通航飞行计划申请受理系统的设计与实现

王晓亮，马宇超，王 鹏，吴仁彪

（中国民航大学 天津市智能信号与图像处理重点实验室，天津300300）

0 引 言

为满足我国低空开放的迫切需求，国内多家高校、科研院所、企业也已开始开展具有自主知识产权的通用航空综合飞行服务系统的研制工作［1－9］。飞行计划申请受理系统是通用航空综合飞行服务系统的核心组成之一。飞行计划是用于计划飞行时间、飞行路线等必须信息的书面文件或电子数据文件［10］。在美国，飞行员可以通过互联网、电话、传真、自助服务机、柜台当面申请等多种方式提交飞行计划，以获得飞行服务站的服务［11］，而在我国，所有的通用航空飞行都需要提交飞行计划，其中大部分飞行计划仍需要审批，这就对通用航空飞行计划的高效审批与管理提出了新的要求。

本文针对我国通用航空的特点，结合我国推进低空开放的相关政策，借鉴国外飞行服务站的飞行计划服务方法，给出了通用航空飞行计划申请受理系统的设计和实现方法，并给出了相应的运行和测试结果。该系统能够提供通用航空飞行计划的多渠道受理、大容量存储、计划内容审核、审批状态记录等飞行计划受理服务所需的各项功能。该系统采用基于数据库的状态管理法完成包含计划受理、审核、存储、报批等环节的完整计划处理流程的各项操作，采用差异化的状态循环图分别处理审批和报备这两类适用于不同类型空域的飞行计划，使用专门的接口层满足互联网、短信、电话、传真和柜台等多种方式灵活受理和反馈的需求。

1 系统设计方法

1.1 系统功能设计

通用航空飞行服务系统是飞行服务站的核心组成部分，为通用航空飞行提供飞行前、飞行中和飞行后的各项服务，通常包含飞行计划申请受理系统、飞行计划评估系统、气象服务系统、航行情报服务系统、飞行计划处理系统、多源航迹融合系统、冲突检测与告警系统、综合显示系统、搜救信息服务系统、记录回放系统等多个子系统如图1所示。

图1 通用航空综合飞行服务系统组成

飞行计划申请受理系统是提供飞行前服务的核心系统之一，承担了通用航空飞行计划的受理、审核、存储、报批等多项功能。同时为飞行计划评估系统和飞行计划处理系统提供飞行计划数据。

我国通用航空的飞行计划具有一些独特的特点。具体表现在：

（1）我国的低空空域划分为管制空域、监视空域和报告空域3种不同类型的空域，其中管制空域的飞行要求提前申请飞行计划，获得相关部门审批后才能飞行，而监视空域和报告空域内的飞行无需计划获得审批，只需报备就可飞行。这就需要计划受理系统能够同时处理3种不同类型空域的待审批和报备两类不同的飞行计划。

（2）运输航空飞行通常都沿民航规定好的有限的航路飞行，但通用航空飞行更加灵活，通常不按运输航空规定的航路点飞行，航路点多变，特别是目视飞行中的航路点往往是地标点，例如一座高楼、一个路口都可能是地标点，这就要求飞行计划受理系统能够处理自定义的航路点。

（3）目前我国通用航空飞行计划的书写格式也不像运输航空那样严格，有一定灵活性，这就要求飞行计划受理系统能够支持灵活的计划信息输入。

（4）通用航空飞行用户多样，从大的航空公司到个人都可能是飞行计划的申请者，为方便用户使用，就要求飞行计划受理系统支持多种渠道的计划申请。

针对上述我国通用航空的特点和飞行计划受理的一般要求，设计通用航空飞行计划受理系统的功能包括：不同类型空域飞行计划申请受理；多渠道飞行计划申请受理；自由格式飞行计划申请受理；申请飞行计划管理；飞行计划审批信息处理；飞行计划查询；自定义航路点管理；机组资质审核；领航计划报校核。

1.2 系统组成与设计

为高效可靠的实现上述各项功能需求，通用航空飞行计划申请受理系统采用如图2所示的4层体系架构，系统总体框架自底而上依次由数据库处理层、核心处理层、接口层与客户端应用层组成。

