Brevet FR3014555A1 — publié le 20150612

Système de représentation d'indications cartographiques à échelles multiples Le domaine général de l'invention est celui des systèmes de gestion des missions aéronautiques comportant un affichage cartographique. Le domaine plus particulier est celui de la gestion de l'affichage et de la représentation cartographique des différentes données en cas de changement d'échelle. Ces systèmes sont utilisés au sol pour réaliser des préparations de mission ou à bord des aéronefs sur des systèmes embarqués fonctionnant en temps réel. Ils permettent alors la préparation, le suivi ou la 10 modification de la mission. Ces systèmes ont pour objectif d'apporter une vision d'ensemble claire et cohérente de la situation de l'aéronef dans son environnement. Les principales informations à afficher sont les données de navigation : 15 - Aéroports et héliports ; - Balises de navigation de type NDB (Non Directional Beacon), VOR (VHF Omnidirectional Range), DME (Distance Measuring Equipment), VORDME, TACAN (TACtical Air Navigation), VORTAC, ILS (Instrument Landing System) ; 20 - Points de passage aéronautiques ou « Waypoints » ; - Procédures de type routes aériennes ou « airways », SID (Standard Instrument Departure), STAR ( Standard Terminal Arrivai Route), APP (Approches) ; - Secteurs aériens ou « airspaces ». 25 Toutes les données ci-dessus sont présentes dans les bases de données sous des formats standardisés comme le format ARINC 424 ou « Navigation System Data Base Standard ». Les données concernant les obstacles ponctuels, linéaires ou surfaciques sont également critiques pour les systèmes aéronautiques. Ces données d'obstacles sont également 30 présentes dans des bases de données. Un système de gestion de missions aéronautiques comporte essentiellement quatre parties principales représentées en figure 1 et qui sont : - Un outil de préparation de la base de données noté « outils » ; - La base de données proprement dit ou « Database » ou « BDD » ; - Un calculateur ou « Processing » dont les fonctions sont de sélectionner les données utiles destinées à être afficher en fonction du terrain survolé, de l'échelle sélectionnée ainsi que d'un certain nombre de facteurs dépendant du vol ou de la mission ; - Enfin, un ou plusieurs dispositifs de visualisation affichant les données sélectionnées notés « Affichage » sur la figure 1. La mise en place d'un tel système doit répondre à deux objectifs principaux. L'ergonomie de l'interface doit assurer la meilleure lisibilité possible des données sélectionnées ainsi que leur cohérence et la continuité d'affichage lorsque l'échelle change. Le système doit fonctionner en temps réel avec un espace mémoire limité. Il est donc nécessaire d'optimiser le volume d'espace disque nécessaire et la charge de travail du calculateur. La tenue de ces objectifs pose un certain nombre de problèmes détaillés ci-dessous. Les données à afficher sont très nombreuses. A des échelles importantes, celles correspondant à un pays ou une région, il n'est pas envisageable d'afficher toutes les données car l'information trop importante n'est plus lisible. Pour favoriser une bonne compréhension d'un affichage complexe, il est nécessaire d'assurer une bonne continuité d'affichage lorsque l'utilisateur change d'échelle ou de représentation. Ce changement peut se faire continûment ou par saut. Dans tous les cas, le système doit afficher, à chaque étape intermédiaire, un affichage lisible et cohérent. La continuité d'affichage doit également permettre d'éviter les effets de « clignotement », c'est-à-dire qu'un élément ou une donnée qui disparaît à une certaine échelle ne doit plus réapparaître à une échelle supérieure. Pour résoudre ces différents problèmes, Les solutions existantes sont de deux types. On peu réaliser un filtrage d'informations soit au niveau 5 de la BDD soit au niveau du processing. Le filtrage d'informations au niveau de la BDD est aujourd'hui le standard. Cette solution est appliquée dans toutes les présentations industrielles et grand public. Elle consiste à construire plusieurs databases avec des niveaux de précision des informations différents. Chaque BDD est 10 construite pour permettre un rendu optimal à une échelle donnée. Dynamiquement, le système cartographique utilise la base de données optimale la plus proche de l'échelle courante. Cette solution présente les inconvénients suivants : - Absence de continuité d'affichage pour des changements d'échelle 15 continus. Le passage d'une base de données à l'autre entraine un changement brutal de représentation incompatible du besoin de continuité dans l'affichage. Le passage d'une base de données à une autre nécessite généralement une durée ou latence. Le traitement transitoire associé qui correspond à un effacement 20 complet de l'image ou à une image incomplète ou à un blocage de l'interaction avec le système renforce la sensation de discontinuité dans l'affichage ; - Important volume de mémoire nécessaire. La solution nécessite de construire plusieurs bases de données, et donc de les dupliquer. 