基于Google Earth的最后进近航段三维演示
何光勤 杨 蕾*
【摘 要】摘 要 基于Google Earth(GE)平台，对最后进近航段实现三维演示。通过机场三维场景还原，利用KML代码实现三维航线的生成，首次实现直线程序三维保护区的生成，最终基于GE实现多角度三维航行演示，且数据精度满足要求，实现飞行程序设计的三维可视化，为飞行程序设计工作及教学提供良好的方法。
【期刊名称】科学技术与工程 【年(卷),期】2012(064)004 【总页数】3
【关键词】关键词 三维还原 保护区 KML代码
飞行程序设计的任务是设定航空器在终端区内起飞和下降着陆时使用的飞行路线，它是在分析终端区净空条件和空域布局的基础上，根据航空器的飞行性能，确定航空器的飞行路线以及有关限制的一门综合学科［1］。飞行程序的设计工作经历了从手工设计到电子自动化的历程，但始终局限于二维设计，其可视化程度较低。随着计算机仿真技术和地理信息技术的发展，飞行程序设计、障碍物评估等领域对三维呈现的需求与日俱增。因此，本文将计算机虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术和地理信息技术(GIS)相结合，实现了实时动态、三维航线漫游等功能，对某机场最后进近航段进行了三维仿真实现，实现了飞行程序设计的可视化，使飞行程序的呈现手段更加直观和清晰。
1 三维演示实现
1.1 坐标转换算法
现阶段，我国民用航空使用的地理坐标系统为1954北京坐标系和56黄海坐标系，而Google Earth支持WGS84坐标系统。由于WGS84与BJ54是两种不同的大地基准面［2］，选取的参考椭球体不同，因而在两种地图下，同一个点的坐标不同，因此在模拟过程中需完成从BJ54坐标到WGS84坐标系统的转换。
基于仿真精度的考虑，两个椭球间的坐标转换采用比较严密的七参数法［3］，即3个平移因子(X平移，Y平移，Z平移)，3个旋转因子(X旋转，Y旋转，Z旋转)，一个比例因子(也叫尺度变化K)。通过寻找工作区内三个以上的已知点，利用已知点的BJ54坐标和所测WGS84坐标，通过一定的数学模型，求解七参数。计算出工作区内的七参数，建立SHP文件，基于地理工具实现经纬度坐标的转换。实际计算结果，经验证，与GE提供的数据比较(GE提供的最小单位精度为15 M)，精度较高。 参数转换由正反算实现:
大地经纬度坐标(纬度B，经度L)可以用地心坐标X，Y，Z表示。其中，直角坐标系原点位于地心:Z轴为极轴，向北为正;X轴穿过本初子午线与赤道的交点;Y轴穿过赤道与东经90度的交点。本文设定零经线为特定机场地区子午线。设椭球体长半轴为a，短半轴b，扁率倒数为1/f，则有:
式中:N为纬度B处的卯酉圈曲率半径，N=h为相对椭球面的高度，e为椭球第一偏心率
反之，X，Y，Z地心直角坐标转换为经纬度大地坐标: 1.2 三维元素生成 1.2.1 最后进近航段
最后进近航段是完成航迹对正和下降着陆的航段，其仪表飞行阶段是从最后进近定位点开始至复飞点(MAPt)结束。直线进近的最后进近航段与跑道方向对正，且含有FAF的最后进近航段的最佳长度为9.26 km(5nm)，最长为19 km(10nm)。非精密进近有FAF时，最后进近航段的最小和最佳下降梯度为5.2% ，精密进近或有垂直引导的进近为 3°。 1.2.2 保护区
最后进近可以从距离VOR台最远20nm或者NDB台最远15nm处开始，向VOR或NDB台进行，也可以背台进行。最后进近航段的超障区，以提供其航迹引导的导航设施的容差为依据，从FAF至MAPt之间的区域，包括FAF定位容差区在内。VOR和NDB为飞行导航台，引导飞行。其中，VOR为全向信标台，NDB为无方向信标台，导航台的不同，决定了区域宽度的不同。最后进近航迹上各点的区域宽度互不相等，离电台越远，区域宽度越宽。如图1示，最后进近航段距离VOR电台为d的一点的区域宽度(L)的计算:
最后进近航段是事故率最高的航段，因此三维飞行程序设计可以直观呈现飞行航迹及超障情况，进行安全评估。最后进近航段的超障区，以提供其航迹引导的导航设施的容差为依据，从 FAF至MAPt之间的区域，包括FAF定位容差区在内。
1.2.3 基于GE的三维元素呈现
基于坐标的转换计算，生成某机场仪表进近程序的定位点数据以及导航台位置等地理信息，使用KML代码生成。定位点的位置信息［4］，通过坐标转换后，可以直接根据经纬度坐标在GE中定位。同理，基于GE的航线生成，使用KML代码进行还原。由于三维航线的生成加入高度信息，并且不同基准面的高
基于Google Earth的最后进近航段三维演示
