏差提醒等pdf航图无法具备的功能，减轻飞行员读图负担，提高读图效率，本发明提出一种在EFB中绘制飞行程序的方法，方法依次将飞行程序转换为AIXM5.1格式和GeoJson格式数据，实现飞行程序的数字化和图形化，进而在EFB设备中实现飞行程序的显示、筛选、比对、提醒等功能。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括以下步骤：

步骤1：编译iOS和Android环境下的WhirlyGlobe图形组件。

步骤2：根据终端区航图公布的信息，生成AIXM5.1格式的飞行程序数据，包括以下步骤：

步骤2-1：计算终端区航图上公布的所有交叉定位点的坐标。

步骤2-2：按照飞行阶段，将飞行程序拆分为若干过渡对象ProcedureTransition和航段对象SegmentLeg。过渡的拆分原则是能尽量多地被不同飞行程序复用，每个过渡对象可按轨迹类型和终止条件拆分为不同航段对象。

步骤2-3：根据终端区航图公布的飞行参数，设置每个航段对象SegmentLeg的磁向course、起始点startPoint、终止点endPoint、弧心点arcCentre、出航距离length、出航时间duration、参考导航台Navaid、台距离distance、台方位angle、高度限制altitudeLimit和速度限制speedLimit属性，这些属性值可设置为空。

步骤2-4：根据终端区航图公布的图形信息，设置每个航段对象SegmentLeg的轨迹类型legPath和终止条件endConditionDesignator属性，这2个属性值不能为空。

步骤3：将AIXM5.1格式的飞行程序数据转换为GeoJson数据，包括以下步骤：

步骤3-1：根据每个SegmentLeg对象的航段轨迹legPath和终止条件endConditionDesignator属性，逐条计算每条航段轨迹，过程如下：

（1）根据不同飞机的性能设置默认爬升率f、默认速度v和默认半径r。

（2）当legPath取值为STRAIGHT，且当前航段磁向course与上条航段航向bearing之差小于等于15度时：

若endConditionDesignator取值为FIX，设置航段轨迹为从startPoint出发，到末点endPoint的直线；

若endConditionDesignator取值为ALTITUDE，设置航段轨迹为从startPoint出发，沿course按默认爬升率f达到高度altitudeLimit的直线；

若endConditionDesignator取值为DISTANCE，设置航段轨迹为从startPoint出发，沿course飞行达到距离length的直线；

若endConditionDesignator取值为DURATION，设置航段轨迹为从startPoint出发，沿course按默认速度v飞行达到时长duration的直线；

若endConditionDesignator取值为INTERCEPT，表示航段终止于与某VOR台的方位线相交或与以某DME台为圆心为半径的圆相交，设置航段轨迹为从startPoint出发，沿course飞行，直到与某VOR台的angle方位线相交或与以某DME台为圆心distance为半径的圆相交的直线；

计算或获取航段末点endPoint坐标，设置航段航向bearing为从startPoint到endPoint的方位角。

（3）当legPath取值为ARC，或当前航段磁向course与上条航段航向bearing之差大于15度时：

若endConditionDesignator取值为FIX，且course不为空，设置航段轨迹为从startPoint出发，以bearing为起始方向，以半径R转弯至course的弧线，并延长弧线末点至endPoint，其中：R=D*Tan(P/2)，式中D为startPoint到bearing与course延长线交点的距离，Tan为三角正切函数，P为bearing与course的差值；若cousre为空，设置航段轨迹为从startPoint出发，以bearing为起始方向，以默认半径r转弯至第一条过endPoint切线的弧线，并延长弧线末点至endPoint；

若endConditionDesignator取值为INTERCEPT，设置航段轨迹为从startPoint出发，以bearing为起始方向，以默认半径r转弯至course的弧线，并延长弧线末点至与某VOR台的angle方位线相交或与以某DME台为圆心distance为半径的圆弧相交；

计算或获取航段末点endPoint坐标，设置航段航向bearing为从弧线末点到endPoint的方位角。

步骤3-2：创建GeoJson对象geoFeature，将SegmentLeg对象的course、startPoint、endPoint、arcCentre、length、duration、Navaid、distance、angle、altitudeLimit和speedLimit属性转换为名值对存入geoFeature的properties属性中；将航段的各直线和弧线转换为MultiLineString格式数据，存入geoFeature的geometry属性中。

步骤4：在EFB设备的WhirlyGlobe图形组件中加载GeoJson数据，并在globeControl控件中显示。

步骤5：读取EFB设备的当前位置、航向、高度和速度信息与所有飞行程序轨迹比对，筛选出匹配度最高的飞行程序；在globeControl控件中高亮显示匹配飞行程序的轨迹，并将当前位置、航向、高度和速度信息与所匹配飞行程序的GeoJson数据进行偏差比对，若偏差值超出设定的允许范围，进行声音和文字提醒。

