DE60037739T2 - Routenplanungssystem für fahrzeuge - Google Patents
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- G09B29/10—Map spot or coordinate position indicators; Map reading aids
Description
- Die vorliegende Erfindung erfolgte mit Unterstützung der Regierung unter der kooperativen Vereinbarung Nr. NCC-1-291, vergeben durch das NASA Langley Research Center. Die Regierung kann bestimmte Rechte an der Erfindung besitzen.
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung betrifft die Fahrzeugnavigation und insbesondere die Planung von Flugzeugrouten, einschließlich Anzeige und Benutzerinteraktion.
- Stand der Technik
- Die Luftfahrt-Community hat ein Ziel, innerhalb der nächsten 10 Jahre die Rate tödlicher Unfälle um 80% zu reduzieren. Gleichzeitig nimmt der Luftverkehr weiter zu und das nationale Luftraumsystem erfährt große Änderungen. Insbesondere ist es wahrscheinlich, daß Flugzeugpiloten mehr Verantwortung für die Vermeidung von Gefahren selbst gegeben werden wird.
- Das Wetter ist ein Faktor bei einem Drittel von Flugzeugunfällen. Die NASA (National Aeronautics and Space Administration) hat zurzeit mehrjährige Bemühungen begonnen, um bessere Wetterinformationen bereitzustellen und die Gefahrencharakterisierung, Zustandsüberwachung, Datenanzeige und Entscheidungsunterstützung zu verbessern. Zurzeit haben Lotsen, Flugleiter und Flugverkehrsmanager Zugang zu einer Anzahl von Wetterinformationsprodukten von privaten Vertreibern und von Regierungsdiensten. Graphische Anzeigen von Wetterinformationen auf großen Passagierflugzeugen sind auf Onboard-Wetterradare und Informationen aus Wetterzusammenfassungen auf Papier beschränkt. Aktualisierungen en route werden entweder als Sprachnachrichten über Funk oder als alphanumerische Datenstrecken-Ausdrucke an Bord des Flugzeugs abgeliefert.
- Die Flugplanung ist eine komplexe Aufgabe. Ein strategisches Planungs- und Neuplanungswerkzeug produziert einen Flugplan, der Bahn, Geschwindigkeit und Höhe beschreibt, worauf ein Flugzeug während verschiedener Phasen eines gesamten Fluges fliegen wird. Da die zugrundeliegenden Modelle und Annahmen in einem völlig automatisierten System unvollständig oder fehlbar sein können, wurde aus bestimmten Stellen das allgemeine Konzept eines kooperativen Planers vorgeschlagen, der mit einer Bedienungsperson interagiert. Piloten und Flugleiter haben gleichermaßen ausgesagt, daß ein einfaches Bereitstellen zusätzlicher Gefahreninformationen die effektive Entscheidungsfindung für Routenauswahlen nicht angemessen unterstützen würde. Es verbleibt deshalb die Notwendigkeit fortschrittlicherer Einrichtungen zum Erzeugen und Modifizieren von Routenplänen für Flugzeuge sowohl für verbesserte Sicherheit als auch für leichtere Benutzung.
- KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren nach Anspruch 1.
- Das Verfahren kann die Merkmale beliebiger einzelner oder mehrerer der abhängigen Ansprüche 2 bis 16 umfassen.
- Die vorliegende Erfindung schafft außerdem ein Medium nach Anspruch 17.
- Das Medium kann die Merkmale der abhängigen Ansprüche 18 oder 19 umfassen.
- Die vorliegende Erfindung schafft außerdem ein System nach Anspruch 20.
- Das System kann die Merkmale beliebiger einzelner oder mehrerer abhängiger Ansprüche 21 bis 52 umfassen.
- Die vorliegende Erfindung bietet Systeme und Verfahren zum Produzieren von Routen für Flugzeuge und ähnliche Fahrzeuge als Reaktion auf eine Anzahl von Faktoren, darunter Wettergefahren und andere Im-Flug-Bedingungen.
- Die Erfindung bietet Systeme und Verfahren zur interaktiven Routenplanung angesichts von Wetter- und anderen Gefahren. Sie liefert außerdem Datenrepräsentationen und Modelle für Faktoren, die die Routenplanung beeinflussen, wie zum Beispiel Ankunftszeit, Kraftstoffwirkungsgrad, Passagierkomfort, Überfluggebühren und Bedingungen an Terminals, die zum Beispiel Verkehrsstau und Schließung von Runways und anderen Einrichtungen. Sie liefert ferner eine Schnittstelle zum Ermöglichen der Anzeige von Im-Flug-Bedingungsdaten und der Manipulation der Route. Sie kann wahlweise mit einem Routenoptimierer zum Modifizieren von Computergenerierten vorgeschlagenen Routen verwendet werden.
- Die Erfindung löst diese und andere Aufgaben durch Anzeigen von Gefahren verschiedener Arten als Reaktion auf empfangene Daten und Definieren von Grenzen und/oder anderen Spezifikationen, die die Gefahren für die Zwecke des Flugplans charakterisieren. Steuerelemente gestatten es einem Benutzer, die angezeigten Daten zu modifizieren und die Route zu manipulieren.