25 Le volume de mémoire nécessaire augmente en conséquence. Cela n'est pas pénalisant pour les solutions accédant à une BDD via une interface « Web ». Par contre, ce problème est très pénalisant pour une base de données embarquée autonome présente dans un système avionique. 30 Dans le filtrage d'informations au niveau du processing, le système calcule dynamiquement la quantité optimale d'éléments à afficher à une échelle donnée en fonction de règles de filtrage permettant de sélectionner lesdits éléments. On parle aussi de « decluttering ». A titre 35 d'exemples de règles de filtrage dynamique, on citera : - Ne pas dépasser un nombre maximal d'éléments affichés par type d'objet ; - Ne plus afficher certains objets au-dessus d'une certaine échelle ; - Etablir une hiérarchie des priorités des objets en fonction de leur type , - Etablir une hiérarchie des priorités des objets en fonction de leur distance à l'avion. Cette dernière solution présente trois inconvénients détaillés ci- dessous : - Complexité des règles de « decluttering ». Les règles de decluttering « avancées » comme, par exemple, la détection de chevauchement graphique d'objets proches, nécessitent des calculs complexes réalisés dynamiquement. La mise en oeuvre dynamique de règles avancées est peu performante sur du matériel grand public haut de gamme et totalement incompatible des calculateurs avioniques actuels. - Processus de mise à jour complexe. Pour faire évoluer une représentation liée à une règle, il est systématiquement obligatoire de modifier le logiciel. - Continuité d'affichage perfectible. Pour résoudre les problèmes évoqués ci-dessus, les solutions existantes mettent en oeuvre un compromis qui se fait généralement au détriment de la continuité d'affichage. Il est à noter que certaines solutions mises en oeuvre pour les applications grand public combinent les deux méthodes pour chercher à réduire les problèmes rencontrés, sans toutefois totalement les résoudre. L'objet de l'invention est d'associer à chaque représentation de l'objet une échelle dépendant de l'objet et à partir de laquelle ladite représentation est affichée. Cette échelle est préalablement calculée. L'invention peut être mise en oeuvre pour une seule représentation par objet et une seule échelle. Dans ce cas, lorsque l'échelle courante est strictement inférieure à ladite échelle, l'objet n'est pas représenté. Il est préférable cependant que chaque donnée comporte au moins deux représentations symboliques avec deux échelles différentes associées de façon à créer des paliers de représentation. Plus précisément, l'invention a pour objet un système de représentation d'indications cartographiques pour aéronef, ledit système comportant au moins une base de données cartographique, un calculateur graphique, un dispositif d'affichage et des moyens de sélection de l'échelle des données cartographiques affichées, chaque donnée cartographique comportant une première représentation symbolique, caractérisé en ce que, à la première représentation symbolique est associée une première échelle dépendant de ladite donnée cartographique et, lorsque les moyens de sélection sélectionnent une échelle supérieure ou égale à la première échelle, la première représentation est 15 affichée sur le dispositif d'affichage, lorsque les moyens de sélection sélectionnent une échelle inférieure strictement à la première échelle, la première représentation n'est plus affichée sur le dispositif d'affichage. Avantageusement, chaque donnée cartographique comporte au 20 moins une seconde représentation symbolique associée à une seconde échelle inférieure à la première échelle, ladite seconde échelle dépendant de ladite donnée cartographique telle que : lorsque les moyens de sélection sélectionnent une échelle comprise entre la première échelle et la seconde échelle, la seconde 25 représentation est affichée sur le dispositif d'affichage, lorsque les moyens de sélection sélectionnent une échelle inférieure strictement à la seconde échelle, le symbole n'est plus affiché sur le dispositif d'affichage. Avantageusement, à chaque donnée est associé un ordre de 30 priorité, la détermination de la première échelle et/ou de la seconde échelle étant faite en fonction de cet ordre de priorité. Avantageusement, à partir d'une échelle déterminée, toutes les données correspondant à un même ordre de priorité déterminé sont affichées sur le dispositif d'affichage avec la même première représentation 35 symbolique ou la même seconde représentation symbolique. 