使参考飞机周围的交通在适应性显示区可视化的方法、相关
的计算机程序产品及可视化系统
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种方法，用于使参考飞机周围的交通在适应性显示区中可视化。本发明还涉及一种相关联的计算机程序产品以及可视化系统。
背景技术
[0002]
现有技术中已存在用于使飞机周围的交通状态可视化的不同系统。
[0003] 因此，例如，
空中交通预警和防撞系统(TCAS)基于周围飞机距离给定飞机的
水平距离而提出周围飞机的二维图形表示法。
[0004] 具体来说，在这种表示法中，每个周围飞机通过符号表示，该符号放置于来自表示给定飞机的符号的射线上，与这些飞机相隔的水平距离成比例。
[0005] 每个符号的可视化与对应的周围飞机的高度有关的信息相伴而生。此外，这种符号的
颜色和形状暗示着给定飞机与对应的周围飞机之间可能发生的冲突。
[0006] 众所周知，被称为
平视显示器的可视化系统可以将每架飞机的三维
位置投射到放置于飞行员前方的一个透明表面上。
[0007] 每个周围飞机以图形表示的形式显示在这样一个表面上，该表面随后朝向该周围飞机放置于飞行员的视
线轴上。
[0008] 该类型的显示器之所以在现有技术中被称为“适应性”，是因为该显示器被放置于飞机的实际位置上，因此可以显示来自实际景观的信息。为此，该显示器直接取决于飞机的位置、飞机的高度以及飞行员的视线轴的方向。
[0009] 与术语“适应性”相反的是，前述TCAS系统的显示器类型在现有技术中被称为“非适应性”。具体来说，该类型的显示器取决于飞机的速度向量并且不随飞机高度的变化而变化。
[0010] 然而，即便使用上述两个可视化系统中的其中一个，或者甚至同时使用这两个系统，飞行员仍然看不到周围飞机的演变动态，尤其是周围飞机的速度、移动方向和接近度。
发明内容
[0011] 本发明旨在改进飞行员对交通状态的演变动态的
感知。
[0012] 为此，本发明涉及一种方法，用于使在多个周围飞机附近移动的参考飞机周围的交通可视化。
[0013] 该方法包括针对每个周围飞机执行的以下步骤：
[0014] A)获取周围飞机在
空域中的实际位置；
[0015] B)通过当前三维轮廓限定所获取的实际位置周围的空域的一部分；
[0016] C)使该当前三维轮廓在该参考飞机的适应性显示区中可视化；
[0017] D)追踪该周围飞机的实际位置，并且当该位置在当前三维轮廓之外时：
[0018] 通过新的当前三维轮廓限定该周围飞机的实际位置周围的空域的一部分，该新的当前三维轮廓在下文将被称为当前三维轮廓，前一个当前三维轮廓在下文将被称为先前三维轮廓；
[0019] 使该当前三维轮廓在该参考飞机的适应性显示区中可视化。
[0020] 根据本发明的其它有利方面，该方法包括单独或根据所有技术上可能的组合考虑的一个或多个以下特征：
[0021] 步骤D)进一步包括使包括N个连续的先前三维轮廓的当前三维轮廓的历史可视化；
[0022] 数字N是预定的并优选等于2；
[0023] 每个三维轮廓由一个三维符号进行可视化，该三维符号对应于当前三维轮廓且包括将其与对应于先前三维轮廓的每个三维符号区分开来的特征；
[0024] 所述特征是预定颜色；
[0025] 每个三维轮廓由一个三维符号进行可视化，该三维符号与对应的三维轮廓具有相同的形状；
[0026] 所有的三维轮廓具有相同的形状，并且在实际环境周围的空间中具有相同的尺寸；
[0027] 每个三维轮廓为平行六面体形状，优选为立方体形状；
[0028] 每个三维轮廓包括至少一个面，该至少一个面平行于相对于地球表面限定的水平面设置；以及
[0029] 每个三维轮廓的方向沿着固定土地
坐标系而定；
[0030] 交通状态显示器是平视显示器。
[0031] 本发明还涉及一种包括
软件指令的计算机程序产品，当一台计算机设备执行所述软件指令时，软件指令采用前述方法。
[0032] 本发明还涉及一种系统，用于使在多个周围飞机附近移动的参考飞机周围的交通可视化。
