RNP進近程序培訓(xùn)系統(tǒng)研究與設(shè)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(yōu)勢及社會需求，通過結(jié)合RNP進近程序相關(guān)知識與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，采用客戶服務(wù)器（B/S）模式，完成基于RNP進近程序培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)，并對該系統(tǒng)進行了測試，以達到為民航相關(guān)工作人員提供了一個培訓(xùn)平臺。
關(guān)鍵詞：RNP；進近程序；三層架構(gòu)；系統(tǒng)測試
1.引言
根據(jù)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(xiàn)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(xiàn)在共有10個[1]。高原機場的復(fù)雜氣象條件是低海拔機場無法比擬的，體現(xiàn)在溫差大、風(fēng)速大、風(fēng)向多變，經(jīng)常伴隨嚴(yán)重的亂流和風(fēng)切變，天氣變化迅速。而且高原機場大多建設(shè)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(shù)難度大、飛行程序復(fù)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(shè)計不依賴地基導(dǎo)航設(shè)備，不受地形遮蔽和導(dǎo)航臺信號覆蓋范圍等不利因素的影響，同時還可以根據(jù)需要，在飛機性能允許情況下設(shè)計出任意的轉(zhuǎn)彎軌跡，選擇地形最佳的飛行軌跡，引導(dǎo)飛機以安全的側(cè)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)儀表飛行程序的設(shè)計梯度，在高原機場飛機爬升性能顯著下降的情況下，執(zhí)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(biāo)準(zhǔn)，減少備降和延誤得發(fā)生[2]。
正是由于RNP進近程序在高原機場中體現(xiàn)的眾多優(yōu)勢，并在拉薩貢嘎機場得到了成功應(yīng)用后，RNP進近程序已經(jīng)在我國眾多高原山區(qū)機場得到了較大的發(fā)展。目前，我國民航已經(jīng)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(yīng)用得到了很大的提高，但是，RNP導(dǎo)航技術(shù)在國內(nèi)還是只處于起步階段，眾多民航相關(guān)工作人員對RNP導(dǎo)航飛行技術(shù)的認(rèn)識還不夠深入，特別在培訓(xùn)方面也是比較缺乏的。因此，基于RNP進近程序的培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)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(chǔ)[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(jù)地形的特征，設(shè)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(biāo)準(zhǔn)。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(yōu)化了管制指揮，提高了安全裕度。RNP/RNAV同時匯聚進近的應(yīng)用主要能較大程度地減小了運行間隔，優(yōu)化了空域資源的配置，使管制在終端區(qū)的指揮更加靈活。
RNP進近程序的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)主要包含有六方面：一、政策標(biāo)準(zhǔn)，主要參考FAA中8620的部分條款，包括民用區(qū)域?qū)Ш诫x場程序與終端著陸區(qū)域設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)等；二、程序標(biāo)識，一個典型的區(qū)域?qū)Ш竭M近程序圖將描述廣域增強系統(tǒng)(WAAS)、有垂直引導(dǎo)的儀表程序(PIV)、水平導(dǎo)航(LNAV)和盤旋的最低標(biāo)準(zhǔn)。三、起始進近航段和中間進近航段，如果需要終端進場區(qū)(CLAA)，應(yīng)用指令826.045，第5段。四、數(shù)據(jù)精度，RNP程序設(shè)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(qū)域?qū)Ш匠绦虻母鱾�航段有一個特定的RNP值，主要是水平與垂直標(biāo)準(zhǔn)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(shè)置確定。
3.系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
3.1 系統(tǒng)的需求與設(shè)計概要
根據(jù)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(fù)雜機場和地形下的導(dǎo)航問題、最大限度地優(yōu)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(dǎo)航技術(shù)在國內(nèi)還不夠成熟，主要表現(xiàn)在國內(nèi)沒有能力進行RNP相關(guān)導(dǎo)航程序（各種航路）的設(shè)計，對RNP技術(shù)本身包括其參數(shù)的控制以及特情的處理辦法的理解不夠深入，尤其RNP導(dǎo)航技術(shù)相關(guān)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(xié)助，即目前缺乏比較成熟的RNP進近程序培訓(xùn)系統(tǒng)的出現(xiàn)。
在RNP進近程序培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計中我們將選擇B/S結(jié)構(gòu)，采用基于JAVA技術(shù)并且符合J2EE開發(fā)規(guī)范的系統(tǒng)應(yīng)用平臺，使用Tomcat作為服務(wù)器容器，POSTGRESQL 作為數(shù)據(jù)庫，使系統(tǒng)具有良好的可維護性和可擴展性。系統(tǒng)采用門戶服務(wù)器通過統(tǒng)一的目錄服務(wù)管理，保證用戶認(rèn)證機制的一致性。用戶授權(quán)機制通過角色的定義管理實現(xiàn)，通過定義某些角色能進行的操作權(quán)限，和定義用戶擁有的角色，限定用戶的操作權(quán)限，實現(xiàn)對用戶的授權(quán)。該系統(tǒng)需要對RNP導(dǎo)航技術(shù)原理以及程序設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行介紹；對系統(tǒng)用戶的角色和權(quán)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(xùn)過程進行記錄統(tǒng)計，包括需求的建立、課程管理、培訓(xùn)資料的管理、培訓(xùn)計劃的'發(fā)布和實施；系統(tǒng)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(xùn)系統(tǒng)發(fā)送消息，并對消息的收發(fā)進行管理。
