一種基于真實(shí)ads-b的空中交通管制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于真實(shí)ADS?B的空中交通管制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，包括，教員席位，科目練習(xí)數(shù)據(jù)庫，受訓(xùn)練席位，訓(xùn)練數(shù)據(jù)準(zhǔn)備席，氣象數(shù)據(jù)引接模塊，ADS?B數(shù)據(jù)引接模塊。本系統(tǒng)可以利用ADS?B自動(dòng)地生成空管訓(xùn)練系統(tǒng)中科目練習(xí)，減少了制作練習(xí)的工作量。這個(gè)科目練習(xí)中的飛機(jī)飛行航跡與真實(shí)情況是完全一致的，從而可以讓教員/學(xué)員訓(xùn)練與實(shí)際情況完全一樣的管制方法。本系統(tǒng)使用有離線訓(xùn)練模式和在線訓(xùn)練模式兩種方式。離線訓(xùn)練模式是將 ADS?B數(shù)據(jù)和天氣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ADS?B數(shù)據(jù)制作科目練習(xí)進(jìn)行訓(xùn)練，并支持二次編輯。在線訓(xùn)練模式直接使用ADS?B數(shù)據(jù)和天氣數(shù)據(jù)（可選），設(shè)置練習(xí)相關(guān)信息后直接開始訓(xùn)練。
【專利說明】
一種基于真實(shí)ADS-B的空中交通管制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和空中交通管制員模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的航跡仿真生成和系統(tǒng)架構(gòu)相關(guān)領(lǐng)域，具體涉及一種基于真實(shí)ADS-B的空中交通管制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明是提供一種空中交通管制業(yè)務(wù)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，可以在空中交通管制行業(yè)中的管制員訓(xùn)練使用。其【背景技術(shù)】涉及到空中交通管理，ADS-B，空管模擬訓(xùn)練。
[0003]—、空中交通管理
改革開放以來，國民經(jīng)濟(jì)的高速增長，促使中國民航運(yùn)輸業(yè)不斷高速發(fā)展，民航運(yùn)輸量不斷快速增長。根據(jù)民航總局公布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，從2000年?2013年，年航班起降架次從175.7萬架次增加到731.5萬架次。至2013年航班起降架次總量翻了近4倍，年平均增長率達(dá)
11.2%。根據(jù)預(yù)測，到2020年，全國機(jī)場貨郵吞吐量、旅客吞吐量將分別保持15 %和11.4%的年均增長速度。相比于美國民航運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量占綜合交通運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量的比重是9.5%，中國民航只占整個(gè)交通運(yùn)輸總量比例僅為0.6%，只是非常小的一部分，所以民航還有10年的快速發(fā)展期，大運(yùn)輸量問題將帶來不容忽視的挑戰(zhàn)。
[0004]空中交通管理(Air Traffic Management, ATM)的任務(wù)是:有效的維護(hù)和促進(jìn)空中交通安全，維護(hù)空中交通秩序，保障空中交通暢通。空中交通管理旨在防止民用航空器同航空器、民用航空器同障礙物體相撞，維持并加速空中交通的有秩序的活動(dòng)，保證飛行安全和提高飛行效率。管制方法有程序管制和雷達(dá)管制。
[0005]二、ADS-B
ADS-B(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)主要實(shí)現(xiàn)了全方位的空對空、空對地的監(jiān)視。ADS-B監(jiān)視系統(tǒng)主要采用的是GNSS(Global Navigat1n SatelliteSystem)導(dǎo)航衛(wèi)星對飛機(jī)進(jìn)行監(jiān)視，它要求每架飛機(jī)都裝有全雙工無線通信裝置支持高速數(shù)據(jù)通信，由它定時(shí)廣播本身的一些信息，內(nèi)容主要是飛機(jī)的位置信息、其它的附加信息和飛機(jī)的識別信息。其中，飛機(jī)識別信息包括飛機(jī)的呼號和識別碼；四維位置信息包括坐標(biāo)經(jīng)度、坐標(biāo)維度、飛行高度和時(shí)間；附加信息包括航向、航線高度、空速和風(fēng)速等。這樣每架飛機(jī)都能收到在其附近飛機(jī)的廣播信息，如沖突告警信息，目標(biāo)位置信息，氣象信息等。這樣，飛行員可以全面實(shí)時(shí)地了解空中和地面的情況，遇到危險(xiǎn)可以及時(shí)處理。
