src/ATC/tower.hxx

   1 // FGTower - a class to provide tower control at towered airports.
   2 //
   3 // Written by David Luff, started March 2002.
   4 //
   5 // Copyright (C) 2002  David C. Luff - david.luff@nottingham.ac.uk
   6 //
   7 // This program is free software; you can redistribute it and/or
   8 // modify it under the terms of the GNU General Public License as
   9 // published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  10 // License, or (at your option) any later version.
  11 //
  12 // This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  13 // WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15 // General Public License for more details.
  16 //
  17 // You should have received a copy of the GNU General Public License
  18 // along with this program; if not, write to the Free Software
  19 // Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  20
  21 #ifndef _FG_TOWER_HXX
  22 #define _FG_TOWER_HXX
  23
  24 #include <simgear/compiler.h>
  25 #include <simgear/math/point3d.hxx>
  26 #include <simgear/misc/sgstream.hxx>
  27 //#include <simgear/math/sg_geodesy.hxx>
  28 #include <plib/sg.h>
  29 //#include <Airports/runways.hxx>
  30
  31 #include STL_IOSTREAM
  32 #include STL_STRING
  33
  34 SG_USING_STD(string);
  35 SG_USING_STD(ios);
  36
  37 #include "ATC.hxx"
  38 //#include "ATCmgr.hxx"
  39 #include "ground.hxx"
  40 #include "ATCProjection.hxx"
  41 #include "AIPlane.hxx"
  42
  43 //DCL - a complete guess for now.
  44 #define FG_TOWER_DEFAULT_RANGE 30
  45
  46 enum tower_traffic_type {
  47         CIRCUIT,
  48         INBOUND,        // CIRCUIT traffic gets changed to INBOUND when on final of the full-stop circuit.
  49         OUTBOUND,
  50         TTT_UNKNOWN,    // departure, but we don't know if for circuits or leaving properly
  51         STRAIGHT_IN
  52 };
  53
  54 ostream& operator << (ostream& os, tower_traffic_type ttt);
  55
  56 // TODO - need some differentiation of IFR and VFR traffic in order to give the former priority.
  57
  58 // Structure for holding details of a plane under tower control.
  59 // Not fixed yet - may include more stuff later.
  60 class TowerPlaneRec {
  61
  62 public:
  63
  64         TowerPlaneRec();
  65         TowerPlaneRec(PlaneRec p);
  66         TowerPlaneRec(Point3D pt);
  67         TowerPlaneRec(PlaneRec p, Point3D pt);
  68
  69         FGAIPlane* planePtr;    // This might move to the planeRec eventually
  70         PlaneRec plane;
  71
  72         Point3D pos;
  73         double eta;             // seconds
  74         double dist_out;        // meters from theshold
  75         bool clearedToLand;
  76         bool clearedToLineUp;
  77         bool clearedToTakeOff;
  78         // ought to add time cleared to depart so we can nag if necessary
  79         bool holdShortReported;
  80         bool downwindReported;
  81         bool longFinalReported;
  82         bool longFinalAcknowledged;
  83         bool finalReported;
  84         bool finalAcknowledged;
  85         bool onRwy;             // is physically on the runway
  86         bool nextOnRwy;         // currently projected by tower to be the next on the runway
  87
  88         double clearanceCounter;                // Hack for communication timing - counter since clearance requested in seconds
  89
  90         // Type of operation the plane is doing
  91         tower_traffic_type opType;
  92
  93         // Whereabouts in circuit if doing circuits
  94         PatternLeg leg;
  95
  96         LandingType landingType;
  97
  98         bool isUser;    // true if this plane is the user
  99 };
 100
 101
 102 typedef list < TowerPlaneRec* > tower_plane_rec_list_type;
 103 typedef tower_plane_rec_list_type::iterator tower_plane_rec_list_iterator;
 104 typedef tower_plane_rec_list_type::const_iterator tower_plane_rec_list_const_iterator;
 105
 106
 107 class FGTower : public FGATC {
 108
 109 public:
 110
 111         FGTower();
 112         ~FGTower();
 113
 114         void Init();
 115
 116         void Update(double dt);
 117
 118         void RequestLandingClearance(string ID);
 119         void RequestDepartureClearance(string ID);
 120         void ReportFinal(string ID);
 121         void ReportLongFinal(string ID);
 122         void ReportOuterMarker(string ID);
 123         void ReportMiddleMarker(string ID);
 124         void ReportInnerMarker(string ID);
 125         void ReportGoingAround(string ID);
 126         void ReportRunwayVacated(string ID);
 127         void ReportReadyForDeparture(string ID);
 128         void ReportDownwind(string ID);
 129
 130         // Contact tower when at a hold short for departure - for now we'll assume plane - maybe vehicles might want to cross runway eventually?
