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1、基于 GIS 的飞行程序辅助设计与审核系统应用单位：民航总局空中交通管理局开发单位：民航数据通信有限责任公司联系人：许有臣电话： 82325050-460 邮箱： 一、开发背景所谓“飞行程序” ，就是指航空器的飞行路线。飞行路线一般包括航路航线和终端区航线（起飞和着陆） 。飞行程序设计是指根据地形条件、空域环境、导航设施以及航空器性能来设计航空器的飞行路线的过程，通俗的理解就是为飞机安全飞行铺路的过程。从飞行程序设计本身特征不难发现，飞行程序设计实际上是一个集地学空间上数据显示、图形编辑、 三维分析、三维建模等功能于一体的设计过程。在空中交通管理领域，飞行程序设计有着极其重要地位。特别是在 “
2、十一五” 期间航空运输业持续增长的需求下，飞行程序设计的安全性、可靠性和高效性面临着更为严峻的挑战。计算机技术和地理信息系统（GIS）技术的发展，为实现安全、高效、科学飞行程序设计提供了条件。 在此前提下， 民航总局空管局空域处委托民航数据公司开发了这套功能齐全、灵活实用、标准统一的飞行程序辅助设计与审核系统（下文简称FPADs ），该系统目前已投入实际应用，并取得了良好的效果。二、系统概况FPADs 以结合飞行程序设计业务、最大可能的符合设计人员的设计思路和操作习惯为指导思想， 系统地提出并解决了飞行程序设计过程中的各项技术难点。这些难点主要包括地形数据处理、静态数据的提取合并、基础数据入库
3、维护、保护区绘制和评价工具包、飞行程序出图、飞行程序审核、飞行程序报送等功能。FPADs 是基于超图公司GIS 组件平台SuperMap Objects 上建立的一套专业图形处理系统，系统借助.NET 开发环境，采用文件型数据库管理方式、三层体系结构的分层模式、OOP 的编程思想等技术，达到可扩展、易维护的目标。系统总体设计包含飞行程序核心功能设计和数据转换功能设计两大部分。其中，核心功能部分主要由保护区绘制（标准保护区模板和手动绘制保护区）、保护区评价两大模块，这两模块主要是实现保护区的绘制和编辑，并根据保护区的障碍物评价模型计算出控制障碍物；辅助和审核工具两个模块提供了设计过程中的辅助工具
4、和程序校验的功能，是对核心功能的一种补充和完善。数据转换部分主要包括GIS 处理、数据处理以及出图和报表。其中，GIS 数据处理实现外部多元地理数据融合、坐标变换、数据生产等功能；数据处理实现静态数据的提取、维护等功能。出图和报告/报表部分主要飞行程序设计的最终结果以标准航图或者报告 /报表的形式输出。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 工程数据地理数据静态数据GIS 处理数据处理手动绘制保护区标准保护区模板保护区评
5、价辅助工具审核工具出图与报告 /报表图一：系统总体框架设计图FPADs 中系统数据模型划分为三层，如图2 所示。最底层是地理数据，主要指地形数据和 DEM 数据，其中地形数据包括1：50 万、 1：10 万、1：5 万等全要素地形图以及影像图、三维正射图等地形地貌数据，地理数据主要是作为背景参考图；DEM 数据注意提供保护区的评价数据和三维场景的建模数据。第二层为机场静态数据，主要包括终端区的导航台、三区（限制区、危险区、禁区）、航路、障碍物等基础数据，目的是提供设计人员的空域环境的参考，便于提高程序设计的安全性、可靠性、准确性；最顶层为飞行程序设计数据，主要包括定位点、标称航迹、保护区、机场
6、、跑道等数据，这是系统核心数据，负责所以设计要素数据以及计算结果的保存、处理、 分析等过程。 这三类数据构成了系统的工程数据。地理信息数据机场静态数据程序设计数据图二：系统数据模型三系统功能系统提供了友善、实用的用户界面，以满足用户灵活、自由的设计要求。系统采用目前业界流行图形设计软件的界面风格。系统界面主要分为菜单、工具栏、侧边栏、对象资源管理器、属性框栏、提示框栏以及状态栏，其中侧边栏、对象资源管理器、属性框栏、提示框栏都能够浮动拖拽和自由关闭，很好的满足了图形处理软件的界面名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名