[0006]ADS-B與傳統(tǒng)技術(shù)相比，優(yōu)勢明顯:I)監(jiān)視精度高；2)價(jià)格低廉;3)易于安裝;4)監(jiān)視能力強(qiáng)；5)可取代TCAS(Traff ic Collis1n Avoidance System) ;6)可取代二次雷達(dá);7)可為飛機(jī)車輛建立主動(dòng)防撞系統(tǒng);8)為“自由飛行”創(chuàng)造了條件。它不僅成功應(yīng)用于無雷達(dá)地區(qū)的遠(yuǎn)程航空器運(yùn)行監(jiān)視，同時(shí)，對于高密度飛行區(qū)域的空中交通服務(wù)亦具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，它的缺點(diǎn)是相關(guān)監(jiān)視，完全依賴機(jī)載或車載信息源信息。
[0007]三、空管模擬訓(xùn)練系統(tǒng)
空管模擬訓(xùn)練一般是指利用空管模擬訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行的管制業(yè)務(wù)練習(xí)，其目的是通過強(qiáng)化訓(xùn)練，讓進(jìn)近管制員從情景意識、指揮方式、特情處置等諸多方面進(jìn)行訓(xùn)練，以彌補(bǔ)日常業(yè)務(wù)沒有特殊情況和臨界大流量的短板。
[0008]空管模擬訓(xùn)練系統(tǒng)是一種自動(dòng)化的空中交通管理模擬訓(xùn)練的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它受訓(xùn)管制員所使用的席位與實(shí)際工作的席位配置基本一致，通過計(jì)算機(jī)模擬出訓(xùn)練系統(tǒng)中的航跡，飛行計(jì)劃等虛擬內(nèi)容，再通過管制輔助人員完成管制員發(fā)出的管制指令完成訓(xùn)練，并且可以通過多席位協(xié)作完成大型的復(fù)雜業(yè)務(wù)的練習(xí)。它的關(guān)鍵技術(shù)是航跡仿真計(jì)算技術(shù)，合理的系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)，高效的數(shù)據(jù)存儲訪問技術(shù)。
[0009]隨著空中交通流量的增長，空中交通的管理水平至關(guān)重要，它成為了空中交通流量逐漸增長的關(guān)鍵制約因素。國家對空中交通管理員的每年的訓(xùn)練量及訓(xùn)練內(nèi)容做出了相應(yīng)的要求，而且訓(xùn)練內(nèi)容會隨著時(shí)代的發(fā)展做相應(yīng)的調(diào)整，所以空中交通管制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)也隨之不斷地升級換代，支持更多的管制業(yè)務(wù)，提供更方便高效的訓(xùn)練內(nèi)容，能夠適應(yīng)未來大運(yùn)輸量的交通狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是:當(dāng)前的空中交通管理模擬訓(xùn)練系統(tǒng)(簡稱“空管訓(xùn)練系統(tǒng)”)中，訓(xùn)練科目練習(xí)的編制是一件非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作，它需要教員輸入練習(xí)的相關(guān)信息并逐架次的加入航班信息，并模擬運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤再進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)。本發(fā)明一種基于真實(shí)ADS-B的空中交通管制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)可以利用當(dāng)前空中交通管理系統(tǒng)中常用的航跡輸入數(shù)據(jù)ADS-B，自動(dòng)地生成空管訓(xùn)練系統(tǒng)中科目練習(xí)，大大減少了教員的工作量，而且生成的練習(xí)與實(shí)際工作場景基本一樣，適合新員工訓(xùn)練。如果教員在自動(dòng)生成的練習(xí)上再次進(jìn)行編輯，又可以生成其它不同科目的衍生練習(xí)，為生成高質(zhì)量的科目練習(xí)提供了豐富的素材，極大地提高了空管訓(xùn)練的效率。
[0011]本發(fā)明的目的是這樣達(dá)到的:一種基于真實(shí)ADS-B的空中交通管制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，硬件模塊包括:教員席位，科目練習(xí)數(shù)據(jù)庫，受訓(xùn)練席位，訓(xùn)練數(shù)據(jù)準(zhǔn)備席，氣象數(shù)據(jù)引接模塊，ADS-B數(shù)據(jù)引接模塊。硬件框架如圖1所示。各席位或模塊的軟件配置如下:學(xué)員受訓(xùn)席位配置學(xué)員管制訓(xùn)練軟件;教員席位配置ADS-B數(shù)據(jù)引接軟件，氣象數(shù)據(jù)引接軟件，教員訓(xùn)練控制軟件;服務(wù)器配置訓(xùn)練仿真模擬軟件;訓(xùn)練數(shù)據(jù)準(zhǔn)備席配置訓(xùn)練數(shù)據(jù)編輯軟件，ADS-B數(shù)據(jù)引接軟件，氣象數(shù)據(jù)引接軟件;科目練習(xí)數(shù)據(jù)庫配置標(biāo)準(zhǔn)的商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫。記錄用數(shù)據(jù)庫可以是Orac le, My SQL, SQLServer等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。
[0012]接入空中交通管理使用的ADS-B數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)(可選)，將其轉(zhuǎn)換為空中交通管理模擬訓(xùn)練系統(tǒng)可以使用的科目練習(xí)，這個(gè)科目練習(xí)中的飛機(jī)飛行航跡與真實(shí)情況是完全一致的，從而可以讓教員/學(xué)員在空管訓(xùn)練系統(tǒng)上訓(xùn)練與實(shí)際空中交通情況完全一樣的管制工作方式方法。將ADS-B數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為科目練習(xí)的過程中如果遇到缺失數(shù)據(jù)，本發(fā)明的處理方法是I)系統(tǒng)提供一些缺省值，隨機(jī)選用;2)教員手動(dòng)輸入合理的數(shù)據(jù)。在受訓(xùn)席位完成模擬訓(xùn)練是依靠服務(wù)器對空中交通中各架飛機(jī)進(jìn)行模擬仿真計(jì)算完成的。科目練習(xí)的模擬訓(xùn)練核心算法包括:飛機(jī)飛行性能參數(shù)的模擬算法，飛機(jī)沿航路航線飛行的模擬算法，飛機(jī)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)離場程序的模擬算法，飛機(jī)按管制員各種指令飛行的算法，飛機(jī)盲降的模擬算法。基于真實(shí)ADS-B的空中交通管制模擬訓(xùn)練科目練習(xí)的生成過程如圖2所示。在受訓(xùn)管制員對飛機(jī)發(fā)出管制指令后，其航跡由服務(wù)器仿真模擬計(jì)算得到。
[0013]本系統(tǒng)科目練習(xí)使用有離線訓(xùn)練模式和在線訓(xùn)練模式兩種方式。離線訓(xùn)練模式如圖3所示，在線訓(xùn)練模式如圖4所示。離線訓(xùn)練模式主要步驟是:1)引接ADS-B數(shù)據(jù)和天氣數(shù)據(jù)(可選)，將其記錄存儲;2)根據(jù)上步的ADS-B數(shù)據(jù)制作科目練習(xí)；3)如有需要，可以進(jìn)行科目練習(xí)二次編輯;4)使用科目練習(xí)訓(xùn)練。在線訓(xùn)練模式的步驟只有兩步，I)引接ADS-B數(shù)據(jù)和天氣數(shù)據(jù)(可選)；2)設(shè)置練習(xí)相關(guān)信息后直接開始訓(xùn)練。本發(fā)明的重點(diǎn)在于基于真實(shí)ADS-B數(shù)據(jù)的訓(xùn)練科目練習(xí)制作，或者直接使用ADS-B實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，將真實(shí)ADS-B數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為空中交通管理模擬訓(xùn)練系統(tǒng)可以使用的科目練習(xí)，這樣制作的練習(xí)是與真實(shí)情況完全一致的。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
I)真實(shí)性，訓(xùn)練內(nèi)容與真實(shí)的空中交通完全一樣，使學(xué)員可以快速了解本區(qū)域的交通狀況和管制方法。
[0015]2)高效性，節(jié)約了教員制作練習(xí)的時(shí)間，教員只需要設(shè)置幾個(gè)簡單的練習(xí)參數(shù)就可以完成科目練習(xí)的制作，一個(gè)練習(xí)的制作時(shí)間可以少于5分鐘。而且，可以根據(jù)時(shí)間段的不同，可以制作大量的科目練習(xí)，使學(xué)員的訓(xùn)練內(nèi)容指數(shù)級的增長。
