權(quán)聰

（國營長虹機械廠，廣西 桂林 541003）

1 前言

近年來，無人機的應用與研究受到了廣泛的關注，成為各大國之間競爭的主要領域。地面站軟件作為無人機遠程控制的核心關鍵組成部分，無人機控制人員通過地面站系統(tǒng)提供的地面站軟件與無人機進行交互。操作人員在無人機飛行任務開始前提前規(guī)劃好飛行航線，地面站實時監(jiān)控無人機的飛行狀況，并通過實時修改任務改變無人機的飛行航線，在無人機完成飛行任務后，對飛行存儲的數(shù)據(jù)進行回放分析。航路規(guī)劃與航線操作功能作為地面站軟件的核心組成部分，起到了重要作用。無人機在每次飛行任務前，都需提前進行本次飛行任務的航路規(guī)劃，航點對應著無人機本次飛行經(jīng)過的位置，在設置飛行航點時，需要設置無人機飛行器所具有的速度、位置、航向信息等數(shù)據(jù)，多個有序航路點組成了一條飛行航線。規(guī)劃好航線后，將該航線裝訂并通過網(wǎng)口發(fā)送飛控計算機，無人機就會按照規(guī)劃好的航線完成本次飛行任務的各項飛行動作，依次按序飛過各航點執(zhí)行飛行任務。

航路規(guī)劃在無人機導航中起到了至關重要的作用，無人機航路規(guī)劃時，根據(jù)任務的預設目標規(guī)劃好本次飛行任務的軌跡。航線由多個有序的航點組成，規(guī)劃好的航點和航線擬合成航跡在地圖上直觀顯示，航點、航線數(shù)據(jù)保存在文本中，方便執(zhí)行下次飛行任務時調(diào)用。

2 航路規(guī)劃軟件模塊

（1）航點信息管理。航點信息的增加、刪除、插入（鼠標點擊在列表控件某行點上，點擊插入行點，會插入該行點之后）、航點信息的保存和加載功能。

在軟件界面上，將所有航點信息顯示在一個ListContral 列表控件中，該列表的每個數(shù)據(jù)對應一個規(guī)劃好的航點，每一列對應該航路點的經(jīng)緯度、航點序號、速度和高度設定值、狀態(tài)字等信息，起始位置信息下方有航點添加、航點刪除、航點插入、航路點信息保存和航路點信息加載等按鈕，如圖1 所示。

圖1 軟件整體界面圖

（2）地圖數(shù)據(jù)到列表數(shù)據(jù)的交互功能。切換街道地圖和衛(wèi)星混合地圖、航點的拖拽（航點坐標更新到列表）、地圖的縮放、地圖的移動，航點坐標信息的顯示等基本地圖功能等；地圖切換為衛(wèi)星圖，如圖2 所示。

圖2 地圖切換衛(wèi)星圖

（3）列表數(shù)據(jù)到地圖的交互功能。修改列表數(shù)據(jù)信息，點擊更新按鈕，地圖數(shù)據(jù)也會隨著列表數(shù)據(jù)的更改而更新。

（4）條件插入航點功能。根據(jù)已知基準點的航向角、距離插入新的航點（可以插入基準點后，也可以插入最后）；已航點3 為基準，航向角180°，距離100000m處插入航點4，效果如圖3 所示。

（5）地圖測距功能。測量航點之間的距離和測量整個航路的距離，效果如圖4 所示。

（6）航線選擇功能。航線為直線或者曲線，效果如圖5 所示。

圖5 航線曲線選擇功能

（7）清除所有航點功能。清除地圖上的所有數(shù)據(jù)和列表控件上的所有數(shù)據(jù)。

（8）航路點信息的管理與保存。為了后續(xù)任務的航路點的加載，將設置的航點保存在文本中，把航路點信息保存在數(shù)據(jù)庫中，每次對航路點進行操作都將同時更新數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表的記錄，數(shù)據(jù)庫航點存儲表的結(jié)構(gòu)如表1 所示。

表1 PathPointTable 表

航點信息存儲：讀取Listcontral 列表數(shù)據(jù)，并把列表數(shù)據(jù)進行文件存儲，保存成.log 文件，并按時間命名，如圖6 所示。