本发明具有以下优点：

本发明能将传统纸质或pdf格式终端区航图中的飞行程序文字及图形信息转换为AIXM5.1格式数据，并进一步转换为GeoJson图形数据，从而实现了将传统终端区航图转换为数字化终端区航图，并能在EFB设备中进行飞行程序的筛选、高亮、比对和提醒等功能，提高飞行员读图效率和准确性，提升飞行安全水平。

附图说明

图1为本发明实施例在EFB中绘制飞行程序的方法主要步骤图。

图2为本发明实施例在EFB中绘制飞行程序的过程流程图。

图3为东营机场18号跑道传统pdf格式离场程序图。

图4为以弧线转弯至未指定磁向定位点的航段示意图。

图5为以弧线转弯至指定磁向和相交方位线的航段示意图。

图6为以弧线转弯至指定磁向定位点的航段的示意图。

图7为在EFB中绘制的东营机场18号跑道数字化离场程序图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

目前，EFB设备显示终端区航图只支持显示pdf格式文件，在复杂的终端区航图上，多条飞行程序的文字信息与轨迹图形交错显示，不易识别。且飞机驾驶舱空间有限、EFB显示设备尺寸紧凑，飞行员在空中查阅pdf复杂终端区航图时十分不便，容易出错。

基于此，本申请提出一种在EFB中绘制飞行程序的方法，能够将飞行程序通过AIXM5.1格式数据转换为GeoJson数据，从而实现将传统pdf格式终端区航图转换为数字化终端区航图，并在EFB中对飞行程序进行显示、筛选、高亮、比对、提醒等操作，提高飞行员读图效率和准确度，提升飞行安全。

如图1所示，本发明的一种实施例包括以下步骤：

步骤1：编译iOS和Android环境下的WhirlyGlobe图形组件；

步骤2：根据终端区航图公布的信息，生成AIXM5.1格式的飞行程序数据；

步骤3：将AIXM5.1格式的飞行程序数据转换为GeoJson数据；

步骤4：在EFB设备的WhirlyGlobe图形组件中加载GeoJson数据，并在globeControl控件中显示；

步骤5：读取EFB设备的当前位置、航向、高度和速度信息与所有飞行程序轨迹比对，筛选出匹配度最高的飞行程序；在globeControl控件中高亮显示匹配飞行程序的轨迹，并将当前位置、航向、高度和速度信息与匹配飞行程序的GeoJson数据进行偏差比对，若偏差值超出设定的允许范围，进行声音和文字提醒。

本实施例的详细流程如图2所示，包括：

步骤1：从Github等开源网站上下载iOS和Android环境下的WhirlyGlobe图形组件源代码，通过CMAKE工具编译成对应环境下的动态链接库dll文件，在EFB应用中调用这些dll文件，建立内嵌图形平台。

步骤2：从民航局发布的NAIP资料中，获取指定机场的离场、进场和进近终端区航图，根据图上公布信息生成AIXM5.1格式的飞行程序数据，如图3所示的东营机场18号跑道离场图，包括以下步骤：

步骤2-1：采用大圆航线测地线算法计算终端区航图上公布的所有交叉定位点坐标，包括单导航台距离加方位定位、双导航台距离加方位定位、双导航台距离加距离定位、双导航台方位加方位定位4种计算方式，将计算结果点赋予唯一ID和名称并存入数据库。如图3左侧的D8.2DYN点， 东营VOR台（DYN）到该点距离为8.2海里，方位角为267度，采用单导航台（DYN，坐标在官方资料中公布）距离加方位定位计算可获得该点坐标。

步骤2-2：逐一处理终端区航图上每条飞行程序：按照飞行阶段将飞行程序拆分为若干过渡对象ProcedureTransition和航段对象SegmentLeg。过渡对象的拆分原则是同一个过渡能尽可能多地被不同飞行程序复用，如拆分为跑道过渡、公共过渡和航路过渡，每个过渡对象可按轨迹类型和终止条件再拆分为不同航段对象。如图3中的A点到B点部分可设为跑道过渡，B点经DYN到P255点可设为航路过渡。A到B、B到C、B到DYN按轨迹类型和终止条件可拆分为不同航段，AB航段的终止于高度300米、BC终止于与115度方位线相交、B到DYN终止于DYN点等可拆分为不同航段。

步骤2-3：根据终端区航图公布的飞行参数，设置每个航段对象的属性值，如图3中设置AB航段的磁向course为183、起始点startPoint为A（跑道末端）、高度限制altitudeLimit为300米（1000英尺），其余属性为空；BC航段的参考台Navaid为DYN，台方位angle为115，其余属性为空。其余航段赋值方法类似。

