CN108108246B - 一种用于机载合成视景的地形调度方法 - Google Patents

一种用于机载合成视景的地形调度方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108108246B
CN108108246B CN201711415680.3A CN201711415680A CN108108246B CN 108108246 B CN108108246 B CN 108108246B CN 201711415680 A CN201711415680 A CN 201711415680A CN 108108246 B CN108108246 B CN 108108246B
Authority
CN
China
Prior art keywords
terrain
latitude
longitude
scheduling
airplane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711415680.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108108246A (zh
Inventor
马兵兵
黄程
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
Original Assignee
Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC filed Critical Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
Priority to CN201711415680.3A priority Critical patent/CN108108246B/zh
Publication of CN108108246A publication Critical patent/CN108108246A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108108246B publication Critical patent/CN108108246B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/46—Multiprogramming arrangements
    • G06F9/50—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU]
    • G06F9/5005—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU] to service a request
    • G06F9/5011—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU] to service a request the resources being hardware resources other than CPUs, Servers and Terminals
    • G06F9/5016—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU] to service a request the resources being hardware resources other than CPUs, Servers and Terminals the resource being the memory
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/46—Multiprogramming arrangements
    • G06F9/50—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU]
    • G06F9/5005—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU] to service a request
    • G06F9/5027—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU] to service a request the resource being a machine, e.g. CPUs, Servers, Terminals
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
    • G06T15/005—General purpose rendering architectures
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/05—Geographic models
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics
    • G06T19/006—Mixed reality
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2210/00—Indexing scheme for image generation or computer graphics
    • G06T2210/61—Scene description

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Instructional Devices (AREA)
  • Processing Or Creating Images (AREA)

Abstract

本发明提出一种适用于机载合成视景的地形调度方法，首先实时计算当前是否需要调度地形，但需要时计算所需调度的地形，并进行预处理，将调度后的地形传递给视景渲染程序，完成一次完整的地形调度过程。本发明提高合成视景在资源受限的嵌入式平台运行的调度效率，提高合成实景***实时性，同时满足适航规章及咨询通告对合成视景***在精度和安全性方面的要求。采用本方法，不仅可以满足地形调度的实时性的要求，提高了地形调度的效率，而且减少了合成视景地形调度的计算需求。经过试验平台验证，本方法可以有效的满足机载合成视景对地形调度的要求，地形数据可以无缝切换。

