多目標電子地圖的設計與實現

劉升護等

摘 要： 為滿足多架飛機的實時監(jiān)控需求，對實時遙測系統的結構和原理進行了研究，使用VC++開發(fā)工具以及MapX控件，開發(fā)了基于多目標的飛行電子地圖軟件。軟件采用C/S結構設計，并應用MapX控件對Maplnfo地理信息系統進行二次開發(fā)。軟件能顯示多架飛機的位置信息、實時飛行軌跡和導航參數，使地面指揮員和監(jiān)控人員能夠同時地掌握所有飛行器的飛行狀態(tài)，增強了導航信息的可讀性和可視效果，滿足了多目標綜合監(jiān)控的需求，對以后的型號試飛任務起到了積極的作用。

關鍵字： MapX； 多目標電子地圖； 航跡信息顯示； 實時遙測系統

中圖分類號： TN962?34； TP302 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）12?0094?04

隨著多目標綜合監(jiān)控技術在飛行試驗中的應用，多目標飛行電子地圖也成為飛行試驗的重要監(jiān)控工具。傳統的基于單目標的電子地圖，僅能顯示一架飛機，難以使地面指揮員全面地了解機場的整體飛行的狀態(tài)。本文以MapX控件為基礎，利用面向對象編程語言VC++，設計并實現了多目標飛行電子地圖的服務器端和客戶端軟件。該地圖除具有常規(guī)功能外，還可以實現位置信息、航跡顯示及導航參數的顯示。此外，軟件通過飛機的位置和接收其遙測數據的天線位置，計算出飛機相對遙測天線的水平和垂直角度，并實時顯示在地圖上，方便遙測人員更好的跟蹤天線，保證了遙測信號的質量。MapX是MapInfo公司向用戶提供的具有強大地圖分析功能的ActiveX控件產品。在開發(fā)過程中可以選用自己最熟悉的開發(fā)語言，易于將地圖功能嵌入到應用中，并且可以脫離MapInfo的軟件平臺運行。利用MapX能夠簡單快速地在應用中嵌入地圖功能。

1 總體設計

1.1 服務器端設計

多目標電子地圖接收網絡多流數據，因此它的設計不僅包含軟件本身的設計，也應包含其數據來源系統的設計，即服務器端的設計。在飛行試驗中，通常在飛機上加裝遙測天線用來發(fā)射無線遙測信號，將機載實時傳輸到地面。地面遙測接收機接收無線遙測信號，將其解調后送往實時處理服務器，服務器經過處理送往客戶端，這時監(jiān)控人員就可以通過客戶端裝置實時觀察飛機性能、位置等信息。因此飛行試驗實時遙測系統通?？煞譃闄C載數據發(fā)送、地面遙測接收機、前端實時服務器和實時顯示客戶端4部分。系統數據傳輸如圖1所示。

因此多目標電子地圖的設計有如圖2所示的兩種設計思路：

（1） 通過轉發(fā)程序從客戶端接收數據并以組播的形式轉發(fā)給電子地圖；

（2） 在實時處理服務器里加入基本數據轉發(fā)功能，每當服務器軟件開啟以后就自動將地圖所需的參數以組播的形式轉發(fā)給地圖。

方法（1）采用中間轉發(fā)程序實現連接實時處理服務器和電子地圖，優(yōu)點是使電子地圖系統脫離原有的實時監(jiān)控系統，為以后更優(yōu)化帶來了方便，缺點是每架飛機都需要一臺電腦進行數據轉發(fā)，并且中轉程序需人為啟動，增加出錯的概率。方法（2）采用內嵌到服務器的轉發(fā)功能，可以有效地提高工作效率，只需要一次性配置好轉發(fā)設置，以后只需要打開服務器軟件，就會自動進行數據的轉發(fā)，避免人為的出錯；缺點是地圖系統依賴實時服務器，為以后的優(yōu)化設計增加少許麻煩。

由于實時監(jiān)控對系統的安全可靠有著嚴格的要求，因此選用第二種方法進行系統軟件的設計。

1.2 客戶端（電子地圖）設計

軟件采用MapX組件與面向對象可視化編程語言VC++集成的二次開發(fā)模式，根據實時飛行監(jiān)控特點，軟件應該考慮到以下幾點：

（1） 具備基本的地圖操作。包括放大、縮小、居中、漫游、平移、點選圖元等MapX自帶功能以及測距、飛機中心點和繪制飛行半徑等功能。

（2） 可選的飛行軌跡。由于多架飛機同時飛行，如果顯示每架飛機的完全軌跡則會顯得地圖太亂，并且我們并不是很關注飛機的整個軌跡，有時只關注飛機在最近幾分鐘內的這一段軌跡。因此，地圖默認只顯示飛機近一段時間的軌跡，即部分軌跡。但依然保存完整軌跡數據，用戶可在菜單上通過選擇飛機軌跡顯示模式來顯示完整軌跡。

（3） 隱藏不關注的飛機。并不是所有飛機都值得去關注，隱藏不關注的飛機可以使監(jiān)控人員避免受到不必要的干擾。

（4） 顯示飛行的基本參數。結合飛機的基本參數信息可以更好地了解飛行的狀態(tài)。

軟件采用模塊化結構程序設計方式。軟件功能模塊如圖3所示。程序總體流程框架圖如圖4所示。其中定時器模塊是軟件的重點，主要完成地圖的顯示。

1.3 接口設計

機載數據通過遙測天線傳入地面接收系統，再由地面數據處理服務器通過網絡發(fā)送。電子地圖通過接收網絡上多流數據包，根據其中飛機號不同來提取信息，然后將相應飛機位置信息和參數信息顯示在地圖上。如圖5所示，多流數據包包含同步字、總字長、飛機編號、處理系統類型、數據類型、時間字和基本飛行信息，如經緯度、高度、速度、航向角、橫滾角、俯仰角和剩余油量等。

2 軟件實現

2.1 地圖的顯示

在VC環(huán)境下集成MapX開發(fā)電子地圖軟件是將MapX作為控件插入到應用程序中，然后通過設置其屬性和調用其方法，響應其事件來實現的[1?4]。

2.2 飛機的顯示

飛機顯示主要顯示飛機位置、基本飛行參數和飛行軌跡。軟件采用創(chuàng)建動態(tài)圖層的方式，將表示飛機的符號圖元、標簽和飛行軌跡置于單獨的一個圖層中，通過SetTimer（）函數設置一個定時器，并利用MapX的動態(tài)圖層，快速刷新顯示飛機定位信息。圖6所示是實現飛機顯示的程序框圖，該模塊采用定時器實現。處理步驟如下：

（1） 判斷飛機號是否為零。在飛行過程中飛機落地后就會停止發(fā)送遙測信號，這時軟件將該飛機的飛機號置零。因此，如果飛機號為零，則意味著該飛機已經無信號，軟件直接處理下一架飛機數據；若不為零，則進行下一步。

（2） 判斷飛機信息是否更新。在接收模塊時加標記量判斷數據是否更新，若未更新，則等待一定時間（軟件設置為10 min），若依然沒有新數據則將該飛機的飛機號置零，所有參數變量恢復初始值；若數據已更新，則進行下一步。

（3） 飛機是否顯示。通過菜單欄選擇不需要顯示的飛機，若該架飛機不需顯示，則將該飛機的飛機號置零，所有參數變量恢復初始值。

（4） 判斷經緯度是否合法。由于遙測鏈路有時信號不穩(wěn)定或者機載測試設備自身原因導致傳輸到地面的數據發(fā)生錯誤，特別是經緯度錯誤常常會引起跳點，所以需要判斷經緯度是否在正常范圍。中國政區(qū)經度在73°～136°之間，緯度在3°～54°。

（5） 與上一個點距離是否合理。同樣還是為了防止跳點，如果相鄰兩個點的距離過大，則認為該點為跳點，直接處理下一架飛機數據。MapX提供Distance（）函數計算兩點間的距離。

（6） 飛機位置信息是否創(chuàng)建。若沒有創(chuàng)建，則是飛機第一次發(fā)出數據，創(chuàng)建飛機圖元并顯示在地圖上。MapX提供CreateSymbol（）函數創(chuàng)建點圖元，用來顯示飛機位置。CreateText（）函數用來創(chuàng)建文本，用來顯示飛機編號和飛機號。文本的字體、大小、顏色等屬性可以根據實際需求來予以設置；若已創(chuàng)建則修改飛機圖元的位置信息，重新設定圖元的經緯度。

（7） 是否顯示完整軌跡?？赏ㄟ^菜單欄選擇，MapX 提供的航跡顯示就是將飛機相鄰時間的位置點連成線。MapX提供CreateLine（）函數創(chuàng)建線圖元。若顯示完整軌跡，則軟件不會刪除軌跡，但需要將本應該刪除的軌跡線的ID保存在Dsave[n][]數組中，用于當再次選擇不顯示完整軌跡時刪除這些軌跡線；若不顯示完整軌跡，則需判斷飛機軌跡線是否足夠長。如果不夠長，則創(chuàng)建新軌跡線；如果夠長，則在創(chuàng)建新軌跡線之前刪除最舊的一段軌跡，保持軌跡線在一定數量。

（8） 保存飛機軌跡。每間隔三個點保存飛機的經緯度到結構體數組Save[n][]中。結構體Save[n][]由兩個float型變量組成。Save[n][]用于當選擇“顯示完整軌跡”時，用虛線畫出飛機之前的完全軌跡圖。

（9） 更新信息列表飛機信息。將飛機的相關信息實時顯示到軟件界面底部的List列表。

（10） n=n+1，判斷是否n

2.3 軟件運行界面

軟件運行主界面如圖7所示。

界面上部菜單和左邊工具欄為連接各個功能模塊的操作按鍵，下部為飛機部分參數信息的顯示，如飛行試驗的高度、速度、經度、緯度等，容易觀察，直接、便捷。在顯示信息最右邊選擇遙測站后，會顯示飛機相對該遙測站的水平和垂直角度。狀態(tài)欄顯示軟件網絡連接情況和測距數值，以及當前時間和地圖上任意點的經緯度。圖中以機場為中心顯示坐標軸，并顯示4架飛機，其中飛機1顯示了完整軌跡，并用虛線畫出。軟件界面友好，使用方便，維護簡單，穩(wěn)定性好，通用性強。

3 結 語

本文介紹了采用面向對象程序設計語言VC++，集成MapX控件，設計并實現的多目標電子地圖的開發(fā)。由于軟件采用模塊化設計，可根據以后監(jiān)控需求進行快速的升級。使用結果表明，軟件完全滿足多架飛機同時監(jiān)控的需求，并很好的提升了遙測信號的質量，對型號試飛任務起到積極的作用。

參考文獻

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