- Zeichnung
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1 ist ein Blockschaltbild auf hoher Ebene eines Systems gemäß der Erfindung. -
2 ist ein schematisches Diagramm von in der Erfindung verwendeten Datenrepräsentationen. -
3 ist ein Flußdiagramm auf hoher Ebene der Funktionsweise des Systems von1 . -
4 ist ein Diagramm einer Computeranzeige für das System von1 . -
5 zeigt einen Eigenschaftskasten für die Anzeige von4 . - Ausführliche Beschreibung
- Die vorliegende Beschreibung und die beigefügte Zeichnung zeigen spezifische Ausführungsformen, in denen die vorliegende Erfindung ausgeübt werden kann, ausführlich genug, um Fachleuten ein Verständnis und eine Ausübung der Erfindung zu ermöglichen. Andere Ausführungsformen, darunter logische, elektrische und mechanische Varianten, liegen innerhalb der Fähigkeiten in der Technik. Außerdem werden Fachleuten andere Vorteile und Merkmale der Erfindung einfallen, die hier nicht explizit beschrieben werden. Der Schutzumfang der Erfindung soll nur durch die angeführten Ansprüche definiert werden und nicht durch die nachfolgend beschriebenen spezifischen Ausführungsformen.
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1 ist ein Blockschaltbild auf hoher Ebene eines Systems100 zum Manipulieren von Flugplaninformationen gemäß der Erfindung. Block110 ist eine Struktur für Daten zur Repräsentation eines Flugplans oder einer beabsichtigten Route. Block120 enthält Daten zur Repräsentation einer oder mehrerer mit dem Flugplan assoziierter Gefahren. Der Computerprogrammcode130 implementiert eine Schnittstelle zum Eingeben von Daten in die Blöcke110 und120 und zum Anzeigen der Daten aus diesen. Die Routenquelle140 kann ein Optimierer sein, der Computerprogrammcode zum automatischen Erzeugen von Flugplänen zur Minimierung einer Kostenfunktion enthält, die Kraftstoff, Fluglänge und/oder andere Faktoren bei Anwesenheit von Gefahren oder anderen Einschränkungen beinhaltet. - Block
140 kann als eine beliebige Quelle von Flugplänen betrachtet werden, darunter standardisierte Planvorlagen und manuell durch einen Benutzer in eine Schnittstelle130 eingegebene Pläne. Die Blöcke110 –140 können einen Teil eines Computers beliebiger zweckmäßiger Art (Vielzweck oder speziell) bilden, wie zum Beispiel des bei150 gezeigten Personal Computer mit Einrichtungen151 –153 zum Eingeben und Anzeigen von Daten. Bestimmte oder alle der Daten können aus einer externen Quelle kommen, wie zum Beispiel einem Wetterdienst, und werden über eine Kommunikationseinrichtung153 in den Computer150 eingegeben. Code zur Implementierung beliebiger der Funktionen des Computers150 kann auf einem Medium, wie zum Beispiel Signalen aus der Einrichtung153 repräsentiert und/oder auf einem Medium wie etwa einem Datenträger154 außerhalb oder innerhalb des Computers150 gespeichert werden. -
2 ist ein Schema eines geographischen Gebiets200 , das in dem System100 benutzte Daten darstellt. Der Flugplan210 wird als eine Sequenz von Segmenten211 –213 zwischen vorgewählten Wegpunkten214 –217 repräsentiert. Die Wegpunkte weisen sowohl horizontale als auch vertikale Parameter auf; jeder wird durch einen Breitengrad, einen Höhengrad und eine Lage definiert. Der Flugplan kann durch eine Operationszentrale, einen Flugleiter oder einen Piloten oder durch ein Computerprogramm, wie zum Beispiel den Optimierer140 , erzeugt werden. - "Gefahr" ist ein allgemeiner Ausdruck für jegliches Merkmal oder jeglichen Zustand, das bzw. der durch den Flugplan zu vermeiden ist. Viele der signifikanten Gefahren betreffen das Wetter, z. B. Konvektion, Turbulenz und Vereisung. Andere atmosphärische Bedingungen umfassen Konzentrationen vulkanischer Asche und stratosphärischen Ozons. Politische Abgrenzungen wie zum Beispiel militärische Trainingsgebiete und Bereiche mit Überfluggebühren oder -einschränkungen können auch als Gefahren betrachtet werden. Jegliche Bedingung, die dem System
100 repräsentiert werden kann, kann im vorliegenden Kontext tatsächlich eine Gefahr sein. Gefahrendaten können aus einer beliebigen Anzahl von Quellen kommen, darunter Festbasis- und Onboard-Wetterradar, private und behördliche Operationen und Luftfahrtdiagramme. Das vorliegende System gestattet es außerdem einem Systembediener, Gefahrendaten und -arten direkt über die Schnittstelle130 einzugeben. - Gefahren werden als Polygone wie etwa