Description

一种用于机载合成视景的地形调度方法
技术领域
本发明属于机载合成视景技术，涉及一种适用于机载合成视景的地形调度方法。
背景技术
飞机驾驶员视觉受限是目前世界范围内严重飞行事故的主要因素之一。为了解决这个问题，各国的研究机构投入了大量的人力和物力用于开发新的飞机座舱显示技术。合成视景***就是在这个背景下应运而生的。合成视景是一种利用地形数据、障碍物数据、机场跑道数据生成三维虚拟视景，并将该虚拟视景与飞行仪表信息、指引信息、告警信息融合在一起的***，是满足新一代大型民机在提升低能见度起飞和降落能力方面需求的新型组合显示***(SVS,EVS,HUD)的关键组成部分之一。
目前国外供应商提供的比较先进合成视景***有柯林斯提供的Pro Line系列，以及霍尼韦尔提供的Smart View系列产品，上述产品均在若干不同机型上得到了适航取证，其中，三维地形调度技术是其中的关键技术。国内尚没有相关机载产品，一方面是因为机载计算平台资源受限，另一方面是因为大规模的地形调度，数据传输和计算量巨大，通常的调度方法难以保证实时性，而且在内存占用和CPU占用方面都比较高。
实时性主要是指当前飞机飞出了当前地块，如何保证前方的合成视景所渲染的地形能够在不影响当前地形渲染的基础上，无缝加载进来，且进行无缝替换。
内存占用和CPU占用，是指机载计算平台内存和CPU资源受限，地形调度方法应能够具有低内存占用，低CPU占用。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种用于机载合成视景的地形调度方法，在合理的组织调度范围，采用有效的调度方法，来满足三维地形调度在实时性上的严苛要求，同时降低了CPU和内存占用。该方法原理如图1所示，即将地形分为9组，以九宫格作为地形调度的组织方式。按照一定的计算方法，进行地形调度的调入及调出。
基于上述原理，本发明的技术方案为：
所述一种适用于机载合成视景的地形调度方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据飞机当前所在位置的纬度Latitude和经度Longitude，确定飞机当前位置所在地块的纬度Dem_latitude和经度Dem_longitude，其中地块大小由UTM投影的全球栅格数字高程数据中经纬度1°×1°确定；
如果Latitude>＝0，则Dem_latitude＝(int)Latitude；
如果Latitude<0，则Dem_latitude＝(int)Latitude-1；
如果Longitude>＝0，则Dem_longitude＝(int)Longitude；
如果Longitude<0，则Dem_longitude＝(int)Longitude-1；
通过(Dem_longitude,Dem_Latitude)能够索引到所需的地块；
步骤2：根据飞机当前所在位置，确定显示所需的9宫格地块为：飞机当前位置所在地块，以及以飞机当前位置所在地块为中心的左上、左中、左下、右上、右中、右下、中上、中下方位的8个地块；
9个地块的纬度矩阵为：
Figure BDA0001521902490000021
9个地块的经度矩阵：
Figure BDA0001521902490000022
步骤3：在飞机飞行过程中，若同时满足以下两个条件，则判断需要进行显示地形调度，并进入步骤4；
条件1：飞机当前位置所在地块不是显示的9宫格地块中的中心地块；
条件2：条件1持续时间达到设定时长；
步骤4：根据飞机当前位置，按照步骤1和步骤2的方法，得到飞机当前位置对应的9宫格地块，并与目前内存中已经显示的9宫格地块进行比对，得到需要调度出内存的地块以及需要调度加载到内存中的地块；
步骤5：对需要调度加载到内存中的地块的地形数据进行预处理：将地形数据中的地理坐标转换为以地心为参考的ECEF坐标系下的三维坐标；
步骤6：通过共享内存的方式将调度后的数据传递给视景渲染程序，完成一次完整的地形调度过程。
有益效果
本发明的优点在于：
1)降低了地形调度对内存的需求，以适应嵌入式平台的计算资源。如图1所示，地形调度控制在9块以内，即保证了地形调度数据量受控，也能满足机载合成视景对地形渲染范围的要求。
2)降低了对CPU的占用，通过步骤3判断，只有在适合的条件下，才进行调度，目前实测，约10分钟会发生一次调度，显著的降低了对CPU占用。
3)通过真实目标平台试验验证，实时性可以满足严苛的机载实时性要求，机载合成视景规范要求不低于15帧，这就要求一次地形调度的时间应<1/15秒，本方法实测的地形调度切换时间为步骤7所需的时间，目前实测<1/30秒。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1：本发明所涉及到的地形调度示意图。
图2：本方法的处理流程图，表示一次完整的地形调度处理流程。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的主要内容是通过一种算法，计算出合成视景渲染过程中所需要的地形数据，并对地形进行无缝调度切换，降低了地形调度对内存和CPU的占用，从而提高了地形调度的效率。
本发明原理如图1所示，即将地形分为9组，以九宫格作为地形调度的组织方式。按照一定的计算方法，进行地形调度的调入及调出。
具体包括以下步骤：
步骤1：根据飞机当前所在位置的纬度Latitude和经度Longitude，确定飞机当前位置所在地块的纬度Dem_latitude和经度Dem_longitude，其中地块大小由UTM投影的全球栅格数字高程数据中经纬度1°×1°确定；
如果Latitude>＝0，则Dem_latitude＝(int)Latitude；
如果Latitude<0，则Dem_latitude＝(int)Latitude-1；
如果Longitude>＝0，则Dem_longitude＝(int)Longitude；
如果Longitude<0，则Dem_longitude＝(int)Longitude-1；
通过(Dem_longitude,Dem_Latitude)能够索引到所需的地块，如(30，120)地形块名称为N30E120。
步骤2：根据飞机当前所在位置，确定显示所需的9宫格地块为：飞机当前位置所在地块，以及以飞机当前位置所在地块为中心的左上、左中、左下、右上、右中、右下、中上、中下方位的8个地块；
9个地块的纬度矩阵为：