3014 5 5 5 6 Avantageusement, à partir d'une échelle déterminée, toutes les données correspondant à un même ordre de priorité déterminé ne sont plus affichées sur le dispositif d'affichage. Avantageusement, une première donnée étant disposée à un 5 premier emplacement, la détermination de la première échelle et/ou de la seconde échelle de ladite première donnée est faite en fonction de la distance qui sépare ce premier emplacement du plus proche emplacement d'une seconde donnée. Avantageusement, les données étant regroupées en catégories, la 10 première échelle et/ou la seconde échelle sont identiques pour toutes les données d'une même catégorie. Avantageusement, la détermination de la première échelle et/ou de la seconde échelle dépendent de la sélection ou de l'absence de sélection de données d'une catégorie différente. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 déjà commentée représente le synoptique d'un 20 système de gestion de mission ; La figure 2 représente pour deux données différentes leurs représentations symboliques respectives ; La figure 3 représente la gestion des échelles associées aux représentations symboliques pour deux données proches de priorité 25 identiques ; Les figures 4 et 5 représentent la gestion des échelles associées aux représentations symboliques pour deux données proches de priorité différente à deux échelles différentes. 30 Dans la suite du texte, le terme « échelle » désigne le rapport entre la mesure d'un objet réel et la mesure de sa représentation cartographique. Elle est exprimée par une valeur numérique qui est généralement sous forme de fraction. On a adopté la convention suivante. Ainsi, une échelle au 1/100 000 signifie qu'un centimètre sur la carte 35 correspond à un kilomètre sur le terrain. L'expression « à grande échelle » désigne donc une échelle qui se rapproche de l'échelle 1/1. Au contraire, « à petite échelle » désigne une échelle de valeur élevée qui s'éloigne de l'échelle 1/1 et qui correspond à une représentation de taille réduite. Par conséquent, à une échelle supérieure à une autre échelle, des détails plus fins apparaissent et la zone cartographique affichée diminue. Le système de visualisation embarqué sur aéronef selon l'invention comporte une base de données cartographique, un calculateur graphique, au moins un dispositif d'affichage et des moyens de sélection de 10 l'échelle des données cartographiques affichées. Dans les aéronefs modernes, le système comporte généralement plusieurs dispositifs de visualisation disposés dans le cockpit affichant les paramètres nécessaires au pilotage et à la navigation et plus généralement, à l'accomplissement de la mission. Il existe différentes façons de représenter 15 le terrain survolé. On peut le représenter par une vue cartographique bidimensionnelle ou tridimensionnelle. Comme il a été dit, ces vues comportent nécessairement des données de navigation. Le pilote peut sélectionner l'échelle du terrain survolé en fonction de phase de vol. La sélection peut se faire soit au moyen d'un curseur 20 graphique contrôlé par un CCD, acronyme de « Cursor Control Device », équivalent de la souris informatique, soit directement sur l'écran de visualisation s'il est équipé d'une dalle tactile au moyen de la sélection d'une fonction ou en effectuant un geste approprié. La sélection de l'échelle entraîne la sélection des données 25 affichées dans la mesure où il est impossible d'afficher à toutes les échelles, toutes les données possibles contenues dans la base de données. Dans le système selon l'invention, chaque donnée cartographique comporte au moins une première représentation symbolique. Plus 30 généralement, chaque donnée cartographique comporte deux représentations symboliques différentes. A titre d'exemples, la figure 2 représente, pour deux types de données, la première et la seconde représentation que l'on a noté respectivement symbole normal et symbole simplifié. La première donnée représente un point de passage aéronautique 35 WP ou « waypoint ». Sa représentation symbolique normale est une croix noire à quatre branches en pointe et sa représentation symbolique simplifiée est un cercle noir simple. La seconde donnée représente un aéroport A. Sa représentation symbolique normale