文摘
信息管理系统范围(游泳),所设想的单一欧洲空中交通管理研究(研究)项目,是面向服务的体系结构的应用程序到空中交通管理领域。面向服务的体系结构被广泛部署在商业和金融领域,但通常绑定到一个特定的技术实现。游泳更进一步通过定义的语义层应用程序集成,实现通信层的实现者。从传统的通信模式转向游泳是空中交通管理的基本预期的进化在未来几十年。然而,当前使用的空中交通管理模拟器不能反映这一点。合规管理是由语义兼容性定义游泳空中交通管理信息参考模型(AIRM)和游泳服务可以实现一个或多个通信配置文件,它指定一个通信层实现。这项工作提出了一个SWIM-compliant通讯配置文件适合SWIM-compliant工具融入human-in-the-loop模拟空中交通管理研究。我们实现这一目标,实施游泳通讯配置文件使用基于xml的多播消息和消息格式扩展到支持分布式human-in-the-loop模拟。我们证明我们的方法评估的汉堡机场操作。
1。介绍
空中交通管理利益相关者之间交换信息的方式正在改变。传统点对点的连接和专有数据格式如图1(一)应当被信息管理系统范围(游泳)如图1 (b)。游泳是面向服务的体系结构的技术术语在空中交通管理领域。面向服务的体系结构是一个异构系统的集成方法,被广泛部署在产业(1]。设想了游泳单一欧洲空中交通管理研究(研究)项目。这个项目定义了一个框架,用于欧洲空中交通系统的可持续发展的现代化。它旨在提高产能,提高安全性,减少环境足迹和成本。空中交通管理程序的改进拥抱游泳(2和自动化3)应当实现这些目标的关键推动者之一。
(一)
(b)
改变空中交通管理信息共享的方式也将从根本上改变空中交通管理是如何进行的。然而,空中交通管理的变化过程和工具需要仔细评估,通常通过仿真,应用。齐薇格[4)确定几个阶段的早期探索新概念的最终评估空中交通管理过程和支持工具。但最后阶段涉及到模拟的使用安全性和成本的原因。潜在的影响变化与夏令时间模拟第一次评估。其次,概念的细节是探索human-in-the-loop模拟的实时仿真和评估。只有在最后阶段实际操作的形式被认为是影子模式操作(在影子模式下操作,新的程序进行并行建立程序)。Human-in-the-loop模拟因此识别提供了重要贡献新的空中交通管理的优点和缺点的过程和工具。
在这个紧要关头,Kaltenhauser [5)确定了需要支持标准的空中交通控制接口灵活的空中交通管理的一个重要质量仿真环境。灵活,容易适应接口软件从而确定作为进一步研究的首要任务。西班牙贵族(6]解决使用标准接口的使用高级体系结构机场(HLA)实现一个分布式仿真环境对法国航空航天研究中心那里。与HLA仿真实现联合,每个模拟机场环境的不同方面,连接到一个中央HLA运行时基础设施。然而,HLA不是普遍接受。Prevot et al。7]表明,美国宇航局艾姆斯研究空域操作实验室的基础上实施“航空数据链和雷达模拟器”的通信网络和埃丁格和施密特(8DLR)报告说,德国航空航天中心实现其空中交通管理仿真环境的基础上,客户端-服务器的方法使用“数据池”服务器进程通信枢纽。三、丹霞(9)开发了一个具有成本效益的方法构建了一个飞行控制塔模拟使用commercial-of-the-shelf硬件。他们还介绍了使用多播分发仿真状态编码在“原始命令”专有实施。
很多工作已经进入创建灵活和容易适应模拟接口软件,但标准的空中交通管制的支持接口尚未完全实现。肯定的一个主要原因是众多的遗产点对点的连接和数据格式使用的空中交通管理系统。然而,我们认为规范的游泳一个机会来支持一个通用标准的空中交通控制接口。此外,新的空中交通管理程序和软件必须SWIM-compliant SWIM-compliant环境中,因此应评估。在我们看来,空中交通管理仿真环境应因此支持游泳的空中交通管理信息参考模型(AIRM)和游泳的基于消息传递的通信模式评估提出了空中交通管理程序和工具在一个现实的模拟环境。游泳合规是通过支持AIRM语义(10]。