220 instanziiert. Polygone weisen kompakte Darstellungen über Eckpunkte oder Kantenlinien auf. Sie können leicht transformiert werden, um Bewegung zu repräsentieren; und sie können leicht auf drei Dimensionen verallgemeinert werden. Ein Gefahrenpolygon wird über die Höhen- und Breitengrade seiner Eckpunkte221 –225 definiert. Die Kanten sind Großkreisverbindungen zwischen benachbarten Paaren von Eckpunkten. Die Anzahl der Kanten ist beliebig. Gegebenenfalls können Gefahren auch durch (nicht gezeigte) Polytope in drei Dimensionen; die Eckpunkte weisen dann auch Höhenparameter auf. Gefahrenbewegung kann durch einen Vektor226 repräsentiert werden, der Richtung und Geschwindigkeit des Schwerpunkts des Polygons spezifiziert. Zusätzliche Vektoren wie etwa226' können in einer Sequenz hinzugefügt werden, um eine Bahn über ein bestimmtes Zeitintervall zu definieren. Diese Ausführungsform vereinfacht Berechnungen, indem sie fordert, daß alle Polygone konvex sind. Es können jedoch aus mehreren konvexen Polygonen231 ,232 , kompliziertere Formen wie etwa230 konstruiert werden. Jede Wetterregion bzw. jedes Polygon besitzt außerdem eine assoziierte Menge von Eigenschaftsdaten, die den Grad ihrer Gefahr, wie zum Beispiel Ernsthaftigkeit, Abdeckung und Vorhersagewahrscheinlichkeit, umfassen. - Da das beispielhafte System
100 ein strategischer Planer ist, der über einen gesamten Flugplan hinweg operiert, variiert die Gittergröße201 zur Darstellung von Merkmalen in dem Bereich200 mit der Länge des Fluges. Im Interesse des Reduzierens der Berechnungen auf eine vernünftige Anzahl ist diese Ausführungsform nicht dafür konstruiert, sich etwa durch konvektive Zellen mit einem Durchmesser von einem Kilometer auf einem Flug von Küste zu Küste von 5000 km durchzufädeln. Verbesserungen der Berechnungsgeschwindigkeit könnten letztendlich die Vermeidung individueller kleiner Gefahren und sogar die Integration taktischer Aspekte in dasselbe System ermöglichen. Die strategische Beschaffenheit des Systems führt außerdem zu einer Priorisierung von Gefahren, die in der Reiseflugphase eines Fluges auftreten. Obwohl sich Mikrobursts signifikant auf die Flugzeugleistungsfähigkeit auswirken, entstehen ihre Effekte zum Beispiel gewöhnlich auf niedrigeren Höhen, in der Abhebe- und Landephase und sie erhalten bei dieser Implementierung einen niedrigeren Aufmerksamkeitsgrad. - Bestimmte Gefahren, insbesondere Wettergefahren, treten mit variierenden Intensitäten auf. Statt diese Verkomplizierung zu dem Prozeß hinzuzufügen, betrachtet diese Implementierung nur Gefahren, die der Bediener als gefährlich betrachtet, und gestattet es dem Bediener, Schwellen für verschiedene Gefahren zu setzen, so daß nur die über den Schwellen zur Betrachtung angezeigt werden. Dies vereinfacht die Datenanzeige für den Benutzer, ermöglicht eine konkretere Kontrolle über einen Optimierer wie etwa
140 durch direkte Manipulation der Gefahrengrenzen und gestattet eine klare Visualisierung von durch einen Optimierer getroffenen Routenentscheidungen. Darüber hinaus ermöglichen scharfe sichtbare Grenzen um Gefahren herum die Anwendung derselben Standards auf mehrere Flüge und gestatten es einem Benutzer, wie zum Beispiel einem Flugleiter, die Auswirkungen einer (menschlichen oder Computer-)Routenentscheidung für einen Flug auf den Betrieb einer Flotte als ganzes besser zu verstehen. -
3 zeigt den Gesamtzyklus300 des Systems100 ,1 . Block310 erfaßt Gefahrendaten aus einer Quelle außerhalb, wie zum Beispiel den oben erwähnten. Block320 erfaßt Informationen von einem Benutzer, der die Schnittstelle130 manipuliert, um Gefahrenzonen und -arten zu erzeugen und zu löschen und um Schwellen für verschiedene Arten von Gefahr zu setzen. Verschiedene Flugbedingungen können verschieden behandelt werden. Zum Beispiel könnte ein Frachtflug wählen, durch einen turbulenten Bereich zu fliegen, den ein Passagierflugzeug im Interesse des Passagierkomforts möglicherweise vermeiden wollen würde. Außerdem könnte sich ein Pilot dafür entscheiden, einen Bereich mit verstreuter Konvektionsaktivität zu durchfliegen und laterale Abweichungen auf kleinem Maßstab durchzuführen, um isolierte Zellen zu vermeiden. Andererseits würde ein Bereich mit dichter Aktivität als ganzes umflogen. Es gibt übliche Ausdrücke, die für die Schwellenbildung verwendet werden können. Zum Beispiel bezieht sich "isoliert" auf einzelne Zellen, "stark verstreut" auf die in 25% oder weniger eines Bereichs auftretende Aktivität, "verstreut" auf bis zu 54% und "zahlreich" auf 55% und