摘 要：航路规划作为无人机执行飞行任务的重要环节，是无人机系统的重要组成部分。本文阐述了无人机航路规划的需求，并对其中的关键模块，飞行任务管理、基于ArcGIS Engine的可视化航路规划的实现进行了论述。

关键词：软件质量保障；软件缺陷预测；软件度量元；机器学习；数据集预处理

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）03-0078-03

Research and Implementation of Visual UAV Route Planning Software

YUAN Yuan

（North China Institute of Computing Technology，Beijing 100083，China）

Abstract：UAV air route planning as the important step of flight mission，which is the kernel part of UAV system. In this paper，it provide the requirement of air route planning. For the system key models：flight mission management，ArcGIS Engine visualized air route planning achievement are discussed in detail.

Keywords：software quality assurance；software defect prediction；software metrics；machine learning；data set preprocessing

0 引 言

自從上个世纪无人机应用于战争，并在作战、侦查、监视等方面取得了显著的效果后，诸多国家开始对无人机进行研究[1]。无人机系统主要由飞行器及地面站组成，其中航路规划是地面站的重要功能之一。

航迹规划是指在特定约束条件下，寻找运动体从初始点到目标点满足某种性能指标最优的运动航迹。在军事上航迹规划主要是利用地形和敌情等信息，规划得出飞行器生存概率和航程综合指标最优的突防航迹[2]。

航路规划软件一般具有任务管理（含航路管理）、可视化航路规划、基于地理信息系统的综合显示功能，并根据任务需求、地形信息，配合飞行器的性能来规划合理的飞行路线。

任务管理是整个航路规划系统的基础。任务管理对飞行任务进行记录、编辑和可检索查询，是航路规划中非常重要的一部分。主要可分为创建任务、编辑任务及查找任务，可在系统中开辟一块单独的区域进行飞行任务存放。飞行任务以文本格式进行存放，为了方便操作，创建任务、编辑任务和查询任务条件都以填空的形式进行。

1 任务管理的设计与实现

1.1 创建任务

根据任务需求创建飞行任务，通过填空形式填写任务名称、任务的详细描述、任务所需的航路数据及任务存放的位置，建立文本文件，并将信息记录于文本中。

1.2 编辑任务

由于任务需求的改动或其他一些因素的变动，为了更好的下达飞行任务，对已有的飞行任务内容进行选择性修改，如任务名称、任务描述及所包含的航路数据；输入所要修改的飞行任务路径及名称，获取飞行任务的详细信息，并将信息根据关键词进行分割提取，填到编辑任务界面的相应空格中，空格处于可编辑状态，经过编辑修改后，对飞行任务进行更新保存。

1.3 查找任务

对指定位置的飞行任务根据名称、时间、类型进行查询，将所有查询结果以记录的形式显示于飞行任务表中，通过选中其中的飞行任务记录，获取飞行任务的路径及名称，打开并读取信息进行显示，方便快速查看飞行任务。

2 航路规划的设计与实现

航路规划功能模块是整个航路规划软件的关键部分，无人机航路规划一般分为两个层次：第一层次是整体参考航迹规划，即对任务需求、安全需求和战略考虑等多方面实现整体把握，从而进行飞行航路整体规划；第二层次是局部航迹动态优化，即由于局部的一些小限制、小威胁，对局部航路进行修改优化[3]。根据各种因素，从整体上进行了航路数据创建，并对创建的航路数据进行局部修改调整，以完善数据。主要可分为创建航路规划、编辑航路规划及查看航路规划。

3 创建航路规划数据

创建航路规划数据是航路规划模块的主要功能，也是第一层次整体参考航迹规划的主要体现。可采用两种方式来创建航路规划数据：地图显示区域直接绘制航路规划数据和通过填写表格经纬度及相对距离来创建航路规划数据。如图1所示。

在地图显示区域直接绘制航路规划数据需要借助于ArcGIS Engine组件库来实现，使航路规划数据的创建更加直观。

绘制创建航路规划数据的流程，如下图2所示。

输入数据：将基础地图数据、高程数据和规避区数据添加到ArcGIS Engine的地图显示组件中，为绘制创建航路规划数据提供基础；

获取活跃点位置信息：获取地图显示控件中活跃点的经纬度位置信息；

相对距离的计算：在确定起始航点的基础上，计算活跃点与起始航点的相对距离；

确定航点：在经纬度和相对距离及规避数据的来确定航点；

航点的地理信息获取：主要包括经纬度位置信息、高程信息及相对位置距离；

航路数据的绘制显示：将航点、航线绘制于ArcGIS Engine的地图显示组件中；

绘制创建航路数据的关键点为地理信息获取和航路数据绘制显示。

在创建航路规划关键点时获取其地理信息较为关键，主要包括经纬度、高程及相对距离。在此包含活跃点地理位置的获取、相对距离的计算、确认航点后高程信息的获取。创建航路规划数据时地图显示区域一般包含基础数据层和高程数据层及规避数据图层。具体操作步骤如下：