[0016]3)靈活性，本系統(tǒng)提供了科目練習(xí)的二次編輯功能，可以對已經(jīng)存在的素材練習(xí)進(jìn)行編輯，增加或減少航班，增加特情處置，席位/單位協(xié)同等訓(xùn)練內(nèi)容，能方便快捷地?cái)U(kuò)展空管訓(xùn)練系統(tǒng)的訓(xùn)練內(nèi)容。
【附圖說明】
[0017]圖1是一種基于真實(shí)ADS-B的空中交通管制模擬訓(xùn)練科目練習(xí)的系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖。
[0018]圖2是一種基于真實(shí)ADS-B的空中交通管制模擬訓(xùn)練科目練習(xí)的生成過程。
[0019]圖3是一種基于真實(shí)ADS-B的空中交通管制模擬訓(xùn)練科目練習(xí)的離線訓(xùn)練模式。
[0020]圖4是一種基于真實(shí)ADS-B的空中交通管制模擬訓(xùn)練科目練習(xí)的在線訓(xùn)練模式。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]本發(fā)明一種基于真實(shí)ADS-B的空中交通管制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的硬件模塊包括:教員席位，科目練習(xí)數(shù)據(jù)庫，受訓(xùn)練席位，訓(xùn)練數(shù)據(jù)準(zhǔn)備席，氣象數(shù)據(jù)引接模塊，ADS-B數(shù)據(jù)引接模塊。硬件框架如圖1所示。系統(tǒng)硬件可以是以下型號(優(yōu)選的，但不局限于此):教員席，受訓(xùn)席主機(jī)均采用惠普(HP)大黑牛Z228 M5R38PA工作站級臺式電腦(Core ?7-4790 8GITB DVDRff Win8.1);教員席，受訓(xùn)席顯示器采用戴爾(Dell)UltraSharp U3014 30英寸LED寬屏IPS液晶顯示器，分辨率2560 X 1600;服務(wù)器采用惠普HP DL120G9 777424-AA1 E5-2603V3 IU機(jī)架式服務(wù)器。系統(tǒng)局域網(wǎng)至少要求10Mbps的帶寬。
[0023]本發(fā)明一種基于真實(shí)ADS-B的空中交通管制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的軟件配置如下:學(xué)員受訓(xùn)席位配置學(xué)員管制訓(xùn)練軟件;教員席位配置ADS-B數(shù)據(jù)引接軟件，氣象數(shù)據(jù)引接軟件，教員訓(xùn)練控制軟件;服務(wù)器配置訓(xùn)練仿真模擬軟件；訓(xùn)練數(shù)據(jù)準(zhǔn)備席配置訓(xùn)練數(shù)據(jù)編輯軟件，ADS-B數(shù)據(jù)引接軟件，氣象數(shù)據(jù)引接軟件;科目練習(xí)數(shù)據(jù)庫配置標(biāo)準(zhǔn)的商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫。記錄用數(shù)據(jù)庫可以是Oracle, MySQL, SQLServer等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。
[0024]本發(fā)明的整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)是一個(gè)星形架構(gòu)，服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，所有的系統(tǒng)之間的信息交換都是通過服務(wù)器完成的，服務(wù)器起到仿真模擬計(jì)算核心，和總體調(diào)度協(xié)調(diào)的作用。每個(gè)席位的狀態(tài)及信息均需與服務(wù)器保持一致。服務(wù)器對各個(gè)席位的軟件均實(shí)行啟動(dòng)就連接的策略，以保證系統(tǒng)啟動(dòng)后，所有的軟件端信息是一致的。除了服務(wù)端，其它的軟件端均可以隨時(shí)退出，重連。
[0025]本發(fā)明一種基于真實(shí)ADS-B的空中交通管制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的離線訓(xùn)練詳細(xì)實(shí)施流程是:I)引接ADS-B數(shù)據(jù)和天氣數(shù)據(jù)(可選)，將其記錄存儲;2)根據(jù)上步的ADS-B數(shù)據(jù)制作科目練習(xí)；3)如有需要，可以進(jìn)行科目練習(xí)二次編輯;4)使用科目練習(xí)訓(xùn)練。在線訓(xùn)練詳細(xì)實(shí)施流程較離線訓(xùn)練模式簡單許多，只需要選擇ADS-B數(shù)據(jù)開始在線訓(xùn)練即可，訓(xùn)練開始后的步驟與離線訓(xùn)練模式完全相同。下面對離線訓(xùn)練詳細(xì)實(shí)施流程每一步驟詳細(xì)描述。
