基于安卓平台的电子飞行包

说明：

本文是北京航空航天大学 盖玉杰 硕士的2015年的毕业论文，经许可在公众号发表。本文著作权归作者盖玉杰先生，如需转载请联系本站或作者本人。

该项目是与民航研究院一同开展，对国内电子飞行包的研究发展起了重要的补充，但很遗憾的是目前该项目已经中止。

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基于Android平台的

电子飞行包(EFB)

设计与实现

Design and Implementation of Electronic Flight Bag (EFB)Based On Android Platform

作者：盖玉杰

指导教授：龙翔

摘要

电子飞行包的使用是实现航空公司电子化（编者按：目前更潮流的提法是“数字化“）的一个重要步骤，是近几年民航业界的研究热点之一，但我国在电子飞行包方面具有的独立自主知识产权的产品比较少。

在目前大部分的电子飞行包产品中，航图文件是按照航图的类型进行分类展示的, 飞行员更希望航图按照飞机飞行的各个阶段进行分类展示（编者：或无缝衔接）。飞行过程中导航只是将航线和航路点绘制出来，航路点的信息还需要到文档中查询，不方便飞行员快速查阅。

本文以Android操作系统作为开发平台，设计与实现了面向通用航空的电子飞行包系统。该基于Android平台的电子飞行包系统采用了C/S模式，将驾驶员机舱内的纸质重要文档如机场的航空图表、机场的运行手册、规章标准以及机型手册和飞行手册等重要资料进行电子化存储并展示，实现了电子检查单的交互式检查功能、电子飞行日志的自动生成功能，驾驶员机场滑跑位置预警功能和飞机起飞性能计算的功能，还通过SVN （编者：一种多人开发版本控制系统）实现了文档的增量更新。

此外本文基于Android平台的电子飞行包系统将航图按照飞行阶段进行合理的分类展示，方便飞行员在飞行各个阶段快速查阅航图。并实现了将飞行计划中的航路点、情报区、天气等信息与SuperMap iMobile系统结合，基于飞机的位置以图形化的方式准 确和方便的查阅飞机在飞行到某航路点或情报区时的油耗、风速和温度等信息的功能, 这是大部分电子飞行包还欠缺的功能。

电子飞行包的所有功能都离不开地面系统数据的支持，本文还在桌面系统中使用WPF（Windows Presentation Foundation）框架和MVVM（Model-View-View-Model）设计模式实现了导航数据库系统，进行导航数据库的制作、 对比和维护。

本文对基于Android平台的电子飞行包系统和它的地面支持系统进行了功能测试。 测试表明：功能设计比较合理，贴近用户需求。

关键词：电子飞行包，移动终端，Android

   1       绪论

 1.1 电子飞行包（EFB）简介

随着航空业的迅速发展，越来越多的航空公司开始认识到使用便携式电子设备，例如IPAD、Android和其他各种平板电脑，来查阅传统上使用的纸质检查单和参考文件的重要性，并逐步意识到便携式电子设备具有的各种功能所带来的好处。各个航空公司开 始使用便携式设备进行各种资料的电子化，开发一种名为电子飞行包（Electronic Flight Bag，简称EFB）的便携式设备，这种设备的使用减少甚至避免了以往纸质资料的携带，给飞行员查阅资料和记录航行带来了便利，同时更方便了资料的的频繁更新和管理。电子飞行包（EFB） 几乎能够存储和显示飞行运行过程中所需要的所有文件，比如公司运行手册、规章标准、检查单、最低的设备清单（MEL）、运行规范手册、各类航空图表手册和飞机起飞性能和降落性能分析手册等。