（1）活跃点地理位置的获取。通过ArcGIS Engine中Display库的接口在基础数据层中获取航路规划关键点的经纬度位置，并显示于底部状态栏的左侧，单位为度；

（2）相对距离的计算。在确定了起始航点后，在寻找下一航点过程中，即时计算活跃点与起始航点之间的相对距离。为了航路数据的准确性，本软件采用墨卡托投影方法，将经纬度转变成相对距离，在绘制创建航路规划数据时显示于底部状态栏的右侧，单位为米；

（3）航点高程信息的获取。在确定了航点，即确定其坐标位置后，根据坐标位置来获取高程数据图层中相应的高程信息；高程信息在辅助窗口中显示，单位为米。

航路数据绘制显示主要采用ArcGIS Engine组件库的组件和接口库来实现，用到的组件是MapControl组件，接口库主要有Carto、Display、Geometry等，具体介绍如下：

MapControl组件：用来显示二维数据的组件；

Carto库：主要是用来绘制图像的接口库，比如绘制航路规划数据时用到的点要素、线要素、标签要素、要素容器等接口都来自于此；

Display库：用来显示的接口库。比如点、线的样式，地图的刷新、区域显示等接口；

Geometry库：是矢量图形库，如点、线等。

在地图显示区域绘制航路规划数据是获得航路的关键点，通过Geometry库来记录其点、线，然后将点、线矢量图形信息转换为Carto库中相应的要素，并通过Display库来显示出来。

表格创建航路规划数据，即手动在航路关键点中添加航点信息。在起始点需填写经纬度位置、高程信息，其他关键点可填写经纬度位置或与起点的相对距离、高程信息。在填表过程中系统自动对经纬度与相对距离之间进行相应的转变计算。

编辑航路数据功能模块是整个航路规划的重要部分，它对航路规划数据进行微调或改动，第二层次的局部航迹动态优化主要在此完成，对现有航路规划数据的航点信息进行修改。

编辑航路规划数据功能通过对航路关键点信息表中的相关信息进行修改来完成，如变动航点的经纬度、相对距离、飞行高度、添加航点、删除航点等功能，在改动航点表后，软件会根据现在数据信息對地图显示区域的航线进行变动，具体如下：

（1）数据同步。在编辑航路规划数据时，表信息与地图显示信息的同步，表中信息的同步是本模块的关键点。

（2）表与图信息同步。当表中经纬度发生变化时，将相应点到经纬度数据进行记录，并根据新的信息，借助ArcGIS Engine组件及接口（同上）进行重新绘制。

（3）表中信息同步。表中经纬度信息与相对距离之间联动，飞行高度与高程之间联动，即变动其中一项，就会触发与其联动的信息，进行重新计算，随时保证航路规划点信息的实时性，使其可根据信息及时进行修改。

保存航路数据是一个关键且重要的环节，在创建航路规划数据和编辑航路规划数据后要将数据进行保存，航路数据无偏差的保留是飞行器准确执行飞行任务的前提，根据飞控协议将航路规划数据保存为.txt格式。

查看航路规划数据，对已有的航路数据通过名称、创建时间或修改时间进行查询，将所有结果显示于航路规划数据查询记录表中，通过选中其中的航路规划数据记录来获取航路规划数据，并读取信息，将其显示出来，方便快速查看航路规划数据的基本信息。

地理视图主要为航路规划服务，如添加数据到显示区域，对数据进行放大、缩小、漫游、鹰眼等视图功能，本模块主要依靠ArcGIS Engine技术进行实现。

添加数据，即将数据根据其格式添加到ArcGIS Engine的地图显示组件（MapControl）中。放大、缩小、漫游等视图功能通过对ArcGIS Engine中的ToolBar中的工具进行重装调用来实现，采用两个地图显示组件（MapControl）进行数据同步，以实现鹰眼功能。

4 结 论

本文采用ArcGIS Engine技术进行可视化的航路规划，可直观地进行航路规划。根据任务，借助地理视图辅助，对航路规划数据进行绘制、修改、保存及查找等操作，可使航路规划更加准确、合理。随各种数据信息及电子技术的发展，可视化航路规划软件会更加符合要求。

参考文献：

[1] 高晓静，智勇，陈晓峰.无人机任务规划系统体系设计 [J].计算机系统应用，2009，18（10）：1-5.

[2] 刘丽峰，张树清，秦喜文.利用Voronoi图与GIS规划三维飞行航迹 [J].计算机工程与设计Computer Engineering and Design，2010，31（4）：805-808.

[3] 高晖，陈欣，夏云程.无人机航路规划研究 [J].南京航空航天大学学报，2001，33（2）：135-138.

作者简介：远远（1982.10-），女，汉族，北京人，工程师，硕士。研究方向：计算机科学与技术。