CN115655260B - 基于数字地球的3d航空地图构建方法、装置及存储介质 - Google Patents
基于数字地球的3d航空地图构建方法、装置及存储介质 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115655260B CN115655260B CN202211408962.1A CN202211408962A CN115655260B CN 115655260 B CN115655260 B CN 115655260B CN 202211408962 A CN202211408962 A CN 202211408962A CN 115655260 B CN115655260 B CN 115655260B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- route
- data
- algorithm
- point
- map
- 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
Links
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 96
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 42
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 35
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 5
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 239000011087 paperboard Substances 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 3
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 3
- 101710197582 Ketoisovalerate oxidoreductase subunit VorB Proteins 0.000 description 2
- 101710197581 Ketoisovalerate oxidoreductase subunit VorC Proteins 0.000 description 2
- 101710197577 Ketoisovalerate oxidoreductase subunit VorD Proteins 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- SOBGIMQKWDUEPY-UHFFFAOYSA-N bis(3,4-dichlorophenyl)diazene Chemical compound C1=C(Cl)C(Cl)=CC=C1N=NC1=CC=C(Cl)C(Cl)=C1 SOBGIMQKWDUEPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009194 climbing Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 102100040615 Homeobox protein MSX-2 Human genes 0.000 description 1
- 101000967222 Homo sapiens Homeobox protein MSX-2 Proteins 0.000 description 1
- 101000773184 Homo sapiens Twist-related protein 1 Proteins 0.000 description 1
- 102100030398 Twist-related protein 1 Human genes 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011111 cardboard Substances 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 208000015842 craniosynostosis 2 Diseases 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000005436 troposphere Substances 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
本发明涉及基于数字地球的3D航空地图构建方法、装置及存储介质，应用于航空地图技术领域中，包括：获取航线数据，通过航线数据标绘航路点，通过航路点以及积分航迹算法生成各航线，对航线叠加高度数据，对航线进行高度以及水平面补偿，最后将航线数据以及地形实景输入到Web GIS数字地球软件中，生成包含地形背景的航线图，以解决现有技术中，航线显示背景多为空白或简单的地形符号，没有融合真实的地形场景显示，驾驶员无法在查阅航图时准确感知航线与所处地理空间的位置关系，很难建立有效的地形情景意识，存在潜在的风险点以及航线没有纵深，无法全面有效地了解飞机在空间中的运动轨迹的问题的问题。
Description
技术领域
本发明涉及航空地图技术领域，具体涉及基于数字地球的3D航空地图构建方法、装置及存储介质。
