試飛監控電子地圖設計與實現

摘 要： 電子地圖的直觀性、可閱讀性越來越來被各行各業所青睞，飛行試驗是飛機在一定的空域進行的風險性試驗，其對地理信息的依賴更加強烈。在對試飛監控電子地圖的功能需求分析后，提出了運用MapX組件與可視化高級語言相結合的開發模式，重點對開發過程中的關鍵技術進行了分析，提出了解決地理信息系統開發的方法，使非專業開發者同樣能得心應手地開發出符合用戶需求的地理信息系統產品。

關鍵詞： 飛行試驗； 電子地圖； GIS； MapX

中圖分類號： TN711?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）13?0131?03

Design and implementation of flight?test monitoring electronic map

WANG Yan?lu， LIU Yu?qiao

（Chinese Flight Test Establishment， Xi’an 710089， China）

Abstract： Electronic map gets more and more popular due to its visualized and readable features. Flight test is a risky experimentation in certain airspace， and it heavily relies on geography information. After the analysis of the functional requirement of flight test monitoring electronic map， an development mode combining MapX groupware and visualized high?level language is proposed in this paper. We particularly analyze the key technologies during development process and bring forward a method of geographic information system exploitation， which makes non?professional developer can also easily develop geographic information products to meet demands of the users.

Keywords： flight test； electronic map； GIS； MapX

0 引 言

由于飛行試驗過程的高風險性，實時監控是每一個型號定型試飛過程中重要的一個環節。試飛監控電子地圖實時顯示飛機的各項參數、狀態和所處的空域、航路等信息，清晰直觀的圖形、數據為指揮員和技術人員提供飛行指揮依據。對飛行科目的優質完成和預防事故的發生起著至關重要的作用。電子地圖涉及到的信息數據具有很強的地理特征，如空域、航路、山峰、河流、地界等，因此飛行監控電子地圖軟件的開發實際上就是地理信息系統[1] （Geographical Information System，GIS）的二次開發。

GIS是在計算機硬件、軟件支持下，對整個或部分地球表層空間中的有關地理分布數據進行采集、存儲、管理、運算、分析和可視化表達的信息處理與管理系統。傳統GIS雖然在功能上已經比較成熟，但是由于這些系統多是基于十多年前的軟件技術開發的，屬于獨立封閉的系統。同時，GIS軟件變得日益龐大，二次開發難度大，費用昂貴，阻礙了GIS的普及和應用。組件式GIS的出現為傳統GIS面臨的多種問題提供了全新的解決思路。

本文設計的試飛監控電子地圖采用可視化開發語言Delphi 和 MapX 組件結合的開發模式，運用組件式軟件技術對試飛中的飛機進行精確定位，繪制飛行軌跡，并同時顯示飛機各系統的工作狀態，是非專業人員進行GIS開發的成功應用，在多個型號試飛過程中發揮了很好的作用。

1 試飛監控電子地圖的運行環境

試飛實時監控系統是一個以計算機網絡為基礎，集遙測、信號處理和軟件技術為一體的局域以太網系統[2]，由遙測天線、前端服務器、數據服務器、分析顯示終端以及各種外部設備組成。系統組成如圖1所示。該系統搭建了一個基于TCP/IP協議的應用層通信接口框架，實現了把飛機各系統參數和定位數據遙測接收并發送給每一個分析顯示終端。試飛監控電子地圖運行于分析顯示終端，實時接收遙測數據，驅動各模塊完成所有的功能。

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圖1 試飛實時監控系統組成

2 試飛監控電子地圖設計

2.1 功能設計

在對飛行試驗現有監控運行模式和電子地圖需求進行反復分析研究基礎上，結合航空新型號試飛的特點，確定電子地圖的基本功能。

2.1.1 地圖范圍及顯示內容

試飛監控電子地圖以全國范圍真實地理環境為背景，運行時根據配置信息自動將地圖顯示范圍移動到試驗場周圍，并顯示當前飛行空域、管制區范圍、預先飛行航跡。

2.1.2 數據接收

運行于實時監控系統上的電子地圖，能夠實時接收數據服務器通過以太網發送的飛機遙測數據，經過數據處理后提供給電子地圖用于數據的更新顯示。

2.1.3 實時動畫顯示

實時接收數據后電子地圖以動畫的形式顯示飛機所在位置和姿態，繪制飛行軌跡，并同時以數字形式顯示時間、當前經度、當前緯度、到機場距離、所處的方位、高度、速度等飛機基本信息。

