基于ＡＲＣＶＩＥＷ的ＡＤＳ顯示系統(tǒng)的開發(fā)

摘要：介紹了地理信息系統(tǒng)軟件ＡＲＣＶＩＥＷ３．２的基本特點(diǎn)和ＡＤＳ顯示系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和功能，著重論述了ＡＤＳ信息接收、基于ＡＲＣＶＩＥＷ的ＡＤＳ顯示和ＡＤＳ信息統(tǒng)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)ＧＩＳ 自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視ＡＤＳ 空中交通管制系統(tǒng) 套接字（Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｓｏｃｋｅｔ）

地理信息系統(tǒng)（ＧＩＳ，Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的各種對(duì)象的空間特征和屬性信息進(jìn)行存儲(chǔ)，將空間特征和屬性信息結(jié)合進(jìn)行分析，查詢并以直觀的形式（圖形）將結(jié)果顯示出來的一門新興學(xué)科。由美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所（ＥＳＲＩ）開發(fā)的ＡＲＣＶＩＥＷ３．２地理信息系統(tǒng)軟件，具有空間分析能力強(qiáng)、支持多種數(shù)據(jù)格式和投影變換、顯示速度快、與其它程序的接口豐富和對(duì)地圖對(duì)象的控制方便等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使ＡＲＣＶＩＥＷ比較適合開發(fā)動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。本文將介紹ＡＲＣＶＩＥＷ在動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤中的具體應(yīng)用。

自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ＡＤＳ，Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ）系統(tǒng)作為空中交通管制系統(tǒng)中的一種新的監(jiān)視手段，它從機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備獲得信息（至少包括飛機(jī)識(shí)別和４維位置信息），通過甚高頻（ＶＨＦ）地空數(shù)據(jù)鏈，自動(dòng)且實(shí)時(shí)地發(fā)送到地面接收和處理系統(tǒng)，為空中交通管制部門和航空公司提供飛機(jī)在空中的信息。ＡＤＳ系統(tǒng)可以為飛行在雷達(dá)覆蓋區(qū)以外，特別是海洋和荒漠空域的飛機(jī)，提供監(jiān)視手段；將這些信息以直觀、易于分析的方式顯示出來是ＡＤＳ系統(tǒng)的關(guān)鍵。通過地理信息系統(tǒng)，可以將ＡＤＳ系統(tǒng)的上述功能以圖形的方式在地圖上顯示出來，使信息的表達(dá)直接、方便，能大大提高空管部門和航空公司的決策分析能力，提高飛行的安全性。

１ ＡＤＳ顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從信息流程來看，ＡＤＳ顯示系統(tǒng)首先從ＡＤＳ地面信息處理系統(tǒng)獲得ＡＤＳ數(shù)據(jù)。然后在ＡＤＳ顯示系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)校正、濾波后在以基礎(chǔ)地理信息為底圖的地圖上顯示出來。在用戶需要進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，可結(jié)合基礎(chǔ)地理信息對(duì)ＡＤＳ動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

從系統(tǒng)的信息流程可以將系統(tǒng)劃分為三個(gè)部分：

（１）ＡＤＳ信息接收： 負(fù)責(zé)從ＡＤＳ地面信息處理系統(tǒng)中獲得實(shí)時(shí)ＡＤＳ數(shù)據(jù)，并維護(hù)與ＡＤＳ地面信息分發(fā)系統(tǒng)的連接。

（２）ＡＤＳ信息顯示： 將ＡＤＳ信息轉(zhuǎn)化為地圖要素在地圖上顯示出來，并提供偏航、近進(jìn)、進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)報(bào)警和沖突檢測(cè)等功能。

（３）ＡＤＳ信息統(tǒng)計(jì)分析： 根據(jù)地理要素（航線、管制區(qū)、機(jī)場(chǎng)），統(tǒng)計(jì)出該要素在某個(gè)時(shí)間段（點(diǎn)）的航班的數(shù)量，進(jìn)行初步的流量分析。

系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)如圖１所示。

２ ＡＤＳ顯示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

ＡＤＳ顯示系統(tǒng)的操作系統(tǒng)采用Ｗｉｎｄｏｗｓ ＮＴ Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ ４．０，開發(fā)工具采用ＭＳ ＶＣ６．０、ＭＳ ＶＢ６．０和ＥＳＲＩ的ＡＲＣＶＩＥＷ３．２。

２．１ ＡＤＳ信息接收

通過共享文件和數(shù)據(jù)庫可實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)程間的信息交換。但是，這需要數(shù)據(jù)獲得者定期查詢文件服務(wù)器或數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。這對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的系統(tǒng)來說是難以滿足要求的。在Ｗｉｎｄｏｗｓ 中，Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｓｏｃｋｅｔ（套接字）提供了網(wǎng)絡(luò)上不同進(jìn)程的數(shù)據(jù)通信的理想方法。它能通過消息驅(qū)動(dòng)來實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。我們采用Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｓｏｃｋｅｔ ＡＰＩ實(shí)現(xiàn)ＡＤＳ信息接收模塊與ＡＤＳ信息分發(fā)系統(tǒng)的通信。

在ＡＤＳ系統(tǒng)中可能有多個(gè)ＡＤＳ顯示系統(tǒng)在運(yùn)行，為了建設(shè)分布式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)和提高代碼的復(fù)用性，我們將ＡＤＳ信息接收模塊設(shè)計(jì)成ＡｃｔｉｖｅＸ控件。

我們?yōu)樵摽丶O(shè)計(jì)了以下事件和方法：ＩｎｉｔＳｏｃｋｅｔ（），負(fù)責(zé)建立到數(shù)據(jù)分發(fā)模塊的連接；ＤａｔａＲｅａｄｙ（），當(dāng)有數(shù)據(jù)分發(fā)到此控件時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)該事件；ＳｅｎｄＤａｔａ（），向外發(fā)送數(shù)據(jù)；Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ（），斷開連接。另外，控件在連接過程中會(huì)自動(dòng)維護(hù)此連接，它定期測(cè)試鏈路狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)異常，則啟動(dòng)重新連接線程，重新建立連接。ＡＤＳ信息接收的流程如圖２所示。

２．２ ＡＤＳ信息的顯示

ＡＤＳ信息顯示是在ＡＲＣＶＩＥＷ３．２中處理的，而ＡＲＣＶＩＥＷ３．２無法使用ＡｃｔｉｖｅＸ控件。但是ＡＲＣＶＩＥＷ３．２能通過ＤＤＥ技術(shù)與其它應(yīng)用程序通信。我們通過ＶＢ開發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸模塊。該模塊通過ＡｃｔｉｖｅＸ控件從ＡＤＳ信息分發(fā)系統(tǒng)得到ＡＤＳ數(shù)據(jù)，由ＤＤＥ傳輸?shù)剑粒遥茫郑桑牛祝常仓?。ＡＲＣＶＩＥＷ３．２得到ＡＤＳ?shù)據(jù)后，再進(jìn)行顯示處理。下面分別就ＶＢ與ＡＲＣＶＩＥＷ的數(shù)據(jù)通訊和信息顯示進(jìn)行論述。

２．２．１ 數(shù)據(jù)通訊

ＡＲＣＶＩＥＷ與ＶＢ建立ＤＤＥ會(huì)話的源代碼如下：

Ｌａｂｅｌ１．ＬｉｎｋＴｏｐｉｃ＝″ＡｒｃＶｉｅｗ｜Ｓｙｓｔｅｍ″

Ｌａｂｅｌ１．ＬｉｎｋＭｏｄｅ＝ｖｂＬｉｎｋＭａｎｕａｌ。

建立ＤＤＥ會(huì)話后，將要從ＶＢ到ＡＲＣＶＩＥＷ的數(shù)據(jù)賦給ＶＢ中的變量就可進(jìn)行傳輸。對(duì)數(shù)字和字符串其傳送格式不同：

對(duì)于字符串，在ＶＢ中的形式為ＡｉｒＮｕｍ＝””Ｂ－２４４７””，即帶引號(hào)的字符串。

對(duì)于數(shù)字，只要將其轉(zhuǎn)化為普通字符串，如ｌａｔｓｔｒ ＝”４５．４５”。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)字如果按數(shù)字形式傳輸容易出錯(cuò)。如果將其轉(zhuǎn)化為字符，再按字符串傳輸則可解決此問題。從ＶＢ到ＡＲＣＶＩＥＷ的數(shù)據(jù)傳輸源代碼如下：

ｃｍｄ ＝ ″ａｖ．ｒｕｎ″ ＋ ″″″ｆｕｎｃｔｉｏｎ．ｍｏｖｅ″″″ ＋ ″，｛″ ＋ ｒｅｄｒａｗｓｔｒ ＋ ″，″ ＋ Ａｉｒｎｕｍ ＋ ″，″ ＋ Ｆｌｉｇｈｔｎｕｍ ＋ ″，″ ＋ ｌａｔｓｔｒ ＋ ″，″ ＋ ｌｏｎｇｓｔｒ ＋ ″，″ ＋ ａｃａｒｓｓｔｒ ＋ ″，″ ＋ ｌａｓｔｘｓｔｒ ＋ ″，″ ＋ ｌａｓｔｙｓｔｒ ＋ ″｝

Ｌａｂｅｌ１．ＬｉｎｋＥｘｅｃｕｔｅ（ｃｍｄ）

２．２．２ 信息顯示

在ＡＲＣＶＩＥＷ３．２中，能顯示在地圖上的地圖對(duì)象有兩種Ｔｈｅｍｅ圖層和Ｌａｂｅｌ標(biāo)注。

·Ｔｈｅｍｅ是ＡＲＣＶＩＥＷ的基礎(chǔ)顯示對(duì)象。對(duì)每個(gè)對(duì)應(yīng)圖層，在ＡＲＣＶＩＥＷ中都有一個(gè)屬性表與之相對(duì)應(yīng)。圖層保存在文件中，對(duì)它的屬性進(jìn)行查詢和進(jìn)行空間分析都極其方便。但是，當(dāng)對(duì)圖層的一個(gè)元素進(jìn)行更新時(shí)，整個(gè)圖層和位于其上的地圖對(duì)象（如Ｌａｂｅｌ）都要隨著刷新，這樣既浪費(fèi)時(shí)間又使得圖面閃爍比較厲害。

·Ｌａｂｅｌ是浮動(dòng)在圖層之上的地理對(duì)象，它沒有屬性與之對(duì)應(yīng)，它是動(dòng)態(tài)停留在內(nèi)存中的。對(duì)它的操作非常靈活?？蓪?duì)每個(gè)Ｌａｂｅｌ對(duì)象單獨(dú)進(jìn)行移動(dòng)、改變形狀和刪除而不影響圖面上其它的地圖對(duì)象。因此，Ｌａｂｅｌ的刷新速度快，不影響圖面。由于Ｌａｂｅｌ沒有屬性數(shù)據(jù)，所以對(duì)它的屬性查詢和空間分析就特別困難。

在ＡＤＳ系統(tǒng)中，被監(jiān)控的飛機(jī)的數(shù)量多，飛機(jī)的位置信息變化快，如果將這些飛機(jī)以Ｔｈｅｍｅ來顯示是無法辦到的，只能采用Ｌａｂｅｌ。由于Ｌａｂｅｌ沒有屬性表。為了能象對(duì)圖層那樣方便地查詢飛機(jī)不在圖面上的信息，我們構(gòu)造了一個(gè)輔助屬性表。這個(gè)表保存在ＡＣＣＥＳＳ數(shù)據(jù)庫中，ＡＲＣＶＩＥＷ通過ＯＤＢＣ讀取表中的內(nèi)容。在實(shí)際使用過程中，發(fā)現(xiàn)這種效果比較理想，既能滿足顯示速度和圖面質(zhì)量的要求，又能象查詢圖層那樣方便地查詢航班的信息。

２．３ ＡＤＳ信息統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)各種空域特征的ＡＤＳ信息統(tǒng)計(jì)的處理方式是類似的。其中統(tǒng)計(jì)某段航線在某段時(shí)間內(nèi)的航班數(shù)量最具典型性，下面就此問題進(jìn)行論述。

對(duì)航線的ＡＤＳ信息統(tǒng)計(jì)是建立在航線數(shù)據(jù)和ＡＤＳ動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上的。因此獲取航線的地理數(shù)據(jù)和ＡＤＳ動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是非常重要的。

在民用航空中，航線是由航段組成的，而航段是由兩個(gè)導(dǎo)航點(diǎn)組成的一條線段。不同的航線可能包含同一航段。為了處理問題方便和節(jié)省存儲(chǔ)空間，我們將航線庫設(shè)計(jì)為三個(gè)表：ＡｉｒＲｏｕｔｅ，存儲(chǔ)組成航線的航段代號(hào)；ＲｏｕｔｅＳｅｇ，存儲(chǔ)組成航段的導(dǎo)航點(diǎn)的代號(hào)；ＷａｙＰｏｉｎｔ，存儲(chǔ)導(dǎo)航臺(tái)的位置數(shù)據(jù)。這三個(gè)表的關(guān)系如圖３所示。它們存儲(chǔ)在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫中。

ＡＤＳ動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的航班標(biāo)識(shí)和航班四維位置信息（經(jīng)度、緯度、時(shí)間、高度）對(duì)ＡＤＳ 信息統(tǒng)計(jì)分析是非常重要的。這些信息已由ＡＤＳ信息地面信息處理系統(tǒng)存入ＡＤＳ動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)庫的Ｔｏｄｉｓｐｌａｙ表中。

通過ＯＤＢＣ ＡＰＩ可實(shí)現(xiàn)訪問遠(yuǎn)程的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫和ＡＤＳ動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)庫。用ＯＤＢＣ ＡＰＩ訪問遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫的步驟如下：

（１） 申請(qǐng)環(huán)境句柄。

ｆｇ＝ＳＱＬＡｌｌｏｃＥｎｖ(ｈｅｎｖ)

（２） 申請(qǐng)連接句柄。

ｆｇ＝ＳＱＬＡｌｌｏｃＣｏｎｎｅｃｔ(ｈｅｎｖ,ｈＤｂｃ)

（３） 建立到數(shù)據(jù)庫的連接。

ｆｇ＝ＳＱＬＣｏｎｎｅｃｔ(ｈＤｂｃ,ｓｔｒＤＮＳ,ＳＱＬ＿ＮＴＳ,ｓｔｒＵＩＤＳＱＬ＿ＮＴＳ,ｓｔｒＰＷ, ＳＱＬ＿ＮＴＳ)

（４） 要獲取數(shù)據(jù)，還要申請(qǐng)語句句柄。

ｆｇ＝ＳＱＬＡｌｌｏｃＳｔｍｔ(ｈＤｂｃ,ｈｓｔｍｔ)

（５） 執(zhí)行要得到的數(shù)據(jù)的ＳＱＬ語句。

ｆｇ＝ＳＱＬＥｘｅｃＤｉｒｅｃｔ(ｈｓｔｍｔ,ｓｔｒＳｑｌ,Ｌｅｎ(ｓｔｒＳｑｌ)

（６） 可通過ＳＱＬＧｅｔＤａｔａ()取得所返回的數(shù)據(jù)。

根據(jù)輸入的航線信息，通過ＯＤＢＣ ＡＰＩ獲得航線的地理數(shù)據(jù)并確定包含這條航線的最大矩形范圍，再通過ＯＤＢＣ ＡＰＩ從ＡＤＳ動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)庫中獲得在要分析的時(shí)間段內(nèi)且在航線的矩形范圍內(nèi)的ＡＤＳ動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。然后對(duì)這些數(shù)據(jù)在ＡＲＣＶＩＷ中進(jìn)行空間分析。確定在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)在航線緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)并將結(jié)果顯示在地圖上。

該系統(tǒng)已在中國(guó)民航空管局總調(diào)度室運(yùn)行了１年多，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，得到了用戶的好評(píng)。