RNP進近程式培訓系統研究與設計論文
RNP進近程式培訓系統研究與設計論文
摘 要：針對目前我國高原機場的特徵，以及RNP進近程式在高原機場的優勢及社會需求，透過結合RNP進近程式相關知識與設計標準，採用客戶伺服器（B/S）模式，完成基於RNP進近程式培訓系統的開發，並對該系統進行了測試，以達到為民航相關工作人員提供了一個培訓平臺。
關鍵詞：RNP；進近程式；三層架構；系統測試
1.引言
根據民航的定義，海拔高度在1500-2438米之間的為一般高原機場，我國現有12個一般高原機場。海拔高度高於2438米的稱為高高原機場，我國現在共有10個[1]。高原機場的複雜氣象條件是低海拔機場無法比擬的，體現在溫差大、風速大、風向多變，經常伴隨嚴重的亂流和風切變，天氣變化迅速。而且高原機場大多建設在山谷、半山腰，淨空條件惡劣，起飛著陸常常在山谷中進行，飛行技術難度大、飛行程式複雜，而且沒有備降場，一遇惡劣天氣，航班常常延誤或被取消，給航空公司帶來巨大損失。
RNP飛行程式設計不依賴地基導航裝置，不受地形遮蔽和導航臺訊號覆蓋範圍等不利因素的影響，同時還可以根據需要，在飛機效能允許情況下設計出任意的轉彎軌跡，選擇地形最佳的飛行軌跡，引導飛機以安全的側向距離避開障礙物而不是飛越障礙物上空。同時，由於RNP飛行程式離場的爬升梯度遠遠小於傳統儀表飛行程式的設計梯度，在高原機場飛機爬升效能顯著下降的情況下，執行RNP進行程式使得航空公司獲得更多得商載，降低飛機著陸的天氣標準，減少備降和延誤得發生[2]。
正是由於RNP進近程式在高原機場中體現的眾多優勢，並在拉薩貢嘎機場得到了成功應用後，RNP進近程式已經在我國眾多高原山區機場得到了較大的發展。目前，我國民航已經在拉薩、林芝、九寨、麗江、等多個機場進行了試飛甚至執行[3]。雖然RNP程式應用得到了很大的提高，但是，RNP導航技術在國內還是隻處於起步階段，眾多民航相關工作人員對RNP導航飛行技術的認識還不夠深入，特別在培訓方面也是比較缺乏的。因此，基於RNP進近程式的培訓系統的設計與推廣是很有必要的。
2.RNP進近程式原理
RNP進近原理包含有三方面：RNP/RNAV曲線進近、RNP/RNAV同時平行進近與RNP/RNAV同時匯聚進近。RNP/RNAV曲線進近原理主要是以TF與RF為基礎[4]，其中TF表示至定位點的大圓軌跡；RF表示至定位點的固定半徑軌跡。RNP/RNAV曲線進近的執行可以充分根據地形的特徵，設計出任意的曲線航段，提高飛機的越障裕度，減低進近天氣標準。RNP/RNAV同時平行進近的執行能較大地縮小了水平間隔，增大了進近空域的容量，優化了管制指揮，提高了安全裕度。RNP/RNAV同時匯聚進近的應用主要能較大程度地減小了執行間隔，優化了空域資源的配置，使管制在終端區的指揮更加靈活。
RNP進近程式的設計標準主要包含有六方面：一、政策標準，主要參考FAA中8620的部分條款，包括民用區域導航離場程式與終端著陸區域設計標準等；二、程式標識，一個典型的區域導航進近程式圖將描述廣域增強系統(WAAS)、有垂直引導的儀表程式(PIV)、水平導航(LNAV)和盤旋的最低標準。三、起始進近航段和中間進近航段，如果需要終端進場區(CLAA)，應用指令826.045，第5段。四、資料精度，RNP程式設計上使用0.01單位的測量精度完成計算，平均海平面高(MSL)和高於接地點的高度(HAT)精確到英尺。五、RNP值，區域導航程式的各個航段有一個特定的RNP值，主要是水平與垂直標準值的確定。六、最大允許下滑角，針對不同的飛機機型，確定最大允許下滑角，主要是透過燈光設定確定。
