DE10016765A1 - Display system for generation of hybrid two-dimensional or three-dimensional representation of conditions within airport environment has data server that provides input to interpretation model - Google Patents

Display system for generation of hybrid two-dimensional or three-dimensional representation of conditions within airport environment has data server that provides input to interpretation model

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DE10016765A1
DE10016765A1 DE2000116765 DE10016765A DE10016765A1 DE 10016765 A1 DE10016765 A1 DE 10016765A1 DE 2000116765 DE2000116765 DE 2000116765 DE 10016765 A DE10016765 A DE 10016765A DE 10016765 A1 DE10016765 A1 DE 10016765A1
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Gunar Baier
Carsten Beuthel
Fan Dai
Emanuel Kolb
Matthias Woehlte
Peter Shelley
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ABB Patent GmbH
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Abstract

The system has a data server (1) that provides input to an interpretation model (2) and this together with a rules memory (3) allows a scene module (4) to be accessed. Together with a three-dimensional model data base (5), the system provides a two-dimensional/three-dimensional representation of the process, e.g. an airport operating system.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Datenverarbeitungssystem zur Generierung hybri­ der 2D/3D-Darstellungen von Prozeßzuständen, die auf einem Flughafenvorfeld be­ stehen, sowie auf ein Verfahren zur Generierung solcher Darstellungen.The invention relates to a data processing system for generating hybri the 2D / 3D representations of process states that are on an airport apron stand, as well as a method for generating such representations.

Die Erfindung läßt sich im Rahmen elektronischer Flughafen-Informationssysteme beispielsweise für Ressourcen-Zuordnung oder zur Einsatzplanung verwenden.The invention can be used in the context of electronic airport information systems Use for example for resource allocation or for resource planning.

Ein bekanntes elektronisches Flughafen-Informationssystem ist beispielsweise das "Universal Flight Information System - UFIS" von ABB Airport Technologies, das den Flughafenbetrieb durch automatische Ressourcenzuteilung und 2D-Visualisierung der Prozesse unterstützt. Dazu gehören Prozesse auf dem Flughafenvorfeld, wie
A well-known electronic airport information system is, for example, the "Universal Flight Information System - UFIS" from ABB Airport Technologies, which supports airport operations with automatic resource allocation and 2D process visualization. This includes processes on the apron, such as

  • - Zuordnung und Belegung von Gates und Parkpositionen durch Flugzeuge,- assignment and allocation of gates and parking positions by aircraft,
  • - Einsätze von Personalgruppen (Ladegruppen, Reinigungspersonal, etc.),- deployments of personnel groups (loading groups, cleaning staff, etc.),
  • - Einsätze von Fahrzeugen und sonstigen Bodengeräten (Tankwagen, Pushback, Treppen, etc.).- Use of vehicles and other ground equipment (tank trucks, pushback, Stairs, etc.).

Bei diesem System werden sowohl geplante Einsätze, als auch der jeweils aktuelle Zustand textuell und in zweidimensionalen Graphiken (beispielsweise Tabellen und Gantt-Charts) dargestellt. With this system, both planned assignments and the current one Condition textually and in two-dimensional graphics (e.g. tables and Gantt charts).  

Dreidimensionale Visualisierung von Flughafenvorfeld einschließlich der Flugzeuge und der Bodengeräte wird bereits in IT-Systemen im Flughafenbereich genutzt. Aller­ dings dienen diese Visualisierungen der Sicht- und Bewegungssimulation, die ent­ weder in der Architektur-, Raum- und Verkehrsplanung oder beim Training von To­ werpersonal Anwendung finden (z. B. das Total Airspace and Airport Modeller von Preston Inc.). Dabei legt man Wert auf einen möglichst realistischen räumlichen und optischen Eindruck der Szene. Eine Visualisierung von Prozeßzuständen und zu­ sätzlicher Detailinformationen zu den 3D-Objekten findet aber nicht statt.Three-dimensional visualization of the apron including the aircraft and the floor unit is already used in IT systems in the airport area. Everything However, these visualizations serve to simulate vision and movement neither in architecture, space and traffic planning nor when training To advertising personnel (e.g. the Total Airspace and Airport Modeller from Preston Inc.). It is important to have the most realistic spatial and visual impression of the scene. A visualization of process states and there is no additional detailed information about the 3D objects.

Als allgemeine Werkzeuge zur 3D-Visualisierung sind beispielsweise Programmier­ bibliotheken wie OpenGL oder WorldToolKit verfügbar, mit deren Hilfe man eine dreidimensionale Szenenbeschreibung inklusive Objektgeometrie, Farben, Transpa­ renz und Texturen in dreidimensionale Bildschirmdarstellungen umsetzen kann.Programming, for example, are general tools for 3D visualization Libraries like OpenGL or WorldToolKit are available, with the help of which one three-dimensional scene description including object geometry, colors, transparency border and textures in three-dimensional screen representations.

