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- 民航空管系统的图形动态显示技术研究与实现
- 作者： 单旭 来源： 吉林大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 三维图形化 MVC 动态显示
- 描述： 随着世界航空、航天技术的不断发展，飞机的飞行速度、载重能力等方面的性能都有了很大程度的提高。与飞行技术相关联的通讯技术、卫星技术、雷达导航技术也有了很大的提高。技术的不断更新发展，以及人民生活水平的不断提高，导致对飞机运输的需求不断增加，世界的民用航空运输业进入了飞速发展阶段。但是我们需要清醒地认识到，随着航空技术及其周边技术的不断发展，对于空中交通管制技术及相关人员的要求也在不断提高。在单位时间内，机场需要处理更多架次的飞机起降工作，及机场附近空域内飞机飞行的安全工作。如何能够提高机场的运行效率，及提高空中交通管制系统的执行效率和空中交通管制人员的工作水平，减少可能出现的安全隐患，成为当前民用航空航天业的一个重要研究课题。在这一大的课题中，担负信息交换枢纽，场景仿真模拟的计算机软件监控系统在民用航空运输业中起到的作用和地位日益提高。开发适合我国民用航空管理的高性能，高仿真精度的民航图形化动态显示技术及相应软件系统的作用和意义显得尤为重要。民航空管图形动态显示系统为民航空中交通管制系统提供图形化的目标追踪显示及场景仿真模拟，它能够根据相关的雷达目标信息和导航信息，将真实的飞机目标信息（包括飞机类型、飞行轨迹等重要信息）及机场附近空域场景环境进行三维仿真模拟显示，创建一个机场空域的仿真模拟环境。借助民航空管图形动态显示系统，空中交通管制员可以更好的监督机场附近区域内飞机目标的运行轨迹，预先判断飞机的飞行路线是否存在时间上和空间上的冲突，及早地修改飞机的飞行计划，通知飞行员进行避让，从而减少空中交通事故，提高机场的工作效率。民航空管图形动态显示系统作为一个特殊的大型信息显示系统，其结构复杂，规模大涉及面广，可靠性要求高，软件开发必须通过专业的民航空中交通管制操作人员、软件开发人员、空中交通管制理论研究专家等人员的密切合作才能完成。同时，随着现代航空航天业，通讯导航业及空中交通管制理论的不断发展，民航空管图形动态显示系统必须具备很强的开放性和可重用性，以适应千变万化的机场环境和日新月异的管制系统。因而在指挥控制软件的开发过程中系统建模的作用尤其重要。科学、高效的建模方法不仅能够使各类人员更好地理解系统和互相沟通，保证系统分析、系统设计以及系统维护的一致性，也能对系统的体系结构进行控制，提供简化和复用的机会，同时也能降低风险。同时还需要应用高效的图形显示技术和数据融合技术，使系统在能够保持正确性、稳定性的同时，真实、可靠地模拟机场附近空域内飞机飞行场景。系统的设计思想主要是根据系统中所涉及到的功能将系统划分为图形显示，数据融合，信息存储三个大的部分，各个功能模块之间根据系统中设备的支持情况使用程序内部函数调用机制或网络报文机制实现各个功能模块间的通信。从纵向角度分析，将系统划分为顶层外部显示层，实体模型层，逻辑控制层，业务分部层，网络通信层。层与层之间通过接口实现相互通信，包括实体类的数据更新和视图更新。相应的算法和执行策略只在某个特定的层次内部实现，将层次间的耦合度降低到最低状态。在设计时以MVC框架为基础，搭建系统的上层结构，将业务实体模型部分和显示界面部分分别作为模型和视图，以控制器作为联结机制，实现二者间的信息传递。利用观察者模式实现系统中信息存储访问机制，引导目标信息进行有效的数据融合。在系统的底层通过网络通信层实现分布式事务处理服务层的底层结构。通过多平台事务分布处理机制，系统动态重组机制和功能迁移机制等方法保证民航空管显示系统能够尽可能地减少硬件设备条件的影响，安全、稳定地工作。在确定了系统框架结构之后，使用UML统一建模语言进行系统的设计与开发。UML 提供从不同的角度观察和描述系统的各个特征的一种标准的图形化方法，同时可有效地避免二义性。UML 提供的图形化的建模方法，可以形象，直观地表达系统的功能，而且UML 提供的视图可以贯穿于软件开发的全过程，从软件的需求分析、概要设计、详细设计到编码和测试阶段。在系统的数据融合过程中，对系统场景进行三维建模，根据目标的三维坐标信息变化，推算目标的运动轨迹，通过轨迹的重叠情况判断目标是否存在融合可能，对可融合的目标进行融合处理。上层的图层显示部分，使用基于OpenGL环境开发的三维立体场景模拟真实的飞机飞行场景，利用实体的显示映射机制，通过在图形显示操作与目标对象实体间建立中介类及信息观察调用机制来实现二者的层次分离和信息访问。综上所述，本文的主要工作是研究如何搭建符合民航空中交通管制需求的图形化显示系统。首先，对民航空管图形化动态系统进行了概述，描述了民航空管图形化动态的概念定义以及涉及的相关概念。接着给出系统的语境图，对系统所处的环境进行总体描述，明确了系统的输入输出，界定了系统的范围和对外界口。然后，对空管图形动态显示系统的系统结构进行了描述，讲述了系统的设计思想，基于MVC 模式搭建了系统的整体框架。随后根据框架和功能进行分析，找出了系统的工作特点并描述了系统中主要功能模块的实现流程。最后，运用UML 统一建模语言，使用ROSE 工具完成对系统的需求提取、需求分析、概要设计、详细设计等工作。