本文的目的是提出SWIM-compliant human-in-the-loop空中交通管理仿真方法(1)使用空中交通管理信息参考模型作为语义接口,(2)使用多播消息传递作为通信接口,因此(3)使评价SWIM-compliant空中交通管理软件在复杂仿真场景。游泳AIRM已经用于实时信息共享,因此可以扩展为支持human-in-the-loop模拟。使用消息传递的通信支持现有的SWIM-compliant空中交通管理工具的集成。此外,使用多播是有吸引力的,因为它是有效的,并且提供了更多的机会来取代当前的仿真环境的客户机-服务器体系结构和分散的方法不需要集中式仿真基础设施。
演示了我们的方法的应用与human-in-the-loop仿真实验评估在汉堡机场机场操作。实验探讨了最初的上下文中执行研究项目工作包E“零故障管理在安全关键控制房间最大生产力”(ZeFMaP) Zeh et al。11),但被扩展到产生结果摘要。扩展仿真实验的目的是捕捉人类的空中交通管制员的决策过程的基于规则的模型应当提供的基础自动化的发展为机场操作支持工具。
2。定义
在本文中,我们遵循“斯太尔(12)在视图中,面向服务的体系结构是松散耦合的“软件群岛”与一个共同的语义层互连通信层。通信接口可能有几种不同的实现。
格利克曼(13)定义了游泳作为面向服务的体系结构的应用程序方法空中交通管理领域。而不是特定的解决方案的开发和实现应用程序间共享数据对,游指定语义模型,常见的基础设施,并设置共享和管理数据流程的空中交通系统。
据威尔逊et al。10特定的实现是SWIM-compliant,如果它的实体及其属性可以映射到语义AIRM信息参考模型定义的研究。游泳服务不需要实现完整的语义模型。它能充分实现语义模型的相关部分。游泳合规也不依赖于通信层的具体实现。任何可用通信层游泳服务是可以接受的。
3所示。背景在游泳
空中交通管理系统被认为是最复杂的系统之一,但很多地方不是设计为彼此集成。这导致许多子系统使用专有数据格式之间的点对点连接。
研究的目标是这个互操作性桥梁通过面向服务的体系结构的引入到空中交通领域。游泳面向服务的体系结构应当提供基础设施、数据格式和协议所有空中交通管理子系统之间的信息共享在一个可伸缩的、可互操作的方式。研究定义了语义层AIRM游泳的信息参考模型如Wilson所描述的。10]。在通信层指定空中交通管理的集成应用程序通过消息传递系统。应用程序消息传递系统配备一个接口和内部的消息交换系统是由消息代理,可以从当地软件图书馆联合网络规模的代理服务器,如图2(一个)。消息传递协议的实际实现和消息代理可能会有所不同,实现者。
(一)
(b)
到目前为止,三个游泳实现配置文件定义了管理研究。“黄概要”利用超文本传输协议(HTTP)通信协议中定义的XML消息格式Web服务描述语言(WSDL)。“蓝概要”利用数据分配系统用二进制消息格式(DDS)协议。“紫概要”利用高级消息队列协议(AMQP)通信协议和消息格式定义的web服务描述语言。
游泳实现档案管理研究的目的是开发的泛欧操作使用。他们是复杂的实现,而不是用于仿真环境。因此不可能使用它们在研究项目的时间和预算限制。
我们的方法,称为X23(在本文中,我们使用“X23”这个名字互换的方法,提出通讯配置文件,和其软件实现),是适合游泳的简化实现研究和实验室试验。我们设计了一个缩小版的实现类似的信息共享能力,但延长了事件驱动的仿真。我们实现不提供相同的WAN可伸缩性、安全性和安全机制的泛欧洲游网络但提供语义兼容性根据(10]。因此可以理解为LAN-scale研究型游泳human-in-the-loop仿真的概要文件和扩展。
X23 SWIM-compliant集成模拟和空中交通管理工具通过多播消息传递协议如图2 (b)。假设所一致的模拟时间,通常human-in-the-loop模拟的情况,我们的方法不需要协调中心的配置实例。共享的模拟状态注入分布的多播组;每个仿真工具可以从公共信息池中提取所需的信息。为此目的而使用IP多播的优点是无需配置地支持在局域网通常部署。不需要重新配置,当移动到另一个网络。IP多播组中的一个域特定的XML消息格式用于表示仿真状态。
4所示。方法SWIM-Compliant Human-in-the-Loop模拟
