CN1630873B - 带有压缩特性数据存储的机场地图系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于飞机的机场地图显示系统向驾驶员或机组人员显示机场铺路表面的方法。该系统显示跑道、滑行道、连接段、停机坪、登机门和建筑物。还可以显示保持点和让机点。利用压缩的专用数据点组以及关联的路面宽度值为每个机场存储唯一数据。跑道(21)用位置点(21B)和(21C)表示。在二个位置点(21B)和(21C)的每个位置点处确定跑道宽度(21A)和高度。

Description

带有压缩特性数据存储的机场地图系统
技术领域
本发明涉及飞机地面导引系统(SGS)，并且尤其涉及一种格式化并存储和机场的铺路表面、登机门和建筑物有关的数据以及向驾驶员显示机场地图的方法。
背景技术
在提高飞机的地面导引领域上存在明显兴趣。当飞机在机场上着陆后，下一个步骤是使飞机滑行到期望目的地例如乘客登机/出机门。驾驶员在许多跑道、滑行道、停机坪和建筑物之间可能弄错或迷路。该问题在大机场比较明显并且在晚上或者在低能见度条件下特别明显，此时大量的灯光使飞机滑行到期望目的地更加困难。
有效的滑行操作节约时间和金钱。机场变得越来越拥挤，飞机常常花费大量时间在跑道和登机门之间滑行。如果驾驶员错误转弯、迷路或者无意中进入错误跑道或滑行道，滑行时间甚至会更长。此外，错误转弯或者导航失策会在机场导致别的飞机延误。
机场地面导引能力的一个主要性能是呈现驾驶员容易使用的机场地图。展示这种地图的一种方法是在下导(head-down)显示器(HDD)上，其位于驾驶员的前方视场。驾驶员在地图上识别飞机目前机场上的位置以及目的地的位置并且能够迅速理解地面控制人员提供的批准滑行路线。机场地图还可以在飞机地图上叠加地指示当前飞机位置以及一条选定的滑行路线。该地图使驾驶员了解飞机位置相对于目的地以及滑行指令的情况。
实际实现帮助驾驶员安全地找到到达有效起飞跑道或者相反地在着地后到达登机门的路线的航空电子系统的一个障碍是需要清楚地显示机场地图，并且最好在该地图上叠加着滑行指令和飞机目前位置。现有航空电子系统试图通过按数字画面存储机场地图显示机场地图。尽管这种方法行得通，在这种方式下展示机场地图对于每个机场都需要大量的存储器。单个机场的机场地图可以消耗多于1吉字节的存储器。这样的要求以及许多航空电子系统的数据存储能力有限的事实阻止了在许多飞机上实现机场地图的努力。显示机场地图的另一种方法是用新的具有大数据存储能力的设备使飞机航空电子系统升级。但是，必须设计、检验、和现有航空电子系统集成以及安装这些系统。所有这些使这种升级是非常昂贵的，从而，对于许多飞机这种方法在经济上是不可行的。
通常希望飞机滑行规划和地图系统不仅完成存储并显示机场地图的任务并且在实现上还是成本可行的。从而其延续目标是寻找降低成本、减少滑行错误、节省滑行时间并且改进机场效率的途径。
发明内容
为了解决上面提到的目标以及其它目标，本发明的机场地图系统包括一种独特的数据存储方法和结构，其减小表示机场所需的存储空间并且还使得容易访问地图数据。对于滑行规划目的该数据库也是有用的。
依据一实施例，把该机场地图系统集成到对飞机提供航线规划功能的飞行管理系统(FMS)中。FMS含有所有实现机场地图系统所需的部件，包括用户接口、处理器、数据存储部件以及对诸如HDD的显示屏幕的通信链接。
该机场地图系统的一个方面是选择用来表示机场特征的数据。机场特征，例如跑道和滑行道，是用二个定义中线的位置点表示的。另外，保存跑道或滑行道的宽度，从而定义跑道和滑行道的边界。类似地，用二个点以及宽度有效地表示连接段。用二个点、弧的宽度和半径表示二个表面之间的弧过渡段。按存储器高效的格式表示其它机场特征。诸如集散建筑和停机坪区的机场特征用代表该特征的周界的位置点序列表示。类似地，登机门用单个点以及期望飞机进向表示。位置点为纬度和经度坐标或者为类似的位置确定值。
