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研究生:劉宇誠
研究生(外文):Yeu-Chen Liou
論文名稱:數位電子地圖於低空飛航防撞之應用
論文名稱(外文):Low Altitude Flight Collision Avoidance with Using Digital Terrain Map Information
指導教授:何慶雄
指導教授(外文):Ching-Shun Ho
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:航空太空工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1999
畢業學年度:87
語文別:中文
論文頁數:50
中文關鍵詞:數位電子地圖低空飛航防撞
外文關鍵詞:Digital Terrain MapLow AltitudeFlight Collision Avoidance
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對於飛航安全來說,一套飛航預警系統是很重要的因素之一。早期設計的系統都是藉由航機彼此之間的無線電通訊或是由雷達提供資訊,這些都是建構在點對點之間的計算處理。本篇內容是針對數位電子地圖應用在飛航預警上的研究。
由於近年來發生多起民航機之撞山意外,本研究之主要應用範圍即是針對於低空、低能見度與變化快速的飛航環境。而主要目的是建構出,一套使用經由航空照相轉換得到之立體數位電子地圖資訊的防撞預警系統,而其導航定位資訊則是來自於GPS系統。
整個系統的設計程序包括:DTM資料的存取、距離的計算與影像之顯示。整個處理過程都被控制在一個可以接受的時間要求內!
系統之測試是以模擬直昇機之飛行,輔以一真實之DTM資料庫。為了改善系統效能,分別測試過三種不同的DTM資料存取方式,分別為:全區域之處理、靜態切割與動態切割。其中動態切割資料庫的方式可以提供在DTM網格解析度為2公尺時,平均每筆資料處理時間為0.09秒。若是DTM網格解析度為8公尺時,則可以達到0.006秒的平均資料處理時間。
此外也考慮到三種不同的飛航狀態時,系統參數之調校。其中最主要的考量因素便是直昇機之飛航速度。主要是分為三個階段:靜止到80 Km/hr、80Km/hr到160Km/hr,以及160Km/hr以上。系統並提供飛行員飛航時間五秒鐘的預警反應時間。隨著飛航速率之改變,本系統提供不同解析度之DTM顯示。

An avionic flight-warning system is one of the key factors in avionics safety. The traditional systems are relied on the position reports from either incoming flight or the radar detection. These are basically in the field of point-by-point computation. This study adopts a volume search approach with the aids from the digital terrain map (DTM).
Due to a lot of civil avionic accidents occurred in mountain clash, the research scenario is set to be low attitude, low visibility, and rapid change in the circumstance. The main goal of this study is to design a flight warning system with 3D capability in which the positions of the studied vehicle are derived from GPS with the terrain information from the aerial photographs.
The designed system has the process procedures including data extraction, distance computation, and graphic display. The whole process time has to be within an acceptable time interval.
The designed system is tested by a simulated helicopter flight with using a true DTM data. Three data extraction approaches are adopted: full, static, and dynamic extractions. The dynamic extraction provides the best result with the total computation time under 0.09 seconds with 2-meter resolution. When the resolution requirement rise up to 8-meter, the computation time is within 0.006 seconds.
Three flight conditions are also considered. The air speed is the main factor in the consideration. There are three levels: 0~80, 80~160, and > 160 km/hr. The designed response time is set to be 5 seconds. The system provides different resolutions of DTM according to various velocities.

中文摘要 ---------------------------------------------------------------------- Ⅰ
英文摘要 ---------------------------------------------------------------------- Ⅲ
誌 謝 ------------------------------------------------------------------------- Ⅳ
目 錄 ------------------------------------------------------------------------- Ⅴ
圖 目 錄 ------------------------------------------------------------------------ Ⅷ
表 目 錄 ------------------------------------------------------------------------ Ⅸ
第一章 緒論 ------------------------------------------------------------------ 1
1-1 前言 ----------------------------------------------------------------------- 1
1-2 DTM簡介 ----------------------------------------------------------------- 1
1-3 現有之防撞預警系統與研究動機 --------------------------------- 2
1-4 研究目標與方法 ------------------------------------------------------- 2
第二章 資料處理流程 ----------------------------------------------------- 4
2-1 DTM資料生成 ---------------------------------------------------------- 4
2-2 導航系統精度需求 ---------------------------------------------------- 9
2-3 飛航防撞系統資料處理流程 --------------------------------------- 10
第三章 系統軟硬體架構 -------------------------------------------------- 13
3-1 系統需求規格階段 ---------------------------------------------------- 13
3-2系統架構階段 ----------------------------------------------------------- 16
3-2-1. 次系統分類 ---------------------------------------------------------- 16
3-2-2. 次系統介面(Interface)----------------------------------------- 17
3-3. 系統分析階段 ---------------------------------------------------------- 18
3-3-1. 物件模式(Object Model)--------------------------------------- 18
3-3-2. 功能模式(Functional Model)---------------------------------- 20
3-3-3. 動態模式(Dynamic Model)------------------------------------ 21
3-3-3-1. 事件列表和事件表格 ------------------------------------------- 21
3-3-3-2. 狀態圖和動作表列 ---------------------------------------------- 22
3-3-3-3. 事件優先排序表 ------------------------------------------------- 26
3-4. 系統設計階段 --------------------------------------------------------- 26
3-4-1. 物件設計 ------------------------------------------------------------- 26
3-4-2. 程序(Process)設計 -------------------------------------------------- 27
3-4-3. 系統實現階段(Implement Phase) ------------------------------- 28
3-5. 系統模擬階段(Simulation Phase) ---------------------------------- 28
第四章 研究結果分析 ----------------------------------------------------- 29
4-1.資料處理 ----------------------------------------------------------------- 29
4-2.資料搜尋與輸入、輸出方式能改進 ------------------------------ 29
4-3.影像處理方式改進 ---------------------------------------------------- 32
4-4.DTM網格密度之選擇 ------------------------------------------------- 32
4-5.預警區域範圍之設計 ------------------------------------------------- 33
4-6.資料處理效能評析 ---------------------------------------------------- 38
4-7.資訊提供 ----------------------------------------------------------------- 40
第五章 結論與建議 -------------------------------------------------------- 44
5-1. 結論與建議 ------------------------------------------------------------- 44
5-2. 未來可應用之領域 ---------------------------------------------------- 45
參考文獻 ---------------------------------------------------------------------- 47
自述 ----------------------------------------------------------------------------- 50

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