我们X23游泳实现利用一个简单的、分层、分布式体系结构基于OSI参考模型。它被实现为一个软件图书馆在Java和Delphi编程语言。所使用的Java库已经从慕尼黑等。在MATLAB Hauf14]。一个c++实现由作者在开发。
从应用程序层实现了协议栈网络层如图3。应用程序层实现仿真应用程序之间的接口和X23堆栈。这个接口可能以不同的方式来实现,这取决于应用程序的类型。表示层覆盖状态更改的编码在一个机器可读的,独立于平台的XML表示。会话层堆栈的建立健壮的逻辑会话对通信中断或重新启动仿真流程。传输层封装了上层的XML信息端到端传输之间的连接过程。最后,网络层和下层照顾实际通过网络多播传输。
应用程序层界面是特定于应用程序的但可以访问相同的分布式AIRM-compliant语义和所有应用程序的信息。接口使用本地对象缓存存储和合并分布式对象的状态。这个缓存是不断更新的消息来自下层X23堆栈。实际的信息浓缩成对象实现AIRM实体,例如,飞行物体,跑道机场对象或对象。
这些对象呈现给应用程序通过一个简单的应用程序接口或插件实现的消息模式指定游泳。注意,尽管研究指定多个消息模式,只有两个实际使用当前定义配置文件:订阅/通知和请求/响应。应用程序接口因此只支持这两种模式的操作。在许多情况下只有一个消息所需的模式是一个特定的应用程序。
收到消息翻译成AIRM-compliant对象和存储在本地对象缓存。关于相同对象的消息导致缓存中的对象被更新。这也适用于消息提供部分更新。如果收到来自不同来源的消息,这导致一个透明的融合的信息。不同来源可能更新相同的属性。然而,在这个信息融合工作只有被用于更新同一对象的不同属性。这使得X23游泳服务和仿真模块增加对象所产生的不同的模块和附加信息。
4.1。消息格式
在我们X23堆栈,更新AIRM对象是实现分布式仿真事件在网络上作为XML元素的形式: event_or_command attribute1 =”…”attribtute2 =”…”…/。
每个XML元素对应一个模拟事件或模拟自然命令。事件或命令的属性在XML元素的属性。
模拟AIRM实体的属性更改事件报告。仿真事件的XML表示类似于模拟对象的生命周期,如图4。对象的创建、使用和最终收回。仿真模块处理只选择订阅这些对象的模拟对象只接受消息报道这些对象的变化。这是一个例子最能说明:每个模拟飞行是由飞行仿真对象的属性可以追溯到AIRM飞行实体的属性。飞行仿真模块处理对象订阅 create_flight…/,set_flight…/, delete_flight…/消息。创建一个新的模拟飞行提出的 create_flight…/消息。这个消息有各种属性,像飞行的位置出发机场,到达机场,和其他几个人在空中交通管理信息参考模型中定义的。类似的消息定义为其他AIRM实体,例如,机场跑道实体或实体。
模拟事件传达Controller-Pilot数据链路通信进展(CPDLC用于交换审查之间的航班的飞行员和空中交通控制器通过空中数据链接)按照请求/响应消息模式和代表 cpdlc_message…/基于FANS-1 /消息定义的消息。FANS-1 /是一个国际标准(规定ARINC 622 EUROCAE ed - 100 / rtcado - 258)为不属于CPDLC游泳。每条消息由一个惟一的标识符指定及其参数。
仿真命令消息用于模拟环境的协调。他们也不是游泳的一部分,而是一个扩展引入我们的实现。我们的模拟环境只是用于所一致human-in-the-loop模拟仿真命令可能局限于少量的消息。五个命令支持:开始,重新启动,暂停,的简历,停止。开始和停止只是用来初始化或关闭远程仿真环境。重新启动导致所有模拟进程重新启动和明确的对象缓存。暂停和的简历允许暂停human-in-the-loop模拟不失当前仿真状态。
X23消息的例子可以发现在本文的附录。
4.2。SWIM-Compliance
我们的方法实现了有关单位的AIRM X23类。举例说明的用途的语义跟踪X23跑道类的两个字段对应AIRM跑道实体的属性显示在图中5。