步骤2-4：根据终端区航图公布的图形信息，设置每个航段对象SegmentLeg的轨迹类型legPath和终止条件endConditionDesignator属性。如图3中设置AB航段的轨迹类型legPath为STRAIGHT（直飞），终止条件endConditionDesignator为ALTITUDE（到指定高度结束）；BC航段的轨迹类型legPath为ARC（轨迹为曲线），终止条件endConditionDesignator为INTERCEPT（与某方位线或距离相交）。

步骤3：将AIXM5.1格式的飞行程序数据转换为GeoJson数据，包括以下步骤：

步骤3-1：根据每个SegmentLeg对象的航段轨迹legPath和终止条件endConditionDesignator属性，逐条计算每条航段轨迹，过程如下：

（1）根据D类飞机的性能，设置默认爬升率f=5.2%、默认速度v=250节、默认半径r=2海里。

（2）当legPath取值为STRAIGHT，且当前航段磁向course与上条航段航向bearing之差小于等于15度时：

如图3中的AB航段，endConditionDesignator取值为ALTITUDE，设置航段轨迹为从A点（跑道末端，高度为机场标高5米）出发，沿磁向183度按默认爬升率5.2%达到高度300米的直线；

根据A点坐标、方位183度，航段长度（高度差除以默认爬升率）计算获取航段末点B点的坐标，设置航段航向bearing为从startPoint到endPoint的方位角183度。

（3）当legPath取值为ARC，且当前航段磁向course与上条航段航向bearing之差大于15度时：

如图3中B点到DYN台的航段，endConditionDesignator取值为FIX，且course为空。如图4所示，设置航段轨迹为从B点出发，以上段航向183度为起始方向，以默认半径2海里转弯至第一条过DYN台切线（切点H）的弧线BH，并延长弧线末点H至DYN台；

如图3中B点到C点的航段，endConditionDesignator取值为INTERCEPT，如图5所示，设置航段轨迹为从B点出发，以上段航向183度为起始方向，以默认半径2海里转弯至磁向003度的弧线BK，并延长弧线末点K与DYN台的115度方位线相交于C点；

如图3中C点到REPOL点的航段，endConditionDesignator取值为FIX，表示航段终止于某点，且course等于091度不为空。如图6所示，设置航段轨迹为从C点出发，以上段航向003度为起始方向，以半径R转弯至磁向091度的弧线CG，并延长弧线末点G至末点REPOL，其中：R=D*Tan(P/2)，式中D为C点到F点的距离，F点为003度方位线与091度方位线延长线的交点，Tan为三角正切函数，P为003度与091度方位线角度差89度，O点为弧线圆心，OC垂直于CF，F点坐标可由C点、003度方位线、REPOL点、091度方位线4个参数交叉定位求出，从而CF两点距离D可知，P已知， CFO为直角三角形，可求出转弯半径R值。

将航段轨迹的直线部分，如图4中的AB段、H-DYN段，图5中的KC段、图6中的G-REPOL段等，转换为GM_LineString格式数据；弧线部分转换为GM_ArcString格式数据，如图4中的BH弧、图5中的BK弧、图6中的CG弧。按照航段轨迹的衔接顺序将GM_LineString和GM_ArcString数据存入SegmentLeg对象的GM_Curve属性中。

步骤3-2：创建GeoJson对象geoFeature，将SegmentLeg对象的各属性转换为名值对存入geoFeature的properties属性中；将航段轨迹的直线部分，如图4中的AB段、H-DYN段，图5中的KC段、图6中的G-REPOL段等，转换为LineString格式数据；弧线部分转换为ArcString格式数据，如图4中的BH弧、图5中的BK弧、图6中的CG弧，按照航段轨迹的衔接顺序将LineString和ArcString合并为MultiLineString数据存入geoFeature的geometry属性中。本实施例图3中B点到C点的航段经转换形成的geoFeature对象为：

"type":"Feature",

"geometry":{

"type":"MultiLineString",

"coordinates":[

[[116.4015,39.5115,354],[116.4015,39.5113,406],[116.4015,39.5113,505]],

[[116.4039,39.5126,617],[ 116.4028,39.5130,990]]

]

},

"properties":{

"type":"SegmentLeg",

"course":"3",

" Navaid ":"NYD",

" angle ":"115",

}。

步骤4：在EFB设备的WhirlyGlobe图形组件中加载GeoJson数据，并在globeControl控件中显示。如图7所示在WhirlyGlobe组件中显示的东营机场18号跑道的数字化离场程序图。