Nachteile bekannter Visualisierungs-Verfahren und -Systeme zur Unterstützung der Planung, Überwachung und Steuerung von Prozessen auf dem Flughafenvorfeld be­ stehen darin, daß sie sehr abstrakt sind und zudem Wissen über die räumliche Aus­ dehnung aller einzelnen Komponenten voraussetzen. Daher sind diese Darstellun­ gen von weniger geübtem Personal nur mit Einschränkungen zu gebrauchen. Auch für den geübten Benutzer ist es in Streßsituationen oft schwierig, bei bekannten Sy­ stemen den erforderlichen Überblick zu behalten, um schnell reagieren zu können.Disadvantages of known visualization methods and systems to support the Planning, monitoring and control of processes on the apron stand in that they are very abstract and also knowledge about the spatial Aus require the expansion of all individual components. Hence these representations use by less experienced personnel with restrictions. Also it is often difficult for the experienced user in stressful situations, with known systems to maintain the necessary overview in order to be able to react quickly.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zur Generierung hybrider 2D/3D-Darstellungen von Prozeßzuständen anzugeben, durch deren Anwendung die Lösung von Planungs-, Überwachungs- und Steuerungsauf­ gaben besser unterstützt wird.The invention is therefore based on the object of a system and a method for Generation of hybrid 2D / 3D representations of process states by their application is the solution of planning, monitoring and control were better supported.

Diese Aufgabe wird durch ein Datenverarbeitungssystem zur Generierung hybrider 2D/3D-Darstellungen von Prozeßzuständen, die auf einem Flughafenvorfeld beste­ hen, gelöst, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Außerdem wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 2 angegeben Merkmalen ge­ löst. This task is made more hybrid by a data processing system 2D / 3D representations of process states that best on an airport apron hen, solved, which has the features specified in claim 1. Besides, will the task by a method with the features specified in claim 2 ge solves.  

Mit der Erfindung wird im wesentlichen vorgeschlagen, mit Hilfe virtueller Reali­ täts(VR)-Technologien eine intuitive Benutzerschnittstelle zu schaffen, welche drei­ dimensionale Information mit zweidimensionaler Information mischt, um die Erledi­ gung insbesondere folgender Aufgaben im Rahmen des Betriebs eines Flughafens zu unterstützen:
The invention essentially proposes using virtual reality (VR) technologies to create an intuitive user interface which mixes three-dimensional information with two-dimensional information in order to support the execution of the following tasks in the context of the operation of an airport:

  • - Ressource Management,- resource management,
  • - Gate- und Positionsplanung/Allokation,- Gate and position planning / allocation,
  • - Flughafen-Verkehrsplanung,- airport traffic planning,
  • - Arbeitsprozeß-Validierung, und- work process validation, and
  • - Benutzer-Training.- User training.

Die Benutzerschnittstelle ist hierzu mit den Flug- und Planungsdaten verbunden und stellt die dort hinterlegten Informationen in Echtzeit dar. Die Darstellungsmethode ist abhängig von den Anwendung und wird im weiteren beschrieben.For this purpose, the user interface is connected to the flight and planning data and shows the information stored there in real time. The display method is depending on the application and is described below.

Dreidimensionale Darstellungen zeigen dem Operateur eine den geometrischen Ge­ gebenheiten folgende virtuelle Welt, die sowohl den Flughafen mit allen Run- und Taxiways als auch allen Gebäuden darstellt. Flugbewegungen und Fahrzeugbewe­ gungen werden durch virtuelle Fahrzeuge, die den maßstabsgerechten Abmessun­ gen der realen Fahrzeugen folgen, visualisiert.Three-dimensional representations show the surgeon the geometric ge following virtual world, which includes both the airport with all run and Representing taxiways as well as all buildings. Flight movements and vehicle movement are provided by virtual vehicles that measure the scale following the real vehicles, visualized.

Die einzelnen vorgenannten Aufgaben des Flughafenbetriebs und die Vorteile der Anwendung der Erfindung zur Erledigung dieser Aufgaben werden nachstehend er­ läutert.The individual aforementioned tasks of airport operations and the advantages of Application of the invention to accomplish these tasks are as follows purifies.

Ressource ManagementResource management

In diesem Szenario kontrollieren und planen Operateure (Bediener), sogenannte "Dispatcher" die Abfertigung von Flugzeugen während ihres Aufenthalts am Flugha­ fen. Durch die zusätzliche Verwendung einer dreidimensionalen VR Benutzerschnitt­ stelle kann sich der Dispatcher einen räumlichen Eindruck über die Positionierung der einzelnen Fahrzeuge an der jeweiligen Position verschaffen. Durch verschiedene Darstellungsmethoden der dreidimensionalen Objekte wie Schattierung, Farbe etc. können Konflikte schneller erkannt und verhindert werden. Weitere Informationen wie Bearbeitungsstatus, Ressourcenauslastung und weitere bereits geplante Aufträge können visualisiert werden. Zudem gibt es die Möglichkeit, die Planung innerhalb der dreidimensionalen Benutzerschnittstelle vorzunehmen und zu ändern. Hierzu werden sowohl zweidimensionale Gantt-Charts und Tabellen als auch dreidimensionale Ob­ jekte zur Verfügung gestellt zwischen denen der Benutzer frei wählen kann.In this scenario, surgeons (operators) control and plan, so-called "Dispatcher" the handling of aircraft during their stay at the airport fen. Through the additional use of a three-dimensional VR user interface the dispatcher can get a spatial impression of the positioning of the individual vehicles at the respective position. Through different Representation methods of three-dimensional objects such as shading, color etc. conflicts can be recognized and prevented more quickly. More information like Processing status, resource utilization and other already planned orders  can be visualized. There is also the option of planning within the make and change three-dimensional user interface. To do this both two-dimensional Gantt charts and tables as well as three-dimensional ob made available between which the user can choose freely.