X23类实体的语义跟踪AIRM构成“一级”的正式证明SWIM-compliance根据威尔逊et al。10]。语义的痕迹X23类的字段AIRM实体的属性是一个“二级”游泳合规证明。
图5提供了这样的证据的“二级”游泳合规X23跑道类的两个字段。注意,在评估对象不需要实现所有实体和属性中指定的参考模型和可能有额外的属性,例如,对于仿真的目的,可能被忽略。
4.3。与SWIM-Compliant应用程序接口
应用程序的界面与特定的实现是依赖于应用程序的游泳。然而,它遵循的逻辑核心概念:游泳的方法映射到应用程序层事件消息的通信层根据共同的语义模型。应用程序层的属性事件,AIRM实体状态的变化,被映射到通讯配置文件的消息格式。这是SWIM-compliant总是可能的应用程序和沟通概要文件必须遵守AIRM语义。没有必要为此改变应用程序的逻辑。然而,它需要添加映射逻辑。
对于X23这意味着它需要实现之间的桥梁应用程序编程接口(API)的应用程序和游泳X23堆栈映射AIRM X23对象和字段的实体和属性。请求和响应是直接映射到消息。实体状态更改应用到本地对象缓存X23触发事件的分布。
4.4。多播通信协议
通过以太网X23网络层使用IP多播。使用多播是三倍的理由:首先,最有效的方法是多播没有中央多个节点之间的信息交换节点在一个局域网。其次,使用多播支持自配置的部署。所有仿真模块加入相同的本地IP多播组和监听端口的消息。这是唯一需要的配置,可以自动执行和独立于实际的模拟网络的配置。如果无状态可以使用autoconfigure IP地址由操作系统提供,不需要部署网络和模拟主机可以直接连接。这是优势,如果模拟实验与伙伴机构需要执行,不能允许外部访问内部网络。第三,使用组播提供了额外的灵活性在建立模拟环境模拟节点在运行时可以加入和离开网络而不需要重新配置其他节点。
在传输层使用UDP。在接待中提取的XML消息的接收多播UDP数据报和检查对正则表达式语法的完整性。如果消息是无效的,消息被丢弃和日志记录。每个XML消息标记为一个独特的序列号和源标识符。XML消息可能被重新排序或复制,如果应用程序部署multihomed主机上(在实践中这通常发生在仿真模块部署在虚拟机,创建额外的(虚拟)网络接口在主机)。因此,X23传输层协议的UDP提供XML元素的重复数据删除和过滤根据应用程序的订阅。
X23传输协议头是透明地添加额外的XML属性。它包括四个方面: event_or_command源=”…”sequence_number =”…”sender_uid =”…”/。的event_or_command字段指定的类型对象传达的消息。这可能表明一个模拟对象的状态变化或仿真命令。的源指出逻辑源(例如,HMI和空中交通仿真)的消息允许过滤不知道发送的身份的过程。的sequence_number和sender_uid字段唯一地标识网络中的消息。的sequence_number增加的每条消息不是一个重传。的sender_uid是一个散列值独特识别流程生成消息的几个过程可能实现相同的逻辑资源,例如,多个控制实例。
发送消息后,请求/响应模式使用确认,因为单一的消息可以丢失或被损坏。请求/响应X23传播的传输层,直到承认在源领域所需的接收方确认,或达到的最大值。一条消息被认为是承认如果至少一个接收到确认消息。注意,这个协议不支持从多个接收者确认。确认消息被实现为一个X23消息,因为UDP传输层不支持确认。确认消息的XML消息sequence_number和sender_uid原始消息的接收者的来源。这允许发送方的请求/响应识别确认明确和其他接收器默默地丢弃它。确认消息转发到上层的堆栈和不相同的一个请求的响应,通常被称为“逻辑承认,“这是一个更高的层信息。
消息可以通过订阅/通知消息发送模式不被承认的,从来不是转播的会话层重新分配他们定期所描述在接下来的段落。
会话层使用一个软状态模式允许重新启动模拟应用程序恢复失去的模拟状态。这是通过重新分配实现仿真的基本部件定期复苏所需的状态。在飞行物体的情况下这是由传输实现完整的状态向量的所有飞行对象目前在通过新生成的仿真 create_flight…/每三十秒的消息。重发个别航班随机抵消避免爆发的消息。机场和跑道信息转播的在一个类似的方式。这适用于所有信息可以通过订阅/通知消息模式。请求/响应消息可能转播的几次从丢包恢复,但如果会话初始化时休息。