mehr. Außerdem sind Wahrscheinlichkeitsausdrücke im allgemeinen Gebrauch, wie zum Beispiel "geringe Chance" für 10–20% Niederschlagswahrscheinlichkeit, "Chance" für 30–50% und "gelegentlich" für eine Aktivität, die eine Wahrscheinlichkeit von mindestens 50% aufweist, aber über weniger als die Hälfte der Vorhersageperiode hinweg. Diese Ausdrücke sind nicht unbedingt unter verschiedenen Bedingungen einheitlich (z. B. tritt "gelegentliche" Turbulenz weniger als 1/3 der Zeit auf, während "in Abständen" bis zu 2/3 auftritt und "kontinuierlich" über diesem Betrag auftritt. Bestimmte Bedingungen werden durch Fluglinienrichtlinien geregelt, wie zum Beispiel Beschränkung von Passagierflügen auf hohem Unterhalt von Ozonkonzentrationen über einem toxischen Niveau. Andere Bedingungen wie zum Beispiel Vereisung, sind zur Vermeidung oberhalb von bestimmten Niveaus angesagt. Zusätzlich gelten für verschiedene flugzeuge verschiedene Vereisungseinschränkungen; die vorliegende Erfindung ermöglicht es einem Flugleiter, flugzeugweise verschiedene Einschränkungen, wie zum Beispiel Vereisung, zu setzen. - Block
330 erzeugt die Grenzen der Gefahrenpolygone, wie zum Beispiel die Bereiche220 und230 ,2 , aus den durch die Blöcke310 und320 bereitgestellten Informationen. Wieder vereinfacht eine Beschränkung der Grenzen auf konvexe Polygone (oder Polytope) Berechnungen für den Optimierer, ist aber keine Anforderung für das Konzept. Block340 empfängt Daten, die eine Route repräsentieren. Wie oben erwähnt, können Routen von verschiedenen Quellen kommen; einem Optimierer wie etwa140 , einer gespeicherten Bibliothek von Plänen oder direkt von einer Benutzereingabe durch die Schnittstelle130 . Block350 zeigt die Gefahrenbereiche und den berechneten Flugplan über die Schnittstelle130 an. Block360 iteriert dann den Zyklus, wenn dies der Benutzer wünscht. Block370 gibt Informationen110 ,1 , bezüglich des Flugplans aus. -
4 zeigt eine Computeranzeige400 für die Schnittstelle130 ,1 . Der Bereich401 enthält laterale schematische Darstellungen von Routendaten110 , Gefahrendaten120 auf einem Hintergrund von geographischen und anderen Daten, die für Kontext nützlich sind. Der Bereich402 ist eine Darstellung der Route und Gefahrendaten in einem vertikalen Slice durch die Route. Der Bereich403 enthält Darstellungen von Standard-Steuerelement-Symbolen zum Manipulieren von Datenrepräsentationen in dem Bereich401 . Die Anzeige400 integriert menschliche Faktoren und menschlich zentrierte Designstrategien für leichteren Betrieb. Der Entwurf dieser Ausführungsform verwendet derzeitige Konventionen, die in der Flugzeugindustrie verwendet werden, um Gleichförmigkeit aufrechtzuerhalten, wenn es machbar ist, ist aber nicht auf diese Konventionen beschränkt, wenn sie der Funktionalität des vorliegenden Systems nicht dienlich sind. Die Gesamtanzeige folgt der Philosophie des "dunklen Cockpit", die für Normalbetrieb gedämpfte Farben befürwortet, um Augenermüdung zu verringern und die Lesbarkeit über vielfältige Umgebungsbedingungen hinweg zu vergrößern. Als Hintergrundfarbe für die angezeigten Elemente wird wie praktisch universell in der Luftfahrtinstrumentation schwarz verwendet. (4 verwendet Farben, durch die die Erläuterung klarer wird.) - Der Bereich
401 enthält einen kartenartigen Plan oder eine laterale Abbildung des geographischen Gebiets des Flugs in diesem Beispiel von dem Flughafen Tokio Narita (TKO) zu dem Flughafen Minneapolis-St. Paul Lindbergh (MSP). Für große geographische Gebiete folgt die laterale Abbildung einer modifizierten konischen Projektion, so wie sie von World Aeronautic Charts (WAC) verwendet werden würde. - Eine vorgeschlagene Flugplanroute
410 besitzt Segmente zwischen einer Anzahl von Wegpunkten, die jeweils in4 als fette Linien und kleine gefüllte Kreise gezeigt sind. Die Datenanzeige zeigt in dieser Ansicht nicht direkt die Höhen der Wegpunkte. Das Symbol411 zeigt die Flugzeugposition an dem derzeitigen Zeitindex. Es können gegebenenfalls mehrere Routen (nicht gezeigt) gleichzeitig angezeigt werden, indem man Eigenschaften wie etwa Punkte verwendet, um sie voneinander zu unterscheiden. Ein Benutzer kann den Flugplan410 durch Einfügen von obligatorischen oder eingeschränkten Wegpunkten oder durch Verschieben oder Löschen von Wegpunkten manipulieren. Herkömmliche Klicken- und Ziehen-Operationen mit einer Dateneingabeeinrichtung101 wie etwa einer Maus können solche Funktionen realisieren. Der Begriff "Maus" sollte allgemein aufgefaßt werden, um eine beliebige Art von Cursor-Positionierungseinrichtung einzuschließen, wie etwa einen Trackball, Joystick usw. - Kollektiv als