[0026])ADS_B數(shù)據(jù)記錄存儲
弓丨入ADS-B標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，其引入方法可以是以下兩種:I)通過ADS-B地面接收機(jī)接收轉(zhuǎn)發(fā)的ADS-B數(shù)據(jù);2)通過空中交通管理(Air Traffic Control，ATC)系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的ADS-B數(shù)據(jù)。本發(fā)明也容許其它方式獲取ADS-B數(shù)據(jù)，但要求ADS-B數(shù)據(jù)必須是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式EURO⑶NTROLSTANDARD DOCUMENT FOR SURVEILLANCE DATA EXCHANGE, Part 12: Category 021, ADS-B Messages, Edit1n 1.4, SUR.ETl.ST05.2000-STD-12-01, July 2009。
[0027]按格式標(biāo)準(zhǔn)將ADS-B進(jìn)行解析，至少應(yīng)包括如下字段內(nèi)容:飛機(jī)呼號，航跡時(shí)刻，經(jīng)度，瑋度，速度，飛行海拔高度，磁航向，俯仰角，滾轉(zhuǎn)角，地面標(biāo)記。并將此航跡數(shù)據(jù)記錄入關(guān)系數(shù)據(jù)庫，供后續(xù)科目練習(xí)制作使用。
[0028])科目練習(xí)制作
科目練習(xí)制作主要數(shù)據(jù)來源為數(shù)據(jù)庫的航跡數(shù)據(jù)，用戶需要設(shè)置一些簡單的練習(xí)數(shù)據(jù)，如無特別設(shè)置，可以直接采用缺省值。制作過程為:選擇讀取航跡數(shù)據(jù)開始的時(shí)間和訓(xùn)練用機(jī)場(缺省設(shè)置為用戶當(dāng)前的機(jī)場)并輸入唯一的科目練習(xí)的名稱;如需要，可以選擇回放觀看當(dāng)時(shí)的空中狀況。系統(tǒng)會生成當(dāng)時(shí)及兩小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)的飛機(jī)呼號列表供用戶查看，用戶可以選擇刪除掉一些飛機(jī)。用戶也可以設(shè)置練習(xí)的席位數(shù)為一對一，或二對二，或三對三，或四對四，用戶可以選擇每一架航班與席位的對應(yīng)關(guān)系可以有三種策略:I)將每一架航班隨機(jī)分配到每個(gè)席位進(jìn)行控制；2)用戶指定哪架航班歸哪個(gè)席位進(jìn)行控制，一旦用戶已經(jīng)指定了席位，則其它策略均失效，除非用戶選擇席位重設(shè)操作；3)按扇區(qū)分配席位，每架航班在練習(xí)的第一個(gè)航跡出現(xiàn)位置歸屬于哪個(gè)扇區(qū)，則將此航班分配給控制該扇區(qū)的席位。
[0029]用戶可以設(shè)置天氣信息，如能見度，風(fēng)速風(fēng)向，或直接采用缺省值。以上信息均輸入完成后，系統(tǒng)可以計(jì)算輸出練習(xí)數(shù)據(jù)，并將此練習(xí)數(shù)據(jù)加入到數(shù)據(jù)庫中，增加一條科目練習(xí)記錄供科目練習(xí)二次編輯。
[0030]由于ADS-B航跡數(shù)據(jù)并不包含飛機(jī)的所將要經(jīng)過的航路點(diǎn)，這些數(shù)據(jù)一般包含中飛行情報(bào)數(shù)據(jù)的飛行計(jì)劃中，但ADS-B數(shù)據(jù)中包含有飛機(jī)的呼號，這時(shí)我們需要預(yù)先將每一個(gè)航班的飛機(jī)的飛行航路點(diǎn)預(yù)先輸入到數(shù)據(jù)庫中，在制作科目練習(xí)時(shí)，按飛機(jī)呼號將其飛行計(jì)劃中的航路點(diǎn)查詢出來后加入到科目練習(xí)中供后續(xù)的仿真模擬計(jì)算使用。
[0031]科目練習(xí)生成時(shí)，首先需要判斷每一架飛機(jī)當(dāng)前位置是否屬于練習(xí)機(jī)場的管制范圍，如果飛機(jī)位置在練習(xí)機(jī)場管制范圍內(nèi)，則將其呼號，航跡，出現(xiàn)時(shí)間記錄。否則不予記錄，將其忽略。超過練習(xí)時(shí)間范圍內(nèi)的航跡均不記錄。一個(gè)科目練習(xí)生成后，包括的主要信息有:練習(xí)名稱，練習(xí)起始時(shí)間，航班呼號，航跡，出現(xiàn)時(shí)間記錄信息及原始航跡，氣象信息等。
[0032])科目練習(xí)二次編輯