2.1.4 數據處理

該軟件需具有通用數據處理功能，對空間坐標轉換、空間距離、方位、飛機采集參數的取位、拼接、工程量轉換等進行計算。

2.1.5 快捷工具

在完成基本功能的前提下，電子地圖提供9個快捷工具，通過鼠標在工具欄選擇后，可以對地圖進行相應的操作，在操作地圖的同時，飛行航跡和飛機圖標也隨之變化，能夠更靈活的滿足用戶的需要。分別為：放大工具（對地圖進行放大操作）；縮小工具（對地圖進行縮小操作）；平移工具（對地圖進行平移操作）；測距工具（測量地圖上任意兩點距離）；測點工具（測量地圖上任意點經、緯度值）；中心點設置工具（將地圖上任意點設置為顯示中心）；圖層控制工具（對圖層進行編輯、增加、刪除等操作）；飛機中心工具（以當前飛機所在位置為中心顯示地圖）；航跡清除工具（清除已畫飛行軌跡）。

2.2 界面設計

試飛監控電子地圖要求有簡潔、清晰、明了的界面，將其劃分為菜單區、工具欄、地圖區、數值顯示區，飛行監控電子地圖主界面如圖2所示。

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圖2 主界面

2.3 結構設計

根據對試飛監控電子地圖需要完成的功能分析，經過歸納整理，將該軟件劃分為五個主模塊，它們分別是試驗配置模塊、網絡接收模塊、地圖繪制模塊、地圖操作模塊、算法庫模塊。主模塊下又有若干子模塊，結構如圖3所示。

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圖3 試飛監控電子地圖結構

3 關鍵技術分析及實現方法

從以上設計能夠看出，試飛監控電子地圖軟件屬于實時數據處理范疇，又具備地圖管理的特征，要求在地圖背景下，用可視化的方法來顯示和分析基于位置的數據，同時又要求與多個實時系統緊密結合，保證網絡通信暢通、數據處理準確可靠、操作簡單明了。鑒于以上要求，GIS與可視化、網絡化編程的高效集成變得尤為重要。

3.1 MapX與Delphi結合技術

組件式軟件技術已經成為當今軟件技術的潮流之一，MapX是MapInfo公司推出的基于ActiveX技術的可編程控件[4]，為開發人員提供了一個快速、易用、功能強大的地圖化組件。在VB、VC、Delphi、PowerBuilder等可視化開發環境中，只需在設計階段將MapX控件放入窗體中，并對其進行編程以設置屬性、調用方法或相應事件，即可實現數據的空間可視化、專題分析、地理查詢、地圖編輯等豐富的地理信息系統功能。

Delphi是目前非常流行的信息管理系統開發工具，全面支持面向對象編程，是集成功能強并易于使用的高級語言，內置多種對象類型，方便連接和訪問多種數據庫。用它進行管理信息系統開發速度快、功能強、效率高、成本低。

使用MapX控件與Delphi編程語言的結合，實際上相當于用OLE的方式在可視化編程語言中嵌入了一個更為精煉、實用的MapInfo系統，使用可視化開發語言對MapInfo Professional不具備的功能可以進行極大的擴充，具有簡單、快捷、高效的開發特點，使其充分發揮各自的優勢，將復雜的問題簡單化，很好的解決了飛行試驗中的實際問題。

3.2 圖層、圖元控制技術

MapX是一個功能齊全使用復雜的組件[5]，如何建立MapX 圖層、圖元和如何控制圖元的運動成為實現時的難點。經過反復試驗，采用動態圖層、圖元控制的方法，完成飛行軌跡繪制與清除、機場標識、飛機圖標顯示及運動的功能。