 131         void ContactAtHoldShort(PlaneRec plane, FGAIPlane* requestee, tower_traffic_type operation);
 132
 133         // Public interface to the active runway - this will get more complex
 134         // in the future and consider multi-runway use, airplane weight etc.
 135         inline string GetActiveRunway() { return activeRwy; }
 136         inline RunwayDetails GetActiveRunwayDetails() { return rwy; }
 137
 138         inline void SetDisplay() { display = true; }
 139         inline void SetNoDisplay() { display = false; }
 140
 141         inline string get_trans_ident() { return trans_ident; }
 142         inline atc_type GetType() { return TOWER; }
 143
 144         inline FGGround* GetGroundPtr() { return ground; }
 145
 146         // Returns true if positions of crosswind/downwind/base leg turns should be constrained by previous traffic
 147         // plus the constraint position as a rwy orientated orthopos (meters)
 148         bool GetCrosswindConstraint(double& cpos);
 149         bool GetDownwindConstraint(double& dpos);
 150         bool GetBaseConstraint(double& bpos);
 151
 152 private:
 153         FGATCMgr* ATCmgr;
 154         // This is purely for synactic convienience to avoid writing globals->get_ATC_mgr()-> all through the code!
 155
 156         // Respond to a transmission
 157         void Respond();
 158
 159         void CheckHoldList(double dt);
 160
 161         void CheckCircuitList(double dt);
 162
 163         void CheckRunwayList(double dt);
 164
 165         void CheckApproachList(double dt);
 166
 167         // Find a pointer to plane of callsign ID within the internal data structures
 168         TowerPlaneRec* FindPlane(string ID);
 169
 170         // Figure out if a given position lies on the active runway
 171         // Might have to change when we consider more than one active rwy.
 172         bool OnActiveRunway(Point3D pt);
 173
 174         // Figure out if a given position lies on a runway or not
 175         bool OnAnyRunway(Point3D pt);
 176
 177         // Calculate the eta of a plane to the threshold.
 178         // For ground traffic this is the fastest they can get there.
 179         // For air traffic this is the middle approximation.
 180         void CalcETA(TowerPlaneRec* tpr, bool printout = false);
 181
 182         // Iterate through all the lists and call CalcETA for all the planes.
 183         void doThresholdETACalc();
 184
 185         // Order the list of traffic as per expected threshold use and flag any conflicts
 186         bool doThresholdUseOrder();
 187
 188         // Calculate the crow-flys distance of a plane to the threshold in meters
 189         double CalcDistOutM(TowerPlaneRec* tpr);
 190
 191         // Calculate the crow-flys distance of a plane to the threshold in miles
 192         double CalcDistOutMiles(TowerPlaneRec* tpr);
 193
 194         /*
 195         void doCommunication();
 196         */
 197
 198         void IssueLandingClearance(TowerPlaneRec* tpr);
 199         void IssueGoAround(TowerPlaneRec* tpr);
 200         void IssueDepartureClearance(TowerPlaneRec* tpr);
 201
 202         unsigned int update_count;      // Convienince counter for speading computational load over several updates
 203         unsigned int update_count_max;  // ditto.
 204
 205         bool display;           // Flag to indicate whether we should be outputting to the ATC display.
 206         bool displaying;                // Flag to indicate whether we are outputting to the ATC display.
 207
 208         double timeSinceLastDeparture;  // Time in seconds since last departure from active rwy.
 209         bool departed;  // set true when the above needs incrementing with time, false when it doesn't.
 210
 211         // environment - need to make sure we're getting the surface winds and not winds aloft.
 212         SGPropertyNode* wind_from_hdg;  //degrees
 213         SGPropertyNode* wind_speed_knots;               //knots
 214
 215         double aptElev;         // Airport elevation
 216         string activeRwy;       // Active runway number - For now we'll disregard multiple / alternate runway operation.