背景技术
航空专用地图(以下简称航图)是以满足民用航空运行以及其他航空活动的需要为目的，表示各种航空要素以及必要的自然地理和人文要素的专用地图。为保障航空器在空中运行的安全和顺畅，航图里规划了合理的空间飞行路线，这些纵横交错的空中路线构成了城市上空的空中交通网络。根据我国民航主管部门的要求，飞机驾驶员飞行前准备阶段需要查阅航图，制作或核对飞行计划；飞行时，需要按照航图中要求的路径飞行，从而确保飞行运行的安全有序。
目前，航图在呈现方式的技术上，主要有纸板航图和电子航图两种形式，但我国提供的电子航图的形式一般为纸版航图对应的PDF版，不是以APP方式提供的航图浏览软件，采用纸板航图存在纸版航图图幅偏大，驾驶员不易查看；容易磨损，航图元素的辨识性颜色易出现失真，使用上存在安全隐患。另外，传统纸版航图存在更新和管理困难，过期后处理仍需额外成本的问题，且无论是纸板航图还是电子航图都是以二维平面坐标系显示航线，航线没有纵深，只能显示方向和长度的物理量，无法全面有效地了解飞机在空间中的运动轨迹，且航线显示背景多为空白或简单的地形符号，没有融合真实的地形场景显示，驾驶员无法在查阅航图时准确感知航线与所处地理空间的位置关系，很难建立有效的地形情景意识，存在潜在的风险点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供基于数字地球的3D航空地图构建方法、装置及存储介质，以解决现有技术中，无论纸板航图还是电子航图都是以二维平面坐标系显示航线，航线没有纵深，无法全面有效地了解飞机在空间中的运动轨迹，以及航线显示背景多为空白或简单的地形符号，没有融合真实的地形场景显示，驾驶员无法在查阅航图时准确感知航线与所处地理空间的位置关系，很难建立有效的地形情景意识，存在潜在的风险点的问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供基于数字地球的3D航空地图构建方法，包括：
获取航线数据，所述航线数据包括中国航行资料汇编中记载的数据以及机载设备记录的数据；
基于航线数据标绘航线的机场位置以及跑道方向；
利用航路点定位算法计算航线的航路点坐标，确定离场图、进场图以及进近图中航路点的位置；
基于机载设备记录的数据利用积分航迹算法生成航路航线和地面滑行路线，基于航路点坐标的直接连线生成离场航线、进场航线和进近航线；
对离场航线、进场航线、进近航线、航路航线以及地面滑行路线叠加高度数据；
采用温度补偿算法对进近航线的高度进行修正；
采用空中航路阶段修正算法对航路航线进行水平面修正，采用地理特征点算法对地面滑行路线进行水平面修正；
将航线数据以及地形实景输入到Web GIS数字地球软件中，得到3D航空地图。
优选地，
所述基于机载设备记录的数据利用积分航迹算法生成航路航线和地面滑行路线包括：
获取机载设备中一次飞行活动作为标准飞行航迹，获取标准飞行航迹中的飞行数据；
建立空间直角坐标系，根据飞行数据中的磁航向角、偏流角以及航迹角数据将地速投影到三个笛卡儿坐标轴；
根据机载设备记录飞行速度、航向、航迹角和偏流角的频率，通过数值积分得出飞机的位移，飞机沿一个方向的位移即为沿该方向的每秒一次的速度累加值，得到航路航线和地面滑行路线。
优选地，
所述采用温度补偿算法对进近航线的高度进行修正包括：
获取机场跑道的入口标高、机场温度以及航图公布的各定位点的程序高度；
通过高于平均海平面的入口标高以及机场温度计算相对于ISA温度的温度偏差；
基于相对于ISA温度的温度偏差，通过气压高度的修正补偿公式获取到修正高度，通过修正高度对程序高度进行修正。
优选地，
所述采用空中航路阶段修正算法对航路航线进行水平面修正包括：
根据飞行进程划分组别，并分别计算直接连线航迹和积分航迹的平均位置得到直接连线航迹与积分航迹的平均偏差，根据平均偏差得到航迹修正量；
通过航迹修正量对积分航迹的水平面进行修正，得到修正航迹。
优选地，
所述采用地理特征点算法对地面滑行路线进行水平面修正包括：
获取每段积分航迹的起始点和结束点并作为两个地理特征点；
通过地图投影的经纬度转换公式，将两个地理特征点的位置数据分别转换成直角坐标；
根据起始点的直角坐标与经纬度数据确定起始点偏差值，根据结束点的直角坐标与经纬度数据确定结束点偏差值；
根据起始点偏差值以及结束点偏差值分别对起始点的定位结果以及结束点的定位结果进行修正。
优选地，
所述利用航路点定位算法计算航线的航路点坐标包括：
通过星基航路点定位算法或陆基航路点定位算法计算航线的航路点坐标。
优选地，
所述星基航路点定位算法包括：通过全球导航卫星***获取到航路点的经纬度坐标，通过经纬度坐标直接定位航路点；
所述陆基航路点定位算法包括：双台定位算法或单台定位算法；
所述双台定位算法包括：双台ρ/θ定位算法、双台θ/θ定位算法以及双台ρ/ρ定位算法。
根据本发明实施例的第二方面，提供基于数字地球的3D航空地图构建装置，所述装置包括：
数据获取模块：用于获取航线数据，所述航线数据包括中国航行资料汇编中记载的数据以及机载设备记录的数据；
标绘模块：用于基于航线数据标绘航线的机场位置以及跑道方向；
航路点确定模块：用于利用航路点定位算法计算航线的航路点坐标，确定离场图、进场图以及进近图中航路点的位置；
航线确定模块：用于基于机载设备记录的数据利用积分航迹算法生成航路航线和地面滑行路线，基于航路点坐标的直接连线生成离场航线、进场航线和进近航线；
高度叠加模块：用于对离场航线、进场航线、进近航线、航路航线以及地面滑行路线叠加高度数据；
高度修正模块：用于采用温度补偿算法对进近航线的高度进行修正；
水平面修正模块：用于采用空中航路阶段修正算法对航路航线进行水平面修正，采用地理特征点算法对地面滑行路线进行水平面修正；
