基于GMAP.NET飛行在線地圖系統的設計與實現

摘 要：隨著航空業的發展，飛行安全越來越成為人們關注的一個主要問題。該文將開發GMAP.NET在線地圖系統，用它來模擬飛行軌跡、繪制飛行進近剖面圖、實現軌跡和進近圖的重疊，通過這些功能技術的實現來輔助飛行分析和事件調查，從而提高飛行的安全裕度。

關鍵詞：GMAP.NET 飛行軌跡模擬 地圖貼圖 飛行進近圖

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0222-02

1 GMap.NET介紹

GMap.NET是一個強大、免費、跨平臺、開源的.NET控件，它在Windows Forms和WPF環境中能夠通過Google， Yahoo！，Bing，OpenStreetMap等實現尋找路徑、地理編碼以及地圖展示功能，并支持緩存和運行在Mobile環境中。

GMap.NET中幾個常用的類：GMapOverlay：GMap圖層，通過GMap.Overlays.Add方法添加到地圖中，多個圖層可疊加，可存放地標、路徑等對象，可單獨對某一圖層顯示或隱藏；PointLatLng：經緯度點，該類有兩個屬性，Lat表示緯度，double型，Lon表示經度，double型；GMarkerGoogle：地標，存放在圖層中，新建時需要一個PointLatLng表示其位置信息和一個Bitmap表示其在地圖上顯示的圖片；MapProvider：地圖提供商，控件內置了幾十種不同的地圖供選擇，如GoogleChinaMap、Openstreet、Yahoo等地圖；GMapRoute：路徑，可畫出兩點之間的線路、直線；Position：地圖的中心點，為一個PointLatLng值，設置Position的值，可移動地圖中心。

2 系統功能設計

系統功能：首先將CSV格式的飛行數據導入系統，再根據導入的飛行數據繪制飛行軌跡，利用地圖貼圖和進近剖面圖完善模擬飛行動態。

3 飛行軌跡及動態模擬的實現

3.1 航路與航向介紹

航路，由國家統一劃定的具有一定寬度的空中通道。具有較完善的通信、導航設備，寬度通常為20 km。劃定航路的目的是維護空中交通秩序，提高空間利用率，保證飛行安全。航向，就是飛機航行的方向，利用飛機上裝載的航向陀螺儀的陀螺特性測量得到飛機的航向。

3.2 實現方案及步驟

飛行軌跡模擬主要是利用飛機各個時間點的經緯度和航向，在平面地圖上繪制出一條能夠真實還原當時飛機航跡的軌跡線。利用該航跡線，可以輔助飛行事件分析，判斷事件的原因是否由地形因素等導致。步驟如下：

（1）讀取外部導入的飛行數據，獲取每秒飛機的經緯度和航向值。

（2）利用GMapRoute類，按照每秒經緯度在地圖上繪制軌跡線。

（3）獲取第一秒和最后一秒的經緯度，繪制初始和終點GMarkerGoogle地標。

（4）繪制第一秒的飛機圖標，該圖標繼承自GMarkerGoogle，更換了自定義的飛機圖片，增加了旋轉角度屬性，可以根據航向值對飛機圖標進行旋轉。

（5）加入時間軸，將時間軸與飛行數據綁定，拖動時間軸，飛機可沿著軌跡線移動。

（6）加入計時器，當點擊播放按鈕時，計時器累加，飛機沿著軌跡線移動，模擬飛行過程。

4 地圖貼圖的實現

為了解決飛行分析中常見的問題，引入地圖貼圖。

4.1 設計思想

將標準航路圖貼在地圖上，與實際軌跡重疊，可以分析飛機是否按照航路飛行，有無偏航的情況；將飛機進近圖貼在地圖上，可以從飛行軌跡上看出進近的路線是否偏離，是否會遭遇高山等地形。

4.2 實現方案及步驟

要實現地圖貼圖，我們利用GMapMar ker來實現。GMapMarker可以指定要繪制的Image對象，在繪制圖像時，指定區域，給定區域的左上頂點和右下頂點的經緯度，即可以在這兩個點組成的區域內填充指定圖片。步驟如下：