3.2.1 動態創建MapX對象

首先添加一個新的圖層[6]，定義好圖層顯示樣式，用于存放用戶所要增加和控制的圖元。然后在新圖層上增加兩個具有某些屬性的圖元對象，再將該圖層與其他圖層疊加。具體方法如下：使用Layers對象創建圖層，函數為：Map.Layers.CreateLayer；使用FeatureFactory對象創建圖元對象，函數為fFtrFactory.CreateSymbol；最后設置圖元的屬性，包括形狀、顏色等。

3.2.2 控制圖元對象的運動

試飛監控電子地圖要求能實時顯示飛機運動軌跡和飛機運行姿態，因此控制圖元對象的運動是非常重要的。實際設計時，通過實時接收網絡傳送的飛機位置、速度、姿態數據，經過計算整理，在當前活動的圖層中，對添加的飛機圖元實時改變位置[7]，控制飛機的運動，同時通過設置圖元的旋轉角度來控制飛機機頭的轉動。具體方法如下：

fFeature.style.SymbolFontRotation：=alpha； //設置飛機航向角

fFeature.Point.Set（dXpos， dYpos）； //設置位置參數

fFeature.Update； //刷新

3.3 通信與多線程技術

試飛監控電子地圖的運行環境是飛行試驗實時監控系統，由于技術的開放性和多樣性，不同國家、不同時期研制的多種系統在網絡傳輸的方式上不盡相同[8]，為了滿足多系統要求，設計時以插件的方式編寫與各版本系統相適應的網絡接口[9]，依據配置模塊的定義，調用不同的接口。如果增加系統只需編寫接口程序就可方便的投入使用，很好的解決了軟件的通用性。

為了提高試飛監控電子地圖的運行效率，軟件采用多線程編程技術[10]，將數據接收、從主線程中分離，創建數據接收子線程。子線程完成數據接收后通知主線程，由主線程完成數據解算、飛機運動、軌跡繪制和數據顯示等功能。

4 結 語

試飛監控電子地圖具有簡潔的界面和強大的實時數據接收、動畫顯示及地圖操作功能，而且可同時顯示豐富的地理信息、航路信息。電子地圖直接用于試飛監控，實時性強，地理位置顯示準確可靠，為指揮員和試飛工程師提供了準確、清晰、可靠的數據顯示。

基于MapX組件的試飛監控電子地圖在ARJ飛機等許多型號試飛實時監控中得到了成功應用，在飛行試驗中發揮了重要的作用，得到了試飛工程師等用戶的肯定。它不僅適用于試飛實時監控系統，而且還適用于遙測接收人員使用，通過電子地圖為遙測跟蹤提供飛機的跟蹤信息，減少目標丟失的次數，快速定位跟蹤目標，提高跟蹤質量。

本軟件雖然是為飛行試驗實時監控而設計和實現的，但其技術可適用于飛行訓練，汽車試驗等更大范圍的用戶群體。在新的需求下經過進一步完善和推廣，可接收光測、雷測、多目標數據，實現多數據流多目標的實時監控顯示。

參考文獻

[1] 華一新，吳升，趙軍喜.地理信息系統原理與技術[M].北京：解放軍出版社，2001.

[2] 袁炳南，張建琳.PCM與網絡數據采集系統技術分析[J].測控技術，2009，28（4）：29?31.

[3] 羅云啟，曾琨，羅毅.GIS數字化地理信息系統建設與MapInfo高級應用[M].北京：清華大學出版社，2003.

[4] 李連營，李清泉.基于MapX的GIS應用開發[M].武漢：武漢大學出版社，2003.

[5] 齊銳，屈韶琳.用MapX開發地理信息系統[M].北京：清華大學出版社，2003.

[6] 柏玉華.基于MapX技術的地理信息系統開發實例[M].北京：清華大學出版社，2009.

[7] 周心鐵，劉毓華.組件技術與GIS的發展[D].北京：中國科學院地理信息產業發展中心，1998.

[8] 安淑芝，詹青龍.計算機網絡[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

[9] 羅軍舟，黎波濤.TCP/IP協議及網絡編程技術[M].北京：清華大學出版社，2004.

[10] 郝文化.Windows 多線程編程技術與實例[M].北京：中國水利水電出版社，2005.