 217         RunwayDetails rwy;      // Assumed to be the active one for now.
 218         bool rwyOccupied;       // Active runway occupied flag.  For now we'll disregard land-and-hold-short operations.
 219         FGATCAlignedProjection ortho;   // Orthogonal mapping of the local area with the active runway threshold at the origin
 220
 221         // Figure out which runways are active.
 222         // For now we'll just be simple and do one active runway - eventually this will get much more complex
 223         // This is a private function - public interface to the results of this is through GetActiveRunway
 224         void DoRwyDetails();
 225
 226         // Need a data structure to hold details of the various active planes
 227         // or possibly another data structure with the positions of the inactive planes.
 228         // Need a data structure to hold outstanding communications from aircraft.
 229
 230         // Linked-list of planes on approach to active rwy ordered with nearest first (timewise).
 231         // Includes planes that have landed but not yet vacated runway.
 232         // Somewhat analagous to the paper strips used (used to be used?) in real life.
 233         // Doesn't include planes in circuit until they turn onto base/final?
 234         // TODO - may need to alter this for operation to more than one active rwy.
 235         tower_plane_rec_list_type appList;
 236         tower_plane_rec_list_iterator appListItr;
 237
 238         // What should we do with planes approaching the airport to join the circuit somewhere
 239         // but not on straight-in though? - put them in here for now.
 240         tower_plane_rec_list_type circuitAppList;
 241         tower_plane_rec_list_iterator circuitAppListItr;
 242
 243         // List of departed planes (planes doing circuits go into circuitList not depList after departure)
 244         tower_plane_rec_list_type depList;
 245         tower_plane_rec_list_iterator depListItr;
 246
 247         // List of planes in the circuit (ordered by nearest to landing first)
 248         tower_plane_rec_list_type circuitList;
 249         tower_plane_rec_list_iterator circuitListItr;
 250
 251         // List of planes waiting to depart
 252         tower_plane_rec_list_type holdList;
 253         tower_plane_rec_list_iterator holdListItr;
 254
 255         // List of planes on rwy
 256         tower_plane_rec_list_type rwyList;
 257         tower_plane_rec_list_iterator rwyListItr;
 258
 259         // List of all planes due to use a given rwy arranged in projected order of rwy use
 260         tower_plane_rec_list_type trafficList;  // TODO - needs to be expandable to more than one rwy
 261         tower_plane_rec_list_iterator trafficListItr;
 262
 263         // Returns true if successful
 264         bool RemoveFromTrafficList(string id);
 265
 266         // Return the ETA of plane no. list_pos (1-based) in the traffic list.
 267         // i.e. list_pos = 1 implies next to use runway.
 268         double GetTrafficETA(unsigned int list_pos, bool printout = false);
 269
 270         // Add a tower plane rec with ETA to the traffic list in the correct position ETA-wise.
 271         // Returns true if this could cause a threshold ETA conflict with other traffic, false otherwise.
 272         bool AddToTrafficList(TowerPlaneRec* t, bool holding = false);
 273
 274         // Ground can be separate or handled by tower in real life.
 275         // In the program we will always use a separate FGGround class, but we need to know
 276         // whether it is supposed to be separate or not to give the correct instructions.
 277         bool separateGround;    // true if ground control is separate
 278         FGGround* ground;       // The ground control associated with this airport.
 279
 280         // for failure modeling
 281         string trans_ident;             // transmitted ident
 282         bool tower_failed;              // tower failed?
 283
 284         // Pointers to current users position and orientation
 285         SGPropertyNode* user_lon_node;
 286         SGPropertyNode* user_lat_node;
 287         SGPropertyNode* user_elev_node;
 288         SGPropertyNode* user_hdg_node;
 289
 290         // Details of the general traffic flow etc in the circuit
 291         double crosswind_leg_pos;       // Distance from threshold crosswind leg is being turned to in meters (actual operation - *not* ideal circuit)
 292         double downwind_leg_pos;        // Actual offset distance in meters from the runway that planes are flying the downwind leg
 293         // Currently not sure whether the above should be always +ve or just take the natural orthopos sign (+ve for RH circuit, -ve for LH).
 294         double base_leg_pos;            // Actual offset distance from the threshold (-ve) that planes are turning to base leg.
 295
 296         friend istream& operator>> ( istream&, FGTower& );
 297 };
 298
 299 #endif  //_FG_TOWER_HXX