用于飞机场表面移动模型的自动生成的系统和方法

摘要

用于飞机场表面移动模型的自动生成的系统和方法。提供了用以生成飞机场表面区域节点链接图表的方法和系统。提供的终端区域网发生器根据可靠的终端区域节点链接来构造终端区域网，其不要求进一步手动处理。示例性实施例与AIRAC循环相容。

说明书

技术领域

本文所述主题的实施例一般地涉及飞机场表面引导和导航，并且更具体地涉及飞机场表面移动模型的生成。

背景技术

飞机场表面移动的准确且高效的建模是空中运输模拟的必要部分。随着空中交通增加，飞行器地面运输（在本文中称为飞机场表面移动）和飞机场表面中的飞行器行进路径的密度也增加。许多飞机场表面地图已被数字化并根据诸如D0-272（由航空无线电技术委员会建立）之类的航空数据库标准而在地理信息系统（GIS）模型中分类。数字化飞机场表面地图是非常复杂的，并且对于飞机场表面移动的快速建模而言或者对于到飞行器的快速数据传输而言太麻烦。因此，为了支持飞行器表面引导和导航，模型必须是飞机场表面移动的简化表示，并且模型发生器必须可靠地从数字化飞机场表面地图提取必要信息。

“终端区域网”是提供飞机场表面移动的简化表示的飞机场表面移动模型。因此，终端区域网用明确飞行器行进路径的创建、飞行器行进路径在飞机场表面地图上的显示以及飞行器行进路径以机载应用程序可使用的格式的传输来支持飞行器表面引导和导航。终端区域网是包括被组合成终端节点链接图表的一系列终端节点链接的图形地图。

作为终端区域网的构造块，终端区域节点链接是飞行器情景意识、表面引导以及导航的最重要组成部分。终端区域节点链接表示终端区域网内的行进路径；行进路径可以是滑行道或跑道。终端区域节点链接形成在驾驶舱中的飞机场移动地图显示器中生成的视觉和听觉警告的核心。准确的终端区域节点链接信息是用于终端区域网内的准确且可靠的空间数据的前提条件。

终端区域网是基于由从空间或卫星图像、扫描纸质地图部分或其组合提取信息的绘图部门生成的地图。当前，终端区域节点链接是手动地或半自动地生成的；终端节点链接被组合成终端节点链接图表；终端节点链接图表被并入到终端区域网中。手动检查或手动进一步处理是低效的，并且常常导致包括难以检测和确定（fix）的某些错误。自然地，节点链接中的任何错误被传播到终端区域网中。另外，对手动步骤的依赖已防止根据航空信息规则与控制（AIRAC）循环来产生终端区域节点链接，其是每28天的自动数据生成循环。

因此，期望一种可以在没有进一步手动处理的情况下生成终端区域网的系统和方法。该期望方法根据不要求进一步手动处理的和准确的终端区域节点链接来构造终端区域网。所期望的方法可根据AIRAC循环操作。

发明内容

提供了一种适合于生成表面移动网络的方法。从飞机场绘图数据库接收行进路径和行进路径的方向性。用一组多边形率表示作为滑行道的行进路径。针对每个多边形创建符合行进路径的方向性的中心线。使用多边形中心线来生成滑行道中心线。

提供了一种用于生成表面移动网络的系统。该系统包括被耦合到数据库的处理器。数据库从飞机场绘图数据库获得行进路径数据。处理器被配置成（a）获得行进路径，（b）获得行进路径的方向性，（c）用一组多边形来表示滑行道，（d）使用方向性来创建滑行道多边形的中心线，以及（e）使用多边形中心线来生成滑行道中心线。

还包括用于生成表面移动网络的另一方法。该方法包括从飞机场绘图数据库获得行进路径数据，并且然后将行进路径数据分类成跑道数据或滑行道数据。获得用于跑道的跑道入口点，并且创建符合跑道入口点的跑道的中心线。接下来，用一组多边形来表示每个滑行道。使用行进路径之间的交叉点根据共享边缘的数目来将多边形分类。针对多边形生成中心线并使用多边形中心线来生成滑行道中心线。