表示层负责X23对象的创建和更新根据接收到的消息。对象存储在一个本地对象缓存访问应用程序层。
应用程序层通知游泳收到请求的服务和仿真模块,响应,或根据特定于应用程序的状态改变SWIM-compliant接口。
处理收到的X23消息如图6。X23传播消息的处理是类似地在相反的顺序来执行的。
5。应用程序Human-in-the-Loop EDDH机场空中交通管理的模拟
仿真实验说明我们的方法最初的应用研究工作包大肠内执行该项目被称为“零故障管理在安全关键控制房间最大生产力”(ZeFMaP)。它调查的影响失效模式和影响分析(FMECA)生产力改进过程性能的空中交通管理据Zeh et al。11]。
模拟的目的是提供的测试研究,训练有素的空中交通管制员,与现实的环境下评估改进过程评估。这是通过的详细模拟汉堡(EDDH)机场,交互式模拟现实的空中交通,商业空中交通管制工具的集成到一个真正的控制室环境和工作流程。仿真场景和控制室环境详细描述本文的附录。
之前的工作是扩展到产生结果摘要。目标是增加知识的空中交通管理人类控制器的性能可以被理解和建模有意在未来开发自动决策支持工具。为此,相同的场景与基于规则的执行模拟控制器取代人类的控制器。
研究使用commercial-of-the-shelf空中交通管理软件。控制器管理飞机空中交通管理工具,通过输入消息和互动空中交通仿真以同样的方式回应。所有仿真模块和工具连接通过我们X23游泳实现。
5.1。COTS的集成和定制的空中交通管理软件
仿真实验结合学术仿真工具和商用空中交通管理软件部署在commercial-of-the-shelf硬件。NAVSIM研究空中交通模拟器(由“移动通信研发GmbH,萨尔茨堡”与萨尔茨堡大学合作)是用于交互式模拟现实的空中交通。控制器参加实验使用商用smartStrips电子飞行工具条(由Frequentis AG)作为人机接口与模拟空中交通。smartStrips增强了模拟雷达显示器(NAVSIM ATC,由“移动通信研发GmbH,萨尔茨堡,”与萨尔茨堡大学合作)和通用到达/离开经理(由萨尔斯堡大学)辅助屏幕上显示。人类控制器还提供了一个虚拟的塔视图基于验证机仿真软件的图形引擎(由层流研究)。这个虚拟塔观点投射到270°圆柱形屏幕。
X23接口是为每个应用程序以不同的方式实现。NAVSIM模拟器与X23接口扩展的映射逻辑之间的调停AIRM实体和X23对象的内部表示。smartStrips之间的接口和X23桥类扩展smartStrips应用程序中实现类似的映射逻辑。Frequentis AG)为这一目的提供了指导和编译后的Java类。一般到达/离开经理直接建在X23对象缓存。在这种情况下不需要因此映射。验证机软件支持插件,可以在运行时被加载。因此X23桥是由编译X23堆栈和实现所需的映射逻辑验证机插件。在所有三个案例的实现映射逻辑是简单的,因为它只关注实现相同的语义模型对象之间的中介。
之间的信息流动模拟组件如图7。smartStrips NAVSIM ATC,到达/离开经理实际上是现在的五倍的实验设置,一旦为每个人类控制器。虚拟塔应用是现在的四倍,一旦为每个投影仪达到270°的视野。注意,模拟事件的更新消息和命令不仅分布在网络上,但也存储在日志文件进行进一步分析。网络中所有的计算机通过国家结核控制规划同步一致的记下在日志文件中。
5.2。模拟控制器
在扩展的实验中人类控制器取而代之的是一个基于规则的模拟控制器。注意,只有必要的改变来仿真设置取代smartStrips工具的模拟控制器。由于SWIM-based模拟网络,没有更改的其他部分模拟是必需的。
模拟控制器的规则来自控制器的汉堡机场培训材料考虑机场的特定方面。选择适当的离开跑道等待点是基于出租车时间,飞机类型和可用跑道起飞的长度。引擎启动的发行许可是基于出租车时间和计算考虑当前机场起飞时间;即规则制定发行“及时”启动许可以避免不必要的燃油消耗,减少有限公司2排放,避免拥挤在跑道上拿分。跑道阵容测序当时执行的基础上计算起飞时间。起飞许可发布根据类之前离开之后,到达,或者飞机着陆。如果盖茨和停车位置是必要的工作分配,他们计算方法阶段中当前可用的基础上盖茨和飞机的翼展。起飞和到达飞机着陆许可发行采取目前考虑在内。到达飞机的滑行路线计算最小化出租车时间在机场现状。这包括跑道穿越间隙着陆和起飞飞机。