est un cercle comportant quatre protubérances carrées disposées symétriquement et sa représentation symbolique simplifiée est également un cercle noir simple. Ainsi, en changeant d'échelle, on passe successivement de la première représentation à la seconde, puis à l'absence de représentation à petite échelle. Une première échelle est associée à la première représentation symbolique et une seconde échelle inférieure à la première échelle est 10 associée à la seconde représentation symbolique. Elles sont agencées de façon que : lorsque les moyens de sélection sélectionnent une échelle supérieure ou égale à la première échelle, la première représentation est affichée sur le dispositif d'affichage, 15 lorsque les moyens de sélection sélectionnent une échelle comprise entre la première échelle et la seconde échelle, la seconde représentation est affichée sur le dispositif d'affichage, lorsque les moyens de sélection sélectionnent une échelle inférieure strictement à la seconde échelle, le symbole n'est plus affiché sur 20 le dispositif d'affichage. Dans la suite, on note la première échelle et la seconde échelle « échelles de transition ». Il peut y avoir plusieurs échelles de transition associées à une même donnée. On comprend l'intérêt de cette disposition. Le choix des échelles 25 de transition est effectué au sol par l'outil de préparation de bases de données. Les critères de sélection peuvent être complexes dans la mesure où le temps d'attribution d'une échelle à une donnée particulière est sans importance. Au final, la base de données cartographiques est unique et ne comporte, pour chaque donnée qu'une ou deux indications d'échelle 30 supplémentaires ou plus si nécessaire, ce qui n'augmente pas considérablement la taille mémoire de la base de données. En vol, lorsque le pilote sélectionne une échelle dite échelle active, pour déterminer la représentation qui doit être sélectionnée, le calculateur graphique compare juste l'échelle active avec les échelles associées à chaque donnée pour sélectionner la représentation qui sera affichée. Le mode de sélection est donc très simple et très rapide. Comme il a été dit, les critères de sélection peuvent être 5 complexes pour déterminer les échelles de transition. Elles sont, bien entendu, d'abord fonction de l'échelle active sélectionnée par le pilote. Mais, d'autres critères peuvent intervenir détaillés ci-dessous. Le premier critère est un ordre de priorité. A chaque donnée est associé un ordre de priorité, la détermination de la première échelle et/ou de 10 la seconde échelle étant faite en fonction de cet ordre de priorité. Il est possible de préciser ce critère de telle sorte qu'à partir d'une échelle déterminée, toutes les données correspondant à un même ordre de priorité déterminé sont affichées sur le dispositif d'affichage avec la même première représentation symbolique ou la même seconde représentation symbolique. 15 De la même façon, on peut décider qu'à partir d'une échelle déterminée, toutes les données correspondant à un même ordre de priorité déterminé ne sont plus affichées sur le dispositif d'affichage. Le second critère est un critère de densités de données. A une échelle donnée, plusieurs données peuvent être suffisamment proches les 20 une des autres pour que leurs représentations symboliques se chevauchent, rendant leur lecture difficile, voire impossible. Dans ce cas, une première donnée étant disposée à un premier emplacement, la détermination de la première échelle et/ou de la seconde échelle de ladite première donnée est faite en fonction de la distance qui sépare ce premier emplacement du plus 25 proche emplacement d'une seconde donnée. Ainsi, sur la figure 3, lorsque deux premières représentations de « waypoint » WP1 et WP2 figurées par deux croix à quatre branches en pointe à une échelle 1 sont trop proches l'une de l'autre à une échelle 2 inférieure à l'échelle 1, elles sont toutes deux remplacées à cette échelle 2 par leurs représentations simplifiées, en 30 l'occurrence un cercle noir, les deux cercles étant disjoints et donc parfaitement identifiables. Le critère faisant passer de la première représentation symbolique à la seconde dépend de la forme de cette représentation. Un critère possible de changement d'échelle peut être qu'au-delà de 20% de surface commune, la représentation des deux données 35 concernées change. Dans un second temps, si l'échelle diminue encore, les deux cercles correspondant aux deux waypoints ne sont plus affichés que par un seul point dès que leurs représentations se confondent. Il est également possible, dans le cas de données proches de 5 tenir compte de leur ordre de priorité. Ainsi, sur la figure 4, on a représenté à une première échelle deux symboles, le premier figurant un aéroport A et le second un « waypoint » WP. L'affichage de l'aéroport A est prioritaire sur celui du waypoint. Aussi, lorsque les deux symboles se confondent à une échelle 2 plus faible, le symbole du waypoint passe de la première 10 représentation à la seconde alors que le symbole de l'aéroport qui est prioritaire ne change pas. A une échelle 3 plus faible encore, illustrée en figure 5, le symbole du waypoint disparaît alors que le symbole de l'aéroport A passe de la première représentation à la seconde représentation. 