3.2 功能模塊實現(xiàn)
3.2.1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)
為了讓軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更符合“高內(nèi)聚、低耦合的思想”，模塊之間獨立開發(fā)以及代碼的重用，RNP進近程序培訓(xùn)系統(tǒng)采用了三層架構(gòu)的思路。通常意義上的三層架構(gòu)是將整個業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為：表現(xiàn)層（UI）、業(yè)務(wù)邏輯層（BLL）、數(shù)據(jù)訪問層（DAL）。我們打算將系統(tǒng)前臺即界面采用Html代碼和JavaScript代碼結(jié)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(yuǎn)程調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層以及數(shù)據(jù)訪問層的Dao代碼，將查詢的結(jié)果反饋給前臺頁面，這其中可以采用異步的JAVA和XML技術(shù)提高用戶顯示的體驗。
具體來說，系統(tǒng)前臺使用RPC遠(yuǎn)程調(diào)用Operation接口，用Callback以對象的形式訪問后臺數(shù)據(jù)；框架后臺使用輕量級數(shù)據(jù)庫持久層訪問框架，自動將用戶查詢內(nèi)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(tǒng)的前臺采用Html代碼JavaScript結(jié)合，為了提高用戶體驗，系統(tǒng)中使用了AJAX技術(shù)將數(shù)據(jù)庫返回的結(jié)構(gòu)更好的出現(xiàn)在表現(xiàn)層中。系統(tǒng)框架如圖1所示。
3.2.2 系統(tǒng)功能模塊劃分
根據(jù)上述的概要設(shè)計及用戶設(shè)計要求，我們可以得出RNP進近程序培訓(xùn)系統(tǒng)的相關(guān)的功能模塊，主要由系統(tǒng)管理、用戶管理、RNP相關(guān)原理介紹、RNP進離場程序、RNP非正常程序、培訓(xùn)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(xì)分。得到RNP導(dǎo)航技術(shù)培訓(xùn)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。
由于文章的篇幅問題，我們將以培訓(xùn)管理模塊為例進行詳細(xì)說明。該模塊主要包含有五方面。一、培訓(xùn)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(xùn)課程信息列表，根據(jù)需求對其進行局部修改或者刪除操作。二、培訓(xùn)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(xùn)需求列表，添加修改刪除培訓(xùn)需求，將培訓(xùn)需求轉(zhuǎn)為計劃。三、培訓(xùn)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(xùn)計劃列表，根據(jù)公司業(yè)務(wù)需要發(fā)布計劃。四、已發(fā)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(fā)布培訓(xùn)計劃列表信息。五、培訓(xùn)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(xùn)資料列表信息、下載或者刪除培訓(xùn)資料以及上傳培訓(xùn)資料。以培訓(xùn)課程管理功能為例，其修改功能可以局部調(diào)整課程信息，刪除項實現(xiàn)對應(yīng)行培訓(xùn)課程刪除，添加項能夠?qū)崿F(xiàn)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(xiàn)。該模塊中需要輸入數(shù)據(jù)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(xué)分，課時以及課程描述然后提交新課程。具體的設(shè)計流程圖如圖3所示。圖4為該系統(tǒng)培訓(xùn)課程管理界面圖。
3.3 系統(tǒng)的測試
系統(tǒng)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(xiàn)軟件工程中的“高內(nèi)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(tǒng)的設(shè)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(xùn)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(xùn)需求管理菜單，那么普通用戶可以提高培訓(xùn)課程，培訓(xùn)需求請求；查看已發(fā)布的培訓(xùn)信息；自由下載培訓(xùn)資料和考試資料；而管理員用戶還能根據(jù)航空公司業(yè)務(wù)實際情況，修改刪除提高培訓(xùn)課程，修改刪除培訓(xùn)需求請求及發(fā)布員工查看。在培訓(xùn)模塊的功能單元測試完成之后，必須進行培訓(xùn)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(gòu)成系統(tǒng)的所有模塊組合能否正常工作。根據(jù)培訓(xùn)的流程圖建立培訓(xùn)課程和需求，將需求轉(zhuǎn)換為培訓(xùn)計劃并將其發(fā)布、最后通過培訓(xùn)測試進行考評。
4.小結(jié)
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(yōu)勢，并結(jié)合了RNP導(dǎo)航技術(shù)相關(guān)原理，包括了RNP進近分類、RNP程序設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)等知識。在此基礎(chǔ)上結(jié)合軟件工程的思想，開發(fā)了RNP進近程序培訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用客戶服務(wù)器（B/S）模式，具有系統(tǒng)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(xùn)管理、系統(tǒng)站內(nèi)消息的收發(fā)管理等功能；各功能模塊相互獨立，體現(xiàn)了軟件設(shè)計中的“高內(nèi)聚低耦合”的思想，最后用了單元測試與集成測試對該系統(tǒng)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(shù)和知識的培訓(xùn)平臺。由于我國RNP導(dǎo)航技術(shù)只處于起步階段，因此，系統(tǒng)的各個功能模塊還有待進一步的細(xì)化，同時由于該系統(tǒng)只針對飛機的進離場程序培訓(xùn)，還沒有涉及到航路方面。相信以后通過RNP技術(shù)的逐步推廣與應(yīng)用，會使得該系統(tǒng)得到進一步的完善。
參考文獻：
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