Gate- und Positionsplanung/AllokationGate and position planning / allocation

Bei dieser Aufgabe wird vom Operateur eine Zuweisung und Planung der zur Verfü­ gung stehenden Positionen (Gates) auf die Flugzeuge durchgeführt. Durch die Be­ nutzung der VR Benutzerschnittstelle ist der Operateur in der Lage die räumlichen Abmessungen der Flugzeuge bei seiner Planung zu berücksichtigen und kann somit effizienter planen. Er kann die Überschneidung von Tragflächen genauso identifizie­ ren wie zeitliche Überschneidungen zweier Flugzeuge an einer Position. Flugdaten werden sowohl farbkodiert als auch durch unterschiedliche Schattierungsstufen dar­ gestellt. Daraus lassen sich leicht Konflikte identifizieren.For this task, the surgeon makes an allocation and planning of the position (gates) on the aircraft. By the Be Using the VR user interface, the surgeon is able to control the spatial Dimensions of the aircraft must be taken into account when planning and can therefore plan more efficiently. He can also identify the intersection of wings like temporal overlaps between two aircraft at one position. Flight data are both color-coded and represented by different shading levels posed. Conflicts can easily be identified from this.

Flughafen-VerkehrsplanungAirport traffic planning

Bei der Flughafen-Verkehrsplanung werden alle Fahrzeugbewegungen sowohl von Flugzeugen als auch von anderen Fahrzeugen überwacht, und Vorgaben über die zum jeweiligen Zeitpunkt zu benutzenden Fahrwege gemacht. Die VR Benutzerober­ fläche stellt hierzu den gesamten Flughafen in dreidimensionaler Form dar, wobei ein beliebiger Beobachterstandort vom Operateur gewählt werden kann. Alle Fahrzeuge werden mit ihrer jeweiligen Bewegung dargestellt, und auch mit ihrem jeweiligen Ausgangs- und Zielort, verbunden durch graphische Objekte. Sowohl Zusatzinforma­ tionen über den Typ und Art der Fahrzeuge, als auch Flugdaten-relevante Informa­ tionen können als graphische Objekte eingeblendet werden, und können sich wahl­ weise mit den Objekten mitbewegen. Durch Zeitrafferfunktionen können zudem Si­ mulationsergebnisse in die Darstellung miteinfließen.In airport traffic planning, all vehicle movements are both from Airplanes as well as other vehicles are monitored, and specifications about the routes to be used at the respective time. The VR user super The area represents the entire airport in three dimensions, with a Any observer location can be chosen by the surgeon. All vehicles are represented with their respective movement, and also with their respective Departure and destination, connected by graphic objects. Both additional information information about the type and type of vehicles, as well as information relevant to flight data ions can be displayed as graphic objects and can be selected move wisely with the objects. Time-lapse functions also allow Si flow the simulation results into the representation.

Arbeitsprozeß-ValidierungWork process validation

Arbeitsprozesse sind zumeist vordefinierte Abläufe, die Arbeiten an Maschinen oder technischen Gerät beschreiben. Um einen optimale Ablauf zu gewährleisten, bietet die VR-Benutzerschnittstelle die Möglichkeit, diese Arbeitsabläufe virtuell zu durch­ laufen um Schwachstellen aufzudecken. Diese Eigenschaft wird hierbei durch den zusätzlichen Gewinn der räumlichen Dimension ermöglicht. Work processes are mostly predefined processes, work on machines or describe technical device. To ensure an optimal process, offers the VR user interface the ability to virtually complete these workflows run to reveal vulnerabilities. This property is achieved by the enables additional gain of the spatial dimension.  

Benutzer-TrainingUser training

Bei herkömmlichen Benutzeroberflächen bekommt ein Bediener, der Planungs- und Überwachungsaufgaben erledigt, kein visuelles Feedback, da er anhand von Tabel­ len und Charts das gelingen seiner Planungshandlungen nicht mit realen Handlun­ gen in Verbindung bringen kann. Durch die VR-Benutzeroberfläche bekommt er für alle Handlungen ein der virtuellen Realität entsprechendes visuelles Feedback, wel­ ches er intuitiv - da es der tatsächlichen Realität entspricht - aufnehmen kann. Da zudem auch die räumlichen Dimensionen verfügbar sind, ist er in der Lage, Längen und Zeiten abzuschätzen.With conventional user interfaces, one operator gets the planning and Surveillance tasks done, no visual feedback as it is based on Tabel len and charts that his planning actions do not succeed with real actions gen can connect. Through the VR user interface he gets for all actions a visual feedback corresponding to virtual reality, wel ches he can intuitively - since it corresponds to the actual reality. There in addition, the spatial dimensions are available, he is able to lengths and estimate times.