该飞机地图系统的另一个方面是用来存储飞机数据以便高效检索的链表数据结构。本发明可以使用这种还能为各种机场配置灵活地存储机场数据的链表。另外，可以在不必更改程序软件下频繁地更新数据库。更优选地，本发明如后面说明那样采用由二个数据表组成的链表。
很清楚，本发明明显改进现有技术。此外，业内人士应意识到本发明的飞机地图系统不受和FMS一起使用的限制。在实现该飞机地图系统上也可以使用其它处理器、显示屏幕和数据输入部件。
本发明的其它特点和优点在后面的详细说明中阐述，从该说明一部分特点和优点对于业内人士是明显的，并且通过按照后面的详细说明、权利要求书以及各附图的说明实施本发明可以认识到其它特点和优点。
应理解上述说明对于本发明只是示例性的并且用来对理解由权利要求书定义的本发明的性质和特征提供概述。包含附图以便进一步理解本发明，这些附图构成说明的一部分。这些附图示出本发明的各种特征和实施例，它们和对它们的描述一起解释本发明的原理和操作。
附图说明
图1是依据本发明的飞机地图系统的一实施例的方块图；
图2是依据本发明的机场数据表示的一个例子；
图3A和3B示出依据本发明的组成链表的数据表；以及
图4示出依据本发明的链表。
具体实施方式
现在详细参考本发明的各目前的优选实施例，在附图中示出它们的例子。一旦可能，在这些附图中使用相同的参考数字以指示相同或相似的部分。
参照图1，其中示出依据本发明的飞机地图系统的一个示范实施例，其概括地用参考数字10表示。首先简单地然后再详细地说明本发明的飞机地图系统的组成部分。飞机地图系统10的最常见应用是作为飞机，例如商用客机或喷气货机，的FMS中的一个集成部分，从而下面的讨论将相对于这种应用说明本发明。
相对于飞机系统示出依据本发明的飞机地图系统10。任何并且所有飞机系统可以包含本发明，从而把它们集体地称为飞机地图系统10，飞机地图系统10包括飞机管理计算机(FMC)11、多功能控制显示单元(MCDU)12、导航数据库(NDB)13、前导显示器(HUD)14、电子飞行仪表系统(EFIS)15、多模式接收器(MMR)16、应答器17以及通信管理单元(CMU)18。FMC11和MCDU12总的称为飞行管理系统(FMS)。
FMC 11包括处理器11A和存储器11B。处理器11A可以包括任何适用于接收并处理命令和数据的数据处理器。处理器11A最好是具有足够总处理能力的微处理器以便实时地完成所要求的FMS和滑行规划任务。存储器11B最好包括用来存储动态数据和变量的随机存取存储器(RAM)以及用来存储程序数据和静态数据的只读存储器(ROM)二者，处理器11A和存储器11B通信以便检索程序指令和数据并且操纵和存储变量。处理器11A还和NDB13通信。
NDB 13包含描述机场跑道、滑行道、登机门、停机坪以及各种其它需要的机场设施的机场数据。这些机场数据存储在链表13A中并且最好还把标准滑行路线13B存储在该数据库中。NDB 13最好是可重写的或可更换的，从而可以根据需要方便地更新机场数据并且从而这些数据包含目前有关机场跑道、滑行道等的改变。NDB 13是用任何各种各样的存储器存储技术构建的，例如PROM、EPROM、EEPROM、磁盘驱动器、光盘驱动器或者这些以及类似部件的各种组合。后面说明的链表最好存储在NDB 13中。
通过和FMC 11以及处理器11A通信的MCDU12实现用户接口。MCDU12包括显示屏幕12A、行选择键组19以及小键盘12B。MCDU12通常用于向FMC 11输入航线飞行规划命令并且用于通过显示屏幕12A向驾驶员、机组人员或操作员输出航线飞机数据。各个行选择键19的操作允许快速选择或删除被显示项。本发明优先利用该先有的用户接口部件来实现用于机场地面导航的用户接口，尽管也可以利用其它用户接口来实现本发明。例如，如果需要可以把其它显示器例如EFIS 15或HUD14用作为该用户接口的一部分。
HUD 14和EFIS 15示出和FMC 11通信。HUD 14把图象投射在位于驾驶员的视线前方的组合器上，从而驾驶员可以观看该图象并且还可以同时从前风档向外看。EFIS 15(也称为HDD)典型地位于飞机前风档的下面。EFIS 15包括一个或多个显示屏幕，它们典型地是利用阴极射线管(CRT)、平板显示器或者功能上类型的显示部件实现的。一旦选择滑行计划，最好在HUD 14或EFIS 15上向驾驶员显示该计划。
几个通信系统也和FMC 11连接。MMR 16接收导航或位置信号，例如，全球定位系统(GPS)信号、差分GPS(DGPS)、局域加强系统(LAAS)信号、广域加强系统(WAAS)信号等等。这些信号传送到在其上确定飞机相对于各机场特征点的位置的FMC 11。然后利用该飞机位置信息为驾驶员计算适当的滑行选择选项。
应答器17和CMU 18提供附加的输入输出通信通道。应答器17例如可以接收来自其它飞机或空中交通指挥(ATC)的自动相关监视广播(ADS-B)信号，CMU 18具有和ATC或或类似控制管理机构的数据链接，滑行计划和指令是通过它通信、协商、修改、批准或拒绝的。
图2示出依据本发明的机场数据表示法。跑道21用位置点21B和21C表示。如果需要，在二个位置点21B和21C的每个上确定跑道宽度21A和高度。滑行道22由位置点22B和22C以及滑行道宽度22A表示。终端建筑23是由从23A到23L的位置点序列表示的。各个连接段和交叉口由图2中示出的其余位置点表示。这些点的例子包括作为沿着滑行道22的各个点的标识符的25A、26A和27A。登机门24用单个位置点24以及飞机进向24A表示。
本发明的另一个方面在于用来实现本发明的飞机地图系统的数据库结构。该数据库为每个机场存储机场地图信息。为了实现该数据库最好采用链表。在图3A、3B和4中示出链表。二个数据表链接在一起。第一个表是滑行路线ID表(TPIDT)41，该表包括滑行路线ID记录(TPIDR)31。
TPIDR 31包括标识符字段31A，例如用于一条跑道的36L、用于一个登机门的A16或者用于一条滑行道连接段的L5。滑行类型字段31B标识当前路径例如跑道、滑行道、停机坪、登机门、或类似机场区域。指针字段31C是对滑行点表中的TPR的链接，该滑行点表包含和该滑行路径ID关联的各滑行点。编号字段31D告诉程序该滑行ID的滑行点的编号。
第二个表是由滑行点记录(TPR)32组成的滑行点表(TPT)42。每个TPR 32包括用来精确规定该点的水平位置的纬度字段32A和经度字段32B。宽度字段32C规定该点的道面宽度。高度字段32D包含该点的高度。它可以是绝对高度或者是相对于机场中的参照点或标石的相对位置。点类型字段32E按特定特征标识该点。例如，曲面或平直面上的一部分，保持(hold)点或登机门。某些点造成特定动作。例如，保持点使系统提醒驾驶员在继续之前认可保持。这最好通过停止显示屏幕的前进或者翻滚显示屏幕直至驾驶员通过激励一个行选择键19认可保持来实现。
滑行点记录包括另一个标记上指向TPIPT 41中的记录的指针的链接32F。该字段可以包括多个链接。例如，如果在跑道上有一架飞机，典型存在多条至各滑行道的连接段。利用该指针字段，处理器11A可以快速识别可能的滑行道和连接段。
在图4中示出这二个表之间的链表。TPIDT 41中的每个记录包含一个至TPT 42的一个记录的链接。它们是用链接41A和41B指示的。类似地，TPT 42中的许多记录含有多个至TPIDT 41中的记录的链接。这是通过链接42A和42B示出的，它们示出从记录TPR1至记录TPIDR 4和TPIDR N-3的链接。
采用链表结构允许本发明快速识别适当的滑行选择并且允许驾驶员快速建立由NDB 13中的滑行点组成的滑行计划。
本发明的方法是根据对该数据库的结构的说明得出的。该方法从跑道、滑行道和登机门开始，因为它们是机场地图的重要元素。首先，确定用来表示机场每条跑道的中心线的二个跑道位置点。最好这些二个点代表每条跑道的端点。还确定跑道的宽度。利用这三段数据可以定义一条跑道，包括它的边界。每个位置点是由跑道上的选定点的纬度和经度坐标表示的。只要能够确实地并且足够准确地确定跑道上的二个点，也可以采用其它位置识别坐标。
每个跑道位置点存储在一个滑行点记录或类似记录中。跑道宽度也和位置点一起存储在至少一个的滑行点记录中。
跑道的标识符存储在滑行路径ID记录中。该标识符最好和机场中使用的习惯标识符相同(例如，27L或27R)。类似地，滑行道、连接段、交叉口和登机门的标识符也采用它们的惯用标识符。但是，对于实现本发明这不是强求的。在滑行路径ID记录中存储一个指示关联的滑行点记录的位置的指针。按类似方法确定每条跑道和滑行道并且存储在数据库中。以这种方式，快速得到每条跑道和滑行道的物理尺寸。
在类似的压缩方式下存储其它机场设施。一些是用可以从上面的讨论推绎出的略微不同的格式存储的。例如，登机门由仅一个的位置点以及一个选用的进向值定义的。从而，登机门信息只存储在一个滑行点记录中并且可以把飞机进向存储在该记录的宽度字段中。但是，登机门信息仍是存储在链表结构中的。在和用于跑道和滑行道的滑行路径ID记录相类似的滑行路径ID记录中存储登机门标识符和指针。
在类似的方式下，机场设施、建筑物、停场坪区等用一个表示该设施的周界的位置点序列表示的。这些位置点存储在滑行点记录序列中，而关联的标识符以及至这些滑行点记录的指针存储在滑行路径ID记录中。
除了上面讨论的位置点，在不会背离本发明下还可以在链表中存储用于每个机场设施的其它数据。例如，在一实施例中还对每个位置点确定高度并且存储在滑行点记录中。和特定位置点相关的其它信息也可以存储在滑行点记录中。例如，如果一个点是机场上的保持或让机位置，该信息可存储在滑行点记录中。
业内人士清楚，在不背离由附属权利要求书定义的本发明的精神或范围下，可以对本文所说明的本发明的优选实施例做出各种修改。

Claims (20)

1.一种机场地图系统包括：
一个适用于显示机场的地图的显示屏幕；
一个用于存储表示包含着跑道和滑行道的机场表面特征的机场地图数据的数据存储单元，其中在所述机场地图数据中用二个位置数据点和一个宽度值定义跑道，把所述二个跑道位置点和所述跑道宽度值存储在至少一个的滑行点记录中，把用于所述跑道的标识符以及第一指针存储在第一滑行路径ID记录中，所述第一指针指示含有所述跑道位置点的所述滑行点记录的地址；
其中所述数据存储单元包括压缩数据存储空间，使得所述数据存储单元在飞行器中是可存储的；以及
一个和所述显示屏幕以及所述数据存储单元通信的处理器，配置为根据所述至少一个滑行点记录和所述第一滑行路径ID记录，在显示屏幕上呈现机场地图中的所述跑道。
2.根据权利要求1的机场地图系统，其中所述机场地图数据包含用于定义机场中的位置点的第一表，以及用于标识机场中的机场表面特征的第二表，所述第一表和第二表相互关联从而利用宽度值和两个位置数据点定义跑道和滑行道。
3.如权利要求1的机场地图系统，其中所述机场地图数据包含包括着跑道的每个端头处的一个位置点的跑道数据。
4.如权利要求3的机场地图系统，其中所述表面特征包括建筑物，每个所述建筑物是用一个表示所述建筑物的周线的位置点序列定义的。
5.如权利要求4的机场地图系统，其中所述位置点用纬度和经度坐标表示。
6.如权利要求2的机场地图系统，其中所述跑道用二个定义跑道的中线的位置点表示。
7.如权利要求2的机场地图系统，其中所述滑行道用二个定义滑行道的中线的位置点表示。
8.如权利要求2的机场地图系统，其中所述表面特征包括停机坪区，并且其中所述停机坪区是用一个定义所述停机坪区的周线的位置点序列表示的。
9.如权利要求1的机场地图系统，其中所述表面特征包括保持和让机数据，并且所述保持和所述让机数据是由单个位置点定义的。
10.如权利要求1的机场地图系统，其中所述表面特征包括登机门数据并且所述登机门数据由单个位置点以及一个期望飞机进向定义。
11.如权利要求2的机场地图系统，其中所述第二表包括包含着一个指向所述第一表中的滑行点记录的指针的滑行路径ID记录。
12.一种呈现机场地图的方法，所述方法包括步骤：
通过处理器确定定义一条跑道的中线的二个跑道位置点；
通过所述处理器确定所述跑道的跑道宽度值；
在数据存储单元中，把所述二个跑道位置点和所述跑道宽度值存储在至少一个的滑行点记录中；
在所述数据存储单元中，把用于所述跑道的标识符以及第一指针存储在第一滑行路径ID记录中，所述第一指针指示含有所述跑道位置点的所述滑行点记录的地址；以及
根据所述至少一个滑行点记录和所述第一滑行路径ID记录，在显示屏幕上呈现机场地图中的所述跑道。
13.如权利要求12的呈现机场地图的方法，还包括步骤：
通过所述处理器确定定义一条滑行道的中线的二个滑行道位置点；
通过所述处理器确定所述滑行道的滑行道宽度值；
在所述数据存储单元中，把所述二个滑行道位置点和所述滑行道宽度值存储在至少一个的滑行点记录中；
在所述数据存储单元中，把用于所述滑行道的标识符以及第二指针存储在第二滑行路径ID记录中，所述第二指针指示含有所述滑行道位置点的所述滑行点记录的地址；以及
根据所述至少一个滑行点记录和所述第二滑行路径ID记录，在所述显示屏幕上呈现机场地图中的所述滑行道。
14.如权利要求12的呈现机场地图的方法，还包括步骤：
通过所述处理器确定表示一个设施的周界的位置点序列；
在所述数据存储单元中，在多个滑行点记录中存储所述位置点序列；
在所述数据存储单元中，把用于所述设施的设施标识符以及第三指针存储在第三滑行路径ID记录中，所述第三指针指示所述多个滑行点记录中一个记录的地址；以及
根据所述多个滑行点记录以及所述第三滑行路径ID记录，在所述显示屏幕上呈现机场地图中的所述结构。
15.如权利要求12的呈现机场地图的方法，还包括步骤：
通过所述处理器确定一个表示一个登机门的位置的登机门位置点；
通过所述处理器确定所述登机门的期望飞机进向；
在所述数据存储单元中，把所述登机门位置点存储在第一滑行点记录中；
在所述数据存储单元中，把所述期望飞机进向存储在所述第二滑行点记录中；
在所述数据存储单元中，把用于所述登机门的登机门标识符以及第四指针存储在第四滑行路径ID记录中，所述第四指针指示所述第一和第二滑行点记录的地址；以及
根据所述第二滑行点记录和所述第四滑行路径ID记录，在所述显示屏幕上呈现机场地图中的所述登机门。
16.如权利要求12的呈现机场地图的方法，还包括步骤：
通过所述处理器确定定义一条弧过渡段的二个位置数据点；
通过所述处理器确定该弧过渡段的半径；
通过所述处理器确定该弧过渡段的宽度值；
在所述数据存储单元中，把该弧过渡段的所述位置点、宽度值和半径存储在至少一个的滑行点记录中；
在所述数据存储单元中，把用于所述弧过渡段的标识符以及第三指针存储在第三滑行路径ID记录中，所述第三指针指示含有所述弧过渡段位置点的所述弧过渡段记录的地址；以及
根据所述至少一个滑行点记录以及所述第三滑行路径ID记录，在所述显示屏幕上呈现机场地图中的所述弧过渡段。
17.如权利要求1的机场地图系统，其中在所述机场地图数据中通过二个位置点和一个宽度值定义滑行道。
18.如权利要求1的机场地图系统，其中所述机场表面特征包括弧过渡段，并且其中在所述机场地图数据中通过弧过渡段的二个位置数据点、一个宽度值以及一个半径定义每条所述弧过渡段。
19.如权利要求1的机场地图系统，其中机场地图数据包括定义直线和弧形行进道路的数据，其中直线行进道路是由二个位置数据点以及一个宽度值定义的，并且弧形行进道路是由二个位置数据点、一个宽度值以及一个弧半径定义的。
20.如权利要求1的机场地图系统，其中所述机场地图数据要求小于三千个字节的数据存储空间用于表示单个机场的所述机场表面特征。
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