的关键性能指标的滑行性能人力和模拟控制器一个选定的模拟场景显示在表中1。
6。讨论
空中交通管理工具和程序接口将越来越多地使用游泳。因此,重要的是评估在一个现实的SWIM-compliant模拟环境确定结果的有效性。我们的工作表明,游泳空中交通信息参考模型扩展到包括模拟特定的信息与SWIM-compliance非常简单,并不冲突。使用游泳的好处在仿真界面展示商业空中交通管理软件的集成到我们的模拟研究。
我们的方法和X23游泳实现应用于human-in-the-loop仿真实验研究生产力的提高过程的应用空中交通管理和评估基于规则的控制器模型对人类的空中交通管制员的性能。
关键绩效指标的比较的空中交通管理的性能表明一个好的协议基于规则的模型与人类控制器的性能。然而,值得注意的基于规则的模型应计比人类后来off-block次控制器。控制器通常提前计划,让飞机离开门口前不久他们计划起飞时间。这不是反映在模拟控制器规则制定时的意图来满足起飞时间尽可能精确地计算。
多播通信的灵活性的方法被证明是巨大的实用价值。加入和删除仿真节点在运行时是有用的调试仿真软件。不依赖于配置部署网络允许现场演示模拟环境的一些外部的场合。
我们感到意外的风景和导航数据库的质量不同的商业模块中使用的模拟。空中交通管理仿真和虚拟塔独立数据库用于机场的地理布局。空中交通管理的导航数据仿真是通过研究欧洲空中交通当局提供的。验证机的起源10风景数据库,使用虚拟塔,还不清楚。不过风景和导航数据库匹配的非常好个体出租车车道的水平。
本文中给出的模拟方法提供了所需的功能SWIM-compliant松散实时分布仿真状态和仿真事件同步human-in-the-loop模拟运行在一个局域网。它不提供也不打算提供可伸缩性或大规模泛欧洲游网络所需的安全特性。其目的是研究实验室的快速部署和快速原型制造的设置。
它也不提供或打算提供丰富的框架如HLA分布式仿真功能。到目前为止,我们的方法仅限于所一致human-in-the-loop模拟因为没有复杂的仿真时间管理实施。从理论上讲,这可以添加;然而,值得怀疑的是,commercial-of-the-shelf空中交通管理的耦合软件仍可能同样低的工作。商用现货空中交通管理软件设计显然是在墙上时钟时间和没有仿真时间的概念。
我们的方法的功能相当于human-in-the-loop Prevot等提出的仿真环境。7)和埃丁格和施密特(8]。语义模型的主要区别是使用空中交通管理领域目前收敛于。它因此有助于实现需要支持标准的空中交通管理接口被Kaltenhauser [5]。
对于实现我们的方法建立在三两的工作和丹霞(9)使用多播分发仿真状态。然而,我们更进一步通过使用多播来构建一个完全分散的模拟通信体系结构。
本文给出的方法目前局限于航空领域,因为AIRM的使用。这个模型并不适用于其他应用领域。然而,应用程序域,相似的语义模型指定也可以由我们的方法与适当的改编。
控制器的评价模型的局限性在于有限数量的实验,可以执行与人类控制器来收集数据。总共四个测量实验的每个执行了大约一小时的时间。在本文只给出了“高空中交通”的场景。
7所示。结论
在这个工作我们提出了一个SWIM-compliant human-in-the-loop空中交通管理方法模拟使用空中交通管理信息参考模型AIRM语义接口和多播消息传递通信接口。,它使SWIM-compliant空中交通管理软件的评估研究实验室设置不需要专门的基础设施。
空中交通管理工具和程序接口将越来越多地使用游泳作为标准接口。因此高利息来评估他们在SWIM-compliant仿真环境中确定的有效性评估。
已经表明,我们的实现允许使用commercial-of-the-shelf空中交通管理软件在模拟实验中改进结果的适用性。使用多播允许分布式仿真环境中没有一个专门的通信基础设施游泳。这使得部署更迅速和更健壮。