Eine weitere Beschreibung der Erfindung und deren Vorteile erfolgt nachstehend an­ hand eines in Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispiels.A further description of the invention and its advantages follows below hand of an embodiment shown in drawing figures.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Komponenten eines Visualisierungssystems, und Fig. 1 components of a visualization system, and

Fig. 2 eine Tabelle als zweidimensionale Darstellung. Fig. 2 is a table as a two-dimensional representation.

Fig. 1 zeigt die Komponenten eines erfindungsgemäßen Datenverarbeitungssystems, das eine online Visualisierung von Prozeßzuständen auf einem Flughafenvorfeld er­ möglicht, wobei dreidimensionale Information mit zweidimensionaler Information ge­ mischt wird, um folgende Aufgaben während des Betriebs eines Flughafens besser zu unterstützen:
Fig. 1 shows the components of a data processing system according to the invention that it enables an online visualization of process conditions at an airport apron, wherein three-dimensional information to two-dimensional information ge mixed, in order to support the following tasks better during operation of an airport:

  • - Zuordnung von Gate und Parkposition,- assignment of gate and parking position,
  • - Planung von Einsätzen für Personalgruppen,- planning assignments for staff groups,
  • - Planung von Einsätzen von Bodengeräten.- Planning the use of floor equipment.

Komponenten des Systems sind ein Prozeßdatenserver 1, ein Interpretations-Modul 2, ein Regel-Speicher 3, ein Szenenmodul 4, eine 3D-Modelldatenbank 5, ein Rende­ rer 7, und ein Konfigurationsdaten-Speicher 8. Generiert werden vom System ein Szenengraph 6 und daraus 2D/3D-Darstellungen 9. Components of the system are a process data server 1 , an interpretation module 2 , a control memory 3 , a scene module 4 , a 3D model database 5 , a renderer 7 , and a configuration data memory 8 . The system generates a scene graph 6 and from it 2D / 3D representations 9 .

Die Komponenten und die Arbeitsweise des Systems werden nachstehend erläutert, wobei nach einer Phase der Initialisierung und einer Betriebsphase unterschieden wird.The components and operation of the system are explained below, distinguishing between a phase of initialization and an operating phase becomes.

In der Initialisierungsphase liefert der Prozeßdatenserver 1 den gegebenen aktuellen Zustand des Prozesses, welcher vom Interpretationsmodul 2 in eine graphische Re­ präsentation umgesetzt wird. Dazu werden im Regel-Speicher 3 gespeicherte Inter­ pretationsregeln verwendet, die zum Beispiel vorgeben, in welcher Farbe ein Objekt bestimmten Typs in dem gegebenen Zustand darzustellen ist. In der Initialisierungs­ phase wird der Szenengraph 6 vom Szenenmodul 4 mit Hilfe von Informationen er­ zeugt, die in der 3D-Modelldatenbank 5 gespeichert sind. Der Renderer 7 setzt die Beschreibung im Szenengraphen 6 unter Zugriff auf Konfigurationsdaten, die im Konfigurationsdaten-Speicher 8 gespeichert sind, und entsprechend diesen Konfigu­ rationsdaten in Darstellungen 9 zur Darstellung auf einem Bildschirm oder einem an­ deren Ausgabemedium um.In the initialization phase, the process data server 1 delivers the current state of the process, which is interpreted by the interpretation module 2 in a graphical representation. For this purpose, interpretation rules stored in the rule memory 3 are used which, for example, specify the color in which an object of a certain type is to be represented in the given state. In the initialization phase, the scene graph 6 is generated by the scene module 4 with the aid of information that is stored in the 3D model database 5 . The renderer 7 implements the description in the scene graph 6 by accessing configuration data stored in the configuration data memory 8 and correspondingly to this configuration data in representations 9 for display on a screen or on its output medium.

In der Betriebsphase paßt das Szenenmodul 4 den Szenengraphen 6 entsprechend den jeweils geänderten Prozeßdaten an, so daß die angestrebte aktuelle graphische Repräsentation des Prozesses im Szenengraphen 6 jeweils durch dessen Struktur, die sich in der Betriebsphase ändern kann, und den Knoteninhalt als eine dreidimen­ sionale Szene beschrieben ist.In the operating phase, the scene module 4 adjusts the scene graph 6 in accordance with the respectively changed process data, so that the desired graphic representation of the process in the scene graph 6 in each case by its structure, which can change in the operating phase, and the node content as a three-dimensional scene is described.

Im folgenden werden die Systemkomponenten weiter beschrieben.The system components are described further below.

