地理信息系統(tǒng)(GIS，Geographical Information System)是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的各種對(duì)象的空間特征和屬性信息進(jìn)行存儲(chǔ)，將空間特征和屬性信息結(jié)合進(jìn)行分析，查詢并以直觀的形式(圖形)將結(jié)果顯示出來(lái)的一門新興學(xué)科。由美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所(ESRI)開(kāi)發(fā)的ARCVIEW3.2地理信息系統(tǒng)軟件，具有空間分析能力強(qiáng)、支持多種數(shù)據(jù)格式和投影變換、顯示速度快、與其它程序的接口豐富和對(duì)地圖對(duì)象的控制方便等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使ARCVIEW比較適合開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。本文將介紹ARCVIEW在動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤中的具體應(yīng)用。
　　自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(ADS，Automatic Dependent Surveillance)系統(tǒng)作為空中交通管制系統(tǒng)中的一種新的監(jiān)視手段，它從機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備獲得信息(至少包括飛機(jī)識(shí)別和4維位置信息)，通過(guò)甚高頻(VHF)地空數(shù)據(jù)鏈，自動(dòng)且實(shí)時(shí)地發(fā)送到地面接收和處理系統(tǒng)，為空中交通管制部門和航空公司提供飛機(jī)在空中的信息。ADS系統(tǒng)可以為飛行在雷達(dá)覆蓋區(qū)以外，特別是海洋和荒漠空域的飛機(jī)，提供監(jiān)視手段；將這些信息以直觀、易于分析的方式顯示出來(lái)是ADS系統(tǒng)的關(guān)鍵。通過(guò)地理信息系統(tǒng)，可以將ADS系統(tǒng)的上述功能以圖形的方式在地圖上顯示出來(lái)，使信息的表達(dá)直接、方便，能大大提高空管部門和航空公司的決策分析能力，提高飛行的安全性。
1 ADS顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　從信息流程來(lái)看，ADS顯示系統(tǒng)首先從ADS地面信息處理系統(tǒng)獲得ADS數(shù)據(jù)。然后在ADS顯示系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)校正、濾波后在以基礎(chǔ)地理信息為底圖的地圖上顯示出來(lái)。在用戶需要進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，可結(jié)合基礎(chǔ)地理信息對(duì)ADS動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
　　從系統(tǒng)的信息流程可以將系統(tǒng)劃分為三個(gè)部分：
　　(1)ADS信息接收： 負(fù)責(zé)從ADS地面信息處理系統(tǒng)中獲得實(shí)時(shí)ADS數(shù)據(jù)，并維護(hù)與ADS地面信息分發(fā)系統(tǒng)的連接。
　　(2)ADS信息顯示： 將ADS信息轉(zhuǎn)化為地圖要素在地圖上顯示出來(lái)，并提供偏航、近進(jìn)、進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)報(bào)警和沖突檢測(cè)等功能。
　　(3)ADS信息統(tǒng)計(jì)分析： 根據(jù)地理要素(航線、管制區(qū)、機(jī)場(chǎng))，統(tǒng)計(jì)出該要素在某個(gè)時(shí)間段(點(diǎn))的航班的數(shù)量，進(jìn)行初步的流量分析。
　　系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 ADS顯示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
　　ADS顯示系統(tǒng)的操作系統(tǒng)采用Windows NT Workstation 4.0，開(kāi)發(fā)工具采用MS VC6.0、MS VB6.0和ESRI的ARCVIEW3.2。
2.1 ADS信息接收
　　通過(guò)共享文件和數(shù)據(jù)庫(kù)可實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)程間的信息交換。但是，這需要數(shù)據(jù)獲得者定期查詢文件服務(wù)器或數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。這對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是難以滿足要求的。在Windows 中，Windows Socket(套接字)提供了網(wǎng)絡(luò)上不同進(jìn)程的數(shù)據(jù)通信的理想方法。它能通過(guò)消息驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。我們采用Windows Socket API實(shí)現(xiàn)ADS信息接收模塊與ADS信息分發(fā)系統(tǒng)的通信。
　　在ADS系統(tǒng)中可能有多個(gè)ADS顯示系統(tǒng)在運(yùn)行，為了建設(shè)分布式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)和提高代碼的復(fù)用性，我們將ADS信息接收模塊設(shè)計(jì)成ActiveX控件。
