摘 要 航空业的快速发展对空中交通管制提出了新要求，迫切需要我们引进新技术。三维显示仿真技术具有很强的人机交互能力，效果逼真。本文通过阐述三维显示概念及运用意义，介绍三维显示仿真技术在空中交通管制中的实际应用。旨在加强探索意识，使现代计算机技术更好的服务于生活，更好的提升航空业的服务质量。
　　关键词 三维显示；空中交通；管制；应用
　　中图分类号：tp391 文献标识码：a 文章编号：1671—7597（2013）051-094-02
　　“空中交通日趋繁忙 ，日益增长的飞行总量与相对有限的空中交通管制能力之间的矛盾，已成为各国航空界急需解决的问题”。它迫切需要我们引进新技术来解决空中交通管制因航班流量增加，起降飞机数量日益增长带来的新问题。
　　“目前通常的二维平面显示在某些方面已不能满足人类的需求，人们希望显示器能真实地还原显示出空间的三维信息。”三维显示仿真技术具有广泛的应用性，它逐步向分布式联网仿真发展，具有很强的人机交互能力。将三维显示仿真技术应用到空中交通管制中，可以创造出三维视景和空间立体环境，给空中交通管制员强烈的沉浸感。
　　1 三维显示概念及运用意义阐述
　　1.1 三维显示
　　“所谓真实空间三维显示就是人们无需借助任何器具，能够像平时观看周边景物一样，围绕着客观景物观看到该景物各个侧面的三维信息。”它借助现代计算机技术将立体图像以平面投影图或透视图的形式在平面上表现出来。
　　1.2 三维显示仿真技术在空中交通管制中应用意义
　　三维显示仿真技术用于空中交通管制系统，它更关注于表示航空器相对于地面障碍的高度，以及相对于其他航空器的位置。计算机和电子技术模拟器的运用，可以实时的显示三维运动实体，显示效果很好，很逼真。能够有效帮助空中交通管制员充分认识交通情况，有效的把握空中冲突，减少人为因素造成的空中交通飞行事故，增加空中运行的安全系数。
　　2 三维显示仿真技术应用实践
　　2.1 管制阶段
　　1）机场和进近管制的显示。
　　该显示主要考虑这一管制区域的仿真实现。让管制员了解各飞机之间、飞机与障碍物间的位置关系。通过地空数据链，将位置信息发送给飞机员，让他了解具体情况，有效提升管制员指令的准确性。
　　2）区域管制的显示。
　　飞机图标对象：屏幕飞机图标表示当前空中某架飞机，它用简单的几何图形代表飞机被雷达探测的状态。
　　背景地图对象：背景地图类似于某用户查看飞机图标的参考坐标系，显示系统提供给航路、走廊、扇区、vor点、ndb点、基本测距圆环、机场、扇区报告点等地图信息。
　　2.2 三维环境的生成
　　三维模型环境的建立：
　　系统软件中，因三维仿真的需要，需要建立较多的三维模型。不同三维景物复杂程度与仿真需求各不相同，实现方法也各不相同。我们主要借助3dmax 与maya等软件的强大功能，完成建模任务。
　　1）计算机系统三维地形图构建。
　　三维地形是为了增加三维环境逼真度。其中地形是最复杂的景物，其三维真实感图形能极大程度的反映外部客观世界，它可视程度高，动态感强烈，存储和查询方便。
　　三维真实感地形图构建，有这样一些关键环节：格式即地形图生成中的dtm数据中的dem，它是用系列等间隔的地形高程值来表示；坐标转换：三维地形图的生成需要进行空间三维坐标的变换；地形模型的简化：dtm数据庞杂，使用计算机来处理，会降低计算机的运行速度，我们要对地形模型进行简化与分层处理，要考虑显示效果与显示速度的平衡；地物模型建立：虚拟地形环境中的地物模型通常用实物模型表示，我们可以用3d max构建地物模型，然后进行转换；地物叠加：三维真实地形图dem数据中既要有地形表面的高程数据，也要有叠加在其表面的人工与自然地物。
　　2）仿真环境。