Der Prozeßdatenserver 1 versorgt die nachgeschalteten Systemkomponenten mit den aktuellen Informationen über die Prozesse auf dem Flughafenvorfeld. Als Daten­ quellen können alle automatischen und manuellen Erfassungen dienen. Die wichtig­ sten Prozeßdaten sind dabei:
The process data server 1 supplies the downstream system components with the current information about the processes on the apron. All automatic and manual entries can serve as data sources. The most important process data are:

  • - Flugdaten (Flugplan und aktueller Stand eines Fluges),- flight data (flight schedule and current status of a flight),
  • - aus den Flugdaten abgeleiteter Bedarf an Ressourcen (Gate, Parkposition, Per­ sonal, Equipment),- The need for resources derived from the flight data (gate, parking position, per staff, equipment),
  • - Einsatzplan der Ressourcen, und- deployment plan of resources, and
  • - Aktueller Stand der Einsätze bzw. der Belegung der Ressourcen.- Current status of the operations or the allocation of resources.

Diese Daten sind dynamisch. Nach der Initialisierungsphase des Systems wird jedes Ereignis, d. h. Änderungen der Daten erfaßt und an die nachgeschalteten System­ komponenten weitergeleitet.This data is dynamic. After the initialization phase of the system, each Event, d. H. Changes to the data are recorded and sent to the downstream system components forwarded.

Prozeßereignisse sind (diskrete) Änderungen der Prozeßdaten wie etwa: das Flug­ zeug xyz ist angekommen; ein Konflikt der Gatebelegung liegt vor; die geplante La­ degruppe hat Verspätung; eine neue Ladegruppe wird dem Flug zugeordnet. Diese Ereignisse sind also Änderungen der Zustände des Prozesses bzw. der Objekte, die nun auch graphisch darzustellen sind. Die Interpretation der Prozeßereignisse be­ deutet daher die Umsetzung von Zustandsänderungen in graphische Repräsentatio­ nen. Als graphische Repräsentationen können die Geometrie der Objekte, ihre Dar­ stellungsattribute (z. B.: Farbe, Transparenz) bzw. zwei- oder dreidimensionale Sym­ bole sein. Die Umsetzung von Ereignissen in graphische Repräsentationen ge­ schieht entsprechend einem Satz von vordefinierten und im Regel-Speicher 3 abge­ legten Regeln.Process events are (discrete) changes to the process data such as: the aircraft xyz has arrived; there is a conflict with the gate assignment; the planned loading group is late; a new loading group is assigned to the flight. These events are therefore changes in the states of the process or the objects, which are now also to be represented graphically. The interpretation of the process events therefore means the implementation of changes in state in graphic representations. The geometry of the objects, their display attributes (e.g. color, transparency) or two- or three-dimensional symbols can be graphic representations. The conversion of events into graphical representations takes place according to a set of predefined rules stored in the rule memory 3 .

Zu den gespeicherten Regeln für EreignisinterpretationTo the saved rules for event interpretation

In der dreidimensionalen Visualisierung des Flughafenvorfeldes dienen die Geome­ trie der Objekte der Veranschaulichung der räumlichen und logischen Zuordnung der Ressourcen, nicht deren exakte Positionen. Graphische Attribute, wie Farbe und Transparenz sind Repräsentationen der Zustände des Prozesses und von Objekten. Die Zuordnung zwischen diesen Attributen und den Zuständen ist wesentlich. Dabei gelten zum Teil Gebrauchsregeln der Flughafen- bzw. Betreibergesellschaften. Ein typisches Beispiel für Regeln bei der Verwendung von Farben sind:
In the three-dimensional visualization of the airport apron, the geometry of the objects serves to illustrate the spatial and logical allocation of resources, not their exact positions. Graphic attributes such as color and transparency are representations of the states of the process and of objects. The assignment between these attributes and the states is essential. The rules of use of the airport or operating companies apply in some cases. A typical example of rules when using colors are:

  • - Rot = Konflikte,- red = conflicts,
  • - Grün = Ankunft/Einsatz bestätigt,- Green = arrival / assignment confirmed,
  • - Gelb = Ankunft/Einsatz erwartet, aber noch nicht bestätigt.- Yellow = arrival / deployment expected but not yet confirmed.

Weiterhin kann die Darstellungsart der 3D-Objekte (Liniendarstellung, beleuchtete Oberflächendarstellung, transparente Darstellung, etc.) verwendet werden, um zwi­ schen Bedarf und aktuellem Einsatz zu unterscheiden:
Furthermore, the type of representation of the 3D objects (line representation, illuminated surface representation, transparent representation, etc.) can be used to differentiate between need and current use:

  • - Transparent = Bedarf besteht,- Transparent = there is a need,
  • - Solid = Ressourcen im Einsatz an der dargestellten Position/Ort.- Solid = resources in use at the position / location shown.

Die Verwendung einer Regelbasis in Form der Im Speicher 3 gespeicherten Regeln anstelle direkter Codierung hat den Vorteil, daß die Regeln leicht adaptiert werden können.The use of a rule base in the form of the rules stored in the memory 3 instead of direct coding has the advantage that the rules can be easily adapted.