420 angegebene Regionen zeigen die verschiedenen Arten von Gefahren oder anderen zu vermeidenden Bedingungen. Die Grenzen von Gefahren sind durch irreguläre Linien gezeigt. In der tatsächlichen Anzeige werden verschiedene Arten von Gefahren in verschiedenen Farben oder Farbtönen gezeigt, die schattiert werden, um den Ernstheitsgrad anzugeben. Es werden spezifische Farben und Schattierungen ausgewählt, um die Sichtbarkeit in der spezifischen Umgebung zu verbessern. Zum Beispiel geben hellere Schattierungen höhere Ernsthaftigkeitsgrade in der Anzeige400 an, um den Kontrast bei Auswahl eines dunklen Hintergrunds zu verbessern. Da Wetterphänomene meistens in derselben Umgebung auftreten, werden auch Gefahrenbereiche häufig auf dem Display geclustert. Die Zeichenreihenfolge von Gefahrenregionen folgt deshalb einer zugewiesenen Wichtigkeitsreihenfolge: vulkanische Aktivität am höchsten, dann konvektive Aktivität auf Niveau 3, Vereisung auf Niveau 3, Turbulenz auf Niveau 4 und am niedrigsten Ozon auf Niveau 2. Farbtransparenz (d. h. Alphaachse) ermöglicht auch die Wahrnehmung mehrerer Elemente wie etwa Wetter und Land, die an demselben Ort auftreten könnten. Wie später beschrieben wird, kann der Bediener außerdem verschiedenen Phänomene filtern, um nur die von aktuellem Interesse zu betrachten. Die Anzeige400 enthält alle Ernsthaftigkeitsgrade der Gefahren, obwohl gegebenenfalls bestimmte Grade herausgefiltert werden könnten.4 zeigt drei beispielhafte Arten von Gefahr mit verschiedenen Mustern auf ihren Grenzlinien zur Symbolisierung der verschiedenen Farben: durchgezogene Linien zeigen konvektives Wetter an, wie bei421 –423 ; gestrichelte Linien424 –426 sind Vereisung; und Strichpunktlinien427 –429 sind Turbulenz. Die mit jeder Region assoziierten Zahlen in Kästen geben die Ernsthaftigkeit und/oder Wahrscheinlichkeit der Gefahr an. Es könnte ein visueller Effekt verwendet werden, wie zum Beispiel verschiedene Grade der Punktung, wie etwa bei427' , um größere oder geringere Bereiche der Abdeckung einer Gefahr in der definierten Grenze anzugeben. - Polygone oder andere Grenzen
430 schließen Gefahrenregionen420 ein. Ein Bediener zeichnet einzelne Polygone431 –439 durch Anwählen und Ziehen von Punkten mit einer Maus oder einer anderen Eingabeeinrichtung. Gefahrenpolygone können auch von anderen Bedienern als dem den Flugplan konstruierenden gezeichnet werden und können automatisch von einer Quelle erzeugt werden, die dem System100 Gefahreninformationen zuführt. Solche Gefahren können auch Eigenschaften in Dateien enthalten, die Eigenschaftskästen produzieren. Bestimmte oder alle dieser Informationen können als Vorgabe oder Nominalwerte vorgesehen werden. - Dem Polygon kann eine Richtung und/oder Geschwindigkeit der Bewegung verliehen werden, indem man die Mitte des Polygons anwählt und einen Vektor zieht. Es kann auch ein Pfad mehrerer sukzessiver Vektoren eingegeben werden. Ein einziges Polygon kann mehrere Wetterregionen einschließen; zum Beispiel kapselt das Polygon
432 eine Böenlinie mit mehreren Zellen ein, die als so dicht beabstandet betrachtet werden, daß ein Eindringen in die gesamte Region unmöglich ist. Andere Gefahren als die in das System eingebauten können definiert und als "angepaßter" Typ eingegeben werden. - Der Bediener kann dann einen Eigenschaftskasten für ein Polygon durch Doppelklicken auf das Polygon öffnen.
5 zeigt ein Beispiel500 für einen solchen Eigenschaftskasten. Der Bediener kann mit der Gefahr assoziierte Informationen eingeben, wie etwa einen Namen, einen Ernsthaftigkeitsgrad, eine Beschreibung, Zeiten, in denen die Gefahr gültig ist, vertikale Abmessungen und Anmerkungen. Für bewegliche Gefahren können die Eigenschaften folgendes umfassen: - • einen Anfangszeitwert, an dem die gezeichneten Eckpunkte die Position der Gefahr darstellen. In der Regel befindet sich dieser Zeitwert in der Zukunft und die Eckpunkte umfassen Wettermodell- oder andere Vorhersageinformationen.
- • Die Position eines Punkts, der die Bewegungsmitte eines Gefahrenpolygons darstellt.
- • Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung des Polygons an der Mittenposition. Die Bewegung erfolgt nicht auf der Isoazimutallinie, sondern auf einem Großkreis, so daß sich die Richtung über große Distanzen ändert.
