CN104133256A - 在透视视图中图形显示天气灾害的***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在透视视图中图形显示天气灾害的***和方法。提供用于图形显示天气灾害的***和方法。该***由耦合到处理器的显示***组成，该处理器配置为从数据库获取天气信息并且确定预定距离内存在的天气灾害的严重性。天气灾害的严重性基于飞行的阶段和在天气包络内存在的天气灾害的类型。在显示器上呈现图形表示天气包络内的严重天气灾害的天气符号体系。

Description

在透视视图中图形显示天气灾害的***和方法

技术领域

这里所述主题的实施例总地涉及航空电子显示***。更具体地，这里所述主题的实施例涉及在透视视图中图形显示天气灾害的***和方法。

背景技术

美国国家运输安全委员会(NTSB)进行了一项研究来确定飞行员为何飞入不利天气中。超过50％的受访飞行员表示原因是缺乏对天气条件的评价和理解。这部分归咎于现有的驾驶舱显示***在二维地图(例如单独的横向和垂直地图)上显示天气信息，这需要飞行员解读两个视图以便形象化天气灾害的性质。此外，还存在在正视图中不能有效地描绘天气灾害信息的情形。

为了帮助飞行员克服以上挑战，已经提出用于在合成视觉***(SVS)上三维显示天气的***。然而这类***通常使用相对复杂的计算处理(例如，矩阵变换，递归算法等)来呈现三维图像。因此，这可能花费大量的时间，这在天气数据快速变化的时候可能是有问题的。此外，这些***和方法经常使显示混乱，而对飞行员遮蔽其它重要信息，例如地形、交通，ADS-B IN信息等。

鉴于以上，将期望提供在透视视图中显示整理后(de-cluttered)的天气灾害符号体系的***和方法。这可以使得飞行员得到对不利天气的类型和位置的评价，并且最小化天气相关的航空事故的风险。

发明内容

本发明内容被提供来以简化形式介绍对下面在详细描述中进一步描述的概念的选择。本发明内容既不意图标识所要求保护主题的关键特征或者必要特征，也不意图用作协助确定所要求保护主题的范围。

提供了一种图形显示天气灾害的方法。所述方法包括：从数据库获取天气信息；以及确定预定距离内存在的天气灾害的严重性。然后，在显示器上呈现图形表示天气包络内的严重天气灾害的天气符号体系。

还提供了一种图形显示天气灾害的方法。所述方法包括：从数据库获取天气信息；以及基于飞行的阶段和天气灾害的类型来确定预定距离内存在的天气灾害的严重性。然后，在显示器上呈现图形表示天气包络内的多个严重天气灾害的天气符号体系。

此外，提供了用于图形显示天气灾害的***。该***包括耦合到处理器的显示***，该处理器配置为(1)从数据库获取天气信息；(2)确定预定距离内存在的天气灾害的严重性；以及(3)在显示器上呈现图形表示天气包络内的严重天气灾害的天气符号体系。

附图说明

图1是根据实施例的适于在飞行器中使用的信息显示***的框图；

图2是包括飞行路径中的导航地图和符号体系的图形显示的示例性图示；

图3是根据示例性实施例的发生在各种海拔的天气灾害的图形表示；

图4是包括沿着飞行路径的导航地图和描绘结冰的符号体系的图形显示的示例性图示；

图5和图6图示了根据示例性实施例的可以用于描绘各种天气灾害的天气符号；以及

图7是根据示例性实施例的用于图形显示表示天气灾害的符号体系的流程图。

具体实施方式

下面的详细描述本质上仅仅是示例性的，并且不意图限制本申请的主题及其使用。此外，并不意图受前述的背景技术或下面的详细描述中所呈现的任何理论界限。这里为了说明的目的而给出的是可以如何以容易理解的方式图形显示天气信息的特定示例性实施例。应当意识到，该说明的示例实施例仅仅是用于实现图形显示天气灾害符号体系的新颖显示***和方法的示例和指导。因此，这里给出的示例意图是非限制性的。