3.系統的設計與實現
3.1 系統的需求與設計概要
根據RNP的定義以及進近原理，我們知道，實行RNP進近飛行，可以靈活地安排飛機在空域中的飛行線路和間隔，解決了在複雜機場和地形下的導航問題、最大限度地優化了飛行航機、提高了機場的飛行安全裕度，透過縮短航程、減少延誤、返航或備降，大大降低了公司成本。但是，RNP導航技術在國內還不夠成熟，主要表現在國內沒有能力進行RNP相關導航程式（各種航路）的設計，對RNP技術本身包括其引數的控制以及特情的處理辦法的理解不夠深入，尤其RNP導航技術相關知識的普及工作開展不夠，目前需要藉助於波音公司、納沃斯公司等協助，即目前缺乏比較成熟的RNP進近程式培訓系統的出現。
在RNP進近程式培訓系統設計中我們將選擇B/S結構，採用基於JAVA技術並且符合J2EE開發規範的系統應用平臺，使用Tomcat作為伺服器容器，POSTGRESQL 作為資料庫，使系統具有良好的可維護性和可擴充套件性。系統採用門戶伺服器透過統一的目錄服務管理，保證使用者認證機制的一致性。使用者授權機制透過角色的定義管理實現，透過定義某些角色能進行的操作許可權，和定義使用者擁有的角色，限定使用者的操作許可權，實現對使用者的授權。該系統需要對RNP導航技術原理以及程式設計標準進行介紹；對系統使用者的角色和許可權進行分配，使得不同的使用者訪問不同的功能模組；需要對整個的培訓過程進行記錄統計，包括需求的建立、課程管理、培訓資料的管理、培訓計劃的'釋出和實施；系統將對個人的資訊以及檔案進行管理，允許使用者之間透過培訓系統傳送訊息，並對訊息的收發進行管理。
3.2 功能模組實現
3.2.1 系統框架結構
為了讓軟體的系統結構更符合“高內聚、低耦合的思想”，模組之間獨立開發以及程式碼的重用，RNP進近程式培訓系統採用了三層架構的思路。通常意義上的三層架構是將整個業務應用劃分為：表現層（UI）、業務邏輯層（BLL）、資料訪問層（DAL）。我們打算將系統前臺即介面採用Html程式碼和JavaScript程式碼結合顯示，後臺採用的Java程式碼。使用者瀏覽頁面時進行查詢時，透過RPC遠端呼叫業務邏輯層以及資料訪問層的Dao程式碼，將查詢的結果反饋給前臺頁面，這其中可以採用非同步的JAVA和XML技術提高使用者顯示的體驗。
具體來說，系統前臺使用RPC遠端呼叫Operation介面，用Callback以物件的形式訪問後臺資料；框架後臺使用輕量級資料庫持久層訪問框架，自動將使用者查詢內容封裝為Entity進行使用，後臺的邏輯透過operation-entity-dao三者共同完成。系統的前臺採用Html程式碼JavaScript結合，為了提高使用者體驗，系統中使用了AJAX技術將資料庫返回的結構更好的出現在表現層中。系統框架如圖1所示。
3.2.2 系統功能模組劃分
根據上述的概要設計及使用者設計要求，我們可以得出RNP進近程式培訓系統的相關的功能模組，主要由系統管理、使用者管理、RNP相關原理介紹、RNP進離場程式、RNP非正常程式、培訓管理和訊息管理組成，然後各功能模組又可以進一步進行細分。得到RNP導航技術培訓系統的功能結構如圖2所示。