15 Enfin, si l'utilisateur décide de ne pas afficher une certaine catégorie de données, la détermination de la première échelle et/ou de la seconde échelle pour les catégories de données encore affichées ou affichables peuvent dépendre de la sélection ou de l'absence de sélection de la catégorie de données non sélectionnée. 20 Bien entendu, la liste des critères ci-dessus n'est pas exhaustive. D'autres critères de sélection peuvent être mis en oeuvre pour déterminer les échelles de transition. Ils restent dans le cadre de cette invention. REVENDICATIONS1. Système de représentation d'indications cartographiques pour aéronef, ledit système comportant au moins une base de données cartographique, un calculateur graphique, un dispositif d'affichage et des moyens de sélection de l'échelle des données cartographiques affichées, chaque donnée cartographique comportant une première représentation symbolique, caractérisé en ce que, à la première représentation symbolique est associée une première échelle dépendant de ladite donnée cartographique et, lorsque les moyens de sélection sélectionnent une échelle supérieure ou égale à la première échelle, la première représentation est affichée sur le dispositif d'affichage, lorsque les moyens de sélection sélectionnent une échelle inférieure strictement à la première échelle, la première représentation n'est 15 plus affichée sur le dispositif d'affichage. 2. Système de représentation d'indications cartographiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque donnée cartographique comporte au moins une seconde représentation symbolique associée à une 20 seconde échelle inférieure à la première échelle, ladite seconde échelle dépendant de ladite donnée cartographique telle que : lorsque les moyens de sélection sélectionnent une échelle comprise entre la première échelle et la seconde échelle, la seconde représentation est affichée sur le dispositif d'affichage, 25 lorsque les moyens de sélection sélectionnent une échelle inférieure strictement à la seconde échelle, le symbole n'est plus affiché sur le dispositif d'affichage. 3. Système de représentation d'indications cartographiques selon 30 l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'à chaque donnée est associée un ordre de priorité, la détermination de la première échelle et/ou de la seconde échelle étant faite en fonction de cet ordre de priorité. 4. Système de représentation d'indications cartographiques selon la revendication 3, caractérisé en ce que, à partir d'une échelle déterminée, toutes les données correspondant à un même ordre de priorité déterminé sont affichées sur le dispositif d'affichage avec la même première représentation symbolique ou la même seconde représentation symbolique. 5. Système de représentation d'indications cartographiques selon la revendication 3, caractérisé en ce que, à partir d'une échelle déterminée, 10 toutes les données correspondant à un même ordre de priorité déterminé ne sont plus affichées sur le dispositif d'affichage. 6. Système de représentation d'indications cartographiques selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, une première donnée 15 étant disposée à un premier emplacement, la détermination de la première échelle et/ou de la seconde échelle de ladite première donnée est faite en fonction de la distance qui sépare ce premier emplacement du plus proche emplacement d'une seconde donnée. 20 7. Système de représentation d'indications cartographiques selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, les données étant regroupées en catégories, la première échelle et/ou la seconde échelle sont identiques pour toutes les données d'une même catégorie. 25 8. Système de représentation d'indications cartographiques selon la revendication 7, caractérisé en ce que, la détermination de la première échelle et/ou de la seconde échelle dépendent de la sélection ou de l'absence de sélection de données d'une catégorie différente.