通航飛行計劃申請受理系統的設計與實現

王曉亮，馬宇超，王 鵬，吳仁彪

（中國民航大學 天津市智能信號與圖像處理重點實驗室，天津300300）

0 引 言

為滿足我國低空開放的迫切需求，國內多家高校、科研院所、企業也已開始開展具有自主知識產權的通用航空綜合飛行服務系統的研制工作［1－9］。飛行計劃申請受理系統是通用航空綜合飛行服務系統的核心組成之一。飛行計劃是用于計劃飛行時間、飛行路線等必須信息的書面文件或電子數據文件［10］。在美國，飛行員可以通過互聯網、電話、傳真、自助服務機、柜臺當面申請等多種方式提交飛行計劃，以獲得飛行服務站的服務［11］，而在我國，所有的通用航空飛行都需要提交飛行計劃，其中大部分飛行計劃仍需要審批，這就對通用航空飛行計劃的高效審批與管理提出了新的要求。

本文針對我國通用航空的特點，結合我國推進低空開放的相關政策，借鑒國外飛行服務站的飛行計劃服務方法，給出了通用航空飛行計劃申請受理系統的設計和實現方法，并給出了相應的運行和測試結果。該系統能夠提供通用航空飛行計劃的多渠道受理、大容量存儲、計劃內容審核、審批狀態記錄等飛行計劃受理服務所需的各項功能。該系統采用基于數據庫的狀態管理法完成包含計劃受理、審核、存儲、報批等環節的完整計劃處理流程的各項操作，采用差異化的狀態循環圖分別處理審批和報備這兩類適用于不同類型空域的飛行計劃，使用專門的接口層滿足互聯網、短信、電話、傳真和柜臺等多種方式靈活受理和反饋的需求。

1 系統設計方法

1.1 系統功能設計

通用航空飛行服務系統是飛行服務站的核心組成部分，為通用航空飛行提供飛行前、飛行中和飛行后的各項服務，通常包含飛行計劃申請受理系統、飛行計劃評估系統、氣象服務系統、航行情報服務系統、飛行計劃處理系統、多源航跡融合系統、沖突檢測與告警系統、綜合顯示系統、搜救信息服務系統、記錄回放系統等多個子系統如圖1所示。

圖1 通用航空綜合飛行服務系統組成

飛行計劃申請受理系統是提供飛行前服務的核心系統之一，承擔了通用航空飛行計劃的受理、審核、存儲、報批等多項功能。同時為飛行計劃評估系統和飛行計劃處理系統提供飛行計劃數據。

我國通用航空的飛行計劃具有一些獨特的特點。具體表現在：

（1）我國的低空空域劃分為管制空域、監視空域和報告空域3種不同類型的空域，其中管制空域的飛行要求提前申請飛行計劃，獲得相關部門審批后才能飛行，而監視空域和報告空域內的飛行無需計劃獲得審批，只需報備就可飛行。這就需要計劃受理系統能夠同時處理3種不同類型空域的待審批和報備兩類不同的飛行計劃。

（2）運輸航空飛行通常都沿民航規定好的有限的航路飛行，但通用航空飛行更加靈活，通常不按運輸航空規定的航路點飛行，航路點多變，特別是目視飛行中的航路點往往是地標點，例如一座高樓、一個路口都可能是地標點，這就要求飛行計劃受理系統能夠處理自定義的航路點。

（3）目前我國通用航空飛行計劃的書寫格式也不像運輸航空那樣嚴格，有一定靈活性，這就要求飛行計劃受理系統能夠支持靈活的計劃信息輸入。

（4）通用航空飛行用戶多樣，從大的航空公司到個人都可能是飛行計劃的申請者，為方便用戶使用，就要求飛行計劃受理系統支持多種渠道的計劃申請。

針對上述我國通用航空的特點和飛行計劃受理的一般要求，設計通用航空飛行計劃受理系統的功能包括：不同類型空域飛行計劃申請受理；多渠道飛行計劃申請受理；自由格式飛行計劃申請受理；申請飛行計劃管理；飛行計劃審批信息處理；飛行計劃查詢；自定義航路點管理；機組資質審核；領航計劃報校核。

1.2 系統組成與設計

為高效可靠的實現上述各項功能需求，通用航空飛行計劃申請受理系統采用如圖2所示的4層體系架構，系統總體框架自底而上依次由數據庫處理層、核心處理層、接口層與客戶端應用層組成。