可以在本文中根据功能和/或逻辑块部件并且参考可以由各个计算部件或设备执行的操作、处理任务和功能的符号表示来描述技艺和技术。应该意识到的是：被配置为执行指定功能的任意数量的硬件、软件和/或固件部件可以实现图中示出的各个块部件。例如，***或部件的实施例可以使用各种集成电路部件，例如，存储器元件、数字信号处理器元件、逻辑元件、查找表等，它们可以在一个或多个微处理器或其它控制设备的控制下执行各种功能。

前面的描述可以涉及“耦合”在一起的元件或节点或特征。如本文中所使用的，除非另外明确地声明，否则“耦合”意指一个元件/节点/特征直接或间接地接合到另一个元件/节点/特征(或直接或间接地与之通信)，并且不一定是通过机械的方式。因此，虽然附图可以描绘元件的一种示例性布置，但在所描绘的主题的实施例中可以存在附加的介入元件、设备、特征或部件。此外，某些术语还可以仅出于参考的目的用于下面的描述中，并因此并不意图是限制性的。

为了简洁起见，在本文中可能未详细描述关于图形和图像处理、导航、飞行规划、飞行器控制和***的其它功能方面(以及***的单独操作部件)的常规技术。此外，在包含在本文中的各个图中示出的连接线意图表示各个元件之间的示例性的功能关系和/或物理耦合。应该指出的是：许多可替代或附加的功能关系或物理连接可以存在于本主题的实施例中。

图1描绘了飞行器显示***100的示例性实施例。在示例性实施例中，显示***100包括但不限于：用于显示图形的飞行计划图像200的显示设备102，导航***104，天气模块105，通信***106，飞行管理***(FMS)108，控制器112，图形模块114，用户接口110，适于配置为支持图形模块114和显示设备102的操作的数据库116，如下面所更加详细描述的。导航***104可以包括惯性参照***118，导航数据库120和用于以熟知方式从外部源接收导航数据的一个或者多个无线接收机122。

应当理解，图1是显示***100的简化表示，其用于解释以及容易描述的目的，并且不意图以任何方式限制本申请或者本主题的范围。在实践中，如本领域中将意识到的，显示***100和/或飞行器将包括用于提供附加功能和特征的数个其它设备和部件。例如，显示***100和/或飞行器可以包括耦合到飞行管理***108和/或控制器112的一个或者多个航空电子***(例如，空中交通管理***，雷达***，交通规避***)，用于获得和/或提供可在显示设备102上显示的实时飞行相关信息。

在示例性实施例中，显示设备102耦合到图形模块114。图形模块114耦合到控制器112，并且控制器112和图形模块114协同配置来在显示设备102上显示、呈现或者以其他方式传达天气符号和飞行计划信息的图形表示或图像。如之前所述，导航***104包括惯性参照***118，导航数据库120，和至少一个无线接收机122。惯性参照***118和无线接收机122为控制器112提供分别从在主飞行器上和外部的源得到的导航信息。更具体地，惯性参照***118为控制器112提供如由部署在飞行器上的多个运动传感器(例如，加速度计，陀螺仪等)所监测的描述主飞行器的各种飞行参数(例如，位置，朝向，速度等)的信息。通过比较且如图1中所示，无线接收机122从在飞行器外部的各种源接收导航信息。这些源可以包括各种类型的导航辅助(例如，全球定位***，非定向无线电信标，甚高频全向无线电信标设备(VOR)等)，陆基导航设施(例如，空中交通控制中心，终端雷达进场控制设施，飞行服务站，和控制塔)，以及陆基向导***(例如，仪表着陆***)。在某些实例中，无线接收机122还可以周期性地接收来自邻近飞行器的广播式自动相关监视(ADS-B)数据。在特定的实现中，无线接收机122采取具有全球导航卫星***能力的多模接收机(MMR)形式。