图2 通用航空飞行计划申请受理系统组成结构

（1）数据库处理层：数据库处理层用于飞行计划的存储及飞行计划数据库操作的实施，为系统的实现提供底层支持。飞行计划受理系统数据库包括飞行计划数据库、飞行员信息数据库、机场航路数据库等。

（2）核心处理层：核心处理层包含了通用航空飞行计划申请受理系统完成各项功能的核心处理运算与操作，包括存储过程模型、计划报文解析、计划状态变更、匹配与检索机制、计划分类受理、错误告警等。

（3）接口层：接口层在核心处理层与客户端应用层之间建立了桥梁，将核心处理层输出的数据分别转换为客户端应用层中计划受理终端、网页客户端和短信收发终端所需的数据形式，也将客户端应用层中不同类型终端的输入数据转换为统一的形式输入到核心处理层，使得核心处理层能够专注于数据处理。接口层也是实现多渠道飞行计划申请受理的关键所在。

（4）客户端应用层：客户端应用层包含3个组成部分，其中飞行计划受理终端由飞行服务站工作人员操作以受理通过电话、传真申请和柜台当面申请的飞行计划，网页客户端通过互联网受理飞行计划，短信收发终端主要以短信的形式通知计划申请者计划受理和审批的结果。最终通过客户端应用层中不同形式的终端实现多渠道飞行计划申请受理与反馈。

1.3 系统处理流程设计

为实现飞行计划受理系统的各项功能，设计系统的处理流程如图3所示。

图3 飞行计划申请受理系统处理

首先，通用航空用户 （航空公司或飞行员）通过互联网或电话、传真、柜台当面申请的形式提交飞行计划申请，飞行计划申请一般需至少提前一天提交。系统通过飞行计划受理网页客户端受理互联网提交的申请，通过飞行计划受理终端受理其它形式提交的飞行计划。

飞行计划申请输入系统的过程中要进行初步审核，审核计划的格式是否有误，内容是否有明显错误 （例如飞行时间是已过去的时间）。运输航空的机组成员都经过了长时间的飞行训练，而通用航空飞行人员呈现更加多样化的特点，飞行经验和资质相差较大，因此计划受理系统还需对飞行员的资质进行审核，审核飞行计划中填报的机组人员是否有飞行资质，是否有飞行计划中填报的相应机型的飞行资质，是否有飞行计划中填报的目视飞行或仪表飞行的飞行资质。只有通过初步审核的飞行计划才予以受理存入受理飞行计划数据库。

此后，如果需要，通用航空飞行计划受理系统可以将提交的飞行计划传输到飞行计划评估系统进行评估，进一步详细评估飞行计划的可行性。

此后，飞行计划受理系统对存储的飞行计划进行管理，具体包括飞行计划的变更、取消、查询、送审、批复管理等。系统支持通用航空用户在飞行计划审批前和审批后对飞行计划进行修改和变更。每天在一个固定的时间，将当天待审批的飞行计划汇总输出，以传真或电子文件的形式发送到相关审批部门，之后将审批结果进行记录和反馈。

通用航空用户飞行前需要至少提前2小时向飞行服务站提交领航计划报，提交的领航计划报通过自动转报系统传入通用航空飞行计划受理系统，受理系统将领航计划报的内容与受理飞行计划数据库中的计划相比较，如果受理飞行计划数据库中有相应计划对应，则将该领航计划报转发至通用航空综合飞行服务系统中的飞行计划处理系统进行进一步的飞行中计划处理，如果没有对应项则予以驳回，通用航空综合飞行服务系统只对提交了飞行计划的飞行提供服务。

飞行结束后，飞行计划受理系统接受飞行计划处理系统发来的落地报，受理飞行计划的管理到此结束。

1.4 受理飞行计划管理方法设计

从上述系统处理流程可以看出，受理飞行计划管理是该系统最核心和最复杂的处理。根据我国的通用航空相关政策，在低空空域飞行的通用航空飞行计划分为待审批和报备两种不同要求的飞行计划，因此采用不同的处理流程处理这两类不同要求的飞行计划，具体处理流程如图4所示。