圖6 航點信息存儲效果圖

（9）規(guī)劃好的航線在地圖上的標示。規(guī)劃好一條航線后，載入地圖，鼠標點擊地圖就會設置一個航點，多個航路點繪制出無人機飛行航線的軌跡，用Element標注航點，用直線或弧線將航路點連接起來，形成的Line 曲線表示航線，如圖7 所示。

圖7 航線表示

（10）大數(shù)據(jù)量的航點加載功能：選擇航路文件，加載已保存的航點信息，并顯示在地圖上，如圖8 所示。

圖8 航點文件加載功能

3 軟件設計

本地面站系統(tǒng)的開發(fā)使用集成開發(fā)環(huán)境是微軟公司的Visual Studio2010，系統(tǒng)軟件運行在Win7 及其以上操作系統(tǒng)?；谛阅芊矫婵紤]，采用基于MFC 應用程序框架，地圖部分的實現(xiàn)是基于百度的離線地圖，這是百度公司為了方便地理信息系統(tǒng)的二次開發(fā)而設計的一款功能非常強大的GIS 開發(fā)包。

電子導航地圖為現(xiàn)代無人機的飛行提供導航服務，無人機飛行過程中使用電子導航地圖顯示導航軌跡。依據(jù)無人機下發(fā)狀態(tài)數(shù)據(jù)包中包含GPS、北斗等衛(wèi)星導航提供的經(jīng)緯度信息，實時地在地圖上標注無人機當前準確位置和航向，在無人機導航中起到了至關重要的作用。

由于航路規(guī)劃需要在地圖上實時標注飛行器的位置、航向、規(guī)劃好的航路和實際的歷史軌跡等信息，地面站軟件需要實現(xiàn)地圖導航的基本功能。本子系統(tǒng)的實現(xiàn)使用了百度公司的產(chǎn)品，基于百度地圖開發(fā)工具包的二次開發(fā)，百度Map 作為一組嵌入式腳本語言可以跨平臺使用，它是百度地圖軟件產(chǎn)品的底層模塊，可以用來構(gòu)建GIS 和桌面地圖應用程序，或是在原有的地圖軟件上增加新的功能。

（1）將百度地圖的JS 文件本地化并與服務器進行交互。將百度map 加載時需要的JS 文件下載到本地終端，在后續(xù)應用程序開發(fā)時，不需引用百度網(wǎng)站上的JS 文件，只需調(diào)用本地的JS 文件。調(diào)用百度map API時，需要使用百度map JS 文件，百度提供了本地化JS map3.0.js 文件，可在百度官網(wǎng)上進行下載。

（2）將百度 map 的地圖數(shù)據(jù)（tiles：瓦片）下載到本地以及應用的開發(fā)。提到地圖數(shù)據(jù)，首先需要了解百度 map 的基礎知識。百度將瀏覽器中顯示的導航地圖，分割成一張一張圖片，起名為tile，為了能夠瀏覽顯示的百度地圖，需從百度官方網(wǎng)站下載所有tile，然后將這些tile 拼接在一起，就能夠展示出一張完整的百度地圖。地圖每一個tile 都是大小為256×256 的PNG 或jpg 圖片，因為百度地圖存在級別為0 ～19 縮放功能，因此在每個縮放級別中，地圖的顯示區(qū)域被劃分為多個tile 圖片，每個tile 圖片會根據(jù)百度站點下載對應的地圖數(shù)據(jù)，地圖數(shù)據(jù)其實是一張張PNG 或JPG 圖片，在百度地圖請求獲取tile 圖片數(shù)據(jù)時，將三個重要的參數(shù)傳遞給地圖，分別為地圖x 坐標數(shù)據(jù)、y 坐標數(shù)據(jù)及當前顯示的地圖的縮放級別。

（3）MFC 調(diào)用百度離線地圖。VS2010 中添加web browsers（Active X 微軟操作系統(tǒng)自帶）控件，為控件增加成員變量m_web，在初始化的程序中調(diào)用以下代碼加載百度地圖。