输出模块：用于将航线数据以及地形实景输入到Web GIS数字地球软件中，得到3D航空地图。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述任一项所述的基于数字地球的3D航空地图构建方法中的各个步骤。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请基于中国航行资料汇编中记载的数据以及机载设备记录的数据通过航路点以及积分航迹算法生成离场航线、进场航线、进近航线、航路航线以及地面滑行路线，构建飞机起飞、爬升、下降、进近着陆和地面滑行的3D标准航迹，对航线叠加高度数据，解决现有技术都是以二维平面坐标系显示航线，航线没有纵深，无法全面有效地了解飞机在空间中的运动轨迹的问题，然后分别通过温度补偿算法、空中航路阶段修正算法以及地理特征点算法对航线中的进近航线进行高度补偿，对航路航线以及地面滑行路线进行水平面补偿，使得本方案中的航线更加精准，最后将航线数据以及地形实景输入到Web GIS数字地球软件中，生成包含地形背景的航线图，以解决现有技术中，航线显示背景多为空白或简单的地形符号，没有融合真实的地形场景显示，驾驶员无法在查阅航图时准确感知航线与所处地理空间的位置关系，很难建立有效的地形情景意识，存在潜在的风险点的问题。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的基于数字地球的3D航空地图构建方法的流程示意图；
图2是根据另一示例性实施例示出的双台ρ/θ定位算法的原理示意图；
图3是根据另一示例性实施例示出的双台θ/θ定位算法的原理示意图；
图4是根据另一示例性实施例示出的双台ρ/ρ定位算法的原理示意图；
图5是根据另一示例性实施例示出的锯齿状航迹的示意图；
图6是根据另一示例性实施例示出的基于数字地球的3D航空地图构建装置的***示意图；
附图中：1-数据获取模块，2-标绘模块，3-航路点确定模块，4-航线确定模块，5-高度叠加模块，6-高度修正模块，7-水平面修正模块，8-输出模块。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例一
图1是根据一示例性实施例示出的基于数字地球的3D航空地图构建方法的流程示意图，如图1所示，包括：
S1，获取航线数据，所述航线数据包括中国航行资料汇编中记载的数据以及机载设备记录的数据；
S2，基于航线数据标绘航线的机场位置以及跑道方向；
S3，利用航路点定位算法计算航线的航路点坐标，确定离场图、进场图以及进近图中航路点的位置；
S4，基于机载设备记录的数据利用积分航迹算法生成航路航线和地面滑行路线，基于航路点坐标的直接连线生成离场航线、进场航线和进近航线；
S5，对离场航线、进场航线、进近航线、航路航线以及地面滑行路线叠加高度数据；
S6，采用温度补偿算法对进近航线的高度进行修正；
S7，采用空中航路阶段修正算法对航路航线进行水平面修正，采用地理特征点算法对地面滑行路线进行水平面修正；
S8，将航线数据以及地形实景输入到Web GIS数字地球软件中，得到3D航空地图；
可以理解的是，本申请对仪表飞行航迹的3D构建主要参考中国民航局出版的中国航行资料汇编中规定的飞行程序进行3D构建，其中选取滑行路线图、航路图、标准仪表离场图、标准仪表进场图和仪表进近图，重点构建飞机起飞、爬升、下降、进近着陆和地面滑行的3D标准航迹。此外，除航图数据外，部分数据来自机载设备记录的飞行数据，然后标绘基本位置，包括标绘机场位置、跑道方向和航路点，其中标绘航路点位置最为重要，利用航路点定位算法以确定离场图、进场图、进近图中航路点的位置，通过航路点的直接连线确定离场航线、近场航线以及进近航线；基于机载数据利用积分航迹算法生成航路航线和地面滑行路线，对生成的航线叠加高度数据，解决现有技术都是以二维平面坐标系显示航线，航线没有纵深，无法全面有效地了解飞机在空间中的运动轨迹的问题；为了提高航线的精准度，通过温度补偿算法对进近航线的高度进行修正，采用空中航路阶段修正算法对航路航线进行水平面修正，采用地理特征点算法对地面滑行路线进行水平面修正，将修正后的航线数据以及地形实景一并输入到Web GIS数字地球软件中，得到3D航空地图，Web GIS是指基Internet平台、客户端应用软件，采用WWW协议运行在万维网上的地理信息***。它以WWW的Web页面作为GIS软件的用户界面，把Internet和GIS技术结合在一起。数字地球采用的是基于B/S模式的Web GIS技术。飞行航迹显示需要涉及到地形地貌、机场、道路、建筑物、空地等大量的地理信息数据，通过利用GIS的图形处理技术、测绘技术和可视化技术，为飞行航迹所在地段的地形地貌显示提供了保证；解决现有技术中，航线显示背景多为空白或简单的地形符号，没有融合真实的地形场景显示，驾驶员无法在查阅航图时准确感知航线与所处地理空间的位置关系，很难建立有效的地形情景意识，存在潜在的风险点的问题，最后与平面航图核对，检查一致性，完成制作。
优选地，
所述基于机载设备记录的数据利用积分航迹算法生成航路航线和地面滑行路线包括：
获取机载设备中一次飞行活动作为标准飞行航迹，获取标准飞行航迹中的飞行数据；
建立空间直角坐标系，根据飞行数据中的磁航向角、偏流角以及航迹角数据将地速投影到三个笛卡儿坐标轴；
根据机载设备记录飞行速度、航向、航迹角和偏流角的频率，通过数值积分得出飞机的位移，飞机沿一个方向的位移即为沿该方向的每秒一次的速度累加值，得到航路航线和地面滑行路线；