为实现对受理飞行计划的有效管理，我们采用基于状态循环图的受理飞行计划管理方法，即将受理飞行计划的整个生命周期分解为若干个不同的状态，系统在受理飞行计划数据库中记录每条飞行计划当前所处的状态，不同的状态在特定的条件下进行转换，系统通过对受理飞行计划状态的管理实现对受理飞行计划的有效管理。

图4 飞行计划分类处理

为同时处理待审批和报备这两类不同的飞行计划，设计既相互联系又有所区别的差异化的状态循环图分别管理待审批和报备这两类不同的飞行计划，对这两类飞行计划进行管理的状态循环图分别如图5和图6所示。

图5 审批流程状态转移

图6 报备流程状态转移

2 系统实现方法

在上述设计方案的基础上，我们采用Visual Studio C＋＋2010开发了一套完整的通用航空飞行计划受理系统，其中数据库管理系统采用了SQL Server 2008R2。为了高效可靠的实现通用航空飞行计划受理系统的各项功能，具体系统实现过程中采用了如下方法。

（1）采用基于数据库的状态管理实现受理飞行计划管理，利用存储过程实现高效的数据库操作。

该系统中不同类型空域飞行计划申请受理、申请飞行计划管理、飞行计划审批信息处理、飞行计划查询等功能的实现均依赖于基于数据库的状态管理来实现，涉及大量数据库操作。

常规数据库操作方法足以应对小数据量时的数据处理；但在数据量较大数据库访问频繁时就会出现处理速度慢无法满足应用需求的情况。为了提高数据库操作的处理效率，采用存储过程的方法进行数据库操作。常规数据库操作方法中SQL语句的编译次数以及应用程序与数据库的通信次数会随着处理数据条数的增加而增加，从而大大增加处理时间；存储过程在数据库中表现为一组完成特定功能的SQL程序集合，只编译一次，经编译后存储于数据库服务器端的数据库中，克服了常规数据库操作方法中在处理效率方面的不足。基于存储过程的受理飞行计划数据库操作在数据库反复读取数据时，在处理速度及CPU 占用率上较常规方法更具优势，能够快速处理数据满足系统的性能需求。

（2）使用接口层实现多渠道飞行计划申请受理。

其中飞行计划受理网页客户端采用了基于IIS和ASP的实现技术，短信收发终端采用了专门的短信收发硬件模块。

（3）使用规范飞行计划申请表与长备注相结合的方式实现自由格式飞行计划申请受理。

参考国外通用航空飞行计划的申请表格和我国通用航空飞行计划申请的要求，设计了规范的飞行计划申请表如图7所示，同时在飞行计划申请表中留出了可以填写自由文字信息的备注项。对于自由格式的飞行计划，能够填入规范化表格的填入规范化表格，无法填入的都填入备注项进行受理。

图7 通用航空飞行计划申请表

（4）采用自定义航路点名称与经纬度对照表管理自定义航路点。

（5）通过与飞行员资质表的比对实现飞行员资质审核。

（6）通过领航计划报报文解析和关键字段比对实现领航计划报校核。

通用航空领航计划报与运输航空相同具有规范的形式，由使用连接符 “－”连接的文本字符串组成，为了获得领航计划报中的各项内容，需要首先根据领航计划报的规范格式进行报文解析，还要对报文校验，对于因为传输错误造成的不符合规范的报文进行人工干预。领航计划报解析后，提取出其中的关键字段飞机标识、起飞日期、起飞时间信息，与受理飞行计划数据库中的飞行计划进行比较，以确定领航计划报在受理飞行计划数据库中是否存在，即是否已预先申请了飞行计划。

3 系统运行与测试结果

按照上述设计与实现方法开发的通用航空飞行计划受理系统已进入示范验证阶段，整个通用航空综合飞行服务系统的工作席位如图8所示，其中最左侧为通用航空飞行计划受理系统，其系统运行界面如图9所示。

