基于GMAP.NET飛行在線(xiàn)地圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：隨著航空業(yè)的發(fā)展，飛行安全越來(lái)越成為人們關(guān)注的一個(gè)主要問(wèn)題。該文將開(kāi)發(fā)GMAP.NET在線(xiàn)地圖系統(tǒng)，用它來(lái)模擬飛行軌跡、繪制飛行進(jìn)近剖面圖、實(shí)現(xiàn)軌跡和進(jìn)近圖的重疊，通過(guò)這些功能技術(shù)的實(shí)現(xiàn)來(lái)輔助飛行分析和事件調(diào)查，從而提高飛行的安全裕度。

關(guān)鍵詞：GMAP.NET 飛行軌跡模擬 地圖貼圖 飛行進(jìn)近圖

中圖分類(lèi)號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（b）-0222-02

1 GMap.NET介紹

GMap.NET是一個(gè)強(qiáng)大、免費(fèi)、跨平臺(tái)、開(kāi)源的.NET控件，它在Windows Forms和WPF環(huán)境中能夠通過(guò)Google， Yahoo！，Bing，OpenStreetMap等實(shí)現(xiàn)尋找路徑、地理編碼以及地圖展示功能，并支持緩存和運(yùn)行在Mobile環(huán)境中。

GMap.NET中幾個(gè)常用的類(lèi)：GMapOverlay：GMap圖層，通過(guò)GMap.Overlays.Add方法添加到地圖中，多個(gè)圖層可疊加，可存放地標(biāo)、路徑等對(duì)象，可單獨(dú)對(duì)某一圖層顯示或隱藏；PointLatLng：經(jīng)緯度點(diǎn)，該類(lèi)有兩個(gè)屬性，Lat表示緯度，double型，Lon表示經(jīng)度，double型；GMarkerGoogle：地標(biāo)，存放在圖層中，新建時(shí)需要一個(gè)PointLatLng表示其位置信息和一個(gè)Bitmap表示其在地圖上顯示的圖片；MapProvider：地圖提供商，控件內(nèi)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(huà)出兩點(diǎn)之間的線(xiàn)路、直線(xiàn)；Position：地圖的中心點(diǎn)，為一個(gè)PointLatLng值，設(shè)置Position的值，可移動(dòng)地圖中心。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能：首先將CSV格式的飛行數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)，再根據(jù)導(dǎo)入的飛行數(shù)據(jù)繪制飛行軌跡，利用地圖貼圖和進(jìn)近剖面圖完善模擬飛行動(dòng)態(tài)。

3 飛行軌跡及動(dòng)態(tài)模擬的實(shí)現(xiàn)

3.1 航路與航向介紹

航路，由國(guó)家統(tǒng)一劃定的具有一定寬度的空中通道。具有較完善的通信、導(dǎo)航設(shè)備，寬度通常為20 km。劃定航路的目的是維護(hù)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(jī)航行的方向，利用飛機(jī)上裝載的航向陀螺儀的陀螺特性測(cè)量得到飛機(jī)的航向。

3.2 實(shí)現(xiàn)方案及步驟

飛行軌跡模擬主要是利用飛機(jī)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的經(jīng)緯度和航向，在平面地圖上繪制出一條能夠真實(shí)還原當(dāng)時(shí)飛機(jī)航跡的軌跡線(xiàn)。利用該航跡線(xiàn)，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(dǎo)致。步驟如下：

（1）讀取外部導(dǎo)入的飛行數(shù)據(jù)，獲取每秒飛機(jī)的經(jīng)緯度和航向值。

（2）利用GMapRoute類(lèi)，按照每秒經(jīng)緯度在地圖上繪制軌跡線(xiàn)。

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

（4）繪制第一秒的飛機(jī)圖標(biāo)，該圖標(biāo)繼承自GMarkerGoogle，更換了自定義的飛機(jī)圖片，增加了旋轉(zhuǎn)角度屬性，可以根據(jù)航向值對(duì)飛機(jī)圖標(biāo)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

（5）加入時(shí)間軸，將時(shí)間軸與飛行數(shù)據(jù)綁定，拖動(dòng)時(shí)間軸，飛機(jī)可沿著軌跡線(xiàn)移動(dòng)。

（6）加入計(jì)時(shí)器，當(dāng)點(diǎn)擊播放按鈕時(shí)，計(jì)時(shí)器累加，飛機(jī)沿著軌跡線(xiàn)移動(dòng)，模擬飛行過(guò)程。

4 地圖貼圖的實(shí)現(xiàn)

為了解決飛行分析中常見(jiàn)的問(wèn)題，引入地圖貼圖。

4.1 設(shè)計(jì)思想

將標(biāo)準(zhǔn)航路圖貼在地圖上，與實(shí)際軌跡重疊，可以分析飛機(jī)是否按照航路飛行，有無(wú)偏航的情況；將飛機(jī)進(jìn)近圖貼在地圖上，可以從飛行軌跡上看出進(jìn)近的路線(xiàn)是否偏離，是否會(huì)遭遇高山等地形。

4.2 實(shí)現(xiàn)方案及步驟

要實(shí)現(xiàn)地圖貼圖，我們利用GMapMar ker來(lái)實(shí)現(xiàn)。GMapMarker可以指定要繪制的Image對(duì)象，在繪制圖像時(shí)，指定區(qū)域，給定區(qū)域的左上頂點(diǎn)和右下頂點(diǎn)的經(jīng)緯度，即可以在這兩個(gè)點(diǎn)組成的區(qū)域內(nèi)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(jīng)緯度線(xiàn)不端正，首先對(duì)圖片需要進(jìn)行一定旋轉(zhuǎn)。

（2）在圖片上找兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，盡量是對(duì)角線(xiàn)，相隔遠(yuǎn)的，錄入兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的經(jīng)緯度，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算左上和右下頂點(diǎn)的經(jīng)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(qū)域，并將地圖縮放調(diào)整到合適的等級(jí)。

5 進(jìn)近剖面圖的繪制

5.1 相關(guān)概念介紹

（1）飛行進(jìn)近，指的是飛機(jī)飛行最后階段，從飛機(jī)建立進(jìn)近準(zhǔn)備到安全落在跑道上這一整個(gè)過(guò)程。根據(jù)飛機(jī)所使用的導(dǎo)航設(shè)備及精密儀表的不同，進(jìn)近可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是所使用的設(shè)備能提供方位信息又能提供下滑道信息的稱(chēng)為精密進(jìn)近程序。精密進(jìn)近程序的精度較高，如：儀表著陸系統(tǒng)僅僅（ILS），精密進(jìn)近雷達(dá)進(jìn)近（PAR）；另一類(lèi)是所使用的設(shè)備只提供方位信息，不提供下滑道信息的稱(chēng)為非精密進(jìn)近程序。非精密進(jìn)近程序，精度較低，如NDB進(jìn)近，VOR進(jìn)近等。

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

5.2 實(shí)現(xiàn)方案及步驟

每個(gè)機(jī)場(chǎng)投入運(yùn)行前，都會(huì)公布一些標(biāo)準(zhǔn)的飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)程序，包括進(jìn)近標(biāo)準(zhǔn)剖面線(xiàn)。根據(jù)機(jī)場(chǎng)提供的一些資料和數(shù)據(jù)，來(lái)研究進(jìn)近實(shí)際軌跡剖面圖。

（1）首先確定坐標(biāo)軸，縱軸自然是用高度作為標(biāo)尺，橫軸呢？如果以時(shí)間作為標(biāo)尺，則由于飛機(jī)單位時(shí)間內(nèi)的速度不同，會(huì)導(dǎo)致跑道入口端的下滑臺(tái)發(fā)射的下滑道波束不再是一條直線(xiàn)。所以只能以距跑道入口端的距離來(lái)作為橫坐標(biāo)。

（2）從地圖中獲取跑道入口端的經(jīng)緯度值。

（3）從飛行數(shù)據(jù)中獲取飛機(jī)著陸穩(wěn)定后的機(jī)場(chǎng)氣壓高度。

（4）從機(jī)場(chǎng)公布的數(shù)據(jù)中，獲取下滑臺(tái)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(jìn)近角。

（5）從飛行數(shù)據(jù)分析本次進(jìn)近屬于精密儀表進(jìn)近還是非精密進(jìn)近，找到機(jī)場(chǎng)公布的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近圖，獲取進(jìn)近曲線(xiàn)上各越障點(diǎn)的信息。

（6）確定需要繪制剖面的數(shù)據(jù)范圍。

把以上的資料輸入系統(tǒng)，開(kāi)始繪制剖面圖，如上圖所示：其中坐標(biāo)原點(diǎn)為跑道端頭，黃色柱形為越障點(diǎn)，灰色直線(xiàn)從跑道端頭附近引出，為下滑臺(tái)發(fā)射的下滑道波束，綠色曲線(xiàn)代表飛機(jī)的實(shí)際軌跡剖面線(xiàn)，綠色豎直線(xiàn)與軌跡剖面線(xiàn)交叉的點(diǎn)為當(dāng)前飛機(jī)位置，文字顯示距跑道端頭的距離及高度等數(shù)值。

6 工程及相關(guān)文件介紹

本系統(tǒng)引入了工程的概念，能夠保存您當(dāng)前制作的所有對(duì)象和輸入的所有數(shù)據(jù)，并能在下次打開(kāi)系統(tǒng)時(shí)，重新載入。并可對(duì)所有的工程文件進(jìn)行備份和遷移，使您不需要進(jìn)行重復(fù)的工作，也有利于數(shù)據(jù)的存檔。

工程項(xiàng)目文件夾主要有三個(gè)文件：

（1）data.csv主要用于存儲(chǔ)從外部導(dǎo)入的飛行數(shù)據(jù)。

（2）map.config，XML文檔格式，存儲(chǔ)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(chǔ)用戶(hù)制作進(jìn)近剖面圖時(shí)錄入的數(shù)據(jù)，如進(jìn)近方式、進(jìn)近角、跑道端口經(jīng)緯度、越障點(diǎn)等等信息。

7 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)引入了在線(xiàn)衛(wèi)星地圖，實(shí)現(xiàn)了飛行軌跡的繪制和軌跡的動(dòng)態(tài)播放，實(shí)現(xiàn)了地圖的貼圖功能，完成了對(duì)飛機(jī)進(jìn)近剖面圖的繪制，這在國(guó)內(nèi)外的飛行分析系統(tǒng)中還沒(méi)有類(lèi)似的功能，是獨(dú)創(chuàng)性的，對(duì)于飛行數(shù)據(jù)分析有極大的幫助，還原事件真相，吸取經(jīng)驗(yàn)，使安全關(guān)口前移。