可以理解的是，航路图中绘制的航线是飞机起降阶段之间使用的航线计划，这部分航线范围广，距离远，如果仅是构建关键航路点，然后通过直接连接前后航路点的方法构建航线的话，航迹为锯齿状，存在不合理拐点，如附图5所示，故需要利用算法优化飞行航迹，使其过渡平滑，更贴近实际运行。此外，地面滑行图中虽然绘制了地面滑行路线，但是和构建航路图遇到的问题类似，直接连接前后地面位置点的方法构建航线不够平滑，而且很多机场并没有公布地面滑行路线图。所以，使用机载设备记录的飞行数据的积分航迹算法适用于航路图和滑行路线图中航迹的3D构建；根据筛选，选取一次飞行活动为标准飞行航迹。根据机载设备记录的飞行数据中的飞机地速、航向角、偏流角、航迹角等参数，建立航迹积分计算模型，具体计算步骤如下：
(1)建立空间直角坐标系。规定x为东向坐标，y为垂向坐标，z为北向坐标；
(2)地速矢量分解。根据飞行姿态数据磁航向角、偏流角及航迹角，将地速投影到三个笛卡儿坐标轴，公式如下：
式中，Vg为地速，β为航迹角，为航向角，ψ为偏流角。Vy是垂向速度，Vx是东向速度，Vz是北向速度；
(3)积分计算航迹。由于记录器对飞机的速度、航向、航迹角和偏流角的记录频率是每秒一次，所以飞机的位移计算可通过数值积分得出，飞机沿一个方向的位移就是沿这个方向的每秒一次的速度累加值。假设时间从t0变到t，数值积分公式可表示如下：
式中，Vx(i)、Vy(i)和Vz(i)分别是某时刻东向、垂向、北向三个离散速度分量值，x、y、z分别是东向、垂向和北向的位移量。
优选地，
所述采用温度补偿算法对进近航线的高度进行修正包括：
获取机场跑道的入口标高、机场温度以及航图公布的各定位点的程序高度；
通过高于平均海平面的入口标高以及机场温度计算相对于ISA温度的温度偏差；
基于相对于ISA温度的温度偏差，通过气压高度的修正补偿公式获取到修正高度，通过修正高度对程序高度进行修正；
可以理解的是，由于机载气压式高度表提供的高度数值是基于ISA条件，若测量的基准面气温和气温垂直递减率不符合ISA条件时会导致高度指示偏差。我国气候基本特征表明，东北、华北以及西北的部分地区常年冬季连续出现极端低温，最低温度均低于-40℃，由于低温误差会造成指示高度偏高现象，从而减小飞行安全裕度。因此，构建3D航线的垂直剖面时应对气压高度进行温度补偿，本申请使用ICAO DOC 8168中提供气压高度的修正补偿公式：
式中，△h＝温度修正量；△TSTD＝相对于ISA温度的温度偏差；L0＝在ISA第一层(海平面至对流层顶)中气压高度温度标准递减率；hFAP＝FAP处高于入口的程序高；T0＝在海平面的标准温度(288.15K)；hTHR＝高于平均海平面的入口标高；例如：北方某机场跑道入口标高456ft，机场温度-20℃，航图公布的程序高度MSA＝3000ft，IAF＝3940ft，IF＝FAF＝2300ft，DA＝657ft。根据温度修正公式，△TSTD＝-20－(15-0.0019812*456)＝-34.1℃；L0＝0.0019812℃/ft；T0＝288.15K；hTHR＝456ft；高度偏差如下表所示。在构建3D航线的垂直剖面时，应根据机场报告的气温值，按照表格中的实际高度构建。
优选地，
所述采用空中航路阶段修正算法对航路航线进行水平面修正包括：
根据飞行进程划分组别，并分别计算直接连线航迹和积分航迹的平均位置得到直接连线航迹与积分航迹的平均偏差，根据平均偏差得到航迹修正量；
通过航迹修正量对积分航迹的水平面进行修正，得到修正航迹；
可以理解的是，积分航迹平滑且连续，但存在迭代计算的累计误差；直接连线航迹为锯齿状，存在不合理拐点，但误差稳定。因此，需要对积分航迹进行修正。修正方法根据飞行进程划分组别，分别计算直接连线航迹和积分航迹的平均位置，即可得到航迹修正量(△xi，△yi)如下式所示：
其中为第j条记录数据对应的直接连线航迹；/>为第j条记录数据对应的积分航迹；i为记录组编号；m为记录组的大小；Δxi为第i组记录航迹的平均偏差在x方向的分量；Δzi为第i组记录航迹的平均偏差在z方向的分量。计算出与直接连线航迹的积分航迹的平均偏差后，即可按下式对积分航迹进行修正，得到修正航迹，即：
其中，k为记录编号；为积分航迹；/>为经过直接连线航迹正后的航迹。
优选地，
所述采用地理特征点算法对地面滑行路线进行水平面修正包括：
获取每段积分航迹的起始点和结束点并作为两个地理特征点；
通过地图投影的经纬度转换公式，将两个地理特征点的位置数据分别转换成直角坐标；
根据起始点的直角坐标与经纬度数据确定起始点偏差值，根据结束点的直角坐标与经纬度数据确定结束点偏差值；
根据起始点偏差值以及结束点偏差值分别对起始点的定位结果以及结束点的定位结果进行修正；
可以理解的是，因重构航线较长、航路点较多，数据计算的累积误差会导致重构3D航线与真实航线位置存在偏差。在没有地形参考时，航迹偏差不明显；一旦有地形参考时，如机场、跑道等地形实景，就需要考虑重构航迹与地理信息的匹配问题。因此，研究采用地理特征点修正模型。每段航迹积分的起始点和结束点为两个地理特征点，特征点为地面运行的关键位置，一般不存在偏差，其经纬度数据可以从航行资料中直接获取，并通过地图投影的经纬度转换公式，可将特征点位置数据转换成直角坐标。根据墨卡托投影特点，经纬度转换公式如下：
其中，
式中，(B0，L0)为坐标原点的经纬度，(B，L)为任意点经纬度，对应的直角坐标为(X，Z)，a、b、e、e’分别为地球椭球体的长半轴、短半轴、第一偏心率和第二偏心率，N为卯酉圈曲率半径；起飞地面段的起止特征点分别为停机位置点和离地点，着陆地面段的起止特征点分别为接地点和停机位置点。偏差值由每段起止点对应的经纬度数据与特征点数据之差确定，即△Xn＝XIn–XTn，△Zn＝ZIn–ZTn，其中，(XIn，ZIn)、(XTn，ZTn)分别为起始特征点的数据和经纬度数据。△Xn’＝XIn’–XTn’，△Zn’＝ZIn’–ZTn’，其中，(XIn’，ZIn’)、(XTn’，ZTn’)分别为结束特征点数据和经纬度数据。根据误差修正量随时间递增可采用下列公式对定位结果进行修正；