导航数据库120包括存储在其中的各种类型的导航相关数据。在优选实施例中，导航数据库120是由飞行器携带的机载数据库。导航相关数据包括各种飞行计划相关数据，诸如，例如但不限于：地理航路点位置数据；航路点间距离；航路点间轨迹；不同机场相关的数据；导航辅助；障碍物；专用空间；政治边界；通信频率；以及飞行器进场信息。导航***104还配置为获得与飞行器操作相关联的一个或者多个导航参数。如本领域中将意识到的，导航***104可以实现为全球定位***(GPS)，惯性参照***(IRS)，或者基于无线电的导航***(例如，VHF全向无线电信标(VOR)或者远距离辅助导航(LORAN))，并且可以包括适于配置为支持导航***104操作的一个或者多个导航无线电或其它传感器。在示例性实施例中，导航***104能够获得和/或确定飞行器的瞬时位置，也就是飞行器的当前位置(例如，纬度和经度)以及飞行器的海拔或离地高度。导航***104还可以获得和/或确定飞行器的航向(即，飞行器相对于某一参照物正行进的方向)。

控制器112耦合到导航***104以获得关于飞行器操作的实时导航数据和/或信息以支持显示***100的操作。如在本领域中所意识到的，通信***106也耦合到控制器112且配置为支持到和/或来自飞行器的通信。控制器112耦合到飞行管理***108，其继而还可以耦合到导航***104和通信***106，以为控制器112提供关于飞行器操作的实时的数据和/或信息以支持飞行器的操作。此外，天气模块105耦合到控制器112，并利用从导航***104收集的数据以图形地生成表示沿着飞行路径的天气灾害的符号体系。此外，用户接口110耦合到控制器112，并且用户接口110和控制器112协同配置为允许用户与显示设备102和显示***100的其它元件交互，这在下面将进行更加详细的描述。

在示例性实施例中，显示设备102实现为电子显示器，其配置为在图形模块114控制下图形显示飞行信息、天气信息、和/或与飞行器操作相关联的其它数据。在示例性实施例中，显示设备102位于飞行器的驾驶舱内。将意识到，尽管图1示出了单个显示设备102，实际上，在飞行器上可以存在附加显示设备。用户接口110也位于飞行器的驾驶舱内，并且适于允许用户(例如，飞行员，副驾驶员，乘务人员)与显示***100的其他部分交互，并且使用户能够选择在显示设备102上显示的内容，这在下面进行了更加详细的描述。在各个实施例中，用户接口110可以实现为小键盘，触摸板，键盘，鼠标，触摸屏，操纵杆，旋钮，麦克风，或者适于从用户接收输入的其他合适设备。在优选实施例中，用户接口110可以是触摸屏，光标控制设备，操纵杆等。

在示例性实施例中，通信***106适于配置为支持飞行器和另一飞行器或者地面位置(例如，空中交通控制)之间的通信。在这方面，通信***106可以使用无线电通信***或者其它合适的数据链路***来实现。在示例性实施例中，飞行管理***108(或者可替代地，飞行管理计算机)位于飞行器上。尽管图1是显示***100的简化表示，实际上，飞行管理***108可以以常规方式按照需要耦合到一个或者多个附加的模块或者部件以支持导航、飞行计划和其它飞行器控制功能。

在示例性实施例中，控制器112和/或图形模块114配置为在显示设备102上显示和/或呈现表示天气的符号体系。这使得用户(例如，通过用户接口110)得到对正迫近的天气灾害的更好了解。此外，用户可以回顾飞行的各个方面(例如，飞行器速度，估计的飞行时间，上升速率/下降速率，飞行高度和/或海拔等)。控制器112通常表示硬件，软件和/或固件部件，其配置为促进在显示设备102上显示和/或呈现导航地图和执行在下面更加详细描述的附加任务和/或功能。取决于实施例，控制器112可以用设计来执行这里所述的功能的通用处理器、内容可寻址存储器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任意适当的可编程逻辑器件、分立的门或者晶体管逻辑、分立的硬件部件或者它们的任意组合来实施或者实现。控制器112也可以实现为计算设备的组合，例如，数字信号处理器和微处理器的组合，多个微处理器，一个或者多个微处理器结合数字信号处理器核心，或者任意其他这样的配置。实际上，控制器112包括可以配置为进行与显示***100操作相关联的功能、技术和处理任务的处理逻辑，这在下面进行了更加详细的描述。此外，结合这里公开的实施例描述的方法或者算法的步骤可以直接在硬件中、在固件中、在由控制器112执行的软件模块中或者在它们的任意实际组合中体现。

