RNP進近程序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征，以及RNP進近程序在高原機場的優勢及社會需求，通過結合RNP進近程序相關知識與設計標準，采用客戶服務器（B/S）模式，完成基于RNP進近程序培訓系統的開發，并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；進近程序；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。海拔高度高于2438米的稱為高高原機場，我國現在共有10個[1]。高原機場的復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，凈空條件惡劣，起飛著陸常常在山谷中進行，飛行技術難度大、飛行程序復雜，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飛行程序設計不依賴地基導航設備，不受地形遮蔽和導航臺信號覆蓋范圍等不利因素的影響，同時還可以根據需要，在飛機性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，由于RNP飛行程序離場的爬升梯度遠遠小于傳統儀表飛行程序的設計梯度，在高原機場飛機爬升性能顯著下降的情況下，執行RNP進行程序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]。
正是由于RNP進近程序在高原機場中體現的眾多優勢，并在拉薩貢嘎機場得到了成功應用后，RNP進近程序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運行[3]。雖然RNP程序應用得到了很大的提高，但是，RNP導航技術在國內還是只處于起步階段，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，基于RNP進近程序的培訓系統的設計與推廣是很有必要的。
2.RNP進近程序原理
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曲線進近的運行可以充分根據地形的特征，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同時平行進近的運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運行間隔，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進近程序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序與終端著陸區域設計標準等；二、程序標識，一個典型的區域導航進近程序圖將描述廣域增強系統(WAAS)、有垂直引導的儀表程序(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、數據精度，RNP程序設計上使用0.01單位的測量精度完成計算，平均海平面高(MSL)和高于接地點的高度(HAT)精確到英尺。五、RNP值，區域導航程序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，主要是通過燈光設置確定。
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，解決了在復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，通過縮短航程、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相關導航程序（各種航路）的設計，對RNP技術本身包括其參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，目前需要借助于波音公司、納沃斯公司等協助，即目前缺乏比較成熟的RNP進近程序培訓系統的出現。
在RNP進近程序培訓系統設計中我們將選擇B/S結構，采用基于JAVA技術并且符合J2EE開發規范的系統應用平臺，使用Tomcat作為服務器容器，POSTGRESQL 作為數據庫，使系統具有良好的可維護性和可擴展性。系統采用門戶服務器通過統一的目錄服務管理，保證用戶認證機制的一致性。用戶授權機制通過角色的定義管理實現，通過定義某些角色能進行的操作權限，和定義用戶擁有的角色，限定用戶的操作權限，實現對用戶的授權。該系統需要對RNP導航技術原理以及程序設計標準進行介紹；對系統用戶的角色和權限進行分配，使得不同的用戶訪問不同的功能模塊；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、培訓計劃的發布和實施；系統將對個人的信息以及文件進行管理，允許用戶之間通過培訓系統發送消息，并對消息的收發進行管理。
3.2 功能模塊實現
3.2.1 系統框架結構
為了讓軟件的系統結構更符合“高內聚、低耦合的思想”，模塊之間獨立開發以及代碼的重用，RNP進近程序培訓系統采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）、數據訪問層（DAL）。我們打算將系統前臺即界面采用Html代碼和JavaScript代碼結合顯示，后臺采用的Java代碼。用戶瀏覽頁面時進行查詢時，通過RPC遠程調用業務邏輯層以及數據訪問層的Dao代碼，將查詢的結果反饋給前臺頁面，這其中可以采用異步的JAVA和XML技術提高用戶顯示的體驗。
具體來說，系統前臺使用RPC遠程調用Operation接口，用Callback以對象的形式訪問后臺數據；框架后臺使用輕量級數據庫持久層訪問框架，自動將用戶查詢內容封裝為Entity進行使用，后臺的邏輯通過operation-entity-dao三者共同完成。系統的前臺采用Html代碼JavaScript結合，為了提高用戶體驗，系統中使用了AJAX技術將數據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 系統功能模塊劃分
根據上述的概要設計及用戶設計要求，我們可以得出RNP進近程序培訓系統的相關的功能模塊，主要由系統管理、用戶管理、RNP相關原理介紹、RNP進離場程序、RNP非正常程序、培訓管理和消息管理組成，然后各功能模塊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。
由于文章的篇幅問題，我們將以培訓管理模塊為例進行詳細說明。該模塊主要包含有五方面。一、培訓課程管理，該功能模塊顯示全部以及篩選出的符合條件的已提交培訓課程信息列表，根據需求對其進行局部修改或者刪除操作。二、培訓需求管理，該功能模塊顯示全部或者篩選出符合條件的培訓需求列表，添加修改刪除培訓需求，將培訓需求轉為計劃。三、培訓計劃管理模塊，該功能模塊顯示全部以及顯示篩選出的符合條件的培訓計劃列表，根據公司業務需要發布計劃。四、已發布計劃列表模塊，該模塊顯示全部以及顯示篩選出的符合條件的已發布培訓計劃列表信息。五、培訓資料管理模塊，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信息、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，其修改功能可以局部調整課程信息，刪除項實現對應行培訓課程刪除，添加項能夠實現添加新增課程信息的功能：通過必要信息的填寫，提交表單來實現。該模塊中需要輸入數據項有：篩選課程功能和添加課程功能。其中篩選課程功能需要提供課程名然后進行檢索；添加課程功能需要提供課程名稱，學分，課時以及課程描述然后提交新課程。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界面圖。
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、集成測試、回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，軟件在單元測試活動中，獨立的軟件單元將與其他軟件單元隔離的情況下進行測試；這能體現軟件工程中的“高內聚、低耦合”的思想。而集成測試是單元測試的邏輯擴展。在軟件系統的設計中，單元集成是指多個單元聚合組合成模塊，多個模塊又聚合成程序的更大部分
本文選用單元測試和集成測試對培訓模塊進行案例分析。其中，單元測試是一種最低級別的測試活動，是將獨立的軟件單元將與其他軟件單元隔離的情況下進行測試。如選擇培訓需求管理菜單，那么普通用戶可以提高培訓課程，培訓需求請求；查看已發布的培訓信息；自由下載培訓資料和考試資料；而管理員用戶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發布員工查看。在培訓模塊的功能單元測試完成之后，必須進行培訓模塊的集成測試，是指多個單元聚合組合成模塊，多個模塊又聚合成程序的更大部分。集成測試采用的方法是測試軟件單元的組合能否正常工作，以及與其他組的模塊能否集成起來工作；最后還要測試構成系統的所有模塊組合能否正常工作。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并將其發布、最后通過培訓測試進行考評。
4.小結
本文通過分析了目前RNP進近程序在我國高原機場運行的優勢，并結合了RNP導航技術相關原理，包括了RNP進近分類、RNP程序設計標準等知識。在此基礎上結合軟件工程的思想，開發了RNP進近程序培訓系統，該系統采用客戶服務器（B/S）模式，具有系統管理、用戶管理、RNP原理介紹、RNP進離場、RNP非正常程序例子分析、培訓管理、系統站內消息的收發管理等功能；各功能模塊相互獨立，體現了軟件設計中的“高內聚低耦合”的思想，最后用了單元測試與集成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。由于我國RNP導航技術只處于起步階段，因此，系統的各個功能模塊還有待進一步的細化，同時由于該系統只針對飛機的進離場程序培訓，還沒有涉及到航路方面。相信以后通過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運行優勢探討[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].信息科學,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.
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