步骤5：读取EFB设备的GPS信号，获得飞机当前实际位置、航向、高度和速度信息，并与所有飞行程序轨迹比对，筛选出匹配度最高的飞行程序；在globeControl控件中高亮显示匹配飞行程序的轨迹。例如匹配上图3中的A-B-C-REPO程序后，该程序将自动高亮醒目显示，并可比对当前飞行参数与A-B-C-REPO程序的GeoJson数据，若偏差值超出设定的允许范围，进行声音和文字提醒。如，当实际飞机位置到达B点但高度未达到300米时，或飞机在C点未与DYN的115度方位线相交而提前转弯时，EFB设备可进行声音和文字提醒，告知正确的飞行参数。

以上所述，仅是本发明的一种实施例，并非对本发明做任何形式的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种在EFB中绘制飞行程序的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：编译iOS和Android环境下的WhirlyGlobe图形组件；

步骤2：根据终端区航图公布的信息，生成AIXM5.1格式的飞行程序数据，包括以下步骤：

步骤2-1：计算终端区航图上公布的所有交叉定位点的坐标；

步骤2-2：按照飞行阶段，将飞行程序图形拆分为若干过渡对象ProcedureTransition和航段对象SegmentLeg；

步骤2-3：根据终端区航图公布的飞行参数，设置每段SegmentLeg对象的磁向course、起始点startPoint、终止点endPoint、弧心点arcCentre、出航距离length、出航时间duration、参考导航台Navaid、台距离distance、台方位angle、高度限制altitudeLimit和速度限制speedLimit属性，这些属性若未在航图上公布，将其值设置为空；

步骤2-4：根据终端区航图公布的图形信息，设置每段SegmentLeg对象的轨迹类型legPath和终止条件endConditionDesignator属性，这2个属性值不能为空；

步骤3：将AIXM5.1格式的飞行程序数据转换为GeoJson数据，包括以下步骤：

步骤3-1：根据每个SegmentLeg对象的轨迹类型legPath和终止条件endConditionDesignator属性，逐条计算每条航段轨迹，过程如下：

（1）根据机型性能设置默认爬升率f、默认速度v和默认半径r；

（2）当legPath取值为STRAIGHT，且当前航段磁向course与上条航段航向bearing之差小于等于15度时：

若endConditionDesignator取值为FIX，设置航段轨迹为从startPoint出发，到末点endPoint的直线；

若endConditionDesignator取值为ALTITUDE，设置航段轨迹为从startPoint出发，沿course按默认爬升率f达到高度altitudeLimit的直线；

若endConditionDesignator取值为DISTANCE，设置航段轨迹为从startPoint出发，沿course飞行达到距离length的直线；

若endConditionDesignator取值为DURATION，设置航段轨迹为从startPoint出发，沿course按默认速度v飞行达到时长duration的直线；

若endConditionDesignator取值为INTERCEPT，设置航段轨迹为从startPoint出发，沿course飞行，直到与某VOR台的angle方位线相交或与以某DME台为圆心distance为半径的圆弧相交的直线；

计算或获取航段末点endPoint坐标，设置航段航向bearing为从startPoint到endPoint的方位角；

（3）当legPath取值为ARC，或当前航段磁向course与上条航段航向bearing之差大于15度时：

若endConditionDesignator取值为FIX，且course不为空，设置航段轨迹为从startPoint出发，以bearing为起始方向，以半径R转弯至course的弧线，并延长弧线末点至endPoint，其中：R=D*Tan(P/2)，式中D为startPoint到bearing与course延长线交点的距离，Tan为三角正切函数，P为bearing与course的差值；若cousre为空，设置航段轨迹为从startPoint出发，以bearing为起始方向，以默认半径r转弯至第一条过endPoint切线的弧线，并延长弧线末点至endPoint；

若endConditionDesignator取值为INTERCEPT，设置航段轨迹为从startPoint出发，以bearing为起始方向，以默认半径r转弯至course的弧线，并延长弧线末点至与某VOR台的angle方位线相交或与以某DME台为圆心distance为半径的圆弧相交；

计算或获取航段末点endPoint坐标，设置航段航向bearing为从弧线末点到endPoint的方位角；

步骤3-2：创建GeoJson对象geoFeature，将SegmentLeg对象的course、startPoint、endPoint、arcCentre、length、duration、Navaid、distance、angle、altitudeLimit和speedLimit属性转换为名值对存入geoFeature的properties属性中；将航段的各直线和弧线转换为MultiLineString格式数据，存入geoFeature的geometry属性中；

步骤4：在EFB设备的WhirlyGlobe图形组件中加载GeoJson数据，并在globeControl控件中显示；

步骤5：读取EFB设备的当前位置、航向、高度和速度信息与所有飞行程序轨迹比对，筛选出匹配度最高的飞行程序；在globeControl控件中高亮显示匹配飞行程序的轨迹，并将当前位置、航向、高度和速度信息与匹配飞行程序的GeoJson数据进行偏差比对，若偏差值超出设定的允许范围，进行声音和文字提醒。

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