（1）獲取需要貼圖的圖片，如果圖片的經緯度線不端正，首先對圖片需要進行一定旋轉。

（2）在圖片上找兩個基準點，盡量是對角線，相隔遠的，錄入兩個基準點的經緯度，系統自動計算左上和右下頂點的經緯度。

（3）利用Markers.Add（Image），加載圖片。

（4）使用GMap.SetZoomToFitRect （RectLatLng），讓圖片填充指定區域，并將地圖縮放調整到合適的等級。

5 進近剖面圖的繪制

5.1 相關概念介紹

（1）飛行進近，指的是飛機飛行最后階段，從飛機建立進近準備到安全落在跑道上這一整個過程。根據飛機所使用的導航設備及精密儀表的不同，進近可分為兩類：一類是所使用的設備能提供方位信息又能提供下滑道信息的稱為精密進近程序。精密進近程序的精度較高，如：儀表著陸系統僅僅（ILS），精密進近雷達進近（PAR）；另一類是所使用的設備只提供方位信息，不提供下滑道信息的稱為非精密進近程序。非精密進近程序，精度較低，如NDB進近，VOR進近等。

（2）航向臺（Localizer，LOC/LLZ），位于跑道進近方向的遠端，波束為角度很小的扇形，提供飛機相對與跑道的航向道（水平位置）指引；下滑臺（Glide Slope，GS或Glide Path，GP），位于跑道入口端一側，通過仰角為3 °左右的波束，提供飛機相對跑道入口的下滑道（垂直位置）指引。

5.2 實現方案及步驟

每個機場投入運行前，都會公布一些標準的飛機進場程序，包括進近標準剖面線。根據機場提供的一些資料和數據，來研究進近實際軌跡剖面圖。

（1）首先確定坐標軸，縱軸自然是用高度作為標尺，橫軸呢？如果以時間作為標尺，則由于飛機單位時間內的速度不同，會導致跑道入口端的下滑臺發射的下滑道波束不再是一條直線。所以只能以距跑道入口端的距離來作為橫坐標。

（2）從地圖中獲取跑道入口端的經緯度值。

（3）從飛行數據中獲取飛機著陸穩定后的機場氣壓高度。

（4）從機場公布的數據中，獲取下滑臺離跑道端口的距離，獲取下滑道波束與水平面的夾角，也就是進近角。

（5）從飛行數據分析本次進近屬于精密儀表進近還是非精密進近，找到機場公布的相應標準進近圖，獲取進近曲線上各越障點的信息。

（6）確定需要繪制剖面的數據范圍。

把以上的資料輸入系統，開始繪制剖面圖，如上圖所示：其中坐標原點為跑道端頭，黃色柱形為越障點，灰色直線從跑道端頭附近引出，為下滑臺發射的下滑道波束，綠色曲線代表飛機的實際軌跡剖面線，綠色豎直線與軌跡剖面線交叉的點為當前飛機位置，文字顯示距跑道端頭的距離及高度等數值。

6 工程及相關文件介紹

本系統引入了工程的概念，能夠保存您當前制作的所有對象和輸入的所有數據，并能在下次打開系統時，重新載入。并可對所有的工程文件進行備份和遷移，使您不需要進行重復的工作，也有利于數據的存檔。

工程項目文件夾主要有三個文件：

（1）data.csv主要用于存儲從外部導入的飛行數據。

（2）map.config，XML文檔格式，存儲工程的地圖樣式，貼圖檔案的名字，貼圖的偏移量，軌跡的偏移量等。

（3）profile.config，XML文檔格式，主要存儲用戶制作進近剖面圖時錄入的數據，如進近方式、進近角、跑道端口經緯度、越障點等等信息。

7 結語

本系統引入了在線衛星地圖，實現了飛行軌跡的繪制和軌跡的動態播放，實現了地圖的貼圖功能，完成了對飛機進近剖面圖的繪制，這在國內外的飛行分析系統中還沒有類似的功能，是獨創性的，對于飛行數據分析有極大的幫助，還原事件真相，吸取經驗，使安全關口前移。