1.1.1电子飞行包的含义

电子飞行包（EFB）系统是飞行驾驶员使用的一种飞行辅助工具，它既包含了便于在飞机上携带的便携式硬件平台，也包含了在这种便携式硬件平台上实现功能的软件， 它主要用于快速的查找和显示多种航行数据，执行一些基本的性能计算以及动态获取一 些与飞行、机组相关的航行信息。它专门设计用来彻底替代飞行员的传统工具包，其功能覆盖文档资料的查阅（如飞行计划的展示、运行手册、机型手册、航空图表、规章 标准等）、性能的辅助计算，（如飞机起飞性能计算、着陆性能计算等）、辅助的航图的查阅、飞行日志的记录、飞机机场滑雨的路径规划和预警、检查单的电子化检查等多个 方面。它是一个能够大幅度减少飞行员工作量，同时又能够辅助飞机运营的功能强大的 软硬件结合的系统设备。

根据美国联邦航空局（FAA）在咨询通告中对电子飞行包的定义，电子飞行包是在驾驶舱或者机舱内使用的一种电子显示设备系统。最简单的便携式电子飞行包系统（EFB）既可以和个人数字助理（PDA）兼容，又可以用于显示各种航行数据，进行各种飞行阶段准备时的计算和检查或执行一些基本的计算（如飞机性能数据，油量计算等）。这些功能在传统上是采用查阅纸介质参考文件的方式来完成的或者使用航空公司的飞行签派部门提供给机组的数据资料来完成。电子飞行包（EFB）系统的功能还可以包括一些集成在电子飞行包（EFB）系统内的数据库和应用，如预存各种空中需要使用的数据资料；复杂些的可以固定安装，等效于机上计算机和电子资料库（Electronic Library Service：ELS）结合，与机上信息资源共享，成为无纸驾驶舱的有效工具。可以使用不同的技术、数据格式、通信方式实现EFB系统的信息显示，涉及的设备可以有辅助性能计算机(Auxiliary Performance Computer：APC)或膝上辅助性能计算机 (Laptop APC：LAPC)。AivlaSoft公司的EFB系统如图1所示，它展示了电子飞行包的样式和基本功能。

电子飞行包从硬件和软件角度可以分别分成三级和三类。一级电子飞行包的特征主要有：一般使用商用成品计算机，用于航空器运行，目前常见的设备为IPAD和三星的平板电脑；不依附与航空器固定装置，不用于飞行关键阶段(对飞行任务至关重要的起飞和进近着陆阶段等)；一般用于文件查看，不用于管理控制功能。

电子飞行包(EFB)的硬件分类如图2所示。（编者按：目前国内仅分为便携式和安装式两类）

东航航空公司是国内第一家在驾驶舱内使用 1 级电子飞行包（EFB）的航空公司。东航航空公司经过华东地区管理局的正式批准，于2012年12月26日，在东航的A330 机队进行 1 级电子飞行包的测试运行，也就是这一举措，使得东航成为中国国内首家获 得批准在驾驶舱内使用 1 级电子飞行包（EFB）的航空公司⑺。

本文将会设计和实现一个基于Android平台的 1 级电子飞行包（EFB）系统。

1.1.2 电子飞行包的功能分析

电子飞行包（EFB）系统的功能十分广泛，最主要的是实现资料的电子化，进行各种航图、手册的查看和使用电子化检查单。电子飞行包的基本功能示意图如图3所

航图查看程序可以建立在平板电脑已有技术上。目前多数采用的是以IPAD为载体的平板电脑，JEPPESEN公司也发布了以三星平板电脑为载体的电子飞行包（EFB）系统。国内知名公司开发的电子飞行包集成了国内航图和JEPPESEN公司制作的航图，并且能够兼容FAA和公司自制的航图，支持中英文航图的显示和查阅，在安装了C类应用程序的电子飞行包（EFB)上，航图查看程序还能够将飞机的位置和航向描绘在机场图上。所有航图的使用可以做到全屏显示、缩放、滚屏和旋转。除了航图查看的功能，电子飞行包还可以为飞行员提供搜索手册等便捷功能，从而减少查询步骤、减少查询时间，从而增加飞行安全系数。此类程序在所有级别的EFB上均可实现， 而且是目前国内主流的EFB使用方向。