图8 系统运行实物

图9 通用航空飞行计划受理系统运行界面

采用日志记录法对系统的处理速度进行测试，系统运行的硬件平台为普通微型计算机 （双核处理器，主频3.0 GHz，内存2G），测试飞行计划条数为1000条，重复次数为20次，单条飞行计划处理时间的测试结果见表1。

表1 系统单条飞行计划处理速度／ms

由测试结果可以看出，单条飞行计划的平均处理时间约为20ms，标准差很小，表明该系统处理快速，处理速度稳定，不存在卡顿现象，能够提供良好的用户体验。

4 结束语

针对我国低空开放对于通用航空运行保障技术的迫切需求，本文给出了通航运行保障的核心组成之一——通用航空飞行计划受理系统的设计和实现方法。利用该方法设计的系统可以满足通航飞行计划的受理、审核、存储、报批等各项任务需求，同时针对我国通用航空的特点，有效解决了不同类型空域、多样化申请渠道飞行计划受理的问题，采用存储过程等技术实现了飞行计划快速处理，满足了系统处理效率的要求。本文方法可以为我国通用航空运行保障提供有效的技术方案。

［1］The regulation for approving and management of general aviation flight missions ［S］.Beijing：General Staff Headquarters of PLA，2013 （in Chinese）.［通用航空飞行任务审批与管理规定 ［S］.北京：中国人民解放军总参谋部，2013.］

［2］Lockheed Martin.Flight services providing information for general aviation［EB／OL］.［2014－11－27］.http：／／www.lockheedmartin.com／content／dam／lockheed／data／isgs／documents／Flight% 20 Services%20AFSS%20Brochure.pdf.

［3］Jeanne Giering.Flight service operations［EB／OL］.［2014－11－27］.https：／／www.faa.gov／about／office＿org／headquarters＿offices／ato／service＿units／systemops／fs／.

［4］Flight Service Stations （FSS）／Flight Information Centers（FIC） ［EB／OL］.［2014－11－27］.http：／／www.canairradio.com／fss.html.

［5］WU Renbiao，WANG Peng，WANG Xiaoliang.Process design of general aviation synthetic operation support［J］.Journal of Civil Aviation University of China，2014，32 （3）：1－5（in Chinese）.［吴仁彪，王鹏，王晓亮.通用航空综合运行支持流程设计 ［J］.中国民航大学学报，2014，32 （3）：1－5.］

［6］WU Renbiao，LIU Yanbin，WANG Xiaoliang.Implementation of track estimation based on flight plan for general aviation［J］.Journal of Civil Aviation University of China，2014，32（1）：1－4 （in Chinese）. ［吴仁彪，刘燕彬，王晓亮.通用航空飞行计划航迹估算实现方法 ［J］.中国民航大学学报，2014，32 （1）：1－4.］

［7］LI Yitong，ZHENG Wanbo.Research and implementation of the general aviation wan information service system ［D］.Changchun：Jilin University，2013 （in Chinese）. ［李益同，郑万波.通用航空广域网信息服务系统研究与实现 ［D］.长春：吉林大学，2013.］

［8］Haifeng General Aviation Tech.A low－altitude airspace surveillance and services system for general aviation ［P］.China：CN201310641800.7.2014 （in Chinese）. ［海丰通航科技有限公司.一种通用航空低空监视与服务系统 ［P］. 中国：CN201310641800.7.2014.］

［9］China Aeronautical Radio Electronics Research Institute.A compression method to transmit latitude and longitude data in batches for general aviation aircraft ［P ］. China：CN201210102422.0.2012 （in Chinese）. ［中国航空无线电电子研究所.用于批量发送通用航空器经纬位置数据的压缩方法［P］.中国：CN201210102422.0.2012.］

［10］FU Zhizhong，XIE Chunsheng，WANG Yu.Flight plan［M］.Beijing：China Civil Aviation Press，2013：2－7 （in Chinese）.［傅职忠，谢春生，王玉.飞行计划 ［M］.北京：中国民航出版社，2013：2－7.］

［11］US Department of Transportation.Federal aviation administration air traffic organization policy flight services［S］.US，2010.