[0033] 该系统包括配置成获取周围飞机在空域中的实际位置的获取模
块，配置成通过当前三维轮廓限定所获取的实际位置周围的空域的一部分的处理模块，以及配置成使当前三维轮廓在参考飞机的适应性显示区中可视化的可视化模块。
[0034] 该获取模块进一步配置成追踪周围飞机的实际位置，并且当该位置在当前三维轮廓之外时：
[0035] 该处理模块进一步配置成通过新的当前三维轮廓限定周围飞机的实际位置周围的空域的一部分，该新的当前三维轮廓在下文将被称为当前三维轮廓，前一个当前三维轮廓在下文将被称为先前三维轮廓；
[0036] 该可视化模块进一步配置成使参考飞机的适应性显示区中的当前三维轮廓可视化。
附图说明
[0037] 读完以下说明，就可以获知本发明的这些特征和优点，此说明仅作为非限制性示例进行提供，并且参考附图进行说明，其中：
[0038] 图1是根据本发明的可视化系统的示意图；
[0039] 图2是根据本发明的可视化方法的
流程图，该方法通过图1所示的可视化系统执行；
[0040] 图3是说明图2所示方法的实施示意图。
具体实施方式
[0041] 图1所示的可视化系统10在飞机(下文将被称为参考飞机)上，并且可以使此参考飞机周围的交通状态可视化。
[0042] 参考飞机此处是指任何飞机或
直升机，或能够由此
飞行器的飞行员驾驶的任何其它飞行器。
[0043] 根据另一示例性
实施例，参考飞机是能够远程驾驶的无人机。在此情况下，可视化系统10设置在控制中心内，例如，设置在无人机驶离的陆地上。
[0044] 参考此图1，可视化系统10包括获取模块12、处理模块14和可视化模块16。
[0045] 该获取模块12是例如，
电子模块，该电子模块可以获取位于参考飞机附近的飞机的位置。这些飞机在下文被称为周围飞机。
[0046] 如在参考飞机的情况下，周围飞机是指任何飞机或直升机，或任何其它飞行器，例如，无人机。
[0047] 具体来说，该获取模块12能够获取离参考飞机的距离小于预定最大距离的周围飞机的实际位置。该预定最大距离例如，等于20NM或等于与从参考飞机飞行3分钟所对应的距离。
[0048] 这些位置由已知的车载系统本身提供，例如，空中交通预警和防撞系统(TCAS)、ADS-B(
广播式自动相关监视)类型的监视系统或雷达。
[0049] 每个所获取的位置是，例如，周围飞机的相对位置，即相对于参考飞机的确
定位置，或周围飞机的绝对位置，即相对于固定地理坐标系(通常纬度、经度、高度)的确定位置。因此每个所获取的位置采用至少三个坐标形式。
[0050] 处理模块14，例如，是一台计算机，该计算机可以执行软件，使其可以控制可视化模块16从获取模块12所获取的位置使参考飞机周围的交通状态可视化，下文将对此做出解释。
[0051] 该可视化模块16能够根据处理模块14发出的命令控制交通状态显示器20。
[0052] 具体来说，根据所描述的示例，可视化模块16采用平视查看器的形式，该平视查看器可以是通常为人熟知的首字母缩略词为HUD(平视显示器)的设备，或为人熟知的首字母缩略词为HMD(头盔显示器)的设备，或可以显示
叠加在实际景观上的信息的任何其它解决方案。
[0053] 为此，该可视化模块16包括显示表面和投影装置，该投影装置将光线投射到该显示表面上，以显示必要的信息。显示表面例如，设置在参考飞机外部的飞行员的视线轴上，并且有利地是，具有参考飞机的
驾驶舱的挡
风玻璃或至少部分
挡风玻璃。或者，显示表面采用设置在飞行员或飞行员戴的头盔前方的至少部分透明的屏幕的一种形式。
[0054] 根据另一示例性实施例，可视化模块16采用俯视显示器的形式。在这种情况下，可视化模块16设置在飞机外部的飞行员的视线轴下方，并且具体包括本身已知的例如与SVS(综合视景系统)类型的查看器相关联的显示屏。该类型的查看器可以描绘表示现实的合成场景。因此，交通的适应性表示的原则可以应用于SVS类型的场景，并且因此在SVS类型的场景中(以及不再处于景观中)具有适应性。
[0055] 图3更详细地说明了交通状态显示器20。
[0056] 因此，参考该图3，交通状态显示器20包括适应性显示区22。