- Da sich Gefahrenpolygone auf Großkreispfaden bewegen, transformiert das Anzeigeprogramm seine Koordinaten aus dem Erdbezugssystem in ein Bezugssystem, das mit dem Großkreis zusammenfällt, dreht es mit einem der bei seiner spezifizierten Geschwindigkeit überquerten Distanz entsprechenden Winkel und transformiert die Koordinaten zur Darstellung in dem Bereich
401 zurück in das ursprüngliche Erdbezugssystem. Diese Ausführungsform verwendet eine konstante Form zum Bewegen von Gefahrenpolygonen. Es ist jedoch möglich, gegebenenfalls für verschiedene Zeiten mehrere Formen zu definieren. Es ist auch möglich, Kurs, Geschwindigkeit und andere Eigenschaften mit der Zeit zu variieren, wenn die zusätzliche Komplexität es wert ist. - Der Bereich
401 kann auch geographische, topographische, politische und andere Merkmale zeigen. Zum Beispiel geben Partiallinien441 und442 Küstenlinien für Landmassen an, die in gedämpften transparenten Farben wiedergegeben werden. - Der Bereich
401 kann auch bestimmte Daten und Steuersymbole450 enthalten. Die Legende451 zeigt Datum und Uhrzeit des Flugs. Das Movie-Player-Steuerelement452 eines herkömmlichen Typs gibt den aktuellen Zeitindex zur Abbildung der Positionen der Gefahrenformen420 und430 und des Flugzeugsymbols411 an. Der assoziierte Schieber variiert den Zeitindex unter Bedienerkontrolle und der Flugplan kann mit den herkömmlichen Schaltflächen des Recordertyps durch die Zeit abgespielt werden und somit werden die beweglichen Gefahren und das Flugzeugsymbol animiert. Die Schaltflächen wählen kontinuierliche Wiedergabe, Pause, Anfang und Ende. Das Steuerelement453 zeigt und modifiziert die Höhe des horizontalen Slice des Luftraums, der in dem Bereich401 gezeigt wird; eine volle Schieberverschiebung zeigt alle Höhen. - Das schwebende Fenster
454 enthält Steuerelemente und Farb-/Schattierungskonventionen für die verschiedenen Arten von Gefahren. Die Textlabel benennen die Gefahrentypen und umfassen einen vom Bediener definierten "angepaßten" Typ. Die Balken repräsentieren den zum Designieren jeder Art von Gefahr in den Regionen420 und den Polygonen430 verwendeten Farbton und die Schattierungen, die zum Angeben verschiedener Ernsthaftigkeitsgrade jeder Gefahr verwendet werden. (Der Klarheit halber wurden in4 Farbkennzeichnungen aus den Regionen und Polygonen weggelassen.) Die Ankreuzkästen in dem Fenster454 gestatten einem Bediener die Auswahl, ob Gefahren des entsprechenden Typs angezeigt werden sollen oder nicht. - Der Bereich
402 ist eine vertikale Abbildung der Route durch einen Slice entlang der Segmente des Flugplans410' hindurch und enthält die Wegpunkte und den Flugzeugpositionsindikator411' . Der vertikale Maßstab ist gegenüber dem horizontalen Maßstab stark übertrieben. Dünne horizontale Linien460 bezeichnen Höheninkremente über dem Meeresspiegel, markiert in Flugniveaus (d. h. Hunderten Fuß). Das Niveau der gestrichelten Linie461 wird durch den Höhenschieber des Steuerelements453 eingestellt. Die vertikalen Projektionen der Gefahrenbereiche421' ,425' und428' und ihrer Polygone431' ,435' und438' , die die Route410' schneiden, sind in dem Bereich402 gezeigt. - Der Bereich
403 enthält Datenwerte und Steuerstrukturen, die sich auf den Flugplan auswirken. Allgemeine Informationen, die die Flug- und Routeniterationsnummer identifizieren, sind in dem Cluster470 für allgemeine Informationen enthalten. Der Bediener kann einen Flug auswählen und unter mehreren alternativen Routen mit Drop-down-Kombinationskästen auswählen. Dieser Teilbereich enthält außerdem Informationen bezüglich Ursprung, Ziel und Wegpunkten. Ein Rollkasten enthält Informationen bezüglich Wegpunkten, wie etwa ihre Namen ("wpt3" usw.), Flugrichtungen, geschätzte Reisezeiten und verbleibender Treibstoff. Der Benutzer kann hier erforderliche Ankunftszeiten (RTA), Höhen und andere Nebenbedingungen eingeben. Das Schwellencluster480 enthält Schieber, die es einem Bediener ermöglichen, Schwellenernsthaftigkeitswerte für eine Anzahl verschiedener Arten von Gefahr einzustellen, wie zum Beispiel konvektives Wetter ("Con"), Vereisung ("Ice") Ozonkonzentrationen ("Ozn"), Turbulenz ("Trb"), vulkanische Asche ("Ash") und eine angepaßte Zone ("Cz"). Empfohlene Maximalwerte erscheinen in Kästen über ihren jeweiligen Schiebern. Ein Benutzer zieht die Schieber, um Schwellenwerte einzustellen, für die der Benutzer wünscht, daß sie von dem Flugplan vermieden werden. Diese Werte können zu dem Optimierer140 übermittelt werden. - Der Teilbereich
490 enthält Informationen bezüglich einer der Gefahrenregionen421 –429 als Reaktion auf ein Einfach-Mausklicken über seinem entsprechenden Polygon431 –439 .4 zeigt Informationen für die Region426 mit dem Namen "Icing Bravo" in dem obersten Eintrag des Teilbereichs490 . Andere Einträge zeigen einen Ernst haftigkeitsgrad und eine geschätzte Einhohlzeit mit dem Flugplan, den Ort der Mitte des Gefahrenpolygons, den Umfang der in der Gefahrenregion gefundenen Ernsthaftigkeitsgrade, einen Zeitblock, in dem die Gefahr existiert, und den Ernsthaftigkeitstrend der Gefahr. Benutzer können an der untersten Position des Teilbereichs Anmerkungen mit Zeitstempeln eingeben. Bestimmte der anderen Einträge können auch durch direkte Eingabe von Daten editiert werden, obwohl es bei Bestimmten verboten ist und andere auf bestimmte Datenwerte beschränkt sind. Im letzteren Fall produziert ein Klicken und Halten auf dem Textfeld einer Eingabe ein Drop-down-Menü möglicher Werte für diesen Eintrag. Das Klicken und Halten auf dem "Hazard"-Eintrag produziert ein Drop-down der Namen aller angezeigten Gefahren plus eine Auswahl "New Hazard" zu, Hinzufügen einer Gefahr zu der Anzeige. Die Auswahl beliebiger der Auswahlen in der "Hazard"-Dropdown-Liste erzeugt einen Eigenschaftskasten500 für diese Gefahr in dem Bereich401 . - Schlußwort