進(jìn)入科目練習(xí)二次編輯軟件界面，打開上述步驟在數(shù)據(jù)庫中增加的科目練習(xí)記錄，可以對此條記錄進(jìn)行二次編輯。編輯確定后，系統(tǒng)將刷新保存此條科目練習(xí)記錄供科目練習(xí)。如要保存原有的科目練習(xí)，需將當(dāng)前編輯的科目練習(xí)重新命名以新增加一條記錄到數(shù)據(jù)庫。二次編輯的操作包括:增加/減少科目練習(xí)中的航班，改變航班的航路航線、高度、速度，改變航班的出現(xiàn)位置和時(shí)間，增加特情處置，改變氣象條件等。
[0033])使用科目練習(xí)訓(xùn)練
科目練習(xí)使用有兩種方式:1)離線訓(xùn)練模式(圖3)，2)在線訓(xùn)練模式(圖4)。離線訓(xùn)練模式是指僅使用已經(jīng)制作成功的科目練習(xí)進(jìn)行訓(xùn)練，其訓(xùn)練方式與傳統(tǒng)的ATC訓(xùn)練方式相同。在線訓(xùn)練模式是指，不需要已經(jīng)制作好的科目練習(xí)，而是直接將接入的ADS-B數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，先設(shè)置部分練習(xí)信息后，用ADS-B數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，完成后即可直接開始訓(xùn)練。離線訓(xùn)練模式流程如圖3所示，在線訓(xùn)練模式流程如圖4所示。離線訓(xùn)練模式流程是:先由教員選擇已經(jīng)由真實(shí)ADS-B數(shù)據(jù)生成的科目練習(xí)；教員啟動(dòng)練習(xí)；受訓(xùn)學(xué)員模擬啟動(dòng)的練習(xí)場景對自已管制區(qū)內(nèi)的飛機(jī)進(jìn)行管制，監(jiān)視管制區(qū)動(dòng)態(tài)，發(fā)出管制指令;在模擬飛行員席位的操作人員可以對多架飛機(jī)進(jìn)行操作，按管制員發(fā)出的指令調(diào)整航向，速度，高度等;反復(fù)此過程，直到所有的飛機(jī)已經(jīng)被正常地移交到其它管制區(qū)或者已經(jīng)降落;教員可以根據(jù)剛才學(xué)員的管制方法進(jìn)行糾正點(diǎn)評。在線訓(xùn)練模式與上述的離線訓(xùn)練模式區(qū)別僅在于練習(xí)的選擇與啟動(dòng)方式上，教員不能選擇當(dāng)前數(shù)據(jù)庫里保存的科目練習(xí)，只能選擇ADS-B數(shù)據(jù)源并設(shè)置練習(xí)的相關(guān)信息，由系統(tǒng)將科目練習(xí)初始化完成后，可以開始練習(xí)；其它的流程與離線訓(xùn)練模式完全一樣。
[0034]每當(dāng)一個(gè)科目練習(xí)啟動(dòng)時(shí)，服務(wù)器會為這個(gè)練習(xí)啟動(dòng)一個(gè)線程并鎖定相應(yīng)的席位。練習(xí)結(jié)束后，關(guān)閉此線程。這樣可以支持多核的并行計(jì)算。每個(gè)線程獨(dú)立的仿真計(jì)算飛機(jī)的航跡，并完成模擬飛行員執(zhí)行的飛機(jī)操作，從而模擬出類似的空中交通場景。每個(gè)線程都會用到下述的科目練習(xí)的模擬訓(xùn)練核心算法。
[0035]在受訓(xùn)席位完成模擬訓(xùn)練是依靠服務(wù)器對空中交通中各架飛機(jī)進(jìn)行模擬仿真計(jì)算完成的?？颇烤毩?xí)的模擬訓(xùn)練核心算法包括:飛機(jī)飛行性能參數(shù)的模擬算法，飛機(jī)沿航路航線飛行的模擬算法，飛機(jī)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)離場程序的模擬算法，飛機(jī)按管制員各種指令飛行的算法，飛機(jī)盲降的模擬算法。各算法的實(shí)現(xiàn)下面逐一介紹。
[0036]飛機(jī)飛行性能參數(shù)模擬算法:飛機(jī)的飛行性能參數(shù)可以手動(dòng)輸入關(guān)鍵點(diǎn)的值，其它參數(shù)通過插值估計(jì);也可以根據(jù)飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)原理公式進(jìn)行模擬。這些參數(shù)包括:飛機(jī)長度，寬度、高度;飛機(jī)空重、飛機(jī)滿載全重，飛機(jī)當(dāng)前載重;飛機(jī)最大巡航速度，最高巡航高度；引擎數(shù)量，引擎動(dòng)力；飛行包線數(shù)據(jù);特定速度、高度下指定加減/速度，特定速度、高度下指定爬升/下降率。
[0037]飛機(jī)沿航路航線飛行的模擬算法:首先需要有設(shè)置好的航路點(diǎn)，每個(gè)航路點(diǎn)需要給出相應(yīng)的過點(diǎn)速度和高度。如果飛機(jī)無法在過點(diǎn)時(shí)達(dá)到相應(yīng)的速度高度，則繼續(xù)根據(jù)下一航路點(diǎn)的過點(diǎn)速度高度飛行。每次過一個(gè)航路點(diǎn)后，設(shè)置下一航路點(diǎn)為飛機(jī)當(dāng)前的目的速度和高度，飛機(jī)按航路方向進(jìn)行加/減速，上升/下降高度進(jìn)行操作。如果已經(jīng)過了最后一個(gè)航路點(diǎn)，則按過最后一個(gè)航路點(diǎn)的方向直飛。航跡的計(jì)算為實(shí)時(shí)計(jì)算模式，即服務(wù)器在一個(gè)航跡周期內(nèi)只計(jì)算當(dāng)前練習(xí)的所有航跡，過了一個(gè)般跡周期，才計(jì)算下一周期的航跡數(shù)據(jù)。若最后一個(gè)航路點(diǎn)為到達(dá)機(jī)場，則到達(dá)后不計(jì)算后續(xù)的航跡?；蚝铰泛骄€中有標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)離場程序，則將標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)離場程序中的航路點(diǎn)解析出來按航路航線飛行方法進(jìn)行計(jì)算。加/減速需要計(jì)算出當(dāng)前飛機(jī)的最常用加/減速度，再按航跡周期進(jìn)行調(diào)速。上升/下降高度同樣計(jì)算出當(dāng)前飛機(jī)的最常用上升/下降率，再以航跡周期為準(zhǔn)進(jìn)行高度的調(diào)整。
[0038]飛機(jī)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)離場程序的模擬算法:標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)離場程序也是由起飛機(jī)場(離場)/降落機(jī)場(進(jìn)場)及就近的航路點(diǎn)構(gòu)成的，也可以設(shè)置將進(jìn)離場程序解析成按航路航線飛行的模式，用飛機(jī)沿航路航線飛行的模擬算法實(shí)現(xiàn)。
[0039]飛機(jī)按管制員各種指令飛行的算法:管制員向飛行員發(fā)出的指令有:改變飛行高度，修正飛行表速，按最近路線轉(zhuǎn)至指定航向，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，調(diào)整飛機(jī)爬升率，調(diào)整飛機(jī)下降率，調(diào)整轉(zhuǎn)彎率或指定轉(zhuǎn)彎坡度，命令飛機(jī)開車/滑行，飛機(jī)離場前，臨時(shí)指定飛機(jī)起飛后的航路，起飛飛機(jī)，指定飛行航路，進(jìn)入/退出等待模式，建立盲降，復(fù)飛程序，命令偏離計(jì)劃航線的飛機(jī)在指定點(diǎn)重新加入計(jì)劃航線，命令飛機(jī)沿導(dǎo)航臺的指定方向截入或飛出。加/減速需要計(jì)算出當(dāng)前飛機(jī)的最常用加/減速度，再按航跡周期進(jìn)行調(diào)速。上升/下降高度同樣計(jì)算出當(dāng)前飛機(jī)的最常用上升/下降率，再以航跡周期為準(zhǔn)進(jìn)行高度的調(diào)整。調(diào)整航向，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，先根據(jù)飛機(jī)推算出合理的轉(zhuǎn)彎半徑，再根據(jù)旋轉(zhuǎn)的幾何公式進(jìn)行計(jì)算飛機(jī)的下一周期的航跡。命令飛機(jī)開車、滑行，起飛飛機(jī)是改變當(dāng)前飛機(jī)的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)的。建立盲降按下段的飛機(jī)盲降的模擬算法進(jìn)行計(jì)算。其余的命令所需要做的就是正確計(jì)算飛機(jī)的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)位的航路點(diǎn)，更準(zhǔn)確的說是系統(tǒng)內(nèi)部計(jì)算時(shí)使用的中間位置點(diǎn)，飛機(jī)只需要沿著這些中間位置點(diǎn)設(shè)置的狀態(tài)進(jìn)行常規(guī)的飛行模擬計(jì)算即可。
[0040]飛機(jī)盲降的模擬算法:此算法分為兩步:I)檢查飛機(jī)是否具備盲降條件，即飛機(jī)高度不能高于下降的錐形區(qū)上界，位置應(yīng)在水平90度的錐形區(qū)內(nèi)，位置不能離機(jī)場過近(20KM);2)對具備條件的飛機(jī)，切入到下滑道，首先保持高度飛行調(diào)整以下滑道水平方向的45度切入到下滑道，臨近下滑道3KM時(shí)，計(jì)算飛機(jī)轉(zhuǎn)彎航跡，轉(zhuǎn)彎切入下滑道;3)沿下滑道降落到機(jī)場，若飛機(jī)在下滑道之下，保持平飛，若飛機(jī)在下滑道附近，按下滑道的下降率下降直至飛機(jī)降落。本系統(tǒng)中機(jī)場下滑道一般是3度。
[0041]
以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于真實(shí)ADS-B的空中交通管制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，包括，教員席位，科目練習(xí)數(shù)據(jù)庫，受訓(xùn)練席位，訓(xùn)練數(shù)據(jù)準(zhǔn)備席，氣象數(shù)據(jù)引接模塊，ADS-B數(shù)據(jù)引接模塊;各席位或模塊的軟件配置如下:學(xué)員受訓(xùn)席位配置學(xué)員管制訓(xùn)練軟件;教員席位配置ADS-B數(shù)據(jù)引接軟件，氣象數(shù)據(jù)引接軟件，教員訓(xùn)練控制軟件;服務(wù)器配置訓(xùn)練仿真模擬軟件；訓(xùn)練數(shù)據(jù)準(zhǔn)備席配置訓(xùn)練數(shù)據(jù)編輯軟件，ADS-B數(shù)據(jù)引接軟件，氣象數(shù)據(jù)引接軟件;科目練習(xí)數(shù)據(jù)庫配置標(biāo)準(zhǔn)的商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫;記錄用數(shù)據(jù)庫可以是Oracle, MySQL, SQLServer等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品O2.如權(quán)利要求1所述的一種基于真實(shí)ADS-B的空中交通管制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于:可以利用當(dāng)前空中交通管理系統(tǒng)中常用的航跡輸入數(shù)據(jù)ADS-B，自動(dòng)地生成空管訓(xùn)練系統(tǒng)中科目練習(xí)，大大減少了教員的工作量，而且生成的練習(xí)與實(shí)際工作場景基本一樣，適合新員工訓(xùn)練；如果教員在自動(dòng)生成的練習(xí)上再次進(jìn)行編輯，又可以生成其它不同科目的衍生練習(xí)，為生成高質(zhì)量的科目練習(xí)提供了豐富的素材，極大地提高了空管訓(xùn)練的效率。3.如權(quán)利要求1所述的一種基于真實(shí)ADS-B的空中交通管制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于:接入空中交通管理使用的ADS-B數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)(可選)，將其轉(zhuǎn)換為空中交通管理模擬訓(xùn)練系統(tǒng)可以使用的科目練習(xí)，這個(gè)科目練習(xí)中的飛機(jī)飛行航跡與真實(shí)情況是完全一致的，從而可以讓教員/學(xué)員在空管訓(xùn)練系統(tǒng)上訓(xùn)練與實(shí)際空中交通情況完全一樣的管制工作方式方法;將ADS-B數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為科目練習(xí)的過程中如果遇到缺失數(shù)據(jù)，本發(fā)明的處理方法是I)系統(tǒng)提供一些缺省值，隨機(jī)選用;2)教員手動(dòng)輸入合理的數(shù)據(jù);在受訓(xùn)席位完成模擬訓(xùn)練是依靠服務(wù)器對空中交通中各架飛機(jī)進(jìn)行模擬仿真計(jì)算完成的;科目練習(xí)的模擬訓(xùn)練核心算法包括:飛機(jī)飛行性能參數(shù)的模擬算法，飛機(jī)沿航路航線飛行的模擬算法，飛機(jī)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)離場程序的模擬算法，飛機(jī)按管制員各種指令飛行的算法，飛機(jī)盲降的模擬算法;在受訓(xùn)管制員對飛機(jī)發(fā)出管制指令后，其航跡由服務(wù)器仿真模擬計(jì)算得到。4.如權(quán)利要求1所述的一種基于真實(shí)ADS-B的空中交通管制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于:科目練習(xí)使用有離線訓(xùn)練模式和在線訓(xùn)練模式兩種方式;離線訓(xùn)練模式主要步驟是:I)引接ADS-B數(shù)據(jù)和天氣數(shù)據(jù)(可選)，將其記錄存儲;2)根據(jù)上步的ADS-B數(shù)據(jù)制作科目練習(xí)；3)如有需要，可以進(jìn)行科目練習(xí)二次編輯;4)使用科目練習(xí)訓(xùn)練;在線訓(xùn)練模式的步驟只有兩步，I)引接ADS-B數(shù)據(jù)和天氣數(shù)據(jù)(可選)，將其記錄存儲；2)設(shè)置練習(xí)相關(guān)信息后直接開始訓(xùn)練。
【文檔編號】G09B9/00GK105931526SQ201610549146
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月13日
【發(fā)明人】李新勝
【申請人】四川大學(xué)