[0057] 适应性显示区22可以通过将这些位置投射到对应的显示表面上或对应的显示屏上并与实际景观叠加来查看周围飞机的位置。因此，此类型的显示器取决于参考飞机的当前高度。具体来说，实际景观包括在图3的示例中略微倾斜的水平线24。因此，该水平线24表示所述水平面。
[0058] 当可视化模块16采用俯视查看器的形式时，根据本身已知的方法根据伪适应性原则来构建适应性显示区22。具体来说，这意味着适应性显示区22具有相对于被称为“非适应性”的查看器，例如，TCAS系统的查看器的扩增实境。
[0059] 根据本发明所述的可视化方法可以执行适应性显示区22中的显示器，并且此后将参考示出其步骤的流程图的图2进行说明。
[0060] 将参考单个周围飞机说明该方法的步骤。很明显，对于其它周围飞机中的每一个，可以类似地重复这些步骤。
[0061] 当周围飞机的位置变得可以被参考飞机的相应系统检测到时或者当周围飞机与参考飞机之间的距离降到预定
阈值以下时，执行该方法的初始步骤A)。
[0062] 具体来说，在此步骤A)期间，该获取模块12获取周围飞机的实际位置。如先前所提及，此实际位置例如由三个坐标构成。
[0063] 随后，该获取模块12将此所获取的位置发送到处理模块14。
[0064] 在随后的步骤B)期间，处理模块14通过当前三维轮廓限定所获取的实际位置周围，尤其是周围飞机周围的空域的一部分。
[0065] 然后，该当前三维轮廓在空域中具有虚拟几何形状。
[0066] 此形状具有固定的空间尺寸，并且在固定土地坐标系中确定方向。因此，这些尺寸和该方向与参考飞机和周围飞机无关。具体来说，根据优选实施例，这些尺寸和该方向对于所有周围飞机来说都是一样的。
[0067] 该当前三维轮廓包括至少一个面，该至少一个面平行于相对于地球表面限定的水平面(即人工地平仪的平面)设置。
[0068] 在所描述的示例中，当前三维轮廓为平行六面体形状，优选为立方体形状。
[0069] 根据该示例，立方体设置在空域中，如此设置使得该立方体的面中的一个面平行于水平面，并且与该面相邻的两个垂直面沿着固定土地坐标系的垂直轴设置。
[0070] 该立方体的边长等于例如300米。
[0071] 在接下来的步骤C)期间，处理模块14命令可视化模块16使当前三维轮廓在参考飞机的适应性显示区22中可视化。
[0072] 因此，在该步骤期间，当前三维轮廓例如通过三维符号在适应性显示区22中可视化，其中，该三维符号与相应的三维轮廓具有相同的形状。
[0073] 基于此显示区22相对于周围空域的比例来确定该三维符号在适应性显示区22中的尺寸。
[0074] 因此，例如，在当前三维轮廓采用立方体形式时，在适应性显示区22中可视化的相应的三维符号采用立方体的形式，该立方体的尺寸和参考飞机与周围飞机相隔的距离成比例地减小。
[0075] 在随后的步骤D)期间，获取模块12获取周围飞机的每个新的实际位置，并且将该位置发送到处理模块14以供分析。
[0076] 在同一个步骤D)期间，处理模块14分析最近获取的实际位置，并且当该位置在当前三维轮廓之外时，执行以下步骤110到130。
[0077] 步骤110类似于先前所描述的步骤B)。
[0078] 具体来说，在该步骤110期间，处理模块14通过新的当前三维轮廓限定周围飞机的实际位置周围的空域的一部分，特别是周围飞机周围的空域的一部分，新的当前三维轮廓在下文将被称为当前三维轮廓，前一个当前三维轮廓在下文将被称为“先前三维轮廓”。
[0079] 当前三维轮廓与先前三维轮廓类似。
[0080] 更具体来说，当前三维轮廓与先前三维轮廓形状相同，并且与先前三维轮廓尺寸和方向相同。
[0081] 因此，当前三维轮廓与先前三维轮廓的不同之处仅在于其在空间中的位置。
[0082] 当前三维轮廓例如与先前三维轮廓相邻。
[0083] 在下述步骤120期间，处理模块14命令可视化模块16使当前三维轮廓在参考飞机的适应性显示区22中可视化。
[0084] 像在步骤C)期间一样，在步骤120期间，通过与该轮廓具有相同形状的三维符号使三维轮廓可视化。