图形模块114通常表示硬件、软件和/或固件部件，其配置为控制在显示设备102上显示和/或呈现导航地图和执行在下面更加详细描述的附加任务和/或功能。在示例性实施例中，图形模块114访问一个或者多个数据库116，一个或者多个数据库116适于配置为支持图形模块114的操作，这在下面进行了描述。在这方面，数据库116可以包括航路点数据库、所需导航性能数据库(RNP)数据库、地形数据库、天气数据库、飞行计划数据库、障碍物数据库、导航数据库、地缘政治数据库、机场空域数据库、专用空域数据库或者用于在显示设备102上呈现和/或显示内容的其它信息，这在下面进行了描述。将意识到，尽管图1为了解释和易于描述的目的示出了单个数据库116，实际上，在显示***100的实际实施例中将可能存在多个数据库。

图2是可以通过图1的飞行器显示***102呈现的示例性可视显示器200。显示器200选择性地呈现计算机生成的表示飞行路径的符号体系202和天气符号体系204。此外，显示器200生成表示以下的符号体系：零俯仰参考线(例如，常称为地平线)206，飞行路径标记(也称为飞行路径向量或速度向量)208，空速刻度或卷尺210，海拔刻度或卷尺212，以及地形(例如，通常标识为元素214)。地形214可以包括飞行器周围环境的任何表示，包括本实施例中所描绘的平坦地形。此外，地形214可以包括由飞行员选择的处于相对于飞行器的特定海拔的虚拟平面，并且该虚拟平面呈现在该海拔处。尽管显示器200示出为以我为中心的第一人称的参照框架，但显示器200可以是包括无人驾驶的车辆和/或航天器的辅助、僚机和/或平面或透视视图，其使得查看者能够查看飞行器以及放大或者缩小。尽管显示器200通常与主飞行显示器相关联，但该显示器也可以用在多功能显示器上、平视显示器上和/或头戴式显示器上。

可以在显示器102(图1)上将飞行路径202图形表示为从飞行器的当前位置到预定区域的线。飞行路径202的图形表示是从飞行管理***108(图1)提供的信号生成的。如图2所示，飞行路径202向左边弯曲，由此指示飞行器至着陆区域216的特定路径。可以沿着飞行路径202示出航路点(例如，218和220)。该航路点可以用来指示飞行器沿着飞行路径202的飞行海拔。例如，航路点218处于比航路点220更低的海拔，这指示飞行器正朝着着陆区域216下降。尽管飞行路径202被呈现成线，如将结合图4进一步讨论的，替代的描述可以是合适的。

天气灾害的图形表示可以通过天气符号体系204在显示器102(图1)上呈现。天气符号体系204可以显示为(例如航路点218所示的)航路点的一部分，或者可以显示在航路点之间(例如，如航路点218和220之间的天气符号222位置所示)。天气符号体系204是从收集于源(例如，基于XM卫星的接收机、地面站和/或机载雷达)的当前实时天气数据生成的，并且通过天气模块105(图1)编译以生成飞行器的天气包络(weather envelope)226内的天气符号体系204。天气包络226由距飞行路径的横向距离来定义。该距离可以设置为与所需导航性能(RNP)宽度相等或者可以由飞行员设置。RNP是指在圆弧半径上距飞行器的数英里内的航海距离。例如，为10的RNP意味着距飞行器10英里的圆弧距离。飞行器可以进入的不同空域可以具有不同的RPN要求，一些海洋空域具有为4的RNP，而着陆进场路径可以具有为10的RNP。飞行员在严峻的天气中可以减小天气包络，这可以降低显示的天气符号的数量以整理显示器。此外，飞行员可以增加天气包络，来得到对于周围天气灾害的更好了解。

此外，为了整理可视显示器200，将仅仅显示天气包络226内部的预定距离内最严重的天气符号。天气模块105(图1)通过衡量与飞行阶段相关的每一个天气灾害的严重性来实现此。飞行器的飞行可以划分成多个不同的阶段，例如，起飞、10,000英尺以下、10,000英尺以上、进场以及着陆。例如，在起飞/着陆阶段风被衡量为比较严重，因为强风的存在可能导致飞行事故。如果在天气包络内存在其它天气灾害并且未被显示，那么图形表示的符号体系可以改变(例如，实线、虚线、彩线、高亮线等)来警告飞行员可能存在其它天气灾害。此外，飞行员可以设置天气符号之间的预定间隔来确保在任意时刻都显示有限数量的天气符号。此外，飞行员可以参照多功能显示器(MFD)来查看关于所有天气灾害的附加细节。