圖2 通用航空飛行計劃申請受理系統組成結構

（1）數據庫處理層：數據庫處理層用于飛行計劃的存儲及飛行計劃數據庫操作的實施，為系統的實現提供底層支持。飛行計劃受理系統數據庫包括飛行計劃數據庫、飛行員信息數據庫、機場航路數據庫等。

（2）核心處理層：核心處理層包含了通用航空飛行計劃申請受理系統完成各項功能的核心處理運算與操作，包括存儲過程模型、計劃報文解析、計劃狀態變更、匹配與檢索機制、計劃分類受理、錯誤告警等。

（3）接口層：接口層在核心處理層與客戶端應用層之間建立了橋梁，將核心處理層輸出的數據分別轉換為客戶端應用層中計劃受理終端、網頁客戶端和短信收發終端所需的數據形式，也將客戶端應用層中不同類型終端的輸入數據轉換為統一的形式輸入到核心處理層，使得核心處理層能夠專注于數據處理。接口層也是實現多渠道飛行計劃申請受理的關鍵所在。

（4）客戶端應用層：客戶端應用層包含3個組成部分，其中飛行計劃受理終端由飛行服務站工作人員操作以受理通過電話、傳真申請和柜臺當面申請的飛行計劃，網頁客戶端通過互聯網受理飛行計劃，短信收發終端主要以短信的形式通知計劃申請者計劃受理和審批的結果。最終通過客戶端應用層中不同形式的終端實現多渠道飛行計劃申請受理與反饋。

1.3 系統處理流程設計

為實現飛行計劃受理系統的各項功能，設計系統的處理流程如圖3所示。

圖3 飛行計劃申請受理系統處理

首先，通用航空用戶 （航空公司或飛行員）通過互聯網或電話、傳真、柜臺當面申請的形式提交飛行計劃申請，飛行計劃申請一般需至少提前一天提交。系統通過飛行計劃受理網頁客戶端受理互聯網提交的申請，通過飛行計劃受理終端受理其它形式提交的飛行計劃。

飛行計劃申請輸入系統的過程中要進行初步審核，審核計劃的格式是否有誤，內容是否有明顯錯誤 （例如飛行時間是已過去的時間）。運輸航空的機組成員都經過了長時間的飛行訓練，而通用航空飛行人員呈現更加多樣化的特點，飛行經驗和資質相差較大，因此計劃受理系統還需對飛行員的資質進行審核，審核飛行計劃中填報的機組人員是否有飛行資質，是否有飛行計劃中填報的相應機型的飛行資質，是否有飛行計劃中填報的目視飛行或儀表飛行的飛行資質。只有通過初步審核的飛行計劃才予以受理存入受理飛行計劃數據庫。

此后，如果需要，通用航空飛行計劃受理系統可以將提交的飛行計劃傳輸到飛行計劃評估系統進行評估，進一步詳細評估飛行計劃的可行性。

此后，飛行計劃受理系統對存儲的飛行計劃進行管理，具體包括飛行計劃的變更、取消、查詢、送審、批復管理等。系統支持通用航空用戶在飛行計劃審批前和審批后對飛行計劃進行修改和變更。每天在一個固定的時間，將當天待審批的飛行計劃匯總輸出，以傳真或電子文件的形式發送到相關審批部門，之后將審批結果進行記錄和反饋。

通用航空用戶飛行前需要至少提前2小時向飛行服務站提交領航計劃報，提交的領航計劃報通過自動轉報系統傳入通用航空飛行計劃受理系統，受理系統將領航計劃報的內容與受理飛行計劃數據庫中的計劃相比較，如果受理飛行計劃數據庫中有相應計劃對應，則將該領航計劃報轉發至通用航空綜合飛行服務系統中的飛行計劃處理系統進行進一步的飛行中計劃處理，如果沒有對應項則予以駁回，通用航空綜合飛行服務系統只對提交了飛行計劃的飛行提供服務。

飛行結束后，飛行計劃受理系統接受飛行計劃處理系統發來的落地報，受理飛行計劃的管理到此結束。

1.4 受理飛行計劃管理方法設計

從上述系統處理流程可以看出，受理飛行計劃管理是該系統最核心和最復雜的處理。根據我國的通用航空相關政策，在低空空域飛行的通用航空飛行計劃分為待審批和報備兩種不同要求的飛行計劃，因此采用不同的處理流程處理這兩類不同要求的飛行計劃，具體處理流程如圖4所示。

為實現對受理飛行計劃的有效管理，我們采用基于狀態循環圖的受理飛行計劃管理方法，即將受理飛行計劃的整個生命周期分解為若干個不同的狀態，系統在受理飛行計劃數據庫中記錄每條飛行計劃當前所處的狀態，不同的狀態在特定的條件下進行轉換，系統通過對受理飛行計劃狀態的管理實現對受理飛行計劃的有效管理。

圖4 飛行計劃分類處理

為同時處理待審批和報備這兩類不同的飛行計劃，設計既相互聯系又有所區別的差異化的狀態循環圖分別管理待審批和報備這兩類不同的飛行計劃，對這兩類飛行計劃進行管理的狀態循環圖分別如圖5和圖6所示。

圖5 審批流程狀態轉移

圖6 報備流程狀態轉移

2 系統實現方法

在上述設計方案的基礎上，我們采用Visual Studio C＋＋2010開發了一套完整的通用航空飛行計劃受理系統，其中數據庫管理系統采用了SQL Server 2008R2。為了高效可靠的實現通用航空飛行計劃受理系統的各項功能，具體系統實現過程中采用了如下方法。

（1）采用基于數據庫的狀態管理實現受理飛行計劃管理，利用存儲過程實現高效的數據庫操作。

該系統中不同類型空域飛行計劃申請受理、申請飛行計劃管理、飛行計劃審批信息處理、飛行計劃查詢等功能的實現均依賴于基于數據庫的狀態管理來實現，涉及大量數據庫操作。

常規數據庫操作方法足以應對小數據量時的數據處理；但在數據量較大數據庫訪問頻繁時就會出現處理速度慢無法滿足應用需求的情況。為了提高數據庫操作的處理效率，采用存儲過程的方法進行數據庫操作。常規數據庫操作方法中SQL語句的編譯次數以及應用程序與數據庫的通信次數會隨著處理數據條數的增加而增加，從而大大增加處理時間；存儲過程在數據庫中表現為一組完成特定功能的SQL程序集合，只編譯一次，經編譯后存儲于數據庫服務器端的數據庫中，克服了常規數據庫操作方法中在處理效率方面的不足?；诖鎯^程的受理飛行計劃數據庫操作在數據庫反復讀取數據時，在處理速度及CPU 占用率上較常規方法更具優勢，能夠快速處理數據滿足系統的性能需求。

（2）使用接口層實現多渠道飛行計劃申請受理。

其中飛行計劃受理網頁客戶端采用了基于IIS和ASP的實現技術，短信收發終端采用了專門的短信收發硬件模塊。

（3）使用規范飛行計劃申請表與長備注相結合的方式實現自由格式飛行計劃申請受理。

參考國外通用航空飛行計劃的申請表格和我國通用航空飛行計劃申請的要求，設計了規范的飛行計劃申請表如圖7所示，同時在飛行計劃申請表中留出了可以填寫自由文字信息的備注項。對于自由格式的飛行計劃，能夠填入規范化表格的填入規范化表格，無法填入的都填入備注項進行受理。

圖7 通用航空飛行計劃申請表

（4）采用自定義航路點名稱與經緯度對照表管理自定義航路點。

（5）通過與飛行員資質表的比對實現飛行員資質審核。

（6）通過領航計劃報報文解析和關鍵字段比對實現領航計劃報校核。

通用航空領航計劃報與運輸航空相同具有規范的形式，由使用連接符 “－”連接的文本字符串組成，為了獲得領航計劃報中的各項內容，需要首先根據領航計劃報的規范格式進行報文解析，還要對報文校驗，對于因為傳輸錯誤造成的不符合規范的報文進行人工干預。領航計劃報解析后，提取出其中的關鍵字段飛機標識、起飛日期、起飛時間信息，與受理飛行計劃數據庫中的飛行計劃進行比較，以確定領航計劃報在受理飛行計劃數據庫中是否存在，即是否已預先申請了飛行計劃。

3 系統運行與測試結果

按照上述設計與實現方法開發的通用航空飛行計劃受理系統已進入示范驗證階段，整個通用航空綜合飛行服務系統的工作席位如圖8所示，其中最左側為通用航空飛行計劃受理系統，其系統運行界面如圖9所示。

圖8 系統運行實物

圖9 通用航空飛行計劃受理系統運行界面

采用日志記錄法對系統的處理速度進行測試，系統運行的硬件平臺為普通微型計算機 （雙核處理器，主頻3.0 GHz，內存2G），測試飛行計劃條數為1000條，重復次數為20次，單條飛行計劃處理時間的測試結果見表1。

表1 系統單條飛行計劃處理速度／ms

由測試結果可以看出，單條飛行計劃的平均處理時間約為20ms，標準差很小，表明該系統處理快速，處理速度穩定，不存在卡頓現象，能夠提供良好的用戶體驗。

4 結束語

針對我國低空開放對于通用航空運行保障技術的迫切需求，本文給出了通航運行保障的核心組成之一——通用航空飛行計劃受理系統的設計和實現方法。利用該方法設計的系統可以滿足通航飛行計劃的受理、審核、存儲、報批等各項任務需求，同時針對我國通用航空的特點，有效解決了不同類型空域、多樣化申請渠道飛行計劃受理的問題，采用存儲過程等技術實現了飛行計劃快速處理，滿足了系統處理效率的要求。本文方法可以為我國通用航空運行保障提供有效的技術方案。

［1］The regulation for approving and management of general aviation flight missions ［S］.Beijing：General Staff Headquarters of PLA，2013 （in Chinese）.［通用航空飛行任務審批與管理規定 ［S］.北京：中國人民解放軍總參謀部，2013.］

［2］Lockheed Martin.Flight services providing information for general aviation［EB／OL］.［2014－11－27］.http：／／www.lockheedmartin.com／content／dam／lockheed／data／isgs／documents／Flight% 20 Services%20AFSS%20Brochure.pdf.

［3］Jeanne Giering.Flight service operations［EB／OL］.［2014－11－27］.https：／／www.faa.gov／about／office＿org／headquarters＿offices／ato／service＿units／systemops／fs／.

［4］Flight Service Stations （FSS）／Flight Information Centers（FIC） ［EB／OL］.［2014－11－27］.http：／／www.canairradio.com／fss.html.

［5］WU Renbiao，WANG Peng，WANG Xiaoliang.Process design of general aviation synthetic operation support［J］.Journal of Civil Aviation University of China，2014，32 （3）：1－5（in Chinese）.［吳仁彪，王鵬，王曉亮.通用航空綜合運行支持流程設計 ［J］.中國民航大學學報，2014，32 （3）：1－5.］

［6］WU Renbiao，LIU Yanbin，WANG Xiaoliang.Implementation of track estimation based on flight plan for general aviation［J］.Journal of Civil Aviation University of China，2014，32（1）：1－4 （in Chinese）. ［吳仁彪，劉燕彬，王曉亮.通用航空飛行計劃航跡估算實現方法 ［J］.中國民航大學學報，2014，32 （1）：1－4.］

［7］LI Yitong，ZHENG Wanbo.Research and implementation of the general aviation wan information service system ［D］.Changchun：Jilin University，2013 （in Chinese）. ［李益同，鄭萬波.通用航空廣域網信息服務系統研究與實現 ［D］.長春：吉林大學，2013.］

［8］Haifeng General Aviation Tech.A low－altitude airspace surveillance and services system for general aviation ［P］.China：CN201310641800.7.2014 （in Chinese）. ［海豐通航科技有限公司.一種通用航空低空監視與服務系統 ［P］. 中國：CN201310641800.7.2014.］

［9］China Aeronautical Radio Electronics Research Institute.A compression method to transmit latitude and longitude data in batches for general aviation aircraft ［P ］. China：CN201210102422.0.2012 （in Chinese）. ［中國航空無線電電子研究所.用于批量發送通用航空器經緯位置數據的壓縮方法［P］.中國：CN201210102422.0.2012.］

［10］FU Zhizhong，XIE Chunsheng，WANG Yu.Flight plan［M］.Beijing：China Civil Aviation Press，2013：2－7 （in Chinese）.［傅職忠，謝春生，王玉.飛行計劃 ［M］.北京：中國民航出版社，2013：2－7.］

［11］US Department of Transportation.Federal aviation administration air traffic organization policy flight services［S］.US，2010.