- Die Erfindung beschreibt Systeme und Verfahren zum Anzeigen und Manipulieren von Routen für Flugzeuge und andere Objekte bei Anwesenheit von Gefahren. Fachleuten werden viele Varianten und Verallgemeinerungen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung einfallen. Insbesondere muß der Ausdruck "Flugplan" allgemein aufgefaßt werden, um Routen für andere Fahrzeuge einzuschließen, sowie ähnliche Pläne für die Manövrierung bei Anwesenheit von Gefahren. Ähnlich werden Gefahren allgemein definiert als Bedingungen, die sich auf den Plan der Route auswirken könnten. Gefahren können zum Beispiel auch politische und andere Zonen zusätzlich zu Wetter- und ähnlichen Phänomenen einschließen. Dieser Ausdruck kann Regionen umfassen, die möglicherweise wünschenswerter als umgebende Regionen sind (d. h. mit einem negativen Kostenfaktor), statt nur Regionen, die völlig vermieden werden sollten. Bestimmte Gefahren können von Regionen mit geographischem Ausmaß oder physischen Grenzen verschieden sein; zum Beispiel könnten Zwischenhalte Landgebühren auferlegen, die die Gesamtkosten eines Flugs vergrößern. Gefahrengrenzen oder andere Kennzeichnungen können anders als durch Polygone oder andere lineare Strukturen angegeben werden. Mehrere vernestete Polygone könnten verschiedene Kosten repräsentieren, die mit verschiedenen Graden einer Gefahrenregion assoziiert sind. Die Aufteilung der beschriebenen Systeme und Verfahren in Blöcke in der obigen Beschreibung heißt nicht, daß keine anderen Aufteilungen möglich oder wünschenswert sind. Angaben, daß bestimmte Komponenten oder Schritte zweckmäßig oder bevorzugt sind, heißen nicht, daß nicht auch andere wünschenswert sein oder in dem Schutzumfang der Ansprüche liegen könnten. Die Sequenz von Blöcken in der Beschreibung und der Aufführung in den Ansprüchen impliziert keinerlei konkrete Zeitreihenfolge.
Claims (52)
- Durch einen programmierten Computer ausgeführtes Verfahren zum Planen von Routen durch einen Benutzer bei Anwesenheit von Gefahren, mit den folgenden Schritten: Empfangen von Daten, die eine vorgeschlagene Route für ein Fahrzeug repräsentieren; Empfangen von Daten, die mit der Route assoziierte Gefahren repräsentieren, wobei die Gefahren mehrere verschiedene Arten aufweisen; Anzeigen von geographischen Repräsentationen der Routendaten und Gefahrendaten zusammen in derselben Präsentation, wobei die verschiedenen Arten von Gefahr verschieden voneinander repräsentiert werden; und Eingeben von Spezifikationen von dem Benutzer zum Modifizieren der angezeigten Repräsentationen spezifizierter Teile der Gefahrendaten.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Route ein Flugplan für ein Flugzeug ist.
- Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Flugplan mehrere Wegpunkte enthält.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Spezifikationen Grenzen von Bereichen enthalten, die mindestens eine der Gefahren repräsentieren.
- Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Grenzen Polygone sind.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Spezifikationen Daten bezüglich der Bewegung mindestens einer der Gefahren enthalten.
- Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Daten bezüglich Bewegung die Richtung und Geschwindigkeit der einen Gefahr umfassen.
- Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit dem Schritt des Variierens des Zeitpunkts, zu dem die Gefahren in der Anzeige angezeigt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gefahrentypen Wettergefahren umfassen.
- Verfahren nach Anspruch 9, wobei die angezeigten Gefahrendaten verschiedene Gefahrenintensitäten verschieden repräsentieren.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geographischen Repräsentationen in einer lateralen Abbildung angezeigt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geographischen Repräsentationen in einer vertikalen Abbildung angezeigt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Eingeben von Spezifikationen von dem Benutzer umfaßt, Eingaben von einer Menge von durch den Benutzer betätigbaren Steuerelementen zu empfangen.
- Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Steuerelemente ein Steuerelement zum Variieren des Zeitpunkts, zu dem die Gefahren in der Anzeige angezeigt werden, umfassen.
- Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Steuerelemente mindestens ein Steuerelement zum Einrichten einer Schwelle für eine Intensität einer durch die Route zu vermeidenden Gefahr umfassen.
- Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Produzierens der empfangenen Routendaten durch Optimieren einer Kostenfunktion für die Route.
- Medium, das Programmanweisungen enthält, die bewirken, daß ein geeignet programmierter Computer ein Verfahren zum Planen von Routen bei Anwesenheit von Gefahren ausführt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Empfangen von Daten, die eine Route für ein Fahrzeug repräsentieren; Empfangen von Daten, die mit der Route assoziierte Gefahren repräsentieren, wobei die Gefahren mehrere verschiedene Arten aufweisen; Anzeigen von geographischen Repräsentationen der Routendaten und Gefahrendaten zusammen in derselben Präsentation, wobei die verschiedenen Arten von Gefahr verschieden voneinander repräsentiert werden; und Eingeben von Spezifikationen von dem Benutzer zum Modifizieren der angezeigten Repräsentationen spezifizierter Teile der Gefahrendaten.