电子检查单包括各类起飞着陆检查单、应急检查单等。电子检查单的主要作用是检查飞机状态，这种检查在遇到非正常或者在使用紧急检查单的时候非常重要，其中内置的操作程序主要是公司规定的飞行员参照完成的标准操作程序，目的是为了减少飞行员在非标准状况下的思考时间，使得飞行员可以准确的完成最有利、最安全的操作程序,从而避免航空安全事故的发生，最大限度、最快速的帮助飞行员实现对飞机的控制。

虽然电子飞行包（EFB）的主要功能是实现资料的电子化和电子化检查单，但是随着移动应用平台特别是IOS和Android移动平台的不断发展，新技术的不断成熟，现在对电子飞行包（EFB）系统的要求已经不仅仅是纸质资料的电子化和电子化检查单的检查。使用现在比较成熟的技术，完全可以实现电子飞行包（EFB）系统对飞机在机场滑行（编者按：原文为“滑跑”）时的导航，根据飞行计划在飞机飞行过程中进行导航，对所有电子化的资料进行数据的维护和增量更新还有对性能数据等进行数据库保存等。综合上述功能的电子飞行包 （EFB）系统的功能示意图如图 4 所示。

机场导航是飞机在机场滑行的过程中进行的导航。机场导航的主要作用是将飞机的位置用特殊图标展示在机场地图上，同时将飞机需要滑行的跑道路径用不同颜色的线条展示出来。飞行员通过机场导航就能够实时的看到飞机的位置，从而判断目前飞机是否已经偏离应该滑行的跑道、滑行道，一旦发现位置偏离，就需要对滑行方向进行及时的调整。特别是在大雾、大雨等恶劣天气情况下，飞行员可以通过使用机场导航，减少 因为视野遭到阻碍引起的冲入草坪或者跑道冲突而导致的事故。

飞行导航是根据飞行计划进行的导航。飞行导航的实现离不开飞行计划数据的支持, 通过将飞行计划中航路点和情报区展示在地图上，同时也将飞机的位置展示在地图上，可以使得当飞行员在发现飞机的位置在地图上到达某个航路点或者情报区的时候，就可 以快速的查看到这个航路点或者情报区的温度、风速等信息。

      性能计算主要是对起飞性能的计算，通过飞行员输入的跑道号、是否使用防冰、道面状况等条件，来计算出起飞推力和速度等，供飞行员参考。

由于航图资料 更新频繁，飞行员可能需要查看上一个版本的数据，这个时候就需要维护两个版本的数据，方便用户切换。

飞机的每次飞行需要对飞行的路径进行记录，所以需要把飞行的整个过程给保存下来，这就需要进行航行日志的保存，以便飞机着陆后，对整个飞行过程进行回放。

航图资料的频繁更新要求电子飞行包具有快速的数据更新的功能，通过数据的增量更新和维护就可以达到快速更新的功能。

同时电子飞行包的正确使用，离不开地面支持系统的支持。地面支持系统负责对航图和手册进行频繁的更正，保持数据库中数据是最新版。在地面支持系统中，导航数据 库中保存了世界所有机场的机场信息、跑道信息、离场信息、进场信息、进近信息、导 航台信息、NDB台信息和航路点信息等。导航数据库可以给机场地图的制作提供依据， 比如机场中添加或者更改了跑道，机场地图就需要及时的更改，并及时更新到移动终端上。所以导航数据库的制作和维护直接影响到机场地图的正确性。导航数据库的作用如 图5所示：

本文要设计和实现的基于Android平台的电子飞行包（EFB）系统既包含基本的航 图资料手册的快速查阅和电子检查单的检查功能，也将实现机场导航、飞行导航、文档资料的增量更新、飞行日志的记录、航图资料版本切换、性能数据的保存和使用等功能， 同时在地面支持系统中，本文还会设计和实现导航数据导入数据库和导航数据的对比。