由於文章的篇幅問題，我們將以培訓管理模組為例進行詳細說明。該模組主要包含有五方面。一、培訓課程管理，該功能模組顯示全部以及篩選出的符合條件的已提交培訓課程資訊列表，根據需求對其進行區域性修改或者刪除操作。二、培訓需求管理，該功能模組顯示全部或者篩選出符合條件的培訓需求列表，新增修改刪除培訓需求，將培訓需求轉為計劃。三、培訓計劃管理模組，該功能模組顯示全部以及顯示篩選出的符合條件的培訓計劃列表，根據公司業務需要釋出計劃。四、已釋出計劃列表模組，該模組顯示全部以及顯示篩選出的符合條件的已釋出培訓計劃列表資訊。五、培訓資料管理模組，該功能需顯示全部以及顯示篩選出的符合條件的培訓資料列表資訊、下載或者刪除培訓資料以及上傳培訓資料。以培訓課程管理功能為例，其修改功能可以區域性調整課程資訊，刪除項實現對應行培訓課程刪除，新增項能夠實現新增新增課程資訊的功能：透過必要資訊的填寫，提交表單來實現。該模組中需要輸入資料項有：篩選課程功能和新增課程功能。其中篩選課程功能需要提供課程名然後進行檢索；新增課程功能需要提供課程名稱，學分，課時以及課程描述然後提交新課程。具體的設計流程圖如圖3所示。圖4為該系統培訓課程管理介面圖。
3.3 系統的測試
系統測試的方法主要包含有黑盒測試、白盒測試、單元測試、整合測試、迴歸測試與驗收測試六種。其中單元測試是一種最低級別的測試活動，軟體在單元測試活動中，獨立的軟體單元將與其他軟體單元隔離的情況下進行測試；這能體現軟體工程中的“高內聚、低耦合”的思想。而整合測試是單元測試的邏輯擴充套件。在軟體系統的設計中，單元整合是指多個單元聚合組合成模組，多個模組又聚合成程式的更大部分
本文選用單元測試和整合測試對培訓模組進行案例分析。其中，單元測試是一種最低級別的測試活動，是將獨立的軟體單元將與其他軟體單元隔離的情況下進行測試。如選擇培訓需求管理選單，那麼普通使用者可以提高培訓課程，培訓需求請求；檢視已釋出的培訓資訊；自由下載培訓資料和考試資料；而管理員使用者還能根據航空公司業務實際情況，修改刪除提高培訓課程，修改刪除培訓需求請求及釋出員工檢視。在培訓模組的功能單元測試完成之後，必須進行培訓模組的整合測試，是指多個單元聚合組合成模組，多個模組又聚合成程式的更大部分。整合測試採用的方法是測試軟體單元的組合能否正常工作，以及與其他組的模組能否整合起來工作；最後還要測試構成系統的所有模組組合能否正常工作。根據培訓的流程圖建立培訓課程和需求，將需求轉換為培訓計劃並將其釋出、最後透過培訓測試進行考評。
4.小結
本文透過分析了目前RNP進近程式在我國高原機場執行的優勢，並結合了RNP導航技術相關原理，包括了RNP進近分類、RNP程式設計標準等知識。在此基礎上結合軟體工程的思想，開發了RNP進近程式培訓系統，該系統採用客戶伺服器（B/S）模式，具有系統管理、使用者管理、RNP原理介紹、RNP進離場、RNP非正常程式例子分析、培訓管理、系統站內訊息的收發管理等功能；各功能模組相互獨立，體現了軟體設計中的“高內聚低耦合”的思想，最後用了單元測試與整合測試對該系統的功能進行了測試，為實施RNP的機場以及飛行員提供了一個技術和知識的培訓平臺。由於我國RNP導航技術只處於起步階段，因此，系統的各個功能模組還有待進一步的細化，同時由於該系統只針對飛機的進離場程式培訓，還沒有涉及到航路方面。相信以後透過RNP技術的逐步推廣與應用，會使得該系統得到進一步的完善。
參考文獻：
[1]黃儀方,等.高原特殊機場航班延誤的氣象因素分析[J].成都:高原山地氣象研究,2009,29(2):37-40.
[2]陳湘燕,等.高原機場及航線實施RNP/RNAV執行優勢探討[J].中國民航飛行學院學報,2007,18(4):20-23.
[3]肖歡暢,王紅力.RNP進近應用研究[J].資訊科學,2010,(04)：99-100.
[4]曾鳴.RNP進近方法的優缺點[J]. 中國民用航空,2010,120(12):3.