基于ArcGIS的飛行程序扇區劃分實現研究

何光勤，張淼，范崢

（中國民用航空飛行學院，廣漢　618307）

基于ArcGIS的飛行程序扇區劃分實現研究

何光勤，張淼，范崢

（中國民用航空飛行學院，廣漢618307）

0　引言

近年來，中國民航業的發展正極速增長，對空域使用和飛行效率的要求日益提高。能高效準確地完成飛行程序設計是提升空域使用效率的關鍵。目前國內的飛行程序設計主要依托于AutoCAD，雖然大大彌補了手繪的長周期、誤差大等不足，但仍不能滿足現今的需要［1］，如對于不同機場需要重復繪制相同內容，三維可視效果差，不能自動進行障礙物評估等。筆者結合國內飛行程序設計標準，利用ArcGIS的二次開發功能，實現飛行程序的扇區劃分。

1　扇區定義及模型

扇區是空中交通管制業務中實施業務的最小單位。為保證飛行安全，提高飛行效率和空域利用率，一個優秀的扇區劃分是非常重要的。根據空中交通流量的實際需求對空域扇區邊界重新優化，對保障空中交通安全和減少航班延誤均有重要意義。

影響扇區劃分的重要因素有：本地空域結構、管制員能力、流量分布情況、扇區內機場、及跑道的結構、空中交通服務方式、航路航線數量、飛行器類型及狀態、管制區相互移交條件。

一般的扇區模型，以磁北方向為起始，順時針90°旋轉，將終端區46千米范圍分為四等份，如圖1所示。

圖1　標準扇區劃分模型

根據具體的航線航路分布以及實際地形情況，對扇區進行調整。如圖2所示，主要航線只有東北方向一條，南方與西方的地形起伏變化較大，北方和東方的地形高度基本一致，故將扇區調整重新劃分為兩個，即按照10°和170°劃分整個終端區。

特別地，以DME為中心的扇區的部分區域，可在扇區內另外規定一個圓形邊界（DME弧），作為扇區分扇區，在里面的區域使用較低的MSA。DME弧應在19～28km之間，避免分扇區過于狹小，進而避免整個扇區受最高障礙物影響而使用效率降低過多的情況發生［2］。如圖3所示。

圖2　考慮地形情況后的扇區劃分

圖3　扇區中包含分扇區情況

扇區劃分優化時，是以標準象限劃分扇區為基礎，對四個扇區內的地形情況進行分析，根據查找到的地理信息，確定扇區高度和大小，針對目標航線所在的扇區，要使其范圍盡量小并且高度適合，以保證該扇區內的飛行器容量符合管制員的負荷水平。

完成劃分后，從ARP點開始，以5km為大小向外輻射掃描地形數據，確定不同扇區的最低安全高度值，確保扇區高度符合終端區使用。

2　ArcGIS中模型實現

2.1系統體系結構

飛行程序設計中設計規劃的對象包括：跑道、導航設施、障礙物、進離場程序保護區、進近評價面等［3］。在扇區劃分中使用的對象主要是：機場跑道和導航設施。用戶可以根據實際需求情況對這些對象的設計進行修改。這些設計對象是由點線等基本幾何元素組合而成的。系統總體結構如圖4所示。

2.2系統功能模塊

系統功能模塊劃分為：地理信息模塊、扇區生成模塊、扇區優化模塊和顯示模塊。最主要的模塊是扇區生成模塊和優化模塊。

圖4　系統總體結構

地理信息模塊，是整個系統的支撐，利用數據庫存儲機場周邊的地理信息數據，提供查詢分析功能。所有程序設計對象的數據都在其中，能根據不同的需求單獨查詢分析。

扇區生成模塊，能根據地理信息模塊提供的機場基礎數據生成一個基本的扇區保護區模型。將生成后的扇區保護區數據反饋給地理信息模塊儲存，并通過顯示模塊呈現到用戶面前。

扇區優化模塊，在基礎的扇區保護區模型基礎上，利用地理信息模塊分析的數據結果，對扇區進行優化，控制扇區的大小和高度。

顯示模塊，建立輸出通道，將機場的基本情況和生成的扇區保護區進行顯示，最后還能設置比例打印輸出。

圖5　系統功能模塊及相互關系

2.3實現方法和思路

（1）建立地理信息數據庫，存儲機場終端區的地理信息數據。根據機場附近的地圖和地理信息，采集需要的地理數據，提取出設計對象的信息，存儲各自的高程信息，以便以后使用提取。