我们的方法应用于human-in-the-loop仿真实验评估基于规则的控制器的性能模型对人类控制器在汉堡机场操作。未来的工作将会调查增强控制器模型自动优化和决策支持工具。
附录
答:飞行X23消息示例对象创建和更新
建立一个模拟飞行接近EDDH机场见表2。注意,尽管仿真时间与时钟时间,仿真时间的偏移时钟时间包含在消息允许后处理的飞机抵达和起飞时间。
飞机巡航时,当前位置和其他一些飞行通过更新的属性 set_flight…/XML元素。注意,只有改变更新属性如表中所示3。不变的属性不是转播的 set_flight…/消息。当飞机终于到达目的地机场,飞行物体从仿真中移除(滑行后,等等) delete_flight id = "…" /表中的XML消息(图中未显示)。
b . X23消息FANS-1 / CPDLC消息示例
表4提供了一个示例BER561K航班在哪里联系地面控制器使用FANS-1 / UM117“联系单位的名字(频率)”消息。接触的命令,地面控制器显示“0”的声音频率执行数据链接操作。模拟飞行然后回复一个“照办”,“不能或“备用”消息的请求(表中未显示)。
c . EDDH仿真场景
汉堡机场(EDDH)是一个典型的中型欧洲机场。它有两个穿越跑道起飞和着陆和两个围裙区域停车架。图8显示机场的布局模拟。
NAVSIM空中交通模拟器被用来模拟在汉堡机场空中交通。模拟飞机的空中通信是在局域网的速度和执行还不涉及一个空中数据链仿真器引入的增加通信延迟所期望的无线空中链接。NAVSIM是一个事件驱动模拟器提供详细的全球runway-to-runway(分别地。,gate-to-gate for those aerodromes for which taxi and gate information is available) air traffic simulation; it offers an X23 interface and can be integrated with human-in-the-loop simulation environments for human factors experiments [15小说的发展,气象空中交通路由算法(14)、航空通信频率规划和航空通信容量估计(16]。
模拟飞机的飞行管理系统模拟飞机的动作根据飞机类型的特点。飞行管理系统是由一组规则反映了飞机的飞行计划。因此模拟飞行员将接触间隙的控制器飞行计划的下一个步骤。收到一个间隙飞行员将使用自动查询实现的飞行计划,遵循这些规则对机场滑行,避免障碍和其他飞机和建筑物。模拟练习中使用的飞行计划是基于真正的汉堡机场的飞行计划,但是修改创建压力控制器通过添加额外的航班。
提出了仿真场景中飞机的数量设置为每小时60架飞机,这是接近汉堡机场的理论最大容量。仪器气象条件是所有模拟运行期间使用。模拟风组件从270年10节。因此,仿真与IFR交通。
五个训练有素的空中交通管制员分配任务管理飞机抵达和离开汉堡机场和所有飞机地面滑行的运动。空中交通部门毗邻汉堡机场被NAVSIM空中交通模拟器自动控制。汉堡的交通终端操作区域也由空中交通控制模拟器。到达飞机交给人类汉堡塔控制器时捕捉仪表着陆系统(ILS);称为许可,围裙,围裙2,滑行道也由人类控制;离开飞机被人类控制器移交空中交通模拟器离开塔时的频率。这是见图9。
用于实验的控制室显示在图中10。
d .仿真人机界面
D.1。控制器工作站
控制器工作职位由雷达屏幕,一个航班带工具,和一个到达/离开经理。的雷达屏幕上是一个修改版本NAVSIM空中交通模拟器精简的图形用户界面的显示模拟的雷达图像。
电子飞行带工具“smartStrips”是由Frequentis AG)和用于显示的状态模拟飞机和与模拟飞行员CPDLC消息交换。生成的命令消息飞行带工具通过模拟游网络发送到空中交通模拟器要求适当的飞机的行为。
辅助屏幕上通用的实现是一个到达/离开管理工具为控制器提供增加的时间意识。一个控制器工作状态显示在图中11。雷达屏幕左上角,在左下角飞行带工具,到达/离开经理在右边。