　　仿真环境的建立取决于对现实系统的全面分析。仿真环境要求计算机生成的飞机具有动作、感知、认知、行为等属性，是一个“智能”实体。建模时面向对象进行分析，从低到高。仿真环境由环境、实体、管制设备等部分组成。空中交通管制员凭借管制设备参与仿真活动。自然环境、人与系统相互交互，构建成客观世界模型。仿真环境借助以太网将仿真飞机的变化信息、位置数据、仿真自然环境变化信息等联系起来，根据空中交通管制的要求来减增

仿真内容。
　　2.3 显示终端系统
　　1）实时生成。
　　各雷达具体地理位置各不相同，旋转周期也不同，造成系统获得的目标报告的动态参数与时间先后不一致，分析与确定合理的周期非常关键。依据民航现有的雷达旋转频率我们把系统的处理周期t与计算机数据刷新率设为4.1秒经验值。目标的出现先进行坐标系的转换，从极坐标系到直角坐标系，然后将得到的航迹进行处理。再将得到的处理后的坐标的对应变量传输到中央主机。由中央主机进行处理，再通过网络传输到显示终端区。由其判断与飞机位置相应的空间环境或者地形环境，数据加载的过程就完成了，最后通过计算机显示出来。
　　2）显示终端的体系结构。
　　显示终端软件逻辑组成与相互关系，如图1所示。
　　空中交通管制自动化系统最主要的组成部分是三维显示，管制员凭借雷达数据显示终端传输的动态与静态的航图数据，可以准确的对空中管制区域内的飞机提供管制服务。
　　3）数据库生成。
　　仿真过程构建包括建筑、地形、机场等几何模型，它的构建可以为空中交通管制人员提供逼真的三维环境。在进行异构仿真设备联网时，我们可采用不同设备生成图像，前提是数据库必须一致。要达到这一要求，必须要先获得仿真所需的所有源数据，包括滑行道、跑道、障碍物、停机坪位置等数据，包括物体的色彩、尺寸、外形、纹理、亮度等；然后依据原数据构建物体几何模型；最后手工实现和调整无法自动完成的程序。
　　虚拟环境中常遇到模型一致性问题。即在虚拟环境中，各种模型必须要互相协调，要具有一致性，也即符合物理规律。那么在时间与空间上的不一致我们要通过各种方式表现出来。比如空中交通管制人员的二维图形平面显示器与三维视景之间。要使周围场景与实体运动相一致，需要我们客观的进行场景描述，提供地形、建筑物等实体数据，构建与视景相匹配的数据库。
　　它主要由图形绘制库、窗口管理库、菜单管理库、地图数据库、消息队列库、网络通信库、动态数据库、配置函数库、通用函数库等函数库组成。下面对各库的具体功能与组成模块进行简述：
　　图形绘制库包括高级图形绘制模块、基本图形绘制模块、空域绘制模块、航线绘制模块、机场数据模块、无方向性导航台模块、报告点绘制模块、山峰绘制模块、空中走廊模块等多个模块，主要在各窗口绘制各种图形元素；地图数据库主要是保存各类航图数据；窗口管理库主要由子窗口模块、主窗口模块、着陆窗口模块、系统状态窗口模块等组成，用于窗口的操作与显示；菜单管理库由单个模块组成，主要提供系统菜单动态显示；动态数据库可以通过独特的数据结构实现飞行计划数据、动态数据、系统内部数据的存储与管理；消息队列库的功能主要是对消息队列进行创建与维护等，为其他模块创建、接收、发送与关闭消息队列提供数据；网络通信库的功能是对操作系统网络功能进行封装，为其他模块直接使用该库函数进行网络通信创造条件；配置函数库主要是读取和保存配置数据；通用函数库主要提供一部分通用函数，像屏幕投影函数、球极平面投影函数、坐标系旋转函数与坐标系平移函数等。
　　3 结论
　　现代计算机技术的快速发展，有力的促进了社会的发展，有效的解决了空中交通管制等多种问题。只要我们不断的进行探索，相信计算机技术会给航空业带来极大的便利，在社会主义现代化进程中提供更好的服务。
　　参考文献
　　[1]杨振鹏，于宝峰，王行仁.空中交通管制仿真环境研究[j].北京航空航天大学学报，2002（04）.
　　[2]王琼华，王爱红.三维立体显示综述[j].计算机应用，2010（03）.
　　[3]刘旭，李海峰.基于光场重构的空间三维显示技术[j].光明学报，2011（09）.