Zum Modul 4 zur Generierung und Manipulation von SzenenTo module 4 for the generation and manipulation of scenes

Für eine dreidimensionale Darstellung Konfigurationsdaten wird eine Beschreibung der Szene benötigt, die sowohl die physikalischen Objekte wie die Flughafengebäu­ de, Flugzeuge und Equipment, als auch die symbolischen Darstellungen, wie virtuelle Texttafeln, enthält. Diese Szene wird durch den Szenengraphen 6 beschrieben. Das Modul 4 zur Szenengenerierung und Szenenmanipulation hat die Aufgabe, den Szenengraphen 6 bei der Initialisierung des Systems zu erzeugen und danach ent­ sprechend dem Zustand des Prozesses zu aktualisieren.For a three-dimensional representation of configuration data, a description of the scene is required, which contains both the physical objects such as the airport buildings, aircraft and equipment, and the symbolic representations, such as virtual text panels. This scene is described by the scene graph 6 . The module 4 for scene generation and scene manipulation has the task of generating the scene graph 6 during the initialization of the system and then updating it accordingly to the state of the process.

Bei der Initialisierung wird die Struktur des Szenengraphen angelegt. Aus den Basi­ sinformationen über die verschiedenen Typen von Objekte, welche in der 3D-Modell­ datenbank 5 enthalten ist, werden die Geometrie und Darstellungsattribute der Ob­ jekte in der Szene erzeugt. Bei jedem Prozeßereignis wird dann geprüft, ob eine Än­ derung der graphischen Repräsentation vorzunehmen ist. Ist es der Fall, werden die dazugehörenden Einträge im Szenengraphen 6 angepaßt. Das kann sowohl eine Modifikation der Struktur des Szenengraphen 6, als auch Änderungen der Attribute einzelner Objekte (Knoten des Szenengraphen) sein.The structure of the scene graph is created during initialization. The geometry and representation attributes of the objects in the scene are generated from the basic information about the different types of objects, which is contained in the 3D model database 5 . For each process event, it is then checked whether the graphic representation needs to be changed. If this is the case, the corresponding entries in the scene graph 6 are adapted. This can be both a modification of the structure of the scene graph 6 and changes in the attributes of individual objects (nodes of the scene graph).

3D-Modelldatenbank 53D model database 5

Da es bei der zu unterstützenden Anwendung nicht auf eine realistische Sichtsimula­ tion ankommt, sondern viel mehr auf die Darstellung der zeitlich-räumlichen Zusam­ menhänge und Zustände, wird der Ansatz der funktion-realistischen Darstellung der Flughafenobjekte verwendet. Das bedeutet: es werden typische, für die Benutzer des Systems leicht wiedererkennbare geometrische Modelle für jeden Typ von Objekten verwendet. Diese Basismodelle werden in der 3D-Modelldatenbank gespeichert und verwaltet. Zusätzlich zu der Geometrie und den Standard-Darstellungsattributen wer­ den Identifikatoren, wie z. B. Logos der Fluggesellschaften und Dienstleistungsfirmen, als Texturen gespeichert. Since the application to be supported is not based on a realistic visual simulation tion arrives, but much more on the representation of the temporal-spatial combination and conditions, the approach of the function-realistic representation of the Airport objects used. That means: it will be typical for the users of the Systems easily recognizable geometric models for any type of objects used. These basic models are stored in the 3D model database and managed. In addition to the geometry and the standard display attributes, who the identifiers, e.g. B. Logos of airlines and service companies, saved as textures.  

Als Objekte sind vor allem Flugzeuge, Fahrzeuge, Personengruppen, funktionale Gebäudeteile und ähnliche zu berücksichtigen, außerdem das Modell des jeweiligen Flughafenvorfeldes einschließlich Landebahnen und Gebäude.Above all, planes, vehicles, groups of people are functional objects Building parts and similar to take into account, also the model of the respective Airport apron including runways and buildings.

Szenengraph 6Scene graph 6

Der Szenengraph 6 ist eine Strukturierung und Organisation der die Szene beschrei­ benden Daten. Er ist typischerweise hierarchisch aufgebaut und enthält verschiedene Arten von Knoten. Näheres zum allgemeinen Aufbau eines Szenengraphen findet man u. a. in J. Werneke: "The Inventor Mentor, Programming Object-Oriented 3D Graphics with OpenInventor", Addison-Wesley, 1994.The scene graph 6 is a structuring and organization of the data describing the scene. It is typically hierarchical and contains different types of nodes. More about the general structure of a scene graph can be found in J. Werneke: "The Inventor Mentor, Programming Object-Oriented 3 D Graphics with OpenInventor", Addison-Wesley, 1994.

Bei der Darstellung von dynamischen Szenen werden die Knoten des Szenengra­ phen gruppiert in:
When displaying dynamic scenes, the nodes of the scene graph are grouped into:

  • - Dynamische Objekte = Objekte, die sich bewegen oder deren Zustand sich än­ dert,- Dynamic objects = objects that move or whose state changes changes
  • - Statische Umgebungsobjekte = sonstige Objekte,- Static environmental objects = other objects,
  • - Darstellungselemente = Lichtquellen, Kameras, etc., die zur Erzeugung der Dar­ stellungen dienen.- Representation elements = light sources, cameras, etc., which are used to generate the dar serve positions.