机场控制器支持在不干扰他们的任务的自动化水平。控制器的用户界面被扩展为显示状态信息,使用额外的文本和颜色代码;例如,飞机请求许可被突出显示,飞机在停车位置显示在柔和的颜色。
雷达屏幕上的一个详细视图如图12。它显示了跑道,跑道、机场和停车位置。飞机显示位置矢量和一个标签来显示他们的呼号和一个独特的仿真后处理内部标识符。高度和航向可以显示可选。在我们的模拟附加信息是显示在标签协助控制器。飞机与回答请求强调通过改变颜色和上次CPDLC请求被显示出来。飞行状态和通信状态源自不同的仿真模块,但通过X23游泳实现整合。
辅助屏幕显示到达/离开管理器显示在图13。这个工具为控制器提供了每个活动的时间线跑道。在我们的试验跑道23用于移民和跑道33是用于离职;因此两个时间线显示。飞行时间线为控制器提供了时间上的标签意识的计划到达出发(a)和(b)乘以十分钟过去和未来15分钟,也就是说,一个航班时间。标签使用相同的彩色编码和在雷达屏幕上显示最后一个数据链路消息。
空中交通管制的数据链路命令输入到电子飞行带工具如图14。每个航班由游泳的飞行航线自动生成数据,和飞行带可能是由不同的控制器或共享存储在海湾只访问一个用户。命令输入到用户界面被注入X23游泳,他们可以访问的其他仿真组件,例如,空中交通模拟器回应命令或各种人机接口。
D.2。虚拟塔
除了个别控制器工作岗位一个虚拟塔视图提供了所有控制器。虚拟塔视图包含一个三维可视化的汉堡机场投射到270°屏幕如图15。生成的三维视图的改编版本商用验证机10软件集成到模拟的网络游泳。彩色标签附加到每个航班增强的呈现。
的游泳接口虚拟塔在Delphi编程语言实现。我们使用了验证机10插件接口访问模拟器的3 d渲染引擎。验证机10仿真逻辑是不习惯。使用商用high-detail汉堡机场风景;因此我们的插件集中在显示飞机的3 d模型和空中交通管理信息的位置和方向提供的模拟。在当前实现中三种模式,小男爵(海滩),中等(A320)和大型飞机(B747),被用来近似飞机类型。提供飞机运动的平滑显示,位置和姿态与Catmull-Rom插值样条函数模拟状态更新根据巴里和高盛之间17]。除了270°全景,插件支持放大所选的飞机。这类似于一个控制器如何使用双筒望远镜的塔。
D.3。飞行模拟器(不是EDDH仿真场景中使用)
除了空中交通仿真驾驶飞行模拟器可以作为额外的空中交通的来源,也是。目前X23栈已经配备钻石DA-42飞行模拟器应用程序接口显示在图中(16日)和图中所示的验证机飞行模拟器16 (b)。使用这些模拟器人类飞行员可以参与仿真的模拟空中交通控制器。
(一)
(b)
首字母缩写词和缩写词
| AIRM: | 空中交通管理信息参考模型 |
| AMQP: | 高级消息队列协议 |
| API: | 应用程序编程接口 |
| ATM机: | 空中交通管理 |
| DDS: | 动态分配系统 |
| HLA: | 高级体系结构 |
| 人机界面: | 人机界面 |
| HTTP: | 超文本传输协议 |
| 知识产权: | 互联网协议 |
| 兰: | 局域网 |
| 国家结核控制规划: | 网络时间协议 |
| OSI: | 开放系统互连 |
| 研究: | 单一欧洲空中交通管理研究项目 |
| 游泳: | 信息管理系统范围 |
| UDP: | 用户数据报协议 |
| 湾: | 广域网 |
| WSDL: | Web服务描述语言 |
| XML: | 可扩展的标记语言。 |
信息披露
观点在这部作品反映出作者的观点,欧洲和/或SJU不得被视为责任或任何使用这可能是由本文所包含的信息。
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作是由欧洲代表共同投资管理研究的共同事业(SJU)和欧盟的工作包E的研究计划。作者特别感谢控制器参与实验的价值的努力和耐心。他们也感谢伊莱亚斯Pschernig验证机的实现10插件。他们从DLR感谢m .施耐尔(德国航空航天中心)和k Eschbacher萨尔斯堡大学的有用的评论。部分这项工作进行,而托马斯Graupl是萨尔斯堡大学的一名雇员。