1.2 研究背景及意义

在航空公司还是以纸介质的形式进行航图和手册查看的时候，联邦快递公司就曾因为飞机的《最低设备清单》（MEL）未及时换插页，而导致一架MD-11飞机上的设备不能满足要求，不得不在迪拜停机等待。为硬拷贝的《飞机维护手册》和《最低设 备清单》换插页只不过是航空公司信息管理痼疾中的一个例子，对于频繁更新的那些手 册，联邦公司需要将最新的手册运往世界各地的基地，由当地的机械员完成机上手册的换页工作。在完成整个机群换页这一过程中大约耗时30天。各个航空公司都希望可以通过先进的技术手段来解决这些问题，因此出现了电子飞行包（EFB）,以提高飞机签 派的可靠性和降低维修成本。

电子飞行包作为一种新型的电子显示系统，是航行信息管理和使用的一次重大变革。它是实现电子化航空公司的一个重要步骤，它能给航空公司以及飞行员的飞行过程带来 很多的帮助。电子飞行包的具体作用如下：

1. 减少驾驶舱内纸介质文件的数量，减少机组携带的资料重量，提高飞机组信息的检索与维护效率。

2. 提高机组携带资料的更新效率和准确率，有效降低航空公司纸介质文件的使用、维护成本，同时降低航空公司相关人员的工作负荷，提高工作效率，增 强对飞行安全的保障水平与对机组提供服务的能力与水平。

3. 保障飞行所需资料，如航图、飞机性能资料、各项检查文件、气象资料、航 行通告等实现及时、准确的内容更新，为飞机的运行安全服务。

4. 通过管理飞机系统采集的信息以及地面传输的信息，电子飞行包系统可及时、准确地计算起飞和着陆数据来降低燃油和飞机维护成本。

5. 通过管理飞机系统采集的信息以及地面传输的信息，可进行实时性能计算， 在保障飞行安全的基础上提高飞机有效负载，提高飞机运行效益。

6. 及时获取航路、机场等区域的气象信息、航行通告信息，辅助飞行机组进行 正确的形势判断，做出正确的操作决策。

7. 推动与提高空管与服务单位、机场相关单位、航空公司运行控制与安全保障 单位等的信息化建设水平，为中国民航整体发展水平的提高起到积极作用。

IT趋势调查报告显示，42%的航空公司已经实施电子飞行包，36%的航空公司通过平板电脑提供客舱服务，27%的航空公司通过平板电脑提供地面运营服务。预计2016 年底，这一比例将超过70%。不过，大部分的航空公司的电子飞行包移动平台都是基于IOS系统的IPAD,使用Android移动平台开发电子飞行包（EFB）系统的航空公司 比较少，一方面是由于Android平台上的电子飞行包系统软件比较少，另外一方面，国 外的大公司比如JEPPESEN起初就是使用的IOS平台，推广的比较早。

虽然目前大部分的电子飞行包系统都是基于I0S平台的，但是Android系统近几年发展迅猛，全球约80%的智能手机都搭载Android系统，60%的平板电脑是Android系 统。所有的计算设备中有60%也是Android系统，Windows位居第二，苹果是第三：如图6所示:

通过上图可知，从2009年到2013年间，搭载IOS系统的智能手机所占的市场份额 变化不大，但是搭载Android系统智能手机所占的市场份额增长特别快，从2009年市场份额不到10%发展到2013年所占市场份额将近80%,市场份额的增加可以看出Android系统发展迅猛，相比于其他智能操作系统有比较大的优势。

Android系统开源免费，各种生产基于Android系统的设备的厂商如雨后春笋般诞生，大大增加了硬件平台类型的选择，而且大部分的Android系统设备相比于其他智能 系统设备价格会便宜一些。Android系统的开发以及Android平台上的应用程序的开发 吸引了越来越多的开发者。根据图7可知，Android系统吸引了34%的开发者，比IOS的开发者要多。开发者的大幅增加同时又能促进Android系统平台上各种技术的发展和成熟。

就是在Android操作系统迅速发展的背景下，开发基于Android平台的电子飞行包 系统是大势所趋。开发基于Android平台的电子飞行包系统既可以减少Android系统平台设备需要的成本开销，又可以开发出具有自己知识产权的产品。

未完待续，欢迎继续关注

下一小节：研究目标及内容

配图 | 网络

编辑 | 小玉

校准 | 采虹兔