其中，第一个公式为根据起始特征点对定位结果进行的修正，i＝0，1，2，3，....n/2，n为航路点的数量；第二个公式为根据结束特征点对定位结果进行的修正，i＝n/2，n/2+1，n/2+2，n/2+3，....n，n为航路点的数量，按时间序列排列。
优选地，
所述利用航路点定位算法计算航线的航路点坐标包括：
通过星基航路点定位算法或陆基航路点定位算法计算航线的航路点坐标；
可以理解的是，星基航路点是利用PBN导航规范设计的航线，导航设施主用GNSS+INS的组合导航源，其中GNSS(全球导航卫星***)目前国内以使用GPS为主。GPS航路点可以直接使用经纬度坐标定位，这些数据可以通过导航数据库资料获得。因此，绘制星基航路点时可以直接在数字地球中添加点的经纬度坐标。
优选地，
所述星基航路点定位算法包括：通过全球导航卫星***获取到航路点的经纬度坐标，通过经纬度坐标直接定位航路点；
所述陆基航路点定位算法包括：双台定位算法或单台定位算法；
所述双台定位算法包括：双台ρ/θ定位算法、双台θ/θ定位算法以及双台ρ/ρ定位算法；
可以理解的是，陆基导航设备主要包括VOR(甚高频全向信标台)、DME(测距机)、ILS(仪表着陆***)等。陆基导航设备原理是通过向空中发射无线电定位信号，飞机接收后判断与陆基导航设备的位置关系，监控飞机离预选航道的偏差。考虑到目前陆基导航设备一般采用的双台、单台的定位形式，利用导航台提供的方位和距离参数，完成对航路点的交叉定位，通过完成航路点的坐标转换，最终实现与WGS-84坐标的完全吻合。
双台ρ/θ定位：
定义：A点为航迹引导电台，B点为侧方定位电台；
已知条件(通过查阅航行资料可以直接获得)：A点的纬度NA，A点的经度EA，B点的纬度NB，B点的经度EB，A点发出径向线的真方位角TCA，B点为圆心的半径r；
如附图2中的a所示，AB＞r＞BE，A点在圆外，径向线与圆相交，交点分别为C(距离A较近的一点)、D(距离A较远的一点)，C、D为所求坐标点：
NC＝CalN(NA，TCA，LAC)，EC＝CalE(NA，EA，TCA，LAC)；
ND＝CalN(NA，TCA，LAD)，ED＝CalE(NA，EA，TCA，LAD)
如附图2中的b所示，AB＞r＝BE，A点在圆外，且径向线与圆相切，E为所求坐标点：
NE＝CalN(NA，TCA，LAE)，EE＝CalE(NA，EA，TCA，LAE)
如附图2中的c所示，r＞AB＞0，径向线与圆交点为D，D点即为所求坐标点：
ND＝CalN(NA，TCA，LAD)，ED＝CalE(NA，EA，TCA，LAD)
如附图2中的d所示，BE＞r，AE与圆没有交点，该情况下无解。
双台θ/θ定位：
定义：A、B两点分为导航台1和2，提供径向线CRS1和CRS2；
已知条件(通过查阅航行资料可以直接获得)：A点的纬度NA，A点的经度EA，B点的纬度NB，B点的经度EB，A点所发出径向线的真方位角TCA，B点所发出径向线的真方位角TCB；
如附图3中的a所示，C为所求坐标点：
NC＝CalN(NA，TCA，LAC)，EC＝CalE(EA，NA，TCA，LAC)
如附图3中的b所示，如果A、B两点的径向线相互平行，满足TCA＝TCB或TCA＝TCB±180，此情况无交点；
如附图3中的c所示，如果A、B同为一点，则两条径向线的交点为A或B的经纬度坐标。
双台ρ/ρ定位：
定义：A点为导航台1，提距离信息r1；B点为导航台2，提供距离信息r2；
已知条件(通过查阅航行资料可以直接获得)：A点的纬度NA，A点的经度EA，B点的纬度NB，B点的经度EB，A点为圆心的圆半径rA，B点为圆心的圆半径rB；
如附图4中的a所示，C、D为所求坐标点：
NC＝CalN(NA，TCAB-A，LAC)，EC＝CalE(EA，NA，TCAB-A，LAC)；
ND＝CalN(NA，TCAB+A，LAD)，ED＝CalE(EA，NA，TCAB+A，LAD)
如附图4中的b所示，A、B两圆不相交，满足CalNm(NA，EA，NB，EB)＜|rA-rB|，此种情况无交点；
如附图4中的c所示，A、B两圆不相交，满足CalNm(NA，EA，NB，EB)＞rA+rB，此种情况无交点。
单台定位(VOR/DME合装)：
单台角距定位是在已知A点的经纬度，TC和AB的长度情况下，计算B点的经纬度。其中，C点北极点(纬度为90°，经度为0°)，地球球心为O点：
EB＝EA+C，NB＝90-a【a＝arccos(sinNAcosc+cosNAsinccosA)】
上述定位算法中出现的自定义函数如下表所示：
实施例二
本实施例还公开了基于数字地球的3D航空地图构建装置的***示意图，如附图6所示，包括：
数据获取模块1：用于获取航线数据，所述航线数据包括中国航行资料汇编中记载的数据以及机载设备记录的数据；
标绘模块2：用于基于航线数据标绘航线的机场位置以及跑道方向；
航路点确定模块3：用于利用航路点定位算法计算航线的航路点坐标，确定离场图、进场图以及进近图中航路点的位置；
航线确定模块4：用于基于机载设备记录的数据利用积分航迹算法生成航路航线和地面滑行路线，基于航路点坐标的直接连线生成离场航线、进场航线和进近航线；
高度叠加模块5：用于对离场航线、进场航线、进近航线、航路航线以及地面滑行路线叠加高度数据；
高度修正模块6：用于采用温度补偿算法对进近航线的高度进行修正；
水平面修正模块7：用于采用空中航路阶段修正算法对航路航线进行水平面修正，采用地理特征点算法对地面滑行路线进行水平面修正；
输出模块8：用于将航线数据以及地形实景输入到Web GIS数字地球软件中，得到3D航空地图；
可以理解的是，本申请通过数据获取模块1获取航线数据，所述航线数据包括中国航行资料汇编中记载的数据以及机载设备记录的数据；通过标绘模块2基于航线数据标绘航线的机场位置以及跑道方向；通过航路点确定模块3利用航路点定位算法计算航线的航路点坐标，确定离场图、进场图以及进近图中航路点的位置；通过航线确定模块4基于机载设备记录的数据利用积分航迹算法生成航路航线和地面滑行路线，基于航路点坐标的直接连线生成离场航线、进场航线和进近航线；通过高度叠加模块5对离场航线、进场航线、进近航线、航路航线以及地面滑行路线叠加高度数据；通过高度修正模块6采用温度补偿算法对进近航线的高度进行修正；通过水平面修正模块7采用空中航路阶段修正算法对航路航线进行水平面修正，采用地理特征点算法对地面滑行路线进行水平面修正；通过输出模块8将航线数据以及地形实景输入到Web GIS数字地球软件中，得到3D航空地图。通过上述方案，解决现有技术中，无论纸板航图还是电子航图都是以二维平面坐标系显示航线，航线没有纵深，无法全面有效地了解飞机在空间中的运动轨迹，以及航线显示背景多为空白或简单的地形符号，没有融合真实的地形场景显示，驾驶员无法在查阅航图时准确感知航线与所处地理空间的位置关系，很难建立有效的地形情景意识，存在潜在的风险点的问题。
实施例三
本实施例还公开了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述任一项所述的基于数字地球的3D航空地图构建方法中的各个步骤；
可以理解的是，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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 (9)
1.基于数字地球的3D航空地图构建方法，其特征在于，所述方法包括：
获取航线数据，所述航线数据包括中国航行资料汇编中记载的数据以及机载设备记录的数据；
基于航线数据标绘航线的机场位置以及跑道方向；
利用航路点定位算法计算航线的航路点坐标，确定离场图、进场图以及进近图中航路点的位置；
基于机载设备记录的数据利用积分航迹算法生成航路航线和地面滑行路线，基于航路点坐标的直接连线生成离场航线、进场航线和进近航线；
对离场航线、进场航线、进近航线、航路航线以及地面滑行路线叠加高度数据；
采用温度补偿算法对进近航线的高度进行修正；
采用空中航路阶段修正算法对航路航线进行水平面修正，采用地理特征点算法对地面滑行路线进行水平面修正；
将航线数据以及地形实景输入到Web GIS数字地球软件中，得到3D航空地图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述基于机载设备记录的数据利用积分航迹算法生成航路航线和地面滑行路线包括：
获取机载设备中一次飞行活动作为标准飞行航迹，获取标准飞行航迹中的飞行数据；
建立空间直角坐标系，根据飞行数据中的磁航向角、偏流角以及航迹角数据将地速投影到三个笛卡儿坐标轴；
根据机载设备记录飞行速度、航向、航迹角和偏流角的频率，通过数值积分得出飞机的位移，飞机沿一个方向的位移即为沿该方向的每秒一次的速度累加值，得到航路航线和地面滑行路线。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述采用温度补偿算法对进近航线的高度进行修正包括：
获取机场跑道的入口标高、机场温度以及航图公布的各定位点的程序高度；
通过高于平均海平面的入口标高以及机场温度计算相对于ISA温度的温度偏差；
基于相对于ISA温度的温度偏差，通过气压高度的修正补偿公式获取到修正高度，通过修正高度对程序高度进行修正。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述采用空中航路阶段修正算法对航路航线进行水平面修正包括：
根据飞行进程划分组别，并分别计算直接连线航迹和积分航迹的平均位置得到直接连线航迹与积分航迹的平均偏差，根据平均偏差得到航迹修正量；
通过航迹修正量对积分航迹的水平面进行修正，得到修正航迹。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述采用地理特征点算法对地面滑行路线进行水平面修正包括：
获取每段积分航迹的起始点和结束点并作为两个地理特征点；
通过地图投影的经纬度转换公式，将两个地理特征点的位置数据分别转换成直角坐标；
根据起始点的直角坐标与经纬度数据确定起始点偏差值，根据结束点的直角坐标与经纬度数据确定结束点偏差值；
根据起始点偏差值以及结束点偏差值分别对起始点的定位结果以及结束点的定位结果进行修正。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，
所述利用航路点定位算法计算航线的航路点坐标包括：
通过星基航路点定位算法或陆基航路点定位算法计算航线的航路点坐标。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述星基航路点定位算法包括：通过全球导航卫星***获取到航路点的经纬度坐标，通过经纬度坐标直接定位航路点；
所述陆基航路点定位算法包括：双台定位算法或单台定位算法；
所述双台定位算法包括：双台ρ/θ定位算法、双台θ/θ定位算法以及双台ρ/ρ定位算法。
8.基于数字地球的3D航空地图构建装置，其特征在于，所述装置包括：
数据获取模块：用于获取航线数据，所述航线数据包括中国航行资料汇编中记载的数据以及机载设备记录的数据；
标绘模块：用于基于航线数据标绘航线的机场位置以及跑道方向；
航路点确定模块：用于利用航路点定位算法计算航线的航路点坐标，确定离场图、进场图以及进近图中航路点的位置；
航线确定模块：用于基于机载设备记录的数据利用积分航迹算法生成航路航线和地面滑行路线，基于航路点坐标的直接连线生成离场航线、进场航线和进近航线；
高度叠加模块：用于对离场航线、进场航线、进近航线、航路航线以及地面滑行路线叠加高度数据；
高度修正模块：用于采用温度补偿算法对进近航线的高度进行修正；
水平面修正模块：用于采用空中航路阶段修正算法对航路航线进行水平面修正，采用地理特征点算法对地面滑行路线进行水平面修正；
输出模块：用于将航线数据以及地形实景输入到Web GIS数字地球软件中，得到3D航空地图。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-7任一项所述的基于数字地球的3D航空地图构建方法中的各个步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211408962.1A CN115655260B (zh) | 2022-11-11 | 2022-11-11 | 基于数字地球的3d航空地图构建方法、装置及存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211408962.1A CN115655260B (zh) | 2022-11-11 | 2022-11-11 | 基于数字地球的3d航空地图构建方法、装置及存储介质 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115655260A CN115655260A (zh) | 2023-01-31 |
| CN115655260B true CN115655260B (zh) | 2024-06-07 |
Family
ID=85021437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211408962.1A Active CN115655260B (zh) | 2022-11-11 | 2022-11-11 | 基于数字地球的3d航空地图构建方法、装置及存储介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115655260B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116680493B (zh) * | 2023-08-04 | 2023-10-20 | 中航信移动科技有限公司 | 一种航线地图数据预缓存方法、存储介质及电子设备 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10611475B1 (en) * | 2018-09-12 | 2020-04-07 | Amazon Technologies, Inc. | Updating virtual aerial map using sensors associated with aerial vehicles |
| CN111627108A (zh) * | 2020-05-22 | 2020-09-04 | 邹仲恒 | 一种基于ar显示技术的通航机场低空航图及其实现*** |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3086450B1 (fr) * | 2018-09-25 | 2021-05-21 | Thales Sa | Procede et dispositif electronique de gestion de l'affichage d'une cartographie aeronautique, programme d'ordinateur et systeme d'affichage associes |
-
2022
- 2022-11-11 CN CN202211408962.1A patent/CN115655260B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10611475B1 (en) * | 2018-09-12 | 2020-04-07 | Amazon Technologies, Inc. | Updating virtual aerial map using sensors associated with aerial vehicles |
| CN111627108A (zh) * | 2020-05-22 | 2020-09-04 | 邹仲恒 | 一种基于ar显示技术的通航机场低空航图及其实现*** |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于MyEclipse开发环境的低空目视航图***构建;王吉;陈博;史俊辰;符芳婵;;航空工程进展;20190428(02);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115655260A (zh) | 2023-01-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6216065B1 (en) | Method and system for creating an approach to a position on the ground from a location above the ground | |
| CN105243173A (zh) | 基于性能的导航飞行程序计算机虚拟环境仿真校验*** | |
| US8234058B1 (en) | System, module, and method for generating procedure data used in an avionics system | |
| US6571155B2 (en) | Assembly, computer program product and method for displaying navigation performance based flight path deviation information | |
| US8718915B1 (en) | System, module, and method for generating an image of a flight route corridor on a display unit | |
| US20110208374A1 (en) | Methods and systems for displaying predicted downpath parameters in a vertical profile display | |
| US9389082B2 (en) | System and method for automatic generation of aerodrome surface movement models | |
| US6308132B1 (en) | Method and apparatus for displaying real time navigational information | |
| CN115655260B (zh) | 基于数字地球的3d航空地图构建方法、装置及存储介质 | |
| US10803657B2 (en) | Method, apparatus, and computer program product for dynamic flight range visualization | |
| CN114594457A (zh) | 一种多波段光电***动态三维数据精度的测试装置及方法 | |
| US11222548B2 (en) | Navigation performance in urban air vehicles | |
| CN113553049B (zh) | 一种将飞行程序转换为aixm数据结构的方法 | |
| CN106597446A (zh) | 融合无线电高度表信息的mls盲区着陆引导方法 | |
| Gulin et al. | BIM of transport infrastructure–practical aspects of data collection for DTM creation | |
| Sachs et al. | Flight testing synthetic vision for precise guidance close to the ground | |
| Gebre‐Egziabher et al. | An Inexpensive DME‐Aided Dead Reckoning Navigator | |
| CN114912517B (zh) | 一种基于airac周期航空导航数据融合及图形化校验方法 | |
| Omorodion | Evolution of Navigation Displays for Urban Air Mobility Vehicles | |
| Gebre-Egziabher et al. | A DME based area navigation systems for GPS/WAAS interference mitigation in general aviation applications | |
| Uddin et al. | Airport obstruction space management using airborne lidar three-dimensional digital terrain mapping | |
| Kozlov et al. | Aero Radionavigation | |
| Rogova et al. | Location-based applications, services and technologies in aid of flight planning and GPS-based navigation for visual flight rules in developing countries: with a case study | |
| Banning et al. | Changing from Magnetic to True Tracks in Aviation | |
| Pamplona et al. | Performance comparison between conventional and PBN air navigation procedures: A case study on the route connecting Campinas airport to Santos Dumont airport |
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 |