Diese Gruppierung ermöglicht eine effiziente Manipulation des Szenengraphen.This grouping enables efficient manipulation of the scene graph.

Renderer 7Renderer 7

Der Renderer 7 ist die Systemkomponente, welche den Szenengraphen 6 auf die Darstellungen 9 umsetzt. Dazu gehören sowohl die 3D-Darstellungen der Objekte, als auch die Organisation der Darstellungsfläche und von Darstellungselementen. Für das letztere werden im Konfigurationsdaten-Speicher 8 gespeicherte Konfigurati­ onsdaten verwendet. Die Arbeitsweise eines Renderers ist bekannt und bedarf daher keiner näheren Erläuterung. Konfigurationsdaten könnten beispielsweise sein: Zeige die Übersichtsdarstellung des gesamten Flughafens und eine Nahdarstellung des Gates 10. In gleicher Weise werden Menüs und Informationsfenster erzeugt.The renderer 7 is the system component which converts the scene graph 6 to the representations 9 . This includes the 3D representation of the objects as well as the organization of the display area and display elements. For the latter, configuration data stored in the configuration data memory 8 are used. The mode of operation of a renderer is known and therefore does not require any further explanation. Configuration data could be, for example: show an overview of the entire airport and a close-up view of gate 10 . Menus and information windows are created in the same way.

Für die Realisierung des Renderers können Standardwerkzeuge, z. B. 3D-Pro­ grammierbibliotheken, wie OpenGL oder WorldToolKit verwendet werden.Standard tools, e.g. B. 3D Pro programming libraries such as OpenGL or WorldToolKit can be used.

Konfigurationsdaten für DarstellungenConfiguration data for representations

Die Szene kann, je nach Bedarf, in mehrere Fenster unter Verwendung unterschied­ licher Projektionsparameter dargestellt werden. Auch können die Projektionspara­ meter einzelner Fenster sich ändern. Ferner gehören zu den Darstellungen 2D-Ele­ mente, wie Menüs und Informationsfenster zu den Objekten.The scene can be divided into multiple windows using as needed projection parameters. Also the projection pair meters of individual windows change. Furthermore, 2D-Ele elements such as menus and information windows for the objects.

Informationen darüber, wie all diese Darstellungselemente auf der Darstellungsflä­ che, typischer Weise dem Bildschirm, zu plazieren und parametrisieren sind, werden als Konfigurationsdaten zusammengefaßt. Diese Daten können vordefiniert, aus ei­ ner vorangegangenen Session aus abgespeichert, aber auch von der interaktiven Eingabe des Benutzers abgeleitet sein.Information on how all of these display elements are displayed on the display surface typical, the screen to be placed and parameterized summarized as configuration data. This data can be predefined from egg saved from a previous session, but also from the interactive one User input.

Darstellungen 9Representations 9

Die Darstellungen sind das Ergebnis des beschriebenen Systems. Dazu gehören, wie vorstehend beschrieben, sowohl die 3D-Darstellungen der Szenen, als auch zu­ sätzliche 2D-Elemente. Sie bieten zusammen dem Benutzer des Systems den Über­ blick über den zeitlichen und räumlichen Zustand des Prozesses auf dem Flughafen­ vorfeld, und ermöglichen bessere Planung, Überwachung und Steuerung des Pro­ zesses.The representations are the result of the system described. This includes, as described above, both the 3D representations of the scenes as well additional 2D elements. Together they offer the user of the system the over view of the temporal and spatial state of the process at the airport apron, and enable better planning, monitoring and control of the pro zesses.

An einem Beispiel soll die Funktionsweise des Systems weiter veranschaulicht wer­ den:The functionality of the system will be further illustrated using an example the:

Aus einem zugrundeliegenden Flugplan ergibt sich die Information: Flug LH999, ge­ planter Ankunft 10:00. Dafür wird unter Berücksichtigung aller sonstigen Flüge der Bedarf an Ressourcen ermittelt, und der Einsatz (automatisch oder interaktiv) im Voraus geplant. Die Vorgänge bzw. Prozesse auf dem Flughafenvorfeld werden überwacht und gegebenenfalls korrigiert. In der als Fig. 2 gezeigten Tabelle sind die Ereignisse, die Repräsentationen und die dazugehörigen Szenengraphmanipulatio­ nen zusammengestellt.The information from an underlying flight plan results: flight LH999, planned arrival 10:00. For this purpose, the need for resources is determined taking into account all other flights, and the deployment (automatic or interactive) is planned in advance. The processes or processes on the apron are monitored and corrected if necessary. In the table shown as FIG. 2, the events, the representations and the associated scene graph manipulations are compiled.