　　我們?yōu)樵摽丶O(shè)計(jì)了以下事件和方法：InitSocket()，負(fù)責(zé)建立到數(shù)據(jù)分發(fā)模塊的連接；DataReady()，當(dāng)有數(shù)據(jù)分發(fā)到此控件時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)該事件；SendData()，向外發(fā)送數(shù)據(jù)；Disconnect()，斷開(kāi)連接。另外，控件在連接過(guò)程中會(huì)自動(dòng)維護(hù)此連接，它定期測(cè)試鏈路狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)異常，則啟動(dòng)重新連接線程，重新建立連接。ADS信息接收的流程如圖2所示。

2.2 ADS信息的顯示
　　ADS信息顯示是在ARCVIEW3.2中處理的，而ARCVIEW3.2無(wú)法使用ActiveX控件。但是ARCVIEW3.2能通過(guò)DDE技術(shù)與其它應(yīng)用程序通信。我們通過(guò)VB開(kāi)發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸模塊。該模塊通過(guò)ActiveX控件從ADS信息分發(fā)系統(tǒng)得到ADS數(shù)據(jù)，由DDE傳輸?shù)紸RCVIEW3.2中。ARCVIEW3.2得到ADS數(shù)據(jù)后，再進(jìn)行顯示處理。下面分別就VB與ARCVIEW的數(shù)據(jù)通訊和信息顯示進(jìn)行論述。
2.2.1 數(shù)據(jù)通訊
　　ARCVIEW與VB建立DDE會(huì)話的源代碼如下：
　　Label1.LinkTopic＝″ArcView｜System″
　　Label1.LinkMode＝vbLinkManual。
　　建立DDE會(huì)話后，將要從VB到ARCVIEW的數(shù)據(jù)賦給VB中的變量就可進(jìn)行傳輸。對(duì)數(shù)字和字符串其傳送格式不同：
　　對(duì)于字符串，在VB中的形式為AirNum＝””B－2447””，即帶引號(hào)的字符串。
　　對(duì)于數(shù)字，只要將其轉(zhuǎn)化為普通字符串，如latstr ＝”45.45”。
　　在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)字如果按數(shù)字形式傳輸容易出錯(cuò)。如果將其轉(zhuǎn)化為字符，再按字符串傳輸則可解決此問(wèn)題。從VB到ARCVIEW的數(shù)據(jù)傳輸源代碼如下：
　　cmd ＝ ″av.run(″ + ″″″function.move″″″ + ″,{″ + redrawstr + ″,″ + Airnum + ″,″ + Flightnum + ″,″ + latstr + ″,″ + longstr + ″,″ + acarsstr + ″,″ + lastxstr + ″,″ + lastystr + ″}
　　Label1.LinkExecute (cmd)
2.2.2 信息顯示
　　在ARCVIEW3.2中，能顯示在地圖上的地圖對(duì)象有兩種:Theme(圖層)和Label(標(biāo)注)。
　　·Theme是ARCVIEW的基礎(chǔ)顯示對(duì)象。對(duì)每個(gè)對(duì)應(yīng)圖層，在ARCVIEW中都有一個(gè)屬性表與之相對(duì)應(yīng)。圖層保存在文件中，對(duì)它的屬性進(jìn)行查詢和進(jìn)行空間分析都極其方便。但是，當(dāng)對(duì)圖層的一個(gè)元素進(jìn)行更新時(shí)，整個(gè)圖層和位于其上的地圖對(duì)象(如Label)都要隨著刷新，這樣既浪費(fèi)時(shí)間又使得圖面閃爍比較厲害。
　　·Label是浮動(dòng)在圖層之上的地理對(duì)象，它沒(méi)有屬性與之對(duì)應(yīng)，它是動(dòng)態(tài)停留在內(nèi)存中的。對(duì)它的操作非常靈活。可對(duì)每個(gè)Label對(duì)象單獨(dú)進(jìn)行移動(dòng)、改變形狀和刪除而不影響圖面上其它的地圖對(duì)象。因此，Label的刷新速度快，不影響圖面。由于Label沒(méi)有屬性數(shù)據(jù)，所以對(duì)它的屬性查詢和空間分析就特別困難。
　　在ADS系統(tǒng)中，被監(jiān)控的飛機(jī)的數(shù)量多，飛機(jī)的位置信息變化快，如果將這些飛機(jī)以Theme來(lái)顯示是無(wú)法辦到的，只能采用Label。由于Label沒(méi)有屬性表。為了能象對(duì)圖層那樣方便地查詢飛機(jī)不在圖面上的信息，我們構(gòu)造了一個(gè)輔助屬性表。這個(gè)表保存在ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)中，ARCVIEW通過(guò)ODBC讀取表中的內(nèi)容。在實(shí)際使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)這種效果比較理想，既能滿足顯示速度和圖面質(zhì)量的要求，又能象查詢圖層那樣方便地查詢航班的信息。
2.3 ADS信息統(tǒng)計(jì)分析
　　對(duì)各種空域特征的ADS信息統(tǒng)計(jì)的處理方式是類似的。其中統(tǒng)計(jì)某段航線在某段時(shí)間內(nèi)的航班數(shù)量最具典型性，下面就此問(wèn)題進(jìn)行論述。
　　對(duì)航線的ADS信息統(tǒng)計(jì)是建立在航線數(shù)據(jù)和ADS動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上的。因此獲取航線的地理數(shù)據(jù)和ADS動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是非常重要的。
　　在民用航空中，航線是由航段組成的，而航段是由兩個(gè)導(dǎo)航點(diǎn)組成的一條線段。不同的航線可能包含同一航段。為了處理問(wèn)題方便和節(jié)省存儲(chǔ)空間，我們將航線庫(kù)設(shè)計(jì)為三個(gè)表：AirRoute，存儲(chǔ)組成航線的航段代號(hào)；RouteSeg，存儲(chǔ)組成航段的導(dǎo)航點(diǎn)的代號(hào)；WayPoint，存儲(chǔ)導(dǎo)航臺(tái)的位置數(shù)據(jù)。這三個(gè)表的關(guān)系如圖3所示。它們存儲(chǔ)在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中。