天气符号体系204由天气符号222和范围线(tether line)224组成。天气符号222向用户指示天气条件的类型。每个天气符号222的含义将结合图5和6进行更加详细的描述。范围线224向用户指示天气灾害的最小和最大海拔。在一个实施例中，天气符号222放置在范围线224的中心点处以说明哪里的天气灾害可能是最严重的。例如，雷暴符号228放置在范围线224中间。天气符号体系204可以通过以容易理解的方式指示天气灾害的类型和海拔范围来提高飞行员的态势意识。

在替代实施例中，可以在显示器102(图1)上在天气灾害的最小或最大海拔处图形呈现天气符号222。如果航路点海拔312高于天气灾害的最大海拔，则天气符号222可以呈现在(例如，显示为星形、菱形或者任意其它合适的形状的)飞行海拔符号308之下。可替代地，如果航路点海拔312低于天气灾害的最小海拔，则天气符号222可以呈现在飞行海拔符号308之上。例如，图2中示出的飞行路径的海拔约为3,320英尺，如海拔刻度或卷尺212所示出的，并且天气灾害的最大海拔处在较低的海拔。因此，闪电符号230呈现在范围线224之上。这使得飞行员高效地解读最接近飞行路径的天气灾害的海拔和类型。

图3是根据示例性实施例的用于指示在与飞行器的计划飞行海拔相比较的各个海拔处出现的天气灾害的天气符号体系的图形表示。航路点符号302、304和306通过垂直线312显示耦合到飞行路径310的飞行海拔符号308。再次，应当意识到，该符号可以具有适合表示该单独航路点位置处飞行器的计划飞行海拔的任何形状。参照航路点302，飞行海拔符号308内部示出的符号描绘了在飞行器计划飞行海拔处的飞行路径中心处的闪电风暴。根据此信息，飞行员可以做出关于是继续飞行到风暴中心还是改变当前飞行计划的知情决策。此外，结合航路点304和306示出的天气符号说明天气符号可以如何被放置在表示天气灾害中心点的高度处。例如，天气符号314附着到航路点304，这指示雨灾处于飞行路径的中心，并且雨灾中心点的海拔处在比飞行路径更高的海拔。这是通过将符号304放置在飞行海拔符号308之上来示出的。总的来说，这使得飞行员进一步意识到或得到对于当前天气灾害的更好了解。

图4是包括导航地图和描绘沿着飞行路径的结冰的符号体系的图形显示的示例性图示。显示器400选择性地呈现表示飞行路径402和天气符号体系404的符号体系，其可以增强飞行乘务人员的态势意识。地形符号体系406可以包括飞行器周围环境的任何表示，包括本实施例中描绘的三维透视视图。如图4所示，飞行路径402在靠近着陆区域408之前向左边弯曲。如果在飞行路径中在延伸的预定距离上存在天气灾害，则天气模块105(图1)可以改变飞行路径的图形描绘。例如，飞行路径202(图2)的图形描绘从实线(如图2所示)改变为虚线，以指示在延伸的预定距离上存在天气灾害。例如，图4示出了在飞行路径中位于延伸的距离上的结冰天气灾害。这通过将结冰天气符号412放置在飞行器将首次遇到该天气灾害的位置处来示出。然后从天气符号412的位置到着陆区域408将飞行路径402改变为非实线。应当意识到，在延伸的预定距离上存在的所有天气灾害都可能改变飞行路径的图形表示。延伸的预定距离的长度可以由设计者或者飞行员设置。此外，飞行路径信息402可以改变成任意合适的替代，例如，虚线、彩线、格线、变化的权重/图案线、高亮线等，来描绘存在天气灾害。