Claims (2)

1. Datenverarbeitungssystem zur Generierung hybrider 2D/3D-Darstellungen (9) von Prozeßzuständen, die auf einem Flughafenvorfeld bestehen, wobei
  • a) ein Prozeßdatenserver (1) angeordnet ist, aus dem Prozeßdaten abrufbar sind und der dafür eingerichtet ist, Prozeßereignisse zu melden,
  • b) ein Interpretationsmodul (2) vorhanden und dafür eingerichtet ist,
  • - in einer Initialisierungsphase den gegebenen Prozeßzustand repräsentierende Prozeßdaten aus dem Prozeßdatenserver (1) abzurufen, und unter Verwendung von Interpretationsregeln, die in einem Regel-Speicher (3) gespeichert sind, die Prozeßdaten in eine graphische Repräsentation umzusetzen und einem Szenen­ modul (4) zuzuführen,
  • - in einer Betriebsphase aufgrund eines gemeldeten Prozeßereignisses geänderte Prozeßdaten aus dem Prozeßdatenserver (1) abzurufen und in geänderte oder neue graphische Repräsentationen umzusetzen und dem Szenenmodul (4) zu­ zuführen,
    • a) das Szenenmodul (4) dafür eingerichtet ist, unter Zugriff auf Informationen in ei­ ner 3D-Modelldatenbank (5) einen Szenengraphen (6) in der Initialisierungsphase zu generieren und in der Betriebsphase zu aktualisieren, und einem Renderer (7) zuzuführen, und
    • b) der Renderer (7) dafür eingerichtet ist, den Szenengraphen (6) in hybride 2D/3D- Darstellungen (9) umzusetzen.
1. Data processing system for generating hybrid 2D / 3D representations ( 9 ) of process states that exist on an airport apron, wherein
  • a) a process data server ( 1 ) is arranged, from which process data can be called up and which is set up to report process events,
  • b) an interpretation module ( 2 ) is available and set up for this,
  • - Retrieve process data representing the given process state from the process data server ( 1 ) in an initialization phase, and use interpretation rules that are stored in a rule memory ( 3 ) to convert the process data into a graphic representation and to supply a scene module ( 4 ) ,
  • - to retrieve changed process data from the process data server ( 1 ) in an operating phase due to a reported process event and to convert it into changed or new graphic representations and to feed it to the scene module ( 4 ),
    • a) the scene module ( 4 ) is set up to generate a scene graph ( 6 ) in the initialization phase and to update it in the operating phase while accessing information in a 3D model database ( 5 ), and to supply it to a renderer ( 7 ), and
    • b) the renderer ( 7 ) is set up to convert the scene graph ( 6 ) into hybrid 2D / 3D representations ( 9 ).
2. Verfahren zur Generierung hybrider 2D/3D-Darstellungen (9) von Prozeß­ zuständen, die auf einem Flughafenvorfeld bestehen, wobei
  • a) ein Prozeßdatenserver (1) verwendet wird, aus dem Prozeßdaten abrufbar sind und der dafür eingerichtet ist, Prozeßereignisse zu melden,
  • b) mittels eines Interpretationsmoduls (2)
  • - in einer Initialisierungsphase den gegebenen Prozeßzustand repräsentierende Prozeßdaten aus dem Prozeßdatenserver (1) abzurufen werden, und unter Ver­ wendung von Interpretationsregeln, die in einem Regel-Speicher (3) gespeichert sind, die Prozeßdaten in eine graphische Repräsentation umgesetzt werden und einem Szenenmodul (4) zugeführt werden,
  • - in einer Betriebsphase aufgrund eines gemeldeten Prozeßereignisses geänderte Prozeßdaten aus dem Prozeßdatenserver (1) abgerufen und in geänderte oder neue graphische Repräsentationen umgesetzt werden und dem Szenenmodul (4) zugeführt werden,
    • a) mittels des Szenenmoduls (4) und unter Zugriff auf Informationen in einer 3D- Modelldatenbank (5) ein Szenengraph (6) in der Initialisierungsphase generiert und in der Betriebsphase aktualisiert wird, und einem Renderer (7) zugeführt wird, und
    • b) mittels des Renderers (7) der Szenengraph (6) in hybride 2D/3D-Darstellungen (9) umgesetzt wird.
2. Method for generating hybrid 2D / 3D representations ( 9 ) of process states that exist on an airport apron, whereby
  • a) a process data server ( 1 ) is used, from which process data can be called up and which is set up to report process events,
  • b) by means of an interpretation module ( 2 )
  • - be in an initialization phase, the given process state representing process data from the process data server (1) retrieve and Ver application of interpretation rules stored in a rule storage (3), the process data is converted into a graphical representation and a scene module (4 ) are fed
  • - In an operating phase, changed process data are called up from the process data server ( 1 ) on the basis of a reported process event and converted into changed or new graphic representations and fed to the scene module ( 4 ),
    • a) by means of the scene module ( 4 ) and with access to information in a 3D model database ( 5 ), a scene graph ( 6 ) is generated in the initialization phase and updated in the operating phase, and is supplied to a renderer ( 7 ), and
    • b) the renderer ( 7 ) converts the scene graph ( 6 ) into hybrid 2D / 3D representations ( 9 ).
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