[0085] 像前面的情况一样，基于该显示区22相对于周围空域的比例来确定该三维符号在适应性显示区22中的尺寸。
[0086] 基于适应性显示区22的更新的配置，步骤120可以进一步包括从先前三维轮廓擦除相应的三维符号。
[0087] 在下述步骤130期间，处理模块14命令可视化模块16使当前三维轮廓的历史在参考飞机的适应性显示区22中可视化。
[0088] 具体来说，该历史包括N个连续的先前三维轮廓。
[0089] 数字N例如大于等于1，并且优选等于2。
[0090] 像在之前步骤中一样，这些先前三维轮廓中的每一个由与该轮廓具有相同形状的三维符号来可视化。
[0091] 基于该显示区22相对于周围空域的比例来确定该三维符号在适应性显示区22中的尺寸。
[0092] 因此，与不同三维轮廓相对应的三维符号的彼此不同之处在于其在显示区22中的位置以及可选择性地在于其尺寸。
[0093] 此外，根据所描述的示例，与当前三维轮廓的历史的三维轮廓相对应的三维符号包括将该三维符号与对应于当前三维轮廓的三维符号区分开来的特征。
[0094] 此特征是，例如颜色。
[0095] 因此，例如，对应于当前三维轮廓的符号以深黄色可视化，而其它符号以浅红色可视化。
[0096] 在步骤130结束时，处理模块14再次执行步骤D)，直到周围飞机的位置保持在被参考飞机的相应系统可检测到的状态，或直到周围飞机与参考飞机之间的距离降到预定阈值以下。
[0097] 图3说明了根据本发明的方法应用于四个周围飞机的结果。
[0098] 实际上，该图3说明了与不同周围飞机的当前三维轮廓相对应的四个三维符号31到34。具体来说，这表示在图3中所说明的时刻，这些飞机中的每一个在与三维符号31到34中的一个相关联的三维轮廓中。
[0099] 符号31到34采用具有不同尺寸的立方体形式。假定符号31到34对应于具有相同尺寸的三维轮廓，则很明显，周围飞机位于相对于参考飞机的不同距离处。
[0100] 此外，历史与符号31到34中的每一个相关联。
[0101] 该历史包括用于符号31到34中的每一个的另外两个符号。在图3中，与符号31到34相邻的符号分别
指定为参考符号41到44，并且与符号41到44相邻的符号分别指定为参考符号51到54。
[0102] 然后，符号41至44对应于先前三维轮廓，就在周围飞机进入当前三维轮廓之前，在先前三维轮廓中发现了周围飞机。
[0103] 类似地，符号51到54对应于先前三维轮廓，就在周围飞机进入对应于符号41到44的先前三维轮廓之前，在先前三维轮廓中发现了周围飞机。
[0104] 在图3的示例性实施例中，符号31到34以比其它符号深的颜色可视化。
[0105] 最后，很明显，如果在方法的下一次
迭代期间，周围飞机中的一架飞机离开其当前三维轮廓，则新的当前三维轮廓随后将与该飞机相关联，并且对应于该当前三维轮廓的新符号将在适应性显示区22中可视化。
[0106] 可以看到，本发明具有一定数量的优点。
[0107] 首先，根据本发明的方法可使参考飞机周围的交通状态可视化，从而允许飞行员最佳地感知交通的演变动态。
[0108] 实际上，通过与具有相同尺寸并且在空间中固定的的三维轮廓相对应的三维符号表示周围飞机中的每一个，这使得估计周围飞机相对于参考飞机的相对位置变得容易。
[0109] 此外，通过与符号中的每一个相关联的历史，飞行员可以快速地估算出相应周围飞机的演变动态。具体来说，使用该历史可以非常简单且直观地感知相应周围飞机是靠近还是远离、上升还是下降、高速前进还是低速前进等等。
[0110] 当然，本发明的其它示例性实施例也是可能的。
[0111] 具体来说，在所描述的示例中，三维轮廓的方向是固定的。不过，也能认为该方向是基于周围飞机的速度向量或基于其它周围方面限定的。
[0112] 还可以使三维符号旁边和/或内部的一定数量的附加信息可视化。该信息可以例如，包括相应周围飞机的速度向量、周围飞机的过去轨迹、对周围飞机的未来轨迹的预测，以及当周围飞机的靠近变得危险时的特定符号。