根据结合附图和本背景技术进行的以下详细描述和所附权利要求，其它期望特征将变得显而易见。

附图说明

从结合附图进行的以下详细描述可推导出主题的更全面理解，其中，相似的参考数字表示相似的元件，并且：

图1是图示出根据示例性实施例的航空电子显示系统的功能框图；

图2是图示出根据示例性实施例的终端区域网发生器的功能框图；

图3是示出了飞机场表面特征的示例性几何结构的图；

图4是示出了根据示例性实施例的用于具有精确地两个共享边缘的多边形的中心线的生成的图示；

图5是示出了根据图4中所示示例性实施例生成的中心线的图示。

图6是示出了根据示例性实施例的具有精确地一个共享边缘的多边形的中心线的生成的图示；

图7是示出了根据图6中所示的示例性实施例生成的中心线的图示；

图8是示出了具有精确地一个或精确地两个共享边缘的多边形的图示，其中中心线根据示例性实施例生成；

图9是具有相邻会聚多边形的飞机场表面特征的图示；

图10是根据示例性实施例的被合并成聚合多边形的图9的相邻会聚多边形的图示；

图11是示出了根据示例性实施例的用于会聚多边形内的中心线耦合的方法的图示；

图12是示出了根据示例性实施例的用于会聚多边形内的中心线耦合的替换方法的图示；

图13是示出了根据示例性实施例的聚合会聚多边形的中心线的生成的图示；以及

图14是示出了根据示例性实施例的中心线到跑道上的延伸的图示。

具体实施方式

以下详细描述本质上仅仅是示例性的且并不意图限制本发明或本发明的应用和使用。此外，并不意图受到在前面的背景技术或以下详细描述中提出的任何理论的束缚。

图1是图示出根据示例性实施例的航空电子显示系统20的功能框图。航空电子显示系统20包括至少第一处理器21、至少一个监视器22和用户输入设备24，其中的每一个被操作耦合到第一处理器21。在航空电子显示系统20的操作期间，第一处理器21被耦合到监视器22以产生显示器23，其在视觉上为飞行员和机组人员提供终端区域网的图形显示。第一处理器21可以以二维格式（例如，作为移动地图显示器）或以混合格式（例如，以画中画或分割屏幕布置）为显示器23提供合成图像。

第一处理器21可包括任何适当数目的单个微处理器、飞行控制计算机、导航设备、存储器、电源、存储设备、接口卡以及本领域中已知的其它标准部件或与之相关联。在这方面，第一处理器21可包括被设计成执行下面描述的各种方法、过程任务、计算以及控制/显示功能的任何数目的软件程序（例如，航空电子显示程序）或指令或与之合作。可将第一处理器21包括在通常部署在飞行管理系统（FMS）内的类型的飞行管理计算机内。

适合于作为监视器22使用的图像生成设备包括各种模拟（例如，阴极射线管）和数字（例如，液晶、有源矩阵、等离子体等）显示设备。在某些实施例中，监视器22可采取包括在飞行器的电子飞行仪表系统（EFIS）内的俯视显示器（HDD）或平视显示器（HUD）的形式。可遍及驾驶舱将监视器22设置在各种位置处。例如，监视器22可包括主飞行显示器（PFD）并存在于飞行员的主视场内的中心位置处。替换地，监视器22可包括辅助飞行舱板显示器，诸如引擎仪表和机组人员资讯系统（EICAS）显示器，安装在供飞行器机组人员方便观察的位置处，但是其一般地存在于飞行员的主视场外面。

第一处理器21包括被操作耦合到一个或多个空中交通数据服务25的一个或多个输入。在航空电子显示系统20的操作期间，空中交通数据服务25不断地为第一处理器21提供导航数据。在图1中所示的示例性实施例中，空中交通数据源包括无线收发机26和导航系统27，其分别地操作耦合到第一处理器21的第一和第二输入。导航系统27包括机载雷达28及其它机载仪表29，诸如无线电高度计、气压高度计、全球定位系统（GPS）单元等。可在FMS内包括导航系统27，并且可在地形感知与告警系统（TAWS）、诸如增强近地告警系统（EGPWS）内包括机载雷达28。