7、师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 需求。另外，系统支持双屏显示，确保系统图形界面最大化原则。图三：总体界面系统主要功能如下：（1）基础数据的维护管理系统提供完备的基础数据维护管理功能，如机场、跑道、导航台、定位点、航迹等基础数据的创建、编辑、删除、统计等操作功能。（2）绘制保护区维护系统核心功能之一就是保护区绘制。因此，完整、快捷、友善解决保护区绘制需求是系统一大特点。 该模块不但提供了标准保护区的对象化设计模式，还提供了手动绘制保护区的灵活设计模式。这里的标准保护区是指DOC 8168文件中规定明确、类型相对固定的保护区，如直
8、线进场/进近程序、直角航线/等待程序、反向程序、推测程序、ILS 面、 OAS 面等保护区。标准保护区的操作特点是用户可通过保护区的对象属性框和图形关键点来科学合理的调整保护区参数和形状，从而大大提高设计效率。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 图四：保护区（3）CAD 编辑功能由于系统为一个图形设计系统，因此， 灵活实用的图形编辑功能，是体现软件设计能力的一个重要方面，系统为满足这方面的需求，提供大量的图形精确绘制
9、，图形精确修改，图形操作等功能。由于受GIS 软件本身特点的限制，无论在哪家GIS 平台上要完成比较强大的编辑功能，都需要进行大量深入的工作，因此，在GIS 平台选型过程中，平台提供的编辑接口功能强弱是一项重要标准。如不同交互模式圆弧的绘制，自定义图元的节点编辑，以及图元的精确捕捉和精确编辑等功能，都需要做充分的调研和考虑，SuperMap 在这方面很好地满足了系统的需求。（4）保护区障碍物评价根据保护区的大小和形状，并结合保护区的障碍物评价模型，计算出保护区内影响最严重的障碍物，从而确定保护区应该设置的高度或梯度，并在图形标出障碍物。（5）辅助与审核工具系统中的辅助工具包括模板工具、计算工具
10、、 导航台信号覆盖、机场最低运行标准等。其中，模板工具为设计人员提供一些具有飞行程序基本要素性质的参考模板，如直角航线 /等待模板、容差区模板、引导台模板、风螺旋模板、标称转弯航迹模板等，目的是对一些有规律的基本设计图形进行封装。计算工具主要提供飞行程序设计过程中涉及到的数学计算，如真空速转换因数、转弯率/转弯半径、下降率/下降梯度、 SOC、复飞障碍物当量高等。导航台信号覆盖则是根据不同设备类型和信号衰减因素，考虑地形遮蔽情况下导航台在不同高度的信号覆盖范围，只要在信号覆盖到的区域内，才可以进名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -
11、 - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 行飞行程序设计。图五：导航台信号覆盖范围审核工具主要是对飞行程序设计方案的审核检查工作，并将审核结果作为报表输出。审核工具是建立在飞行程序设计的评审原则（DOC 8168 ）的基础上，审核的具体内容包括定位点的审核、航迹的审核、跑道的审核等。（6）出图系统提供采用灵活实用的出图模式，本身提供飞行程序设计标准图和保护区图的出图模板，用户可以自行定制模板，可以根据需求添加各种出图要素和和边框修饰，能够满足用户的各种出图需要。（7）报表系统提供各个对象的完整数据输出，并对某些可管理的数
12、据进行管理式输出，从而满足设计人员迅速快接的提取所关心的数据，便于进行用户进行设计报告的整理。三、系统应用情况系统由于把GIS 处理能力与CAD 编辑功能完美的结合，加上完整的数据解决方案和业务解决方案， 投入使用后即得到总局空管局和地方空管局一致好评，并在实际的机场建设过程中发挥着重要作用。 如在阿尔山机场的飞行程序设计的成功应用，具体解决了机场的选址、导航台的布局、以及跨带数据等设计难题；目前，FPADs 正在跟踪负责玉树机场的飞行程序全过程。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -