一种基于搜救直升机的航线规划方法

技术领域

本发明属于搜救直升机航线规划设计技术，具体涉及一种基于搜救直升机的航线规划方法。

背景技术

直升机在执行搜救任务时多为低空飞行，且飞行区域常处于山区，复杂的地势环境与恶劣的气象条件势必会降低飞行员的能见度，导致飞行员不能清楚的感知直升机当前环境，极大的降低飞行安全与搜救任务的执行。据研究表明，70％以上的空难事故都是由于飞行中能见度低以及飞行员在近进和着陆时操作不合理造成的。

综上，合理的航线规划是搜救直升机飞行安全和执行搜救成败的关键因素之一。

发明内容

本发明提出及一种基于搜救直升机的航线规划方法，基于生成飞行管道的方法来实现搜救直升机的航线合理规划，将主飞行数据、三维飞行管道指引信息和地形信息等仿真画面重合叠加，通过合理布局完全集成在飞行显示器上。系统架构简单，集成度高，降低开发成本。

技术方案：一种基于搜救直升机的航线规划方法，所述方法包括：

步骤1：采集并处理生成三维飞行管道所需的航线规划数据信息；

步骤2：根据预设的航行计划，以及各航路点的经度、纬度与高度信息，并预生成飞行航线；

步骤3：判断所述飞行航线的合理性；

步骤4：根据所述直升机当前的位置信息和飞行航线，捕获航路点信息；

步骤5：根据航路点信息，生成航线中航路点的位置信息；

步骤6：根据所述航路点的位置信息，生成三维坐标信息；

步骤7：根据三维坐标信息，生成地形可视化虚拟图形；

步骤8：对预生成飞行管道位置进行判断，当预生成飞行管道位置与三维地形数据有位置冲突时，在原飞行管道线路做修复补偿；

步骤9：根据三维坐标信息，生成可视化三维管道图形。

具体的，步骤1包括：

通过组合导航系统、大气数据计算机和无线电高度表采集的实时数据，获取直升机当前位置、俯仰、横滚、航向、高度导航信息；

通过数据加载获取直升机飞行性能数据、矢量地图、视景地图与高程数据。

具体的，步骤3包括：

计算飞行航线中相邻航路点间水平距离与高度距离；

依据直升机爬升梯度，计算当前直升机是否可以实现设定航线的飞行任务，若满足条件，则航线生成成功；反之，则需重新设定航线。

具体的，步骤4包括：

航线设定成功后，根据直升机当前的位置信息捕捉本机当前飞行计划中的航路点，即设定航线飞行的起始点。

具体的，步骤5包括：

经过系统所得的直升机导航数据与导航数据库数据解算，最终定位航线中航路点的位置信息。

具体的，步骤7包括：

通过矢量地图、视景地图与高程数据解算分析，在视景地图上叠加高程数据进行绘制，在飞行页面生成虚拟三维地形图形，与飞行信息相叠加，并采用红、黄、绿三种颜色提示地形与直升机距离的危险等级。

具体的，步骤9包括：

根据多个连续相邻的航路点的三维坐标信息的连线方向，计算每个飞行管道的指引方向，结合在原飞行管道线路做的补偿数据，得到最佳的指引方向的飞行管道。

具体的，所述飞行管道为多个线条框；每个线条框的空间面积一致，每个相邻大小的两个所述线条框所表示的三维距离一致；

所述飞行管道大小：宽200米，高100米；

所述飞行管道高度：根据从点-到点的航路点高度进行线性变化；

每个线条框时将三维坐标信息转换为二维显示的坐标信息并叠加在飞行姿态画面上。

综上所述，本发明提出及一种基于搜救直升机的航线规划方法，通过生成三维飞行管道来实现搜救直升机航线的合理规划，减轻飞行员飞行负担；与合成实景等飞行引导设计不同，采用二维矢量地图、视景地图与高程数据相结合，减少数据存储成本；航线生成结合直升机性能参数、飞行管道生成结合地形数据，合理规划航线增加飞行安全性。

附图说明

图1是飞行页面叠加虚拟三维地理图形；

图2是正常航线情况飞行管道设计示意；

图3是飞行管道自动提升设计示意；

图4是垂直剖面航路规划示意；

图5是管道高度线性变化示意；

图6是生成飞行管道示意。

具体实施方式

与固定翼飞机不同，直升机巡航高度较低，无论是飞行员执行任务中目视寻找任务作业地点，还是巡航中前方视野受到高海拔地形、低云等条件受阻时，都需要以飞机周围的外景作为参考。

另外，直升机搜救飞行的特点决定了直升机从基地(包括中心基地和分基地)起飞后，到达搜救作业地点工作然后返回基地的所有时间之和必须小于直升机的最大航时，并且留有备份时间已处理备降等特殊情况的发生。

实施例一

本申请提供一种基于搜救直升机的航线规划方法，方法具体实施步骤如下：

步骤1：采集并处理生成三维飞行管道所需的航线规划数据信息；

具体的，步骤1包括：

通过组合导航系统、大气数据计算机和无线电高度表采集的实时数据，获取直升机当前位置、俯仰、横滚、航向、高度导航信息；

通过数据加载获取直升机飞行性能数据、矢量地图、视景地图与高程数据；

对上述数据进行运算与融合。

步骤2：根据预设的航行计划，以及各航路点的经度、纬度与高度信息，并预生成飞行航线。

实际应用中，通过数据加载，或者人工装订设定航行计划。

步骤3：判断所述飞行航线的合理性；

具体的，步骤3包括：

计算飞行航线中相邻航路点间水平距离与高度距离；

依据直升机爬升梯度(GOC)，计算当前直升机是否可以实现设定航线的飞行任务，若满足条件，则航线生成成功；反之，则需重新设定航线。

具体的，直升机爬升梯度(GOC)大于相邻航路点之间的高度距离与水平距离的比值，则判断航线合理，航线生成成功。反之，航线生成失败。

步骤4：根据所述直升机当前的位置信息和飞行航线，捕获航路点信息；

具体的，步骤4包括：

航线设定成功后，根据直升机当前的位置信息捕捉本机当前飞行计划中的航路点，即设定航线飞行的起始点。

步骤5：根据航路点信息，生成航线中航路点的位置信息；

经过系统所得的直升机导航数据与导航数据库数据解算，最终定位航线中航路点的位置信息。

步骤6：根据所述航路点的位置信息，生成三维坐标信息；

具体的，将上述飞行航路点位置信息计算转换为三维坐标信息，以供三维渲染绘制。

步骤7：根据三维坐标信息，生成地形可视化虚拟图形；

参考图1，通过矢量地图、视景地图与高程数据解算分析，在视景地图上叠加高程数据进行绘制，即可在飞行页面生成虚拟三维地形图形，与飞行信息相叠加，并采用红、黄、绿三种颜色提示地形与直升机距离的危险等级。

步骤8：对预生成飞行管道位置进行判断，当预生成飞行管道位置与三维地形数据有位置冲突时，在原飞行管道线路做修复补偿；

正常情况下，飞行前有专业设计航线的人员，不会存在航线穿山的情况；如果存在异常情况，具有自动提高管道的能力：当预生成飞行管道位置判断，与三维地形数据有位置冲突时，需在原飞行管道线路做修复补偿，避开地形位置冲突。(参考图2、3、4)

步骤9：根据三维坐标信息，生成可视化三维管道图形。

具体的，根据多个连续相邻的航路点的三维坐标信息的连线方向，计算每个飞行管道的指引方向，结合在原飞行管道线路做的补偿数据，得到最佳的指引方向的飞行管道。

实际应用中，绘制的三维飞行管道为多个线条框；每个线条框的空间面积一致，每个相邻大小的两个所述线条框所表示的三维距离一致。

设定管道大小：宽200米，高100米；管道高度：根据从点-到点的航路点高度进行线性变化。(参考图5)

每个线条框时将三维坐标信息转换为二维显示的坐标信息并叠加在飞行姿态画面上。(参考图6)

实施例二

本发明已在我国某搜救直升机上进行验证使用，该项目航线规划设计在框架包含综合显示控制系统、组合导航系统、无线电高度以及大气数据计算机。其中数字地图数据库加载、飞机性能参数库加载以及三维飞行管道的逻辑计算与生成均在综合显示控制系统中完成。航线规划工作包含以下步骤：

步骤1：搭建系统架构；

步骤2：通过综合显示控制系统编辑飞行计划；

步骤3：综合显示控制系统接收组合导航系统、大气数据计算机和无线电高度表采集的实时数据，获取直升机当前位置、俯仰、横滚、航向、高度等飞行信息；

步骤4：综合显示控制系统依据飞行计划以及地理信息计算飞行管道；

步骤5：根据当前飞行信息到数字地图库与高程数据中搜索直升机当前位置前一定范围内的地形信息；

步骤6：在显示器的飞行页面上显示根据这些地形信息绘制的三维虚拟地形图形；

步骤7：在显示器飞行页面上叠加飞行管道。

综上所述，本发明通过生成三维飞行管道来实现搜救直升机航线的合理规划，三维飞行管道将直升机飞行数据、地理地形数据以及航线数据相融合，结合直升机机体的性能参数，在飞行显示器的飞行页面上叠加三维的飞行指引符号(即飞行管道)与地形仿真图形，飞行管道具备飞行安全监控与指挥引导作用，直接影响整机的任务完成和安全飞行，为生命安全提供保障手段。达到目的如下：

1、飞行页面叠加三维虚拟飞行管道，降低飞行员作业负担

当前飞行页面采用传统的天地球显示(蓝色表示天空，棕色表示大地)，仅能显示飞机的飞行信息，飞行时飞行员在观察飞行页面的同时观察前方地形来操纵飞行；尤其在执行航线飞行时，还要同时观察导航或数字地图页面，这些都使得飞行员在飞行过程中精神高度紧张，容易疲劳，在复杂恶劣的环境下飞行安全将大大降低。三维飞行管道的生成，可为飞行员提供全飞行阶段的飞行指引，仅仅在飞行页面就可以提供飞行信息、外景信息与航线引导信息，最终降低飞行员的飞行负担，提高整机的安全性。

2、航线生成结合直升机性能参数，使得飞行航线合理化

为避免二维航路点缺少高度要素、不同高度多航路点覆盖等弊端，当前搜救直升机多采取三维航路点的航线生成设计。不同高度的相邻航路点间的航线生成增加直升机爬升梯度是否可完成的条件判断，可直接避免直升机不合理的持续爬升造成的灾难。因此本发明在飞行航线生成，增加各航路点间的距离结合直升机爬升梯度计算判断，使得飞行航线更加合理化。

3、自动生成规避复杂地形障碍指引，提高飞行安全性

搜救直升机多在复杂地形下执行低空域飞行搜救任务，为避免低空域飞行发生碰撞等安全事故，措施为：一、飞行管道增加地形冲突判断，即飞行管道的生产，增加地形冲突运算，在管道与地形有冲突或碰撞概率时，飞行管道生成会自动提高冲突区域的飞行高度，从而避免碰撞；二、飞行页面增加低空域地形提示功能，即在飞行姿态页面叠加三维地型画面，并分别用红色、黄色、绿色标记地形与载机距离的危险告警级别，对驾驶员做到警示作用，提高低空域飞行安全，保障执行搜救任务。