继续参考图1，无线收发机26被视为空中交通数据源，因为无线收发机26从外部控制源接收导航数据并将此数据中继到第一处理器21。例如，无线收发机26可接收来自一个或多个基于地面设施的终端区域网数据以及来自飞行服务站、控制塔台等的信息。

图2是图示出根据示例性实施例的终端区域网发生器40的功能框图。终端区域网发生器40包括第二处理器41、第二无线收发机42和数据库43。包括用户输入设备44和飞机场地图数据源。终端区域网在飞行之前被无线地发射并被飞行器接收。在本示例性实施例中，无线收发机（例如，图1的无线收发机26）从终端区域网发生器40接收终端区域网数据，并将此数据中继到航空电子显示系统中的处理器（例如，图1的第一处理器21）。

终端区域网发生器40接收诸如DO-272/DO-291、AIXM或ARINC 816之类的GIS飞机场绘图数据库标准中的飞机场表面信息、地图数据（“数据”）。上述标准中的每个提供形状文件。形状文件是用于地理信息系统软件的通用的地理空间矢量数据格式。在本文中利用的形状文件一般地遵守环境系统研究协会（ESRI）互操作性标准，并且提供矢量特征、点、线、多边形等。形状文件因此提供飞机场特征，诸如跑道、跑道入口点、滑行道、交叉点、停机坪、频率区域、标志以及滑行道标识符。终端区域网发生器40在对数据进行地理处理之前将来自纬度/经度的数据转换成通用横向麦卡托投影（UTM）。数据转换、地理处理和关联数据操纵和管理由第二处理器41利用数据库43来执行。地理处理是用来操纵空间数据的地理信息系统操作。典型地理处理操作获取输入数据集，对该数据集执行操作，并将操作的结果作为输出数据集返回。常见地理处理操作包括地理特征覆盖图、特征选择和分析、拓扑处理、光栅处理以及数据转换。终端区域网的创建是与数据库43相配合地在第二处理器41中进行的地理处理活动。

终端区域网发生器40分多个步骤来创建终端区域节点链接。首先，获得行进路径和沿着行进路径的预定行进方向（方向性）。对于作为滑行道的行进路径而言，滑行道被划分成多边形。使用母滑行道的方向性来创建多边形中心线，并且然后通过将单个子多边形的中心线耦合来创建整个母滑行道中心线。不同地识别和管理跑道。获得跑道入口点并将其用来创建每个跑道中心线。当使用方向性将所有单个终端区域节点链接耦合在一起、导致终端区域网时，对飞机场表面移动进行了完整的绘图。图3—15和所相伴的详细描述对根据示例性实施例的单个终端区域节点链接的生成进行描述。

如上文所述，终端区域网发生器40是根据航空信息规则与控制（AIRAC）循环每28天生成终端区域网的基于陆地的系统和方法。可将终端区域网存储在数据库43中。飞行器经由无线收发机42来访问终端区域网数据，一般地在飞行之前上传所有相关终端区域网。然而，可在任何时间从终端区域网发生器40访问终端区域网数据。

除由无线收发机42提供的控制之外，用户输入设备44还允许基于地面的输入控制。各种数据经由用户输入设备44被输入到终端区域网发生器40中，例如在多边形中心线的生成中利用的参数和控制，如下文所讨论的。

图3是示出了飞机场表面特征的示例性几何结构的图。示出了具有关联交叉点的多个行进路径。在示例性实施例中，从地理信息系统（GIS）、诸如飞机场绘图数据库（AMDB）取回行进路径信息。行进路径包括滑行道和跑道。滑行道被划分成多边形。图3示出了根据示例性实施例的被划分成多边形的滑行道。多边形A与多边形B、多边形C和多边形D共享边缘。多边形的每个共享边缘充当用于行进的入口/出口，并且因此表示方向性。单个入口/出口多边形具有精确地一个共享边缘，诸如多边形E和多边形F。

具有精确地两个共享边缘的多边形被称为连接器多边形。在示例性图中，多边形B、多边形D和多边形C每个都是连接器多边形。具有超过两个共享边缘的多边形称为会聚多边形。在示例性图表中，多边形A是会聚多边形。

作为以下详细描述的概述，示例性实施例使用构成滑行道的多边形的每个的中心线为滑行道中的每个生成中心线或链接。示例性实施例针对跑道不同地生成中心线或链接。跑道是飞机场绘图数据库中的具有唯一标识符的行进路径。每个跑道具有上了漆的中心线特征，其是给定跑道的两个中心线极点的连接。跑道上的中心线极点称为跑道入口点。跑道入口点被包括在存储于飞机场绘图数据库中的飞机场表面信息中。终端区域网发生器40首先完成用于完整飞机场表面地图的单个链接（在本文中称为节点链接）的生成。然后在终端节点链接图表的生成中使用节点链接。图4—10图示出各种终端节点链接的生成，并且图11—14图示出将各种节点链接耦合在一起，形成最后终端节点链接图表中的节点。

图4是示出根据示例性实施例的用于具有精确地两个共享边缘的多边形的中心线的生成的图示，并且示出了飞机场表面特征200、连接器多边形201，具有第一共享边缘202和第二共享边缘214。第一共享边缘202在多边形203与连接器多边形201之间被共享。第二共享边缘214在连接器多边形201与多边形207之间被共享。

连接器多边形201具有第一非共享边缘204和第二非共享边缘216。如下创建中心线或链接。从用户输入设备（例如，图2的用户输入设备44）获得预定参数206。将较长非共享边缘（第一非共享边缘204）除以预定参数206，创建N个相等尺寸的段。然后将较短非共享边缘（第二非共享边缘216）划分成N个相等段，并且将较长非共享边缘上的段端点顺序地与来自较短非共享边缘的段端点配对。例如，第一非共享边缘204上的第一段端点208与第二非共享边缘216上的第二段端点212配对。在配对过程完成时，连接器多边形201看起来具有覆盖在其上面的梯状物，如图4中所示。梯状物的横档是顺序地配对的端点的系列。

确定配对端点的中点，例如已经在第一段端点208与第二段端点212之间确定中点210。接下来，将配对端点的中点相互连接。最后，确定用于共享边缘的中点。如所示，第一共享边缘202具有中点205，并且第二共享边缘214具有中点215。当来自各对的中点被连接到共享边缘的中点时，生成用于此行进路径的中心线或链接。

图5是示出了根据图4中所示示例性实施例生成的中心线的图示。示出了飞机场表面特征300，并且其包括被第一共享边缘202和第二共享边缘214围绕的连接器多边形201。连接器多边形201具有第一非共享边缘204和第二非共享边缘216。多边形203邻近于连接器多边形201，共享第一共享边缘202。多边形207与连接器多边形201共享第二共享边缘214。示出了中心线302，其为连接配对端点的中心的结果，如上所述。

图6是示出了根据示例性实施例的具有精确地一个共享边缘的多边形的中心线的生成的图示。示出了飞机场表面特征400，并且其包括具有共享边缘404、非共享边缘406和非共享边缘408的多边形402。多边形402与多边形418共享共享边缘404。终端区域网发生器40如下识别具有精确地一个共享边缘的多边形的伪共享边缘。分析多边形内的连续内角。选择第一内角PHI 1和连续第二内角PHI 2，使得PHI 1（412）和PHI 2（414）的和是180°或以下。PHI 1处的顶点被连接到PHI 2处的顶点，创建伪共享边缘410。

图7是示出了根据图6中所示的示例性实施例的生成的中心线的图示。示出了飞机场表面特征500，并且其包括具有共享边缘404、非共享边缘406和非共享边缘408的多边形402。多边形402与多边形418共享共享边缘404。针对伪共享边缘410确定伪共享边缘中点502。针对共享边缘404确定共享边缘中点504。

如下创建中心线或链接，如图4中所述。预定参数206是从用户输入获得的长度单位。将较长非共享边缘406除以预定参数206，创建N个相等尺寸的段。然后将较短非共享的边408划分成N个相等段，并且将较长非共享边缘上的段端点顺序地与来自较短非共享边缘的段端点配对。例如，将第一段端点508与第二段端点410配对。在配对过程完成时，多边形402看起来具有覆盖在其上面的梯状物，如图7中所示。梯状物的横档是顺序地配对端点的系列。

确定配对端点的中点，例如，中点506是第一段端点508与第二段端点510之间的距离的一半。接下来，将配对端点的中点相互连接。当将来自各对的中点连接到共享边缘中点504和伪共享边缘中点502时，生成用于此行进路径的中心线或链接。

图8是示出了根据示例性实施例的已生成中心线的具有精确地一个或精确地两个共享边缘的多边形的图示。示出了飞机场表面特征600，包括连接器多边形602，具有中心线603。示出了具有中心线606的连接器多边形604。邻近于会聚多边形608且邻近于会聚多边形614示出了具有中心线611的连接器多边形610。在图6的图示中，示出了具有中心线617的多边形616，其具有仅一个共享边缘，并且还示出了具有中心线613的多边形612。包括多边形620以图示出跑道行进路径。在上文的图3中描述了用于创建用于跑道的中心线的过程。

图9是根据示例性实施例的相邻会聚多边形的图示。飞机场表面特征700包括会聚多边形A（702）、会聚多边形B（704）、会聚多边形C（706）和会聚多边形D（708）。连接器多边形710邻近于会聚多边形C（706）和会聚多边形D（708）。如所示，多边形A（702）邻近于多边形B（704），并且多边形C（706）还邻近于多边形B（704）。示例性实施例针对与其它会聚多边形的邻近性而分析会聚多边形。当两个会聚多边形相邻时，经由其共享边缘将其合并成单个聚合会聚多边形（在下文中称为聚合多边形）。重复检查邻近性和合并多边形的过程直至不存在相邻会聚多边形为止。

图10是根据示例性实施例的被合并成聚合多边形的图9的相邻会聚多边形的图示。飞机场表面特征800包括被示为来自图7的合并多边形A（702）、多边形B（704）和多边形C（706）的聚合结果的聚合多边形802。还包括连接器多边形804和会聚多边形806。

当生成用于单个多边形的所有终端节点链接时，终端区域网发生器40将终端节点链接耦合，生成完整终端区域网。图11—14和关联详细描述根据示例性实施例来描述此步骤。

图11是示出了根据示例性实施例的用于会聚多边形内的中心线的耦合的方法的图示。飞机场表面特征900描述会聚多边形902。会聚多边形902与多边形904共享边缘，与多边形908共享边缘，并且与多边形916共享另一边缘。

分析各对相邻多边形的中心线的位置以确定任何的一对相邻多边形是否具有基本上平行的中心线。在所示的实施例中，多边形904的中心线906和多边形908的中心线910被确定为是基本上平行的。示例性实施例跨会聚多边形将基本上平行的中心线耦合。用长虚线示出的中心线912被示为将中心线906耦合到中心线910的结果。接下来，示例性实施例将邻近于会聚多边形的所有其余多边形的中心线延伸到会聚多边形902的中心线上。如所示，中心线914作为点线918延伸到会聚多边形902的中心线912中，与节点920处的中心线912连接。

如果在分析各对相邻多边形的中心线的位置以确定任何一对相邻多边形是否具有基本上平行的中心线之后确定成对相邻多边形的中心线没有基本上平行的，则示例性实施例将提取会聚多边形的质心，如图12中所述。

图12是示出了根据示例性实施例的用于会聚多边形内的中心线耦合的替换方法的图示。飞机场表面特征1000描述会聚多边形1004。会聚多边形1004与多边形1002共享边缘，与多边形1008共享边缘，并且与多边形1006共享另一边缘。

在执行分析各对相邻多边形的中心线的位置以确定任何一对相邻多边形是否具有基本上平行的中心线之后，确定中心线1001并未基本上平行于中心线1007，并且也并未基本上平行于中心线1005。提取会聚多边形1004的质心1010。接下来，使相邻多边形的中心线延伸到会聚多边形中以在质心处连接。如所示，中心线1001被延伸为中心线1009，在质心1010处连接。在本示例中，在会聚多边形内仅存在一个节点，并且其为质心1010。中心线1005被延伸为中心线1013，在质心1010处连接，并且中心线1007被延伸为中心线1011，在质心1010处连接。

图13是示出了根据示例性实施例的聚合会聚多边形的中心线的生成的图示。飞机场表面特征1100包括由会聚多边形A、会聚多边形B、会聚多边形C和会聚多边形D（在下文中，将多边形A、多边形B、多边形C和多边形D称为母聚合会聚多边形1120的“子会聚多边形”）构成的聚合会聚多边形1120。根据示例性实施例，并且类似于图12中的讨论，示出了具有已生成的其关联中心线或链接的相邻多边形。

再次地，在终端区域网发生器40中执行邻近性分析和中心线比较，并且没有中心线是基本上平行的。接下来，终端区域网发生器40确定多边形之间的距离，并识别第一相邻多边形1122和第二相邻多边形1124，使得第一相邻多边形1122和第二相邻多边形1124相互最远（即，创建用于聚合会聚多边形1120的最长可能中心线），并且生成聚合会聚多边形中心线1114，使得聚合会聚多边形中心线1114覆盖最大数目的子会聚多边形。

一旦已建立了聚合会聚多边形中心线1114，则将相邻多边形的中心线延伸到聚合会聚多边形中，直至其与聚合会聚多边形中心线1114相连、形成节点为止。图13描述了延长中心线和所得到的节点，例如：延长中心线1104而形成节点1115，延长中心线1106而形成节点1119，延长中心线1108而形成节点1121，并且延长中心线1112而形成节点1117。

图14是示出了根据示例性实施例的中心线到跑道上的延伸的图示。飞机场表面特征1200包括跑道1202，具有如上文所述地确定的中心线1205。示出了具有中心线1207的相邻多边形1204。两个中心线或链接被中心线1207到跑道1202中的简单延伸所耦合，直至两个中心线相连、形成节点1211为止。

如图1—14中所述，终端区域网发生器40生成终端区域节点链接，并且然后将终端区域节点链接耦合在一起。结果是终端区域网的生成，其为提供飞机场表面移动的简化表示的飞机场表面移动模型。因此，终端区域网使得实现了飞机场表面移动的快速建模和到飞行器的快速数据传输。

因此，已提供了用于不要求手动处理步骤的终端区域网发生器的方法和系统。终端区域网发生器自动地根据终端区域节点链接来构造终端区域网，其不要求进一步手动处理。在生成终端区域网时，可利用各种可用技术来减少节点的数目（节点合并），例如将被距离参数分离的任何两个节点合并成一个节点。另外，可利用各种技术通过消除在创建中心线的过程中生成的中点中的某些（顶点减少技术）来使链接平滑化。节点合并和顶点减少不要求手动处理。示例性实施例与AIRAC循环相容。

虽然在前述详细描述中已提出了至少一个示例性实施例，但应认识到的是存在许多变体。还应认识到的是本文所述的一个或多个示例性实施例并不意图以任何方式限制要求保护的主题的范围、适用性或配置。更确切地说，前述详细描述将为本领域的技术人员提供用于实施一个或多个所述实施例的方便路线图。应理解的是在不脱离由权利要求定义的范围的情况下可在元件的功能和布置方面进行各种修改，其包括在提交本专利申请时的已知等价物和可预见的等价物。