Figure BDA0001521902490000041
9个地块的经度矩阵：
Figure BDA0001521902490000042
步骤3：在飞机飞行过程中，若同时满足以下两个条件，则判断需要进行显示地形调度，并进入步骤4；
条件1：飞机当前位置所在地块不是显示的9宫格地块中的中心地块；
条件2：条件1持续时间达到设定时长。
步骤4：根据飞机当前位置，按照步骤1和步骤2的方法，得到飞机当前位置对应的9宫格地块，并与目前内存中已经显示的9宫格地块进行比对，得到需要调度出内存的地块以及需要调度加载到内存中的地块；
如图1(a)所示，中间黑色边框中的9个地块为目前视景***正在渲染的地形，假设当前满足步骤3判断，且飞机所在当前地块在飞机显示地形矩阵的地块1中，则以飞机显示地形矩阵的地块1为当前飞机所在地块，按照步骤2计算所需的地块，计算所需的9块地形即为图2黑色边框所包含的9个地块，找出图1(b)中黑框所包含的地形块，且不在图1(a)所示黑框中的地形块，即为所需调入地形块，本例：为地块A，地块B，地块C，地块D，地块E。
将所需9个地块的经纬度信息与目前内存中的地块经纬度信息，进行比较，找出在目前飞机显示地形矩阵的地块中，且不属于需要调度的地块，如图1(b)所示，为地块3，地块6，地块7，地块8，地块9。
如图1所示：通过文件***加载根据所需的地块，替换所需调出的地形。本例为地块A-地块E替换地块3-地块9。
步骤5：对需要调度加载到内存中的地块的地形数据进行预处理：将地形数据中的地理坐标转换为以地心为参考的ECEF坐标系下的三维坐标。
O＝(μl h)T作为某一地块中某一点的位置信息，其ECEF坐标系下的坐标计算方法如下：
Figure BDA0001521902490000051
其中，μ表示纬度，l表示经度，h表示高度，a＝6378137,b＝6356755
Figure BDA0001521902490000052
Figure BDA0001521902490000053
Figure BDA0001521902490000054
数据预处理在地形调度过程中处理，从而不影响视景渲染任务；数据预处理目的是将原始地形数据预处理为适合地形渲染的数据。
步骤6：通过共享内存的方式将调度后的数据传递给视景渲染程序，完成一次完整的地形调度过程。
本发明提出的一种适用于机载合成视景的地形调度方法，目的在于提高合成视景在资源受限的嵌入式平台运行的调度效率，提高合成实景***实时性，同时满足适航规章及咨询通告对合成视景***在精度和安全性方面的要求。机载合成视景通过地形数据，飞机位置，航向和姿态信息等，对飞行航迹，趋势矢量和周围环境进行三维渲染，改进飞行员情景意识及态势感知能力，从而提高飞行安全性，并可减轻飞行员的工作量。通常，机载嵌入式平台计算资源有限，由于全球地形数据量巨大，不可能将所有地形数据加载至机载计算机，因此如何满足在资源受限的嵌入式平台，能够实时无缝调度地形，且占用较少的资源是比较困难的。采用本方法，不仅可以满足地形调度的实时性的要求，提高了地形调度的效率，而且减少了合成视景地形调度的计算需求。经过试验平台验证，本方法可以有效的满足机载合成视景对地形调度的要求，地形数据可以无缝切换。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种适用于机载合成视景的地形调度方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据飞机当前所在位置的纬度Latitude和经度Longitude，确定飞机当前位置所在地块的纬度Dem_latitude和经度Dem_longitude，其中地块大小由UTM投影的全球栅格数字高程数据中经纬度1°×1°确定；
如果Latitude>＝0，则Dem_latitude＝(int)Latitude；
如果Latitude<0，则Dem_latitude＝(int)Latitude-1；
如果Longitude>＝0，则Dem_longitude＝(int)Longitude；
如果Longitude<0，则Dem_longitude＝(int)Longitude-1；
通过(Dem_longitude,Dem_latitude)能够索引到所需的地块；
步骤2：根据飞机当前所在位置，确定显示所需的9宫格地块为：飞机当前位置所在地块，以及以飞机当前位置所在地块为中心的左上、左中、左下、右上、右中、右下、中上、中下方位的8个地块；
9个地块的纬度矩阵为：
Figure FDA0003180223040000011
9个地块的经度矩阵：
Figure FDA0003180223040000012
步骤3：在飞机飞行过程中，若同时满足以下两个条件，则判断需要进行显示地形调度，并进入步骤4；
条件1：飞机当前位置所在地块不是显示的9宫格地块中的中心地块；
条件2：条件1持续时间达到设定时长；
步骤4：根据飞机当前位置，按照步骤1和步骤2的方法，得到飞机当前位置对应的9宫格地块，并与目前内存中已经显示的9宫格地块进行比对，得到需要调度出内存的地块以及需要调度加载到内存中的地块；
步骤5：对需要调度加载到内存中的地块的地形数据进行预处理：将地形数据中的地理坐标转换为以地心为参考的ECEF坐标系下的三维坐标；
步骤6：通过共享内存的方式将调度后的数据传递给视景渲染程序，完成一次完整的地形调度过程。
CN201711415680.3A 2017-12-25 2017-12-25 一种用于机载合成视景的地形调度方法 Active CN108108246B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711415680.3A CN108108246B (zh) 2017-12-25 2017-12-25 一种用于机载合成视景的地形调度方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711415680.3A CN108108246B (zh) 2017-12-25 2017-12-25 一种用于机载合成视景的地形调度方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108108246A CN108108246A (zh) 2018-06-01
CN108108246B true CN108108246B (zh) 2021-11-02