（2）利用ArcEngine和C#編程各個模塊功能，完善數學模型，呈現最終結果。根據ArcGIS提供的接口和函數調用基本功能，計算并繪制扇區保護區。

例如，首先，根據地理信息數據的分析結果，確定扇區劃分的邊界改變情況，即每個扇區的大小和邊界的方向。然后調用ArcGIS提供的ICircularArc接口，通過輸入起點、終點和半徑或起始角度、弧線角度和圓心等參數，實現圓弧的繪制，如圖6所示。

圖6　Circular Arc的基本參數屬性模型

ArcGIS的角度是從正東方向開始逆時針方向計算，而飛行程序設計是從正北或磁北開始順時針計算，故需要有一個轉換的過程。使用接口提供的PutCoordsByAngle函數，輸入圓心、起始角度、旋轉角度和半徑就能畫出扇區所需要的弧線或者整個扇區邊界。繪制好這條弧線，獲取所需要弧線的其他屬性：起點、終點、是否是閉合曲線等。有利于我們進一步完善扇區保護區的繪制。

具體實現過程如下：

（1）確定機場定位點（ARP），從地理信息數據庫中查找機場對象信息，獲取機場定位點的位置信息，并顯示到交互界面上。

（2）根據機場定位點位置，繪制基礎的扇區保護區模型：46千米半徑的圓形區域，再加上9千米的保護區，然后劃分為四等分區域，每個區域都包含9千米的外邊界區域。

（3）查詢機場周邊地理信息數據，分析地理情況，對扇區進行優化，并且將扇區進行微分，獲取每個微元的高程信息，結合優化扇區的大小情況確定不同扇區的最低安全高度值。如圖7所示。

圖7　計算過程

（4）將最終結果顯示到界面上，并保存中間計算過程和最后計算的結論數據，如圖8所示。

圖8　根據高程數據計算優化扇區模型

3　結語

利用GIS技術進行的儀表飛行程序設計是近年來新提出的思路，它基于儀表飛行程序設計的基本思想，加入地理信息系統的內容，即結合地理信息數據的同時進行飛行程序設計，能較為直觀地完成飛行程序設計。

從機場終端的地理信息數據出發，對終端區扇區劃分進行研究，同時，運用ArcGIS系統二次開發功能，實現飛行程序設計中扇區劃分的自動生成。解決了扇區劃分人為因素過多，劃分不合理等問題，使設計人員的工作量和工作強度顯著降低，從而提高了后續工作的效率。

［1］項恒，趙嶷飛.儀表飛行程序輔助設計研究與實現［J］.中國民航學院學報，2004，22（5）：18

［2］朱代武，何光勤.目視和儀表飛行程序設計［M］.成都：西南交通大學出版社，2004

［3］國際民用航空公約.附件14機場［Z］，2009

Flight Procedure Design；Second Development of the ArcGIS；Sector Partition

Research on the Realization of Flight Procedures Sector Partition Based on ArcGIS

HE Guang-qin，ZHANG Miao，FAN Zheng
（Civil Aviation Flight University of China，Guanghan，Guanghan 618307）

1007-1423（2015）09-0060-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.09.015

何光勤（1961-），男，四川成都人，副教授，研究方向為飛行程序設計

張淼（1989-），男，四川成都人，在讀碩士研究生，研究方向為飛行程序設計

范崢（1990-），男，江蘇常州人，在讀碩士研究生，研究方向為飛行程序設計

2015-01-15

2015-02-10

結合地理信息數據，應用ArcGIS二次開發實現飛行程序設計扇區自動劃分功能。通過對終端區的地理信息數據分析，根據飛行程序設計標準，確定扇區劃分的最低安全高度，修訂扇區的劃分大小。結果表明，引入地理信息數據，計算機繪制飛行程序設計的精度和效率有明顯提高。

飛行程序設計；ArcGIS二次開發；扇區劃分

中國民用航空飛行學院研究生科技創新項目（No.X2013-36）

Combined with geographic information data，uses second development and application of the ArcGIS to realize the automatic division of flight procedure design sector function.By means of geographic information data about the terminal area analysis，according to the flight procedure design standard，determines the minimum safety altitude and revises partition sector's size.The results show that using geographic information data in the computer can improve the accuracy and efficiency of the flight procedure design.