- Medium nach Anspruch 17, wobei das Medium ein Speichermedium umfaßt.
- Medium nach Anspruch 17, wobei das Medium Signale umfaßt.
- Computerimplementiertes System zum Planen von Routen bei Anwesenheit von Gefahren, umfassend: Daten, die eine Route für ein Fahrzeug repräsentieren; Daten, die Gefahren bezüglich der Route repräsentieren, wobei die Gefahren mehrere verschiedene Arten aufweisen; und eine Schnittstelle, die folgendes enthält: eine geographische Anzeige der Gefahrendaten und der Routendaten zusammen in derselben Präsentation, wobei die verschiedenen Arten von Gefahr verschieden voneinander repräsentiert werden; und Steuerelemente zum Manipulieren der Routendaten und Gefahrendaten und zum Eingeben von Spezifikationen zum Modifizieren der angezeigten Repräsentationen spezifizierter Teile der Gefahrendaten.
- System nach Anspruch 20, wobei das Fahrzeug ein Flugzeug ist.
- System nach Anspruch 20, wobei die Spezifikationen Grenzen von Bereichen enthalten, die mindestens eine der Gefahren repräsentieren.
- System nach Anspruch 22, wobei die Grenzen Polygone sind.
- System nach Anspruch 20, wobei die Spezifikationen Daten bezüglich zeitlicher Bewegung mindestens einer der Gefahren enthalten.
- System nach Anspruch 24, wobei die Daten bezüglich Bewegung die Richtung und Geschwindigkeit der einen Gefahr mit der Zeit umfassen.
- System nach Anspruch 20, wobei die Routendaten Daten für mehrere alternative Routen enthalten.
- System nach Anspruch 20, wobei die Routendaten mehrere Wegpunkte enthalten.
- System nach Anspruch 20, wobei die Gefahrentypen Wettergefahren umfassen.
- System nach Anspruch 28, wobei die angezeigten Gefahrendaten verschiedene Gefahrenarten verschieden repräsentieren.
- System nach Anspruch 20, wobei die geographischen Repräsentationen in einer lateralen Abbildung angezeigt werden.
- System nach Anspruch 20, wobei die geographischen Repräsentationen in einer vertikalen Abbildung angezeigt werden.
- System nach Anspruch 20, wobei das Eingeben von Spezifikationen von dem Benutzer umfaßt, Eingaben von einer Menge von durch den Benutzer betätigbaren Steuerelementen zu empfangen.
- System nach Anspruch 33, wobei die Steuerelemente ein Steuerelement zum Variieren des Zeitpunkts, zu dem die Gefahren in der Anzeige angezeigt werden, umfassen.
- System nach Anspruch 32, wobei die Steuerelemente mindestens ein Steuerelement zum Einrichten einer Schwelle für eine Intensität einer durch die Route zu vermeidenden Gefahr umfassen.
- System nach Anspruch 20, ferner mit einem Optimierer zum Produzieren der empfangenen Routendaten.
- System nach Anspruch 20, umfassend: Mittel zum Empfangen von Daten, die eine Flugzeugroute repräsentieren; Mittel zum Empfangen von Daten, die Gefahren bezüglich der Route repräsentieren, Mittel für einen Benutzer zum Eingeben von Spezifikationen von mit den Gefahren zu assoziierenden Bereichsgrenzen; und Mittel zum Präsentieren von geographischen Repräsentationen der Routendaten, der Gefahrendaten und der Grenzen.
- System nach Anspruch 36, wobei die Mittel zum Präsentieren eine visuelle Anzeige umfassen.
- System nach Anspruch 36, wobei die Eingabemittel eine Cursor-Positioniereinrichtung umfassen.
- System nach Anspruch 36, wobei die Gefahrenempfangsmittel eine Kommunikationseinrichtung umfassen.
- System nach Anspruch 36, ferner mit einem Optimierungsmittel zum Optimieren der Kosten der Route als Reaktion auf die vom Benutzer eingegebenen Spezifikationen.
- System nach Anspruch 20, bei dem mit einer Route assoziierte Daten (
110 ) und mit Gefahren assoziierte Daten (120 ) auf einer Schnittstelle (130 ) repräsentiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelle die Routendaten und die Gefahrendaten zusammen geographisch anzeigt (401 ,402 ) und Steuerelemente (450 ,480 ) zum Manipulieren der angezeigten Route (410 ) und Gefahren (420 ) enthält. - System nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Benutzer-Steuerelemente Grenzen (
430 ) von mindestens eine der Gefahren repräsentierenden Bereichen umfassen. - System nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzen Polygone sind.
- System nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Spezifikationen Bewegungsparameter (
226 ) mindestens einer der Gefahren umfassen. - System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Arten von Wettergefahren verschieden angezeigt werden.
- System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Intensitäten derselben Wettergefahren verschieden angezeigt werden.
- System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Benutzer eine Anzahl von Schwellen für verschiedene Arten der Wettergefahren einstellen kann.
- System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die geographische Anzeige eine laterale Abbildung (
401 ) ist. - System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die geographische Anzeige eine vertikale Abbildung (
402 ) ist. - System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefahrendaten zeitlich sowie geographisch angezeigt werden.
- System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Routendaten optimiert werden, während mindestens bestimmte der Gefahren vermieden werden.
- System nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß die Routendaten bezüglich bestimmter Faktoren eine minimale Kostenfunktion aufweisen.
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