Family

ID=62212634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711415680.3A Active CN108108246B (zh) 2017-12-25 2017-12-25 一种用于机载合成视景的地形调度方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108108246B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111435358B (zh) * 2019-01-12 2023-09-12 上海航空电器有限公司 一种减少前视预测告警中地形显示卡顿的设计方法
CN111210515A (zh) * 2019-12-30 2020-05-29 成都赫尔墨斯科技股份有限公司 一种基于地形实时渲染的机载合成视觉***

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103699415A (zh) * 2013-12-23 2014-04-02 中国航空工业集团公司第六三一研究所 一种高效的机载设备地形数据加载方法
CN104298740A (zh) * 2014-10-09 2015-01-21 清华大学 地理位置编码方法
CN105139451A (zh) * 2015-08-10 2015-12-09 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 一种基于hud的合成视景指引显示***
CN105766545A (zh) * 2016-03-24 2016-07-20 北京林业大学 一种混交生态公益林营造经营方法
CN106056669A (zh) * 2016-06-07 2016-10-26 中国石油集团川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司 一种海量地震数据的地质曲面重建方法
CN106225791A (zh) * 2016-08-03 2016-12-14 福建工程学院 一种基于网格划分的gps定位与道路匹配方法
CN106601032A (zh) * 2016-10-31 2017-04-26 北京航空航天大学 一种基于下视传感器的多路径地形完整性检测方法
CN106741985A (zh) * 2016-12-06 2017-05-31 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种合成视景***障碍物告警实现方法
CN106856008A (zh) * 2016-12-13 2017-06-16 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种用于机载合成视景的三维地形渲染方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103699415A (zh) * 2013-12-23 2014-04-02 中国航空工业集团公司第六三一研究所 一种高效的机载设备地形数据加载方法
CN104298740A (zh) * 2014-10-09 2015-01-21 清华大学 地理位置编码方法
CN105139451A (zh) * 2015-08-10 2015-12-09 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 一种基于hud的合成视景指引显示***
CN105766545A (zh) * 2016-03-24 2016-07-20 北京林业大学 一种混交生态公益林营造经营方法
CN106056669A (zh) * 2016-06-07 2016-10-26 中国石油集团川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司 一种海量地震数据的地质曲面重建方法
CN106225791A (zh) * 2016-08-03 2016-12-14 福建工程学院 一种基于网格划分的gps定位与道路匹配方法
CN106601032A (zh) * 2016-10-31 2017-04-26 北京航空航天大学 一种基于下视传感器的多路径地形完整性检测方法
CN106741985A (zh) * 2016-12-06 2017-05-31 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种合成视景***障碍物告警实现方法
CN106856008A (zh) * 2016-12-13 2017-06-16 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种用于机载合成视景的三维地形渲染方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Geometry-based mapping of vector data and DEM based on hierarchical Longitude/Latitude Grids》;Sun Wenbin;《 2010 Second IITA International Conference on Geoscience and Remote Sensing》;20101014;全文 *
《机载合成视景地形可视化***设计与实现》;王兢喆 等;《电光与控制》;20161130;第23卷(第11期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108108246A (zh) 2018-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2696171B1 (en) Aircraft systems and methods for displaying weather information along a flight path
US9266621B2 (en) Display systems and methods for providing displays indicating a required time of arrival
EP3125213B1 (en) Onboard aircraft systems and methods to identify moving landing platforms
CN106856008B (zh) 一种用于机载合成视景的三维地形渲染方法
US9573698B1 (en) Flight deck display systems and methods for generating cockpit displays including dynamically-adjusted usable runway length symbology
EP2837565B1 (en) Aircraft systems and methods for displaying runway lighting information
US9564055B2 (en) Prediction and warning of transported turbulence in long-haul aircraft operations
EP2249126A2 (en) Avionics display system and method for generating flight information pertaining to neighboring aircraft
US20170186203A1 (en) Display of meteorological data in aircraft
EP2523175B1 (en) System and method for improving viewability of primary flight display
CN107957505B (zh) 用于显示风切变的飞行器***和方法
CN103377565A (zh) 利用起飞和着陆性能数据来改进跑道感知的***和方法
CN108108246B (zh) 一种用于机载合成视景的地形调度方法
EP2759805A2 (en) Method and system for displaying a helicopter terrain intercept point during landing
KR20070015072A (ko) 실시간 등각 지형 렌더링 방법 및 시스템
CN104882030B (zh) 用于通过记分进行跑道选择的***和方法
US9108741B2 (en) Helicopter system and method for integrating collective flight director cues
Below et al. 4D flight guidance displays: an approach to flight safety enhancement
CN111210515A (zh) 一种基于地形实时渲染的机载合成视觉***
Alter et al. Inflight demonstrations of curved approaches and missed approaches in mountainous terrain
CN104751501B (zh) 一种基于地形数据库的地形显示方法
US11762837B2 (en) Method and apparatus for updating and sharing an obstacle database for aircraft
Zheltov et al. Prospects for the intellectualization of state-of-the-art aviation systems
US10748430B2 (en) Systems and methods for selective terrain deemphasis
Chen et al. Design of a Terrain and Power line Warning System for General Aviation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant