DE60308413T2

DE60308413T2 - Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten und analysieren von digitalen gelände daten.

Info

Publication number: DE60308413T2
Application number: DE60308413T
Authority: DE
Inventors: Yigal Moscovitz; Sergey Vichic; Michal Attia; Rami Ben-Ari
Original assignee: Rafael Advanced Defense Systems Ltd
Current assignee: Rafael Advanced Defense Systems Ltd
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2023-12-20
Also published as: CA2508320C; ATE339672T1; EP1573269B1; EP1573269A2; US20060184327A1; WO2004057268A2; IL153535A; CA2508320A1; US7403856B2; IL153535A0; AU2003292503A8; DE60308413D1; WO2004057268A3; AU2003292503A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Gebiete der Datenverarbeitung, Einsatzplanung, Einsatzausführung und des Digitalen Geländemodellierens (DGMO). Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verarbeiten und Analysieren Digitaler Geländehöhendaten (DGHD) zur Einsatzplanung und Online-Neuplanung.
Allgemeiner Stand der Technik
Digitale Geländehöhendaten (DGHD) bestehen im Allgemeinen aus einer zweidimensionalen Reihe von Geländehöhenpunkten, von denen jeder die Höhe eines Geländepunkts über dem Meeresspiegel angibt. Daher stellen sie eine zweckmäßige Geländekarte für die Computerdarstellung und -analyse dar. Anders als gewöhnliche topographische Karten, die Gelände durch durchgehende Konturlinien gleicher Höhen darstellen, besteht ein DGHD aus gleich beabstandeten Geländehöhepunkten und wird zur Konstruktion von Digitalen Geländemodellen (DGM) entsprechend den besonderen Anforderungen der speziellen beabsichtigten Verwendung analysiert und verarbeitet.
In der US 5,086,396 wird beispielsweise zur Erzeugung von DGMs zur Unterstützung der Flugnavigation und der Einsatzverwaltung ein DGHD verwendet, bei dem die Abstände zwischen benachbarten Punkten 300 Fuß betragen. Das DGHD wird zur Erzeugung von DGMs verwendet, in denen Oberflächen, die potenzielle Gefahren (z.B. Kollision) für das Luftfahrzeug in seiner Höhe darstellen, in verschiedenen Farben entsprechend ihrem Gefährlichkeitsgrad dargestellt werden. Derartige DGMs können einfach erzeugt werden, indem auf die DGHD ein Schwellwert bezüglich der Höhe des Luftfahrzeugs angelegt wird. Dieser Arbeitsgang erfordert jedoch die Berechnung von jedem einzelnen Punkt in dem interessierenden DGHD, was zu einer kostenintensiven Berechnungszeit führen kann.
Die Berechnungskomplexität und Verarbeitungszeit, die zum Analysieren von DGHD erforderlich ist, kann ein noch größeres Problem darstellen, wenn die Beziehungen zwischen den DGHD-Punkten untersucht werden müssen, um ausgeklügelte DGMs zu extrahieren. In der US 5,504,686 werden verschiedene DGMs aus einem DGHD konstruiert, in dem die Abstände zwischen benachbarten Punkten in der Regel 800 Meter betragen. In dem Patent werden für die Einsatzplanung „Verbergungsmöglichkeits"- und „Flugmöglichkeits"-DGMs erzeugt. Das „Verbergungsmöglichkeits"-DGM wird durch Einsetzen einer „Verbergungsmöglichkeits-Transformation" an jeden einzelnen Punkt in den DGHD erhalten. Die „Verbergungsmöglichkeits-Transformation" wird durch Berechnen einer Sichtlinienfläche zwischen jedem Punkt in dem DGHD und jedem einzelnen Punkt in einer Fläche mit einem Radius R erhalten (in der Größenordnung von 30 Meilen, d.h. Berechnen einer Sichtlinienfläche zu mehr als 11220 Punkten in diesem Radius). Analog wird das Flugmöglichkeits-DGM durch Berechnen eines „Neigungs"-Werts zu jedem einzelnen Punkt in dem DGHD erzeugt, welcher auf den Höhen der acht in seiner Nähe befindlichen Punkte basiert.
Durch einen solchen Ansatz wird eine umfangreiche Datenbank erzeugt, von der schließlich der Großteil unverwendet bleibt und daher unnötig ist. Ein anderes Resultat dieses Ansatzes ist eine lange Speicher- und Verarbeitungszeit, die zum Ausführen einer spezifischen Abfrage in einer solchen Datenbank erforderlich ist.
Die Erzeugung derartiger ausgeklügelter DGMs bringt, wie Fachleuten klar sein wird, viele komplexe Berechnungen mit sich und führt somit zu einer erheblich langen Berechnungszeit, die in Echtzeitanwendungen nicht hinnehmbar ist. Es besteht daher ein großer Bedarf an verbesserten DGHD-Verarbeitungs- und -Analyseverfahren, welche die schnellere Verarbeitung ermöglichen und weniger Berechnungen in dem DGM-Erzeugungsprozess mit sich bringen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Systems für die schnelle und effiziente Erzeugung von Digitalen Geländemodellen (DGMO) unter Verwendung einer vereinfachten und kompakten Darstellung von DGHD-Punkten.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Systems zur DGMO-Erzeugung, das für jeden Punkt des interessierenden Gebiets einen minimalen Datensatz erfordert und in einer komprimierten Form effizient gespeichert werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Systems zur Einsatzplanung mittels Geländeanalyse und -untersuchung über Online-Aktualisierung und -Abfragen von DGMOs.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Systems zur Erhöhung der Komprimierungsrate der für die Konstruktion von Digitalen Einsatzgeländemodellen (DEGMOs) für große Geländebereiche erforderlichen Daten.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Systems zum Minimieren der Abfragezeit, die notwendig ist, um die zur Konstruktion von DEGMOs erforderlichen Informationen zu erhalten, und um relevante Daten von DEGMOs zu erhalten.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Systems für die Online-Abfrage des Einsatzzustands, wie beispielsweise die Exponierbarkeit von Gebieten, und Dominanz/Schwäche-Gebietskarten.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Systems für die Online-Analyse des Einsatzzustands in Kombination mit Kommunikationsfähigkeit, Exponierbarkeit und Einsatzbedingungen wie Wetterbedingungen und Fahrzeugleistungskurve.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden mit fortschreitender Beschreibung ersichtlich werden.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und ein System zum Verarbeiten und Analysieren von Geländedaten zur Einsatzplanung und Einsatz-Neuplanung bereit. Der Begriff „Einsatzfahrzeug" (z.B. Luftfahrzeug) wird hierin verwendet, um auf Transportmittel Bezug zu nehmen, die in der Lage sind, die zur Ausführung des Einsatzes erforderlichen Mittel (z.B. die Einsatzkräfte) entsprechend der Einsatzaufgabe zu liefern. Mit dem Begriff „Fahrzeugleistung" soll auf die Merkmale der Transportmittel, wie beispielsweise Schnelligkeit, physikalische Beschränkungen, wie zum Beispiel die Höhe, usw., Bezug genommen werden.
Der Begriff Höhe wird hierin verwendet, um auf die bezüglich des Meeresspiegels gemessene Höhe Bezug zu nehmen, und die Begriffe „exponierbare Höhe" und „Sichtlinie" werden hierin verwendet, um auf DGHD- Punkte Bezug zu nehmen, für die von einem Punkt zu einem anderen Punkt ein Sichtkontakt hergestellt werden kann, und sie sollen sich außerdem auf die unter Verwendung optischer Ausrüstung, wie zum Beispiel digitaler/analoger Kameras und anderer Arten von Erfassungsgeräten, erzielbare Sichtfähigkeit beziehen. Der Begriff „Exponierbarkeitsbedingungen" bezieht sich auf Geländemerkmale, die die Bestimmung des Azimuths, der Entfernung und/oder der Höhe des Anflugs ermöglichen, in der ein Einsatzfahrzeug/Einsatzkräfte dem Einsatzziel gegenüber exponiert sind und umgekehrt, das heißt, die Geländemerkmale, die die Bestimmung des Azimuths, der Entfernung und/oder der Höhe des Anflugs ermöglichen, in der das Einsatzziel dem Einsatzfahrzeug/den Einsatzkräften gegenüber exponiert ist. Der Begriff „Beschränkungswinkel" bezieht sich auf die Sichtbarkeitsbeschränkungen, die infolge der Nutzlast des Einsatzfahrzeugs und/oder der optischen Ausrüstung (z.B. Kardanrahmenwinkel) vorliegen.
Der Begriff Zustand des Einsatzfahrzeugs/der Einsatzkräfte bezieht sich auf den exakten Standort und die Ausrichtung im dreidimensionalen Raum des Einsatzfahrzeugs/der Einsatzkräfte. Der Zustand des Einsatzfahrzeugs/der Einsatzkräfte ist während der Einsatzplanungsstufen normalerweise ungewiss und wird in der Regel während progressiver Stufen aufgelöst, nachdem eine optimale Bahn bestimmt worden ist. Der Begriff Ziel wird hierin verwendet, um auf Geländebodenpunkte Bezug zu nehmen, die sich in dem interessierenden Einsatzgebiet befinden (z.B. Einsatzziel).
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zum Verarbeiten und Analysieren digitaler Geländedaten. Die Geländedaten werden in Form von Digitalen Geländehöhendaten (DGHD) erhalten. Der allgemeine Anflugazimuth des Einsatzfahrzeugs/der Einsatzkräfte und der Sichtbarkeitsbeschränkungswinkel werden zum Festlegen von Richtungsfächern verwendet, wobei der allgemeine Anflugazimuth vorzugsweise der Azimuth von einem Ausgangspunkt zu dem Ziel des Einsatzfahrzeugs/der Einsatzkräfte ist. Die Richtungsfächer legen eine Winkelfläche fest und enthalten Datensätze einschließlich der Sichtlinienangaben zwischen einem Quellpunkt und anderen DGHD-Punkten der Winkelfläche des Fächers. Die Winkelfläche des Richtungsfächers ist das Winkelgebiet, das einen Scheitelpunkt an dem Fächerquellpunkt aufweist und eine Fläche, die durch den Fächeröffnungswinkel, den Fächerazimuth und den Maximalbereich für die Geländeanalyse festgelegt ist, wobei der Fächerazimuth vorzugsweise durch den Azimuth des Bisektors des Öffnungswinkels festgelegt ist und der Maximalbereich für die Geländeanalyse die maximale Entfernung zwischen dem Fächerquellpunkt und anderen Punkten in der Winkelfläche des Fächers festlegt.
Mindestens ein Richtungsfächer wird aus mindestens einem Quellpunkt in den DGHD konstruiert, welcher die Sichtlinienangaben zwischen dem Quellpunkt und den DGHD-Punkten, die sich in dem Richtungsfächer befinden, enthält. Optional können die Daten der Richtungsfächer komprimiert werden, indem eine Datentransformation eingesetzt wird, um eine kompakte Datenanordnung zu erhalten. Die Richtungsfächerdaten können dann zur Unterstützung der Einsatzplanung mittels Abfragen zum Abfragen der komprimierten Datensätze verwendet werden, um Geländeinformationen für gegebene Anflugbedingungen zu erhalten.
Optional wird der Fächerazimuth entsprechend dem Anflugazimuth festgelegt. Der Fächeröffnungswinkel kann entsprechend dem Sichtbeschränkungswinkel ermittelt werden. Eine Winkelauflösung für jeden Richtungsfächer kann definiert werden als der kleinste Teil des Öffnungswinkels, der zur Ableitung eines exponierbaren Höhendatensatzes/exponierbarer Höhendatensätze verwendet werden soll, und kann entsprechend dem Fächeröffnungswinkel und dem Maximalbereich des Fächers ermittelt werden.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist der Fächerazimuth der dem Anflugazimuth entgegengesetzte Azimuth (180° Winkelverschiebung). Der Richtungsfächer/die Richtungsfächer enthält/enthalten vorzugsweise einen Datensatz oder mehrere Datensätze exponierbarer Höhen durch gleichmäßiges Teilen der Fächerfläche in Winkelabschnitte entsprechend der Fächerwinkelauflösung; Konstruieren eines Datensatzes exponierbarer Höhen für jeden Winkelabschnitt durch Berechnen für jeden Punkt innerhalb des Winkelabschnitts der Entfernung und des Höhenwinkels des Punkts im Verhältnis zum Flächenquellpunkt; Ermitteln für jeden dieser Punkte, ob sich der Punkt in Sichtlinie mit dem Fächerquellpunkt befindet, und Verwerfen der Angaben bezüglich der Punkte, die nicht in Sichtlinie mit dem Fächerquellpunkt sind, wodurch in jedem Richtungsfächer ein Datensatz exponierbarer Höhen erhalten wird, der die Angaben der DGHD-Punkte enthält, innerhalb der Winkelabschnitte, die in Sichtlinie mit dem Fächerquellpunkt sind und die dem Azimuth des Winkelabschnitts entsprechen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Daten eines Richtungsfächers durch Ausführen der folgenden Schritte komprimiert:

a) Festlegen einer zulässigen Abweichung für die Komprimierung, wodurch die maximale Höhenabweichung der komprimierten Daten von den ursprünglichen nicht-komprimierten Daten festgelegt wird;
b) für jeden Datensatz exponierbarer Höhen das Festlegen einer Linie exponierbarer Höhen, die zwischen den Punkten des jeweiligen Winkelabschnitts eingezeichnet wird, die in Sichtlinie mit dem Fächerquellpunkt sind, wobei mit dem nächstgelegenen Punkt begonnen und mit dem fernsten Punkt geendet wird, in ihrer jeweiligen Folge im Verhältnis zum Quellpunkt;
c) für jede Linie exponierbarer Höhen das Festlegen einer Hülle zulässiger Abweichung, die durch die Linie exponierbarer Höhen und einer Linie parallel und oberhalb der Linie exponierbarer Höhen festgelegt ist, wobei die Entfernung zwischen den Linien gleich der Größe der zulässigen Abweichung D ist;
d) für jeden Winkelabschnitt das Komprimieren der Daten der Linie exponierbarer Höhen durch Ausführen der folgenden Schritte: d1) Einzeichnen der längstmöglichen geraden Linie innerhalb der Hülle zulässiger Abweichung, wobei an der Kante der Hülle begonnen wird; d2) Festlegen eines Endpunkts an der längsten Linie innerhalb der Hülle am fernsten Abschnitt, dort, wo die längste Linie eine der Grenzen der Hülle schneidet; d3) Einzeichnen der nächstlängsten Linie beginnend am Endpunkt der vorherigen Linie; und d4) Wiederholen der Schritte d1) bis d3) bis zum Erreichen des Endes der Hülle.

Optional wird die Datenkomprimierung der Linie exponierbarer Höhen ausgeführt, indem von den fernsten Punkten innerhalb des Winkelabschnitts begonnen wird und zum Quellpunkt fortgeschritten wird. Die Daten jedes Richtungsfächers können unter Verwendung eines Polarkoordinatensystems dargestellt werden, und die von einem Richtungsfächer erhaltenen Daten können von einer polaren Darstellung in eine kartesische Darstellung umgewandelt werden.
Die relevanten Daten können von dem Richtungsfächer/von den Richtungsfächern mittels eines Look-up-Prozesses gemäß der Winkelverschiebung des jeweiligen Winkelabschnitts erhalten werden und die durch Abfragung erhaltenen Daten können weiterhin eine Interpolation der Daten innerhalb eines Winkelabschnitts umfassen, um die Höhe jedes gewünschten Punkts durch Interpolieren der Punkte der von der komprimierten Linie exponierbarer Höhen erhaltenen Punkte zu erhalten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Fächeröffnungswinkel auf 360° eingestellt und die Abfragung des Fächerdatensatzes wird durch Extrahieren der Linien exponierbarer Höhen aus jedem Fächerdatensatz ausgeführt, welche Azimuthe sind, die in einen in die entgegengesetzte Richtung (Azimuth) zu dem des Anflugazimuths gerichteten Öffnungswinkel fallen.
Die Abfragung des Fächerdatensatzes wird vorzugsweise durch Extrahieren der Linien exponierbarer Höhen aus jedem Fächerdatensatz ausgeführt, welche Azimuthe sind, die in einen in die entgegengesetzte Richtung zu dem des Anflugazimuths gerichteten Öffnungswinkel fallen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Abfragung des Fächerdatensatzes durch eine oder mehrere Abfragen zum Detektieren der minimalen Höhen, bei denen Kommunikation und/oder eine Sichtlinie mit den DGHD-Punkten hergestellt werden kann. Insbesondere können die Abfragen verwendet werden, um die minimale Höhe zu bestimmen, die erforderlich ist, um die Sichtlinie für eine gegebene Entfernung und Anflugwinkel herzustellen, die minimale Höhe, die erforderlich ist, um Kommunikation mit einem gegebenen Punkt herzustellen, und die minimale Entfernung, die erforderlich ist, um eine Sichtlinie mit Geländepunkten für eine gegebene Höhe und gegebenen Anflugazimuth herzustellen.
Die Abfrage des Fächerdatensatzes wird durch eine oder mehrere Abfragen mit verschiedenen Niveaus von Ungewissheit ausgeführt:

– Abfragen eines unbekannten Anflugazimuths unter Verwendung eines allgemeinen Anflugazimuths oder eines Bereichs möglicher Anflugsazimuthe und Verwendung der ungünstigsten Ergebnisse;
– Abfragen mit einem bekannten Anflugazimuth oder mit einer allgemeinen Anflugschneise (Bahn), wobei aber der exakte Zustand teilweise bekannt oder unbekannt ist; und
– Abfragen für einen spezifischen Standort zum schnellen Analysieren eines exakten Standorts.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
1A und 1B schematisch einen bevorzugten Prozess zum Analysieren und Verarbeiten von DGHD;
2A die Konstruktion von Exponierbarkeitsfächern;
2B und 2C ein bevorzugtes Verfahren zum Konstruieren von Vektoren exponierbarer Höhen;
3 ein Verfahren der Datensatzkomprimierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 eine Konstruktion eines Richtungsfächers;
5 beispielhaft die Schritte des Abfragens eine Richtungsfächer-DB durch eine Abfrage;
6A bis 6C beispielhaft den definierten/undefinierten Bewegungsazimuth und bahnabhängige Abfragen; und
7 die Struktur eines Kommunikationsfächers.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf die Erzeugung Digitaler Einsatzgeländemodelle (DEGMOs), die zur Planung von Einsätzen notwendig sind, basierend auf der Erzeugung eines besonderen, vereinfachten und komprimierten Einsatzmodells, welches gemäß Einsatzparametern und Geländeinformationen erzeugt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Digitalen Geländehöhendaten (DGHD) verwendet, um ein Exponierbarkeitsmodell und ein Kommunikationsmodell basierend auf vorverarbeiteten Richtungsfächern exponierbarer Vektoren zu extrahieren, welche dann zu einem DEGMO kombiniert und verarbeitet werden, das dann effizient verwendet werden kann, um Geländedaten hinsichtlich einsatzspezifischer Parameter in Echtzeit effektiv zu analysieren.
Wie im Folgenden im Einzelnen erläutert werden wird, wird das Exponierbarkeits-DGMO aus vorverarbeiteten Richtungsfächern von Vektoren exponierbarer Höhen extrahiert, welche gemäß einsatzspezifischer Parameter (z.B. Anflugazimuth) analysiert werden, um die Exponierbarkeits-DGMO-Punkte aufzudecken, welche der Bodendetektion der Einsatzkräfte/des Einsatzfahrzeugs genügen. Das Kommunikations-DGMO wird ebenfalls aus vorverarbeiteten Richtungsfächern exponierbarer Vektoren gemäß einsatzspezfischer Parameter extrahiert, jedoch zum Anzeigen von DGMO-Höhenpunkten, die zur Kommunikation zwischen einem gegebenen Punkt/gegebenen Punkten und den Einsatzkräften/dem Einsatzfahrzeug in der Lage sind. Das End-DEGMO wird unter Verwendung der Exponierbarkeits- und Kommunikations-DGMOs in Kombination mit zusätzlichen Daten betreffend die Leistungskurven der Einsatzkräfte/des Einsatzfahrzeugs sowie weiteren sonstigen Angaben, die unter den spezifischen Bedingungen (z.B. Wetter) für relevant gehalten werden können, erzeugt.
1A ist ein Flussdiagramm, das beispielhaft einen Prozess zum Erzeugen von DGMOs und DEGMOs gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zeigt. In dem ersten Schritt 100 der Vorverarbeitungsstufe werden Richtungsfächer von Vektoren exponierbarer Höhen (404 in 4) aus den DGHD extrahiert. Der Hauptzweck dieses Schritts ist die Bestimmung und das Sammeln von Geländeinformationen, die nur diesen Gruppen von Punkten entsprechen, welche entsprechend einigen vorbestimmten Bedingungen von Interesse sind. Auf diese Weise werden nur die den Einsatz betreffenden DGHD-Informationen gesammelt und alle anderen DGHD-Informationen, die für den spezifischen Einsatzplan irrelevant sind (z.B. Anflugazimuth) werden verworfen. Dieser Schritt führt zu einem kompakten und reduzierten Datensatz, der zur Datenverarbeitung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zweckmäßig ist. In Schritt 101 wird der reduzierte erhaltene Datensatz durch Eliminieren redundanter Datenpunkte und durch Ändern der Datendarstellung der verbleibenden Datenpunkte in eine kompakte und minimale Darstellung durch Einsetzen einer Datentransformation komprimiert.
Die komprimierten Datensätze, die in Schritt 101 erhalten wurden, werden dann (durch Abfragen) in Schritt 103 gemäß verschiedener Aspekte des Einsatzplans abgefragt. Die in Schritt 103 ausgeführten Anfragen werden verwendet, um verschiedene Arten von DGMOs zu erzeugen. Einige der DGMOs, die in der vorliegenden Erfindung besondere Bedeutung haben, sind das Kommunikations-DGMO (Schritt 106), das Exponierbarkeits-DGMO (Schritt 105) und die Sicherheitsbedingungen (Schritt 107). Zusammen mit den Daten über die Einsatzkräfte/Einsatzfahrzeuge (z.B. Geschwindigkeiten, Höhen, Leistungsfähigkeiten usw.) (Schritt 104) werden alle oben genannten DGMOs in Schritt 108 verarbeitet, um in Schritt 109 das DEGMO zu erhalten, das alle relevanten Informationen, die zur Ausführung des Einsatzes erforderlich sind, bereitstellen kann.
Vorverarbeitung:
Unter Bezugnahme auf 4, in der ein Richtungsfächer dargestellt ist, werden die verschiedenen DGMOs unter Verwendung zweier grundlegender Datensätze erzeugt, wobei ein Datensatz Vektoren exponierbarer Höhen (404), welche durch die Geländepunkte (im Folgenden Quellpunkte) exponierbar sind, und der andere Datensatz Richtungsfächer (220 in 5) umfasst, welche aus den oben genannten Vektoren exponierbarer Höhen (404) bestehen. Die Richtungsfächer 220 sind der Anfangsdatensatz, der aus den DGHD-Punkten konstruiert wurde, welche zur Verarbeitung der DGHD-Punkte gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. Jeder Richtungsfächer 220 ist eine Sammlung von DGHD-Angaben, die zu einem bestimmten Quellpunkt 200 (Fächerscheitelpunkt) gehören. Insbesondere enthält jeder Richtungsfächer die Geländeinformationen, die zu dem Quellpunkt 200 gehören, und die sich in einem vorbestimmten Radius R_max und einem Fächeröffnungswinkel ø (403) befinden. Die Richtungsfächer werden aus DGHD konstruiert, so dass sie Geländeinformationen enthalten, die dem Anflugazimuth 223, wie in 2A gezeigt, entsprechen.
Wie im Folgenden im Einzelnen erläutert und veranschaulicht werden wird, sammelt jeder Richtungsfächer 220 die Geländesichtlinieninformationen, die für die spezifischen Einsatzbedingungen in einem gegebenen Geländegebiet relevant sind. Diese Behandlung reduziert wesentlich die zum Erzeugen verschiedener Geländemodelle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erforderlichen Daten- und Verarbeitungsmengen.
Vektoren von durch die Ziele exponierbaren Höhen
Diese Vektoren (im Folgenden auch als Vektoren exponierbarer Höhen 404 bezeichnet) stellen eine grundlegende Informationseinheit dar, die Höhen und Entfernungen enthält, die die minimale Höhe anzeigen, die erforderlich ist, um in einer Sichtlinie (d.h. Sichtkontakt) mit einem untersuchten Quellpunkt 200 in dem DGHD zu sein. Die Vektoren 404 (4) werden aus einem zweidimensionalen Geländeprofil 210, das aus den Richtungsfächern der DGHD-Punkte 220, wie in 2A, 2B und 2C gezeigt, genommen wird, berechnet. Jeder Punkt in einem Vektor 404 wird durch seine horizontale Entfernung L von dem Quellpunkt 200 und seinen Höhenwinkel δ (2C) dargestellt. Die Vektoren exponierbarer Höhen 404 werden aus den Sichtlinienpunkten 203 konstruiert, die die DGHD-Punkte in dem Profil sind, das eine direkte Sichtlinie 215 zu dem Quellpunkt 200 aufweist.
Durch die Konstruktion von Vektoren exponierbarer Höhendatensätze 404 kann das ausgewählte Gelände untersucht werden, um die Minimalhöhe offen zu legen, die erforderlich ist, um die Kommunikation mit einem gegebenen Bodenpunkt (z.B. Kontrollstation) zu erhalten, und die Minimalhöhe, in der ein gegebener Quellpunkt (z.B. Ziele) exponiert werden kann.
Während dieses Schritts (Schritt 100 in 1) wird der Höhenwinkel δ zwischen jedem Punkt in dem Geländeprofil 210 und dem Quellpunkt 200 berechnet (im Folgenden Sichtwinkel genannt) und nur Punkte mit einem Sichtwinkel, der größer als der Sichtwinkel des vorherigen Punktes ist, werden erhalten. Als Ergebnis dieses Prozesses werden verborgene Punkte 202 verworfen, da sie von den Spitzenpunkten 203 verborgen werden und keine direkte Sichtlinie mit dem Quellpunkt 200 besitzen. Somit wird eine Linie 207 exponierbarer Höhen erhalten, die nur jene Geländepunkte innerhalb des zweidimensionalen Geländeprofils 210 enthält, die durch den Quellpunkt 200 exponierbar sind.
Auf diese Weise werden redundante Informationen (bezüglich verborgener Punkte 202) verworfen und somit führt jeder Richtungsfächer 220 nur die Informationen, die gemäß den Einsatzbestimmungen relevant sind (Azimuth 223, R_max, Φ usw.). Während dies ein bevorzugtes Verfahren zum Verwerfen redundanter Informationen gemäß der Erfindung ist, sei darauf hingewiesen, dass die durch die Richtungsfächer 220 erhaltenen Informationen unter Verwendung anderer Verfahren, die sich zur Datenverarbeitung eignen und welche im Folgenden erörtert werden, komprimiert werden können.
Es sei darauf hingewiesen, dass gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die während der Datenverarbeitungsschritte ausgeführten Arbeitsschritte außerdem sorgfältige Untersuchungen zusätzlicher Aspekte beinhalten, welche hier der Kürze halber nicht erörtert worden sind. Beispielsweise sollte für die Berechnung der Sichtlinie zwischen Geländepunkten die Erdkrümmung (Krümmung) ebenfalls berücksichtigt werden, und für die Kommunikations-DGMOs die Kommunikationslinienkrümmung, sowie andere relevante Aspekte (z.B. das Wetter), welche ebenfalls berücksichtigt werden sollten.
Datenkomprimierung:
Dieser Schritt (101 in 1A) wird ausgeführt, um die Größe des Datensatzes exponierbarer Höhen in jeder Linie exponierbarer Höhen 207 zu reduzieren. Der Komprimierungsschritt 101 bestimmt eine Mindestanzahl von Punkten in einer Linie exponierbarer Höhen 207, welche erforderlich ist, um eine Linie zu erhalten, die von der vorherigen unkomprimierten Linie exponierbarer Höhen 207 innerhalb der zulässigen Abweichung (209), die für den Zweck der Komprimierung erlaubt ist (d.h. weniger als 50 Meter oberhalb/unterhalb der Linie exponierbarer Höhen 207), abweicht. Beispielsweise werden DGHD-Punkte 201 (2B) verworfen, da sie innerhalb der zulässigen Abweichung 209 fallen. Diese Reduktion der Anzahl von Datensatzpunkten reduziert auch wesentlich die Zeitdauern, die für jede Abfrage zum Untersuchen verschiedener Aspekte des ausgewählten Geländes erforderlich ist, aufgrund der Reduzierung der Informationsmenge in jedem Richtungsfächer 220. Der Komprimierungsschritt wird an den Linien exponierbarer Höhen 207 jedes einzelnen Richtungsfächers 220 ausgeführt, um einen komprimierten Satz von Richtungsfächern zu ergeben.
Die Komprimierung beginnt durch Festlegen der maximalen Abweichung (D, in 3 gezeigt), die von jedem Punkt in der Linie exponierbarer Höhen 207 zulässig ist. Die zulässige Abweichung D (Satz von Punkten 300 in 3) darf nur oberhalb der Linie exponierbarer Höhen 207 eingeführt werden, das heißt für jeden Punkt (207) + D = (300). Dadurch wird zwischen den beiden Linien 207 und 300 eine „Hülle" zulässiger Abweichung festgelegt. Der komprimierte Datensatz wird aus dem Satz der längsten geraden Linien 310a–310c, die innerhalb der Hülle zulässiger Abweichung gezogen werden können, erhalten. Eine Art, den Komprimierungsprozess durchzuführen, kann durch die folgenden Schritte erfolgen:

1. Erzeugen einer Hülle zulässiger Abweichung durch Addieren der zulässigen Abweichung D zu der Höhe jedes Punktes in der ursprünglichen unkomprimierten Linie exponierbarer Höhen;
2. Einzeichnen der längstmöglichen geraden Linie (310a) innerhalb der Hülle zulässiger Abweichung, wobei an der Kante der Hülle begonnen wird;
3. Festlegen eines Endpunkts (311) an der längsten Linie innerhalb der Hülle am fernsten Abschnitt, dort, wo die längste Linie eine der Linien (207 oder 300) der Hülle schneidet, wobei sich der Endpunkt vorzugsweise zwischen dem nahegelegensten Paar von Punkten, die sich auf der Linie exponierbarer Höhen (207) und auf der oberen Linie (300) der Hülle vor dem Schnittpunkt befinden;
4. Einzeichnen der nächstlängsten Linie (310b) beginnend am Endpunkt (311) der vorherigen Linie; und
5. Wiederholen der Schritte 2 bis 4, bis zum Erreichen des Endes der Hülle.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführte Datenverarbeitung ist außerdem aufgrund des zur Lösung des Exponierbarkeitsproblems verwendeten Ansatzes einzigartig. Im Fall eines Luftfahrzeugs sollte beispielsweise eine Höhe bestimmt werden, bei der jedes Ziel exponiert werden kann. Die Sichtfähigkeit von Luftfahrzeugen ist auf den Beschränkungswinkel eingeschränkt und daher können die Ziele nur innerhalb dieses Winkelbereichs Ø exponiert werden. Andererseits kann jedes der Ziele das Luftfahrzeug innerhalb desselben Winkelbereichs, jedoch mit einer Winkelverschiebung um 180° exponieren (da das Exponierbarkeitsproblem symmetrisch ist). Daher kann das Exponierbarkeitsproblem invertiert und gemäß der Beobachtungsfähigkeit der Geländepunkte gelöst werden (in dem Blickwinkel der Ziele), und die Luftfahrzeugshöhe, in der die Ziele den Einsatzkräften sichtbar sind, kann auf diese Weise aufgelöst werden.
Das Gelände wird aus einem terrestrischen Blickwinkel analysiert (d.h. aus der Sicht der Ziele), aber innerhalb der Beschränkungswinkel des Luftfahrzeugs. Die Richtungsfächer 220 bestehen aus einem Satz von Vektoren exponierbarer Höhen 404. Der Scheitelpunkt jedes Richtungsfächers befindet sich im Quellpunkt 200 und der Fächerazimuth 401 ist vorzugsweise der Azimuth des Bisektors des Fächeröffnungswinkels, welcher vorzugsweise der Richtung des Anflugazimuths 223 der Einsatzkräfte entgegengesetzt ist (d.h. eine Winkelverschiebung von 180°), der Öffnungswinkel ø (403), der Maximalbereich R_max und die Winkelauflösung 402 von θ Grad zwischen jedem Vektor exponierbarer Höhen 404. Der Maximalbereich R_max wird entsprechend dem Zielgelände, den Zielen und den Merkmalen des Einsatzfahrzeugs/der Einsatzkräfte bestimmt (z.B. Sichtbedingungen). Der Öffnungswinkel, der zur Konstruktion der Richtungsfächer verwendet wird, wird gemäß dem Beschränkungswinkel des Fahrzeugs bestimmt.
Wie zuvor erwähnt enthalten die Richtungswinkel 220 grundlegende Datensätze gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jeder Richtungsfächer 220: den Maximalbereich R_max, den Richtungsfächeröffnungswinkel ø (403), Fächerazimuth 401, Maximalkomprimierungsabweichung D, Höhe des Quellpunkts 200 (gemessen relativ zum Meeresspiegel), räumliche Stellung des Quellpunkts 200 in zweidimensionalen Koordinatenebenen, Vektoren exponierbarer Höhen 404 und die Richtung jedes Vektor exponierbarer Höhen.
DGMOs:
Das nach dem Ausführen der Vorverarbeitungsschritte (100 und 101) erhaltene Digitale Geländemodell führt zu einer Datenbank (DB) von Richtungsfächern 220, der aus einem komprimierten Vektor von Höhen 404 bestehen, welche alle relevanten Informationen, die zum Planen des spezifischen Einsatzes erforderlich sind, enthält. Die Datenverarbeitung für die Einsatzplanung schreitet vom Einführen von Abfragen betreffend verschiedene Einsatzaspekte, wie in Schritt 103 von 1A gezeigt, fort. Dies ist ein Zwischenschritt, in dem ein einzigartiges DGMO für jeden Einsatzaspekt konstruiert wird. Beispielsweise werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Exponierbarkeits-DGMO, das Kommunikations-DGMO (das in der Regel einen einzelnen Richtungsfächer enthält) konstruiert und dann in einem späteren Verarbeitungsschritt 108 verwendet, in dem das DEGMO konstruiert wird.
Jedes DGMO enthält Informationen, die für einen spezifischen Einsatzaspekt relevant sind. Daher erfordert jede durchgeführte Abfrage einen Look-up-Prozess, der nur auf das Holen der gewünschten Informationen beschränkt ist, was keine komplizierte Berechnung mit sich bringt. Allgemein enthält jedes DGMO zahlreiche Richtungsfächer 220, die das Einsatzgebiet abdecken, wobei jeder Richtungsfächer in die entgegengesetzte Richtung des Anflugs der Einsatzkräfte/des Einsatzfahrzeugs ausgerichtet ist und einen Öffnungswinkel aufweist, der entsprechend dem Fahrzeugbeschränkungswinkel eingestellt ist.
Ein beispielhafter Abfrageprozess ist in 5 umrissen. Das relevante Geländemodell komprimierter Richtungsfächer 500 wird durch eine Abfrage abgefragt. Jeder Richtungsfächer 220 wird aufgeschlagen und relevante Daten 520 werden entnommen, wodurch das in 501 gezeigte jeweilige DGMO erhalten wird. Das Abfrageergebnis kann verarbeitet und in Form durchgängiger Konturlinien in 502 angezeigt werden, von denen jede Punkte darstellt, die dieselben Eigenschaften aufweisen, zum Beispiel Punkte, welche die minimale Höhe bestimmen, die erforderlich ist, um bestimmte Exponierbarkeitsbedingungen zu erfüllen oder welche die Einsatzgebietabdeckung bestimmen.
Abfragen:
Eine Abfrage wird in der Regel die DGMO-DB komprimierter Richtungsfächer auf Daten abfragen, die die Höhe und/oder Entfernung betreffen, welche erforderlich ist, um vorbestimmte Bedingungen zu erfüllen. Die Abfragen werden in verschiedenen Stufen von Ungewissheit ausgeführt. Insbesondere können diese Stufen in die folgenden Ungewissheitsstufen kategorisiert werden:

1. Unbekannter Anflugsazimuth: In diesem Fall werden die Abfragen unter Verwendung eines allgemeinen Anflugazimuths oder eines Bereichs möglicher Anflugazimuthen hergestellt und die ungünstigsten Ergebnisse werden verwendet;
2. bekannter Anflugazimuth: bei dem eine allgemeine Einflugschneise (Bahn) bekannt ist und diese Abfragen daher genauere Ergebnisse bereitstellen;
3. ein gegebener spezifischer Standort: diese Art von Abfragen ist für „Echtzeit"-Szenarios typisch, in denen ein Bedarf entstehen kann, das Gebiet, in dem sich die Einsatzkräfte/das Einsatzfahrzeug während der Einsatzausführung befinden, schnell zu analysieren.

Es sei darauf hingewiesen, dass unabhängig von dem Ungewissheitsniveau der Beschränkungswinkel verwendet wird, um den Öffnungswinkel auf den für diese Abfragen zu verwendenden Öffnungswinkel des Richtungsfächers festzulegen.
Wenige Beispiele möglicher Abfragen werden im Folgenden beschrieben:

1. Exponierbarkeits-DGMO für eine gegebene Entfernung – dies ist ein DGMO, das die minimale Höhe anzeigt, die erforderlich ist, um eine Sichtlinie mit dem Ziel/den Zielen für eine gegebene Entfernung und den Anflugazimuth des Einsatzfahrzeugs herzustellen;
2. Kommunikations-DGMO – dieses DGMO zeigt die minimale Höhe an, die erforderlich ist, um eine Kommunikation mit einem gegebenen Punkt in jeder möglichen Stelle in dem ausgewählten Gelände herzustellen;
3. Exponierbarkeits-DGMO für eine gegebene Höhe – dies ist ein DGMO, das die minimale Entfernung anzeigt, die erforderlich ist, um eine Sichtlinie mit dem Ziel/den Zielen für eine gegebene Höhe und Anflugazimuth des Einsatzfahrzeugs herzustellen; und
4. Einsatzausführungs-DGMO (DEGMO) – Kombination aus einem Exponierbarkeits-DGMO für eine gegebene Entfernung und Höhe von Bodenpunkten in dem Einsatzgebiet und dem Kommunikations-DGMO und weiteren Informationen, wie beispielsweise Fahrzeugleistungsfähigkeiten. Somit stellt dieses DGMO die geeignete Flugbahn dar, welche für die Einsatzausführung in einer gegebenen Entfernung/Entfernungen und Azimuth/Azimuthen erforderlich ist.

Offline-Planungsabfragen
Dies ist eine Vorstufe, in der in der Regel nur das Einsatzziel bekannt ist und somit der Anflugazimuth nicht wohldefiniert ist oder in allgemeinen und weiten Sinn bekannt ist. Diese Stufe wird in der Regel deutlich vor der Einsatzausführung ausgeführt. In den ersten Stufen der Offline-Einsatzplanung (Schritt 111 in 1B) ist der genaue Anflugweg normalerweise nicht bekannt und daher ist der Zustand der Einsatzkräfte/des Einsatzfahrzeugs während der Einsatzausführung (Azimuthen, Höhen usw.) nicht bekannt. In diesem Fall wird die Geländeanalyse unter Verwendung einer groben Annäherung des Zustands der Einsatzkräfte/des Einsatzfahrzeugs und/oder der Bereiche möglicher Werte derselben ausgeführt und natürlich innerhalb des Beschränkungswinkels. Dieser Prozess ist in 1B in Schritt 111 dargestellt. Die komprimierten Richtungsfächerdatensätze (Geländeinformationen) 120 werden unter Verwendung der Abfragen abgefragt, wodurch DGMOs (DGM01–DGM04) erhalten werden, die die ungünstigsten Ergebnisse verwenden.
Mit Fortschreiten der Offline-Einsatzplanung werden die ungünstigsten Ergebnisse, die für einen möglichen Bereich von Anflugazimuthen erhalten werden, verwendet, um eine erwünschte optimale Bahn für die Einsatzkräfte/das Einsatzfahrzeug festzulegen. Diese optimale Bahn wird gemäß verschiedenen Aspekten ermittelt. Zum Beispiel kann sie durch die Gesamteinsatzentfernung und Zeitrahmen, mögliche Bedrohungen und/oder Leistung von Einsatzkräften/Einsatzfahrzeug beeinflusst werden.
Diese Angaben werden dann verwendet, um den komprimierten Datensatz 120 mit spezifischeren Abfragen abzufragen. Beispielsweise können die Abfragen verwendet werden, um Exponierbarkeitsinformationen über die gewünschte Bahn zu erhalten, ohne einen spezifischen Zustand von Einsatzkräften/des Einsatzfahrzeugs anzugeben. Eine solche Abfrage kann verwendet werden, indem ein erwünschter Bereich von dem Ziel über Abschnitte der Bahn angegeben wird, in dem die Einsatzkräfte/das Einsatzfahrzeug den Zielstellen gegenüber exponiert sind. Alternativ können die Abfragen verwendet werden, um eine erwünschte Zeitdauer, in der die Einsatzkräfte/das Einsatzfahrzeug der Zielstelle gegenüber exponiert sind, festzulegen.
Online-Planungsabfragen (Einsatzüberwachung)
Diese Arten von Abfragen werden in der Regel während der Einsatzausführung ausgeführt und betreffen somit genauere Angaben über den Zustand der Einsatzkräfte des Einsatzfahrzeugs. Diese Arten von Abfragen werden genauer in vielen Fällen für einen gegebenen Standort und Ausrichtung im Raum der Einsatzkräfte/des Einsatzfahrzeug ausgeführt. Wie in Schritt 121 von 1B beispielhaft dargestellt, werden die erhaltenen Ergebnisse normalerweise DGMOs von exakten exponierbaren Flächen und/oder Flächen, in denen Kommunikationen mit einem anderen Punkt/mit anderen Punkten im Raum hergestellt werden kann, enthalten. Daher werden die komprimierten Datensätze 120 durch Abfragen analysiert, welche wohldefinierte Zustandsinformationen der Einsatzkräfte/des Einsatzfahrzeugs verwenden entsprechend dem tatsächlichen Standort und Zustand der Einsatzkräfte/des Einsatzfahrzeugs. Dementsprechend sind die DGMO-Angaben, die in diesem Fall erhalten werden, genauer.
In der Regel werden Online-Abfragen 121 für die Neuplanung von Einsätzen verwendet, was beispielsweise während der Einsatzausführung in Situationen, in denen ein alternativer Einsatzplan gebraucht wird, um den Einsatz erfolgreich abzuschließen, erforderlich sein kann. Derartige Szenarios sind am wahrscheinlichsten auf während der Einsatzausführung erlangte neue Informationen zurückzuführen oder auf unerwartete Entwicklungen (z.B. Wetterbedingungen). Eine solche Neuplanung kann jedoch auch unter Verwendung der Offline-Abfragen ausgeführt werden, die zuvor erörtert worden sind, entsprechend dem Ungewissheitsniveau und den Anforderungen der Neuplanung.
On-/Offline-Planung mit verschiedenen Ungewissheitsniveaus
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Richtung des Anflugs des Einsatzfahrzeugs gemäß einem der folgenden Punkte festgelegt werden:

– Definierter Azimuth: um Abfragen mit einem definierten Anflugazimuth aufzulösen. In diesem Fall werden zwei benachbarte Vektoren exponierbarer Höhen 404 in jedem Richtungsfächer interpoliert. Die zwei benachbarten Vektoren exponierbarer Höhen sind die beiden Vektoren, die einen Azimuth in der Nähe des Azimuths haben, der dem Anflugazimuth entgegengesetzt ist. Beispielsweise wird in 6A eine Abfrage für einen gegebenen Azimuth von 241° ausgeführt, in dem die Vektoren exponierbarer Höhen mit Azimuthen von 60° und 65° abgefragt werden.
– Undefinierter Azimuth: in solchen Abfragen werden alle Vektoren exponierbarer Höhen in einem Richtungsfächer 220 verwendet. Ein solcher Fall wird in 6B dargestellt, in der eine Abfrage für einen undefinierten Azimuth ausgeführt wird und jeder einzelne Vektor (in Azimuthen von 50°, 55°,..., 80°) exponierbarer Höhen in dem Richtungsfächer abgefragt wird und normalerweise das ungünstigste Ergebnis von all den Vektoren eines Fächers ausgewählt wird.
– Bahnabhängig: in diesem Fall wird dem Ziel 600 eine wohldefinierte Bahn gegeben. Dementsprechend werden verschiedene geeignete Azimuthen verwendet, um Vektoren exponierbarer Höhen verschiedener Richtungsfächer in der Geländemodell DGMO-DB abzufragen. Somit werden Vektoren exponierbarer Höhen 404 mit verschiedenen Azimuthen in jedem Richtungsfächer ausgewählt. Dieser Fall wird in 6C beispielhaft dargestellt. In diesem Fall wird die in jedem Richtungsfächer ausgeführte Abfrage nur an den Vektoren exponierbarer Höhen 404 ausgeführt, die Azimuthe haben, die in die Kanten des Beschränkungswinkels λ fallen. In diesem Beispiel sind die Vektoren exponierbarer Höhe in dem Richtungsfächer F1, die abgefragt werden, solche, die Azimuthen von 50° und von 55° haben, und in dem Richtungsfächer F2 sind die Vektoren exponierbarer Höhen, die abgefragt werden, solche, die Azimuthen von 75° und 80° haben.

Kommunikations-DGMO:
Das Kommunikationsmodell wird normalerweise aus einem einzigen Richtungsfächer konstruiert, dessen Basis an dem Einsatzkontrollzentrum positioniert ist, und seine Vektoren exponierbarer Höhen 404 bestehen aus Punkten, die in Sichtlinie mit dem Kontrollzentrum 701 sind. Dieses Geländemodell wird auf ähnliche Weise behandelt, um DGMOs zu extrahieren, die die minimale Höhe anzeigen, in der Kommunikation mit dem Einsatzkontrollzentrum hergestellt werden kann. Der Richtungsfächerazimuth 702 wird entsprechend dem Weg zwischen dem Einsatzkontrollzentrum 701 und dem Ziel 600 wie in 7 gezeigt, berechnet. Es sei darauf hingewiesen, dass das Ziel 600 ein einzelner Punkt sein kann sowie eine Sammlung von Punkten, die eine gezielte Fläche für die Einsatzzuordnung festlegen.
Exponierbarkeits-DGMO:
Das Exponierbarkeits-DGMO enthält einen Satz von Richtungsfächern, von denen jeder einem Geländepunkt in den DGHD des Einsatzgebiets entspricht. Diese Richtungsfächer enthalten alle Informationen, die notwendig sind, um für einen gegebenen Anflugazimuth in dem Einsatzgebiet auf Exponierbarkeitsanfragen zu antworten. Das Exponierbarkeits-DGMO wird durch Ausführen der folgenden Schritte erstellt:

1. Festlegen des Anflugazimuths; und
2. Erzeugen von Exponierbarkeitsfächern für jeden Punkt gemäß dem Anflugazimuth und Festlegen von Richtungsfächern (Winkelauflösung θ, Öffnungswinkel ø usw.).

Wie Fachleuten klar sein wird, kann das Verfahren der Erfindung auf verschiedene Arten ausgeführt werden. Beispielsweise wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Datenbank von 360°-Fächern konstruiert, statt Richtungsfächer für jeden Punkt zu konstruieren, und nur die relevanten Vektoren auf jedem Fächer werden für einen gegebenen Anflugazimuth verwendet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Größe der Datenbank der Richtungsfächer ferner durch Reduzieren der Anzahl von Punkten reduziert, die für verschiedene Geländezellen gemäß der Krümmung und Komplexität der verschiedenen Geländezellen notwendig sind. Dadurch können Geländegebiete, die verhältnismäßig flach sind, mittels eines geringen DGHD-Punktesatz modelliert werden, was zu einer signifikanten Reduzierung der Größe des DGMO führt (d.h. weniger Daten sind erforderlich).
Die Größe des DGMO wird ferner durch Verwenden einer dynamischen Bestimmung des Öffnungswinkels und der Winkelauflösung für jeden Richtungsfächer reduziert. Auf diese Weise kann in Gebieten, die verhältnismäßig flach sind, die erforderliche Winkelauflösung reduziert werden, um die Daten des Richtungsfächers weiter zu reduzieren.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Verfahren der Erfindung eine effiziente DGMO-Datenbank bereitstellt, die das Abfragen über einen Look-up-Prozess ermöglicht. Da die Informationen in Form von Vektoren exponierbarer Höhen in den Richtungsfächern angeordnet sind, werden für jede Abfrage nur die relevanten Vektoren aus jedem Fächer in einem Look-up-Prozess extrahiert. Die Daten in dem DGMO werden vorzugsweise in einem polaren Format geordnet (d.h. unter Verwendung von Polarkoordinaten), was den Abfrage-Look-up-Prozess weiter vereinfacht. Nachdem die relevanten Vektoren aus jedem Richtungsfächer extrahiert wurden, wird eine Sichtlinie durch eine Interpolation der Vektordaten erhalten und die Ergebnisse werden in ein kartesisches Koordinatensystem, wie für den Auftrag relevant ist, übertragen.
Die obigen Beispiele und die Beschreibung wurden natürlich nur für Darstellungszwecke bereitgestellt und sollen die Erfindung auf keine Weise einschränken. Wie dem Fachmann klar sein wird, kann die Erfindung auf eine große Anzahl von Arten ausgeführt werden, wobei Techniken eingesetzt werden, die sich von den oben beschriebenen unterscheiden, ohne dadurch von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Verarbeiten und Analysieren digitaler Geländedaten, welches umfasst: a) Bereitstellen von digitalen Geländehöhendaten (DGHD); b) Festlegen eines Anflugazimuts (223) und eines Sichtbeschränkungswinkels; c) Festlegen von Richtungsfächern (404) durch Ermitteln eines Fächeröffnungswinkels (403), eines Fächerazimuts (401) und eines maximalen Bereichs (R_max) für die Geländeanalyse; d) Konstruieren mindestens eines Richtungsfächer-Datensatzes aus mindestens einem Quellpunkt (200) innerhalb der DGHD, der die Sichtlinienangaben zwischen dem Quellpunkt und DGHD-Punkten enthält, die innerhalb des Richtungsfächers angeordnet sind; und e) Abfragung der Datensätze durch eine oder mehrere Abfragen, um Geländeangaben für bestimmte Anflugbedingungen zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungsfächerazimut entsprechend dem Anflugazimut ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fächeröffnungswinkel entsprechend dem Sichtbeschränkungswinkel ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, welches weiterhin das Festlegen einer Fächerwinkelauflösung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fächerwinkelauflösung entsprechend dem Fächeröffnungswinkel und dem Maximalbereich des Fächers ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fächerazimut auf den dem Anflugazimut entgegengesetzten Azimut gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungsfächer durch Ausführen der folgenden Schritte aus einem oder mehreren Datensätzen exponierbarer Höhen konstruiert werden; a) Gleichmäßiges Teilen der Fächerfläche in Winkelabschnitte entsprechend der Fächerwinkelauflösung; b) Konstruieren eines Datensatzes exponierbarer Höhen für jeden Winkelabschnitt durch Berechnen – für jeden Punkt innerhalb des Winkelabschnitts – der Entfernung und des Höhenwinkels des Punkts im Verhältnis zum Fächerquellpunkt: c) Ermitteln für jeden Punkt innerhalb eines Datensatzes exponierbarer Höhen, ob sich der Punkt in Sichtlinie mit dem Fächerquellpunkt befindet; und d) Verwerfen der Angaben bezüglich der Punkte innerhalb eines Datensatzes exponierbarer Höhen, die nicht in Sichtlinie mit dem Fächerquellpunkt sind, wodurch in jedem Richtungsfächer ein Datensatz exponierbarer Höhen, der die Angaben der DGHD-Punkte enthält, innerhalb der Winkelabschnitte, die in Sichtlinie mit dem Fächerquellpunkt sind und die von entsprechenden Azimuten sind, erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, welches weiterhin das Komprimieren der Daten der Richtungsfächer durch Einsetzen einer Datentransformation umfasst.
Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten eines Richtungsfächers durch Ausführen der folgenden Schritte komprimiert werden: a) Festlegen einer zulässigen Abweichung für die Komprimierung; b) für jeden Datensatz exponierbarer Höhen das Festlegen einer Linie exponierbarer Höhen, die zwischen den Punkten des jeweiligen Winkelabschnitts eingezeichnet wird, die in Sichtlinie mit dem Fächerquellpunkt sind, wobei mit dem nächstgelegenen Punkt begonnen und mit dem fernsten Punkt geendet wird, in ihrer jeweiligen Folge im Verhältnis zum Quellpunkt; c) für jede Linie exponierbarer Höhen das Festlegen einer Hülle zulässiger Abweichung durch Addieren der zulässigen Abweichung D zu den Punkten der Linie exponierbarer Höhen; d) für jeden Winkelabschnitt das Komprimieren der Daten der Linie exponierbarer Höhen durch Ausführen der folgenden Schritte: d.1) Einzeichnen der längstmöglichen geraden Linie innerhalb der Hülle zulässiger Abweichung, wobei an der Kante der Hülle begonnen wird; d.2) Festlegen eines Endpunkts an der längsten Linie innerhalb der Hülle am fernsten Abschnitt, dort wo die längste Linie eine der Grenzen der Hülle schneidet; d.3) Einzeichnen der nächstlängsten Linie beginnend am Endpunkt der vorherigen Linie; und d.4) Wiederholen der Schritte d.1) bis d.3) bis zum Erreichen des Endes der Hülle.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenkomprimierung der Linie exponierbarer Höhen beginnend von den fernsten Punkten innerhalb des Winkelabschnitts und fortschreitend hin zum Quellpunkt ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten jedes Richtungsfächers unter Verwendung eines Polarkoordinatensystems geordnet werden
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem Richtungsfächer erhaltenen Daten von einer polaren Darstellung in eine kartesische Darstellung umgewandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die relevanten Daten mittels eines Lookup-Prozesses von den Richtungsfächern erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Abfragung erhaltenen Daten weiterhin eine Interpolation der Daten innerhalb eines Winkelabschnitts umfassen.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungsfächer-Datensatz den maximalen Bereich, den Fächeröffnungswinkel, die Fächerrichtung, die maximale Komprimierungsabweichung, die Höhe des Quellpunkts, die räumliche Position des Quellpunkts und die Vektoren exponierbarer Höhen und deren Richtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fächeröffnungswinkel auf 360° gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfragung des Fächerdatensatzes durch Extrahieren der Linien exponierbarer Höhen, die Azimute sind, die in einen in die entgegengesetzte Richtung zu dem des Anflugazimut gerichteten Öffnungswinkel fallen, aus jedem Fächerdatensatz ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfragung der Fächerdaten durch eine oder mehrere Abfragen zum Detektieren der minimalen Höhen, bei denen Kommunikation und/oder eine Sichtlinie mit den DGHD-Punkten hergestellt werden kann, ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der folgenden Abfragen eingesetzt werden, um Folgendes zu ermitteln: a) die minimale Höhe, die zum Herstellen von Sicht für eine vorgegebene Entfernung und einen vorgegebenen Anflugazimut erforderlich ist; b) die minimale Höhe, die zum Herstellen von Kommunikation mit einem vorgegebenen Punkt erforderlich ist; und c) die minimale Entfernung, die zum Herstellen einer Sichtlinie mit Geländepunkten für eine vorgegebene Höhe und einen vorgegebenen Anflugazimut erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfragung des Fächerdatensatzes durch eine oder mehrere Abfragen aus der folgenden Liste ausgeführt wird: – Abfragen eines unbekannten Anflugazimuts unter Verwenden eines allgemeinen Anflugazimuts oder eines Bereichs möglicher Anflugazimute und Verwenden der ungünstigsten Ergebnisse; – Abfragen mit einem bekannten Anflugazimut oder mit einer allgemeinen Einflugschneise, wobei aber der exakte Zustand teilweise bekannt oder unbekannt ist; und – Abfragen für einen spezifischen Standort zum schnellen Analysieren eines exakten Standorts.
System zum Verarbeiten und Analysieren digitaler Geländedaten, welches umfasst: a) Digitale Geländehöhendaten (DGHD); b) Mittel zum Festlegen eines Anflugazimuts (223) und eines Sichtbeschränkungswinkels; c) Mittel zum Festlegen von Richtungsfächern (404) durch Ermitteln eines Fächeröffnungswinkels (403), eines Fächerazimuts (401) und eines maximalen Bereichs (R_max) für die Geländeanalyse; d) Mittel zum Konstruieren mindestens eines Richtungsfächer-Datensatzes aus mindestens einem Quellpunkt (200) innerhalb der DGHD, der die Sichtlinienangeben zwischen dem Quellpunkt und DGHD-Punkten enthält, die innerhalb des Richtungsfächers angeordnet sind; und e) Mittel zur Abfragung der Datensätze durch eine oder mehrere Abfragen, um Geländeangaben für bestimmte Anflugbedingungen zu erhalten.
System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Fächerazimut entsprechend dem Anflugazimut ermittelt wird.
System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Fächeröffnungswinkel entsprechend dem Sichtbeschränkungswinkel ermittelt wird.
System nach Anspruch 23, welches weiterhin Mittel zum Festlegen einer Fächerwinkelauflösung umfasst.
System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Fächerwinkelauflösung entsprechend dem Fächeröffnungswinkel und dem Maximalbereich des Fächers ermittelt wird.
System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Fächerazimut auf den dem Anflugazimut entgegengesetzten Azimut gesetzt ist.
System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungsfächer durch Ausführen der folgenden Schritte aus einem oder mehreren Datensätzen exponierbarer Höhen konstruiert werden; a) Gleichmäßiges Teilen der Fächerfläche in Winkelabschnitte entsprechend der Fächerwinkelauflösung; b) Konstruieren eines Datensatzes exponierbarer Höhen für jeden Winkelabschnitt durch Berechnen – für jeden Punkt innerhalb des Winkelabschnitts – der Entfernung und des Höhenwinkels des Punkts im Verhältnis zum Fächerquellpunkt; c) Ermitteln für jeden Punkt innerhalb eines Datensatzes exponierbarer Höhen, ob sich der Punkt in Sichtlinie mit dem Fächerquellpunkt befindet; und d) Verwerfen der Angaben bezüglich der Punkte innerhalb eines Datensatzes exponierbarer Höhen, die nicht in Sichtlinie mit dem Fächerquellpunkt sind, wodurch in jedem Richtungsfächer ein Datensatz exponierbarer Höhen, der die Angaben der DGHD-Punkte enthält, innerhalb der Winkelabschnitte, die in Sichtlinie mit dem Fächerquellpunkt sind und die von entsprechenden Azimuten sind, erhalten wird.
System nach Anspruch 21 oder 27, welches weiterhin Mittel zum Komprimieren der Daten der Richtungsfächer durch Einsetzen einer Datentransformation umfasst.
System nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten eines Richtungsfächers durch Ausführen der folgenden Schritte komprimiert werden: a) Festlegen einer zulässigen Abweichung für die Komprimierung; b) für jeden Datensatz exponierbarer Höhen das Festlegen einer Linie exponierbarer Höhen, die zwischen den Punkten des jeweiligen Winkelabschnitts eingezeichnet wird, die in Sichtlinie mit dem Fächerquellpunkt sind, wobei mit dem nächstgelegenen Punkt begonnen und mit dem fernsten Punkt geendet wird, in ihrer jeweiligen Folge im Verhältnis zum Quellpunkt; c) für jede Linie exponierbarer Höhen das Festlegen einer Hülle zulässiger Abweichung durch Addieren der zulässigen Abweichung D zu den Punkten der Linie exponierbarer Höhen: d) für jeden Winkelabschnitt das Komprimieren der Daten der Linie exponierbarer Höhen durch Ausführen der folgenden Schritte: d.1) Einzeichnen der längstmöglichen geraden Linie innerhalb der Hülle zulässiger Abweichung, wobei an der Kante der Hülle begonnen wird; d.2) Festlegen eines Endpunkts an der längsten Linie innerhalb der Hülle am fernsten Abschnitt, dort wo die längste Linie eine der Grenzen der Hülle schneidet; d.3) Einzeichnen der nächstlängsten Linie beginnend am Endpunkt der vorherigen Linie; und d.4) Wiederholen der Schritte 2 bis 4 bis zum Erreichen des Endes der Hülle.
System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenkomprimierung der Linie exponierbarer Höhen beginnend von den fernsten Punkten innerhalb des Winkelabschnitts und fortschreitend hin zum Quellpunkt ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten jedes Richtungsfächers unter Verwendung eines Polarkoordinatensystems geordnet werden.
System nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem Richtungsfächer erhaltenen Daten von einer polaren Darstellung in eine kartesische Darstellung umgewandelt werden.
System nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die relevanten Daten mittels eines Lookup-Prozesses von dem Richtungsfächer/den Richtungsfächern erhalten werden.
System nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Abfragung erhaltenen Daten weiterhin eine Interpolation der Daten innerhalb eines Winkelabschnitts umfassen.
System nach den Ansprüchen 21 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungsfächer-Datensatz den maximalen Bereich, den Fächeröffnungswinkel, die Fächerrichtung, die maximale Komprimierungsabweichung, die Höhe des Quellpunkts, die räumliche Position des Quellpunkts und die Vektoren exponierbarer Höhen und deren Richtung umfasst.
System nach Anspruch 21 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Fächeröffnungswinkel auf 360° gesetzt ist.
System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfragung der Fächerdaten durch Extrahieren der Linien exponierbarer Höhen, die Azimute sind, die in einen in die entgegengesetzte Richtung zu dem des Anflugazimut gerichteten Öffnungswinkel fallen, aus jedem Fächerdatensatz ausgeführt wird.
System nach einem der Ansprüche 21 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfragung des Fächerdatensatzes durch eine oder mehrere Abfragen zum Detektieren der minimalen Höhen, bei denen Kommunikation und/oder eine Sichtlinie mit den DGHD-Punkten hergestellt werden kann, ausgeführt wird.
System nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der folgenden Abfragen eingesetzt werden, um Folgendes zu ermitteln: a) die minimale Höhe, die zum Herstellen von Sicht für eine vorgegebene Entfernung und einen vorgegebenen Anflugazimut erforderlich ist; b) die minimale Höhe, die zum Herstellen von Kommunikation mit einem vorgegebenen Punkt erforderlich ist; und c) die minimale Entfernung, die zum Herstellen einer Sichtlinie mit Geländepunkten für eine vorgegebene Höhe und einen vorgegebenen Anflugazimut erforderlich ist.
System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfragung des Fächerdatensatzes durch eine oder mehrere Abfragen aus der folgenden Liste ausgeführt wird: – Abfragen eines unbekannten Anflugazimuts unter Verwenden eines allgemeinen Anflugazimuts oder eines Bereichs möglicher Anflugazimute und Verwenden der ungünstigsten Ergebnisse; – Abfragen mit einem bekannten Anflugazimut oder mit einer allgemeinen Einflugschneise, wobei aber der exakte Zustand teilweise bekannt oder unbekannt ist; und – Abfragen für einen spezifischen Standort zum schnellen Analysieren eines exakten Standorts.