百度離線地圖的html 網(wǎng)頁實現(xiàn)（在工程文件下的map_LINE.html 和map_CURVE.html 中）具體實現(xiàn)要調(diào)用百度地圖API 函數(shù)。

（4）MFC 界面到地圖的數(shù)據(jù)交互（VC 與JavaScript 交互）。在VC 中調(diào)用WebBrowser 時，有2 種方法可以調(diào)用。MFC 中存在一個CHtmlView 類對WebBrowser 進行封裝，調(diào)用方便快捷。CHtmlView 類是由CView 派生而來，在MFC 中被稱作視圖類，CView 類是由CWnd 派生而來，將其應用在對話框類中，不存在使用兼容性問題，只需修改一小部分內(nèi)容即可。其中特別需要注意的以下兩個問題：

CHtmlView 類的構(gòu)造函數(shù)是protected 的，因此在程序中不允許直接構(gòu)造一個CHtmlView 類對象。必須在CHtmlView 類上進行派生后才能構(gòu)造。如果將創(chuàng)建CHtmlView 類對象應用到棧上，必需重新調(diào)用PostNcDestroy( )，該函數(shù)體內(nèi)容為空。因為默認的PostNcDestroy( )函數(shù)會delete( ) this 出錯。如果將創(chuàng)建CHtmlView 類對象應用到堆上，則需要注意防止二次delete。

另一種方法是調(diào)用WebBrowser 的ActiveX 控件，該方法既可以應用在在MFC 項目中，也可以在非MFC 項目中使用，本系統(tǒng)軟件工程使用ActiveX 控件；

需要調(diào)用類CWebPage，將其對應的兩個文件WebPage.h 和WebPage.cpp 添加到工程中；MFC 調(diào)用JS中的函數(shù)AddPoint( )，并傳遞2 個參數(shù)(緯度，經(jīng)度，航點號)。

（5）地圖到MFC 界面的數(shù)據(jù)交互（JavaScript與VC 交互）。一個JavaScript 對象傳到了C++ 這邊以后，就變成了一個IDispatch*，然后我們用CComDispatchDriver 接管這個IDispatch*( ) 后，就可以調(diào)用這個JavaScript 對象的方法，獲取這個JavaScript 對象的屬性，實際上CComDispatchDriver就是對IDispatch( ) 的包裝， 最終都是調(diào)用IDispatch::Invoke( )。同理，如果我們在C++ 這邊構(gòu)造出一個IDispatch* 并傳遞給JavaScript，那么JavaScript 就可以把這個IDispatch* 當作一個JavaScript 對象來使用，自然它就可以調(diào)用這個對象的方法，修改這個對象的屬性，最終就可以實現(xiàn)調(diào)用C++函數(shù)，修改C++對象的成員變量，實際上JavaScript調(diào)用C++也是通過IDispatch::Invoke( )來調(diào)用。那么如何構(gòu)造這個IDispatch 就是問題的關鍵點。

這種方法，需要先把IDispatch*( )示例代碼中是this，但因為this 是CPathPlanDlg( ) 的實例，而CPathPlanDlg( )多重繼承于IDispatch( )，實際this 就是IDispatch*傳遞給JavaScript，JavaScript把它保存好，然后調(diào)用。

4 結(jié)語

航路規(guī)劃系統(tǒng)是實現(xiàn)無人機自主飛行和避障導航的關鍵系統(tǒng)。針對航路規(guī)劃系統(tǒng)國內(nèi)外學者進行了數(shù)據(jù)分析，多半是針對控制規(guī)律和系統(tǒng)安性進行研究設計，鮮有人考慮無人機地面站控制系統(tǒng)的人機交互策略。依據(jù)現(xiàn)有的飛行器適航規(guī)范標準歸納總結(jié)航路規(guī)劃軟件系統(tǒng)設計的技術難點，設計了一款無人機航路規(guī)劃軟件，但是系統(tǒng)設計未考慮突發(fā)及極端環(huán)境下無人機規(guī)劃航路規(guī)劃的自適應規(guī)避算法。在后續(xù)的研究中將繼續(xù)完善地面站平臺的功能，實現(xiàn)無人機自主導航的過程監(jiān)測和異常處理，以提高無人機系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。