飞行路径402和天气符号体系404可以沿着地形406被追踪来提供更加便利和直观的飞行路径显示。与一些常规显示相对地，飞行路径402和天气符号体系404没有使显示混乱，对飞行员遮蔽例如地形、交通、ADS-BIN信息等的其它信息。此外，飞行路径402和/或天气符号体系404可例如按照飞行员期望的和/或根据飞行条件被选择性显示。例如，当飞行路径方向变化时，当飞行器明显偏离意图的飞行计划时，在进场期间，和/或在低海拔时，飞行路径402可以出现。此外，如果当前天气条件变化或者严重性增加，则可以显示天气符号体系404。

图5和图6为根据示例性实施例的可以用于描绘各种天气灾害的天气符号的表。参考图5，表500包含表示天气灾害的符号示例，例如雷暴502、闪电504、冰雹506、结冰508、雪510、雨512、冻雨514和细雨518。在上面描述的不同的实施例中，这些符号可以采取填实图的形式，成为飞行路径的一部分，或者可以包括与所示那些相比附加的或者更少的特征。参照图6，表600提供了表示天气灾害的符号示例，例如，对流602、旋风/***604、火山灰604、飓风606和降水608。

图7是根据示例性实施例的图形显示符号体系的方法的流程图。在步骤702，从导航数据库120(图1)接收飞行路径信息。用户通过选择所需导航性能宽度或者通过定义与计划飞行路径的定制横向距离来定义天气包络，其中飞行路径表示飞行计划或者当前的/实际的轨迹(步骤704)。在步骤706，获取天气包络内的天气信息。在步骤708，天气模块确定在预定距离内是否存在多个天气灾害。如果在预定距离内存在多个天气灾害，则将仅仅显示表示最严重天气灾害的符号体系(步骤710)；否则，将显示单独的天气符号(步骤712)。此外，在步骤714，天气模块确定在飞行路径的延伸的预定距离上是否存在天气灾害。如果在飞行路径的延伸的预定距离上存在天气灾害，那么在显示器上改变飞行路径信息(步骤716)；然而，如果不存在，那么将显示这些天气符号(步骤718)。

因此，提供了用于在透视视图中显示整理后的天气灾害符号体系的新颖***和方法。这可以使得飞行员得到对不利天气灾害的类型和位置的评价。然后飞行员可以做出关于要遵循的飞行路径的知情决策，以将与天气相关的航空事故的风险最小化。

尽管在前面对本发明的详细描述中给出了至少一个示例性实施例，但应当意识到存在大量的变型。还应当意识到，该示例性实施例或者多个示例性实施例仅仅是示例，并且不意图以任何方式限制本发明的范围、适用性或者配置。相反，前面的详细描述将为本领域技术人员提供用于实现本发明的示例性实施例的便利路线图。应当理解，可以在示例性实施例中描述的元件的功能和布置上做出各种变化，而不脱离如在所附权利要求中阐述的本发明的范围。

Claims (10)

1.一种在飞行器显示器上图形显示天气灾害的方法，所述方法包括：

从数据库获取天气信息；

确定预定距离内存在的天气灾害的严重性；以及

在显示器上呈现图形表示天气包络内的严重天气灾害的天气符号体系。

2.如权利要求1所述的方法，还包括设置天气包络的与所需导航性能相对应的边界。

3.如权利要求1所述的方法，还包括将天气包络的边界设置为用户选择的预定义宽度。

4.如权利要求1所述的方法，还包括使天气灾害的严重性基于飞行的阶段和天气灾害的类型。

5.如权利要求1所述的方法，还包括改变天气符号体系的可视表示以指示多个天气灾害。

6.如权利要求1所述的方法，还包括如果天气灾害在延伸的预定距离上存在，则将飞行路径的可视表示的格式改变为第二可视表示。

7.如权利要求1所述的方法，还包括显示由天气符号和范围线组成的天气符号体系。

8.如权利要求7所述的方法，还包括在天气灾害的平均海拔处呈现天气符号。

9.如权利要求1所述的方法，还包括显示由飞行海拔符号和范围线组成的航路点。

10.如权利要求9所述的方法，还包括：

如果飞行海拔符号显示在比天气灾害的最大海拔更高的海拔处，则在飞行海拔符号之下呈现天气符号；

如果飞行海拔符号显示在比天气灾害的最大海拔更低的海拔处，则在飞行海拔符号之上呈现天气符号。