一种基于AR显示技术的通航机场低空航图及其实现系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于AR显示技术的通航机场低空航图及其实现系统，航空器临近机场或从机场起飞时，通航机场低空航图显示在头戴AR眼镜的视觉屏幕中，通航机场低空航图的显示包括有三维地理空间和与三维地理空间地理数据相关联的航图要素三维数据模型；所述航图要素三维数据模型包括：飞行程序数据模型、机场数据模型、障碍物数据模型、通导设备数据模型和特殊地物数据模型，所述飞行程序数据模型是航空器从低空三维地理空间上限至机场跑道的下降航道上或上升航道上显示的一条连续的航道和航迹线，围绕航道和航迹线是一个“回字形”封闭式透明腔体。本发明专利技术为飞行员提供直观的进离场三维航图要素和属性信息作为飞行指引。

【技术实现步骤摘要】
一种基于AR显示技术的通航机场低空航图及其实现系统
本专利技术属于通用航空
，涉及一种基于AR显示技术的通航机场低空航图及其实现系统。
技术介绍
目前通用航空尚没有完整的专业航图，《全国通航机场资料汇编》里只有机场平面图，目视飞行航图里没有飞行程序等重要航图要素和航行信息，更没有低空航图的电子飞行包（EFB）和三维产品。目前民航飞行员所使用的电子飞行包（EFB）或者称为“电子航图”和“飞行程序”实质上是“电子版的纸质航图”。它虽是一款专业的航图软件，但航图的绘制方式与纸质版完全相同，其中最重要的飞行程序（包括仪表飞行程序和目视飞行程序）都是二维的，分为：水平剖面图和垂直剖面图，部分航图因为图幅等原因，其中一部分飞行程序和航路导航点等航图要素是不按比例绘制的，且每张航图都以单独文档的方式存储，存在：调取航行资料需要手工逐个点开不连续、显示屏幕容易反光、需要飞行员用手滑动屏幕操作不便，不同的跑道起降方向和不同的导航方式分为不同的航图显示，分散了驾驶员在飞行操纵和监控时的精力，并且，内置的定位与导航模块信号容易中断。
技术实现思路
针对上述问题本专利技术的目的在于提供一种基于AR显示技术的通航机场低空航图及其实现系统，将航空各种专业信息集中以立体坐标的形式随航空器的飞行轨迹呈现在AR显示屏幕中。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于AR显示技术的通航机场低空航图，航空器临近机场或从机场起飞时，通航机场低空航图显示在头戴AR眼镜的视觉屏幕中，通航机场低空航图的显示包括有三维地理空间和与三维地理空间地理数据相关联的航图要素三维数据模型；所述航图要素三维数据模型包括：飞行程序数据模型、机场数据模型、障碍物数据模型、通导设备数据模型和特殊地物数据模型，其中，所述飞行程序数据模型是在航空器从低空三维地理空间上限至机场跑道的下降航道上或上升航道上显示的一条连续的航道，航道是一个封闭式透明腔体，航空器下降时封闭式透明腔体末端连接到机场跑道入口上方的位置，封闭式透明腔体起始端靠近低空三维地理空间上限的位置、并与中高空航线相连，航空器上升时封闭式透明腔体起始端是机场跑道末端上方的位置，封闭式透明腔体末端靠近低空三维地理空间上限的位置、并与中高空航线相连。方案进一步是：所述视觉屏幕是以AR眼镜为中心的周长360厘米的圆形透明球形屏幕，所述中心与航空器的实际经纬度位置和高度始终保持重合，球形屏幕跟随航空器在三维地里空间里运动，球形屏幕的0度方向始终是航空器的机头航行方向，球形屏幕的水平轨道面始终与三维地理空间里的地面保持水平，所述航空器的实际经纬度位置和高度是由卫星定位提供。方案进一步是：所述三维地理空间是在地理信息系统GIS上二次开发的空间，空间的下限是标准海平面，空间的上限是机场标高之上3000米，航空器下降时所述封闭式透明腔体末端是机场跑道入口上方高15米的位置，航空器上升时所述封闭式透明腔体起始端是机场跑道末端上方高5米的位置。方案进一步是：所述连续的封闭式透明腔体是一条连续的、蜿蜒的、扭转的、横截面积宽窄不一的环形截面的透明腔体，所述透明腔体的中心线是飞行程序的航道航迹线，航道航迹线是截面呈“口字型”腔体，“口字型”腔体透明显示在环形截面的透明腔体中，透明腔体上下左右四个方向外立面是由所述航迹线的左右保护区宽度和上下高度层决定，航空器下降或上升时，无论封闭式透明腔体的横截面积和宽窄如何变化、形状如何扭转，航道航迹线始终处于封闭式透明腔体横截面的正中心位置，航空器依据航道航迹线飞行。方案进一步是：所述机场数据模型、障碍物数据模型、通导设备数据模型和特殊地物数据模型分别是以所述机场数据、障碍物数据、通导设备数据、特殊地物数据形成的机场三维模型、障碍物三维模型、通导设备三维模型、特殊地物模型的四种三维模型呈现在三维地理空间中，所述四种三维种模型与三维地理空间坐标相互关联、并随沿航道航迹线飞行的航空器实时显示在AR眼镜的视觉屏幕中。方案进一步是：所述机场三维模型是指在所述三维地理空间中，按民航公布资料，以通航机场对外公布的经纬度坐标位置和标高为基准，使用机载航测设备对机场两侧和跑道延长线上敏感障碍物进行实地飞行测量计算得出敏感障碍物的实际位置和实际高度的实物尺寸绘制出的机场与敏感障碍物的三维模型；所述障碍物三维模型是指在所述三维地理空间中，以通航机场对外公布的经纬度坐标位置和标高为圆心的20公里为半径、机场标高之上3000米以下突出的人工障碍物、自然障碍物以及民航公布的禁飞区/限飞区三维模型；所述通导设备三维模型是指在所述三维地理空间中，按照民航公布资料，以通航机场对外公布的经纬度坐标位置和标高为圆心的110公里为半径，以实物尺寸绘制的所有导航和助航设备以及航路点、强制报告点、空间定位点的三维模型或轮廓线；所述特殊地物三维模型是指在所述三维地理空间中，以通航机场对外公布的经纬度坐标位置和标高为圆心的半径10-25公里的环形范围内，以实物尺寸绘制的用于航空器应急迫降的道路、河流和开阔场地的三维模型。方案进一步是：三维地理空间在以AR眼镜为中心110公里范围内，当三维模型因距离过远而显示尺寸≤1厘米时，在视觉屏幕以1厘米的固定尺寸显示其二维图标，二维图标是导航设备种类的图标，图标为预存图标，当同一个方位角有多个二维图标时，二维图标会按距离远近排序叠加，并错开图标的边缘。一种实现基于AR显示技术的通航机场低空航图的系统，包括头戴式AR眼镜装置，所述头戴式AR眼镜装置包括：头部定位器、AR眼镜、数控线缆和“摇杆式”线控；所述AR眼镜提供一个视觉屏幕，所述头部定位器分为基准器和接收器，基准器固定在驾驶舱内，接收器安装在AR眼镜镜体上，基准器为接收器提供一个基准参考点，两者之间通过红外线连接，飞行员透过AR眼镜可直接观察驾驶舱外部实景；AR眼镜与显示控制终端通过数控线缆连接，“摇杆式”线控装置安装在数控线缆上，摆动摇杆可移动光标选择AR眼镜中的航图要素，按压摇杆可确认或退出查看航图要素的属性信息，完成人机交互，所述通航机场低空航图预装在显示控制终端中，其中，预装的通航机场低空航图是采用WGS-84坐标系在三维地理空间GIS系统中将通过测量获得的机场数据、障碍物数据、通导设备数据和特殊地物数据转换为相对应的三维模型，三维模型与三维地理空间进行关联后形成的三维通航机场低空航图，在航空器进入机场区域获得飞行员操作下降指令或航空器在机场获得飞行员操作起飞指令后，三维通航机场低空航图显示在AR眼镜的视觉屏幕中，在三维通航机场低空航图中围绕下降轨迹或起飞轨迹形成一条连续的封闭式透明腔体，封闭式透明腔体一端连接到机场跑道入口或机场跑道末端上方的位置，封闭式透明腔另一端靠近三维地理空间低空上限高度3000米的位置、并与中高空航线相连；所述封闭式透明腔体的中心线是航空器进场或离场飞行程序的航迹线，封闭式透明腔体上下左右四个方向外立面是由所述航迹线的左右保护区宽度和上下高度层决定，航空器下降或上升时，无论封闭式透明腔体的横截面积和宽窄如何变化、形状如何扭转，航迹线始终处于封闭式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于AR显示技术的通航机场低空航图，航空器临近机场或从机场起飞时，通航机场低空航图显示在头戴AR眼镜的视觉屏幕中，通航机场低空航图的显示包括有三维地理空间和与三维地理空间地理数据相关联的航图要素三维数据模型；所述航图要素三维数据模型包括：飞行程序数据模型、机场数据模型、障碍物数据模型、通导设备数据模型和特殊地物数据模型，其特征在于，所述飞行程序数据模型是在航空器从低空三维地理空间上限至机场跑道的下降航道上或上升航道上显示的一条连续的航道，航道是一个封闭式透明腔体，航空器下降时封闭式透明腔体末端连接到机场跑道入口上方的位置，封闭式透明腔体起始端靠近低空三维地理空间上限的位置、并与中高空航线相连，航空器上升时封闭式透明腔体起始端是机场跑道末端上方的位置，封闭式透明腔体末端靠近低空三维地理空间上限的位置、并与中高空航线相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于AR显示技术的通航机场低空航图，航空器临近机场或从机场起飞时，通航机场低空航图显示在头戴AR眼镜的视觉屏幕中，通航机场低空航图的显示包括有三维地理空间和与三维地理空间地理数据相关联的航图要素三维数据模型；所述航图要素三维数据模型包括：飞行程序数据模型、机场数据模型、障碍物数据模型、通导设备数据模型和特殊地物数据模型，其特征在于，所述飞行程序数据模型是在航空器从低空三维地理空间上限至机场跑道的下降航道上或上升航道上显示的一条连续的航道，航道是一个封闭式透明腔体，航空器下降时封闭式透明腔体末端连接到机场跑道入口上方的位置，封闭式透明腔体起始端靠近低空三维地理空间上限的位置、并与中高空航线相连，航空器上升时封闭式透明腔体起始端是机场跑道末端上方的位置，封闭式透明腔体末端靠近低空三维地理空间上限的位置、并与中高空航线相连。


2.根据权利要求1所述的通航机场低空航图，其特征在于，所述视觉屏幕是以AR眼镜为中心的周长360厘米的圆形透明球形屏幕，所述中心与航空器的实际经纬度位置和高度始终保持重合，球形屏幕跟随航空器在三维地里空间里运动，球形屏幕的0度方向始终是航空器的机头航行方向，球形屏幕的水平轨道面始终与三维地理空间里的地面保持水平，所述航空器的实际经纬度位置和高度是由卫星定位提供。


3.根据权利要求1所述的通航机场低空航图，其特征在于，所述三维地理空间是在地理信息系统GIS上二次开发的空间，空间的下限是标准海平面，空间的上限是机场标高之上3000米，航空器下降时所述封闭式透明腔体末端是机场跑道入口上方高15米的位置，航空器上升时所述封闭式透明腔体起始端是机场跑道末端上方高5米的位置。


4.根据权利要求1所述的通航机场低空航图，其特征在于，所述连续的封闭式透明腔体是一条连续的、蜿蜒的、扭转的、横截面积宽窄不一的环形截面的透明腔体，所述透明腔体的中心线是飞行程序的航道航迹线，航道航迹线是截面呈“口字型”腔体，“口字型”腔体透明显示在环形截面的透明腔体中，透明腔体上下左右四个方向外立面是由所述航迹线的左右保护区宽度和上下高度层决定，航空器下降或上升时，无论封闭式透明腔体的横截面积和宽窄如何变化、形状如何扭转，航道航迹线始终处于封闭式透明腔体横截面的正中心位置，航空器依据航道航迹线飞行。


5.根据权利要求1所述的通航机场低空航图，其特征在于，所述机场数据模型、障碍物数据模型、通导设备数据模型和特殊地物数据模型分别是以所述机场数据、障碍物数据、通导设备数据、特殊地物数据形成的机场三维模型、障碍物三维模型、通导设备三维模型、特殊地物模型的四种三维模型呈现在三维地理空间中，所述四种三维种模型与三维地理空间坐标相互关联、并随沿航道航迹线飞行的航空器实时显示在AR眼镜的视觉屏幕中。


6.根据权利要求5所述的通航机场低空航图，其特征在于，
所述机场三维模型是指在所述三维地理空间中，按民航公布资料，以通航机场对外公布的经纬度坐标位置和标高为基准，使用机载航测设备对机场两侧和跑道延长线上敏感障碍物进行实地飞行测量计算得出敏感障碍物的实际位置和实际高度的实物尺寸绘制出的机场与敏感障碍物的三维模型；
所述障碍物三维模型是指在所述三维地理空间中，以通航机场对外公布的经纬度坐标位置和标高为圆心的20公里为半径、机场标高之上3000米以下突出的人工障碍物、自然障碍物以及民航公布的禁飞区/限飞区三维模型；
所述通导设备三维模型是指在所述三维地理空间中，按照民航公布资料，以通航机场对外公布的经纬度坐标位置和标高为圆心的110公里为半径，以实物尺寸绘制的所有导航和助航设备以及航路点、强制...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹仲恒，
申请(专利权)人：邹仲恒，
类型：发明
国别省市：北京;11