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# 碰撞避免系统数据结构设计文档
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## 1. 数据结构概述
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本文档描述碰撞避免系统中的核心数据结构设计及其关系。系统采用面向对象设计方法，通过继承和组合实现不同移动物体类型的统一管理。
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## 2. 核心数据结构设计
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### 2.1 类图
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```mermaid
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classDiagram
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class MovingObject {
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+GeoPosition currentPosition
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+Velocity velocity
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+double heading
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+long timestamp
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+Deque~MovementState~ stateHistory
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+int MAX_HISTORY
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+double maxSpeed
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+MovingObjectType type
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}
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class Aircraft {
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+String flightNo
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+Long trackNumber
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}
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class SpecialVehicle {
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+String vehicleNo
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}
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class UnmannedVehicle {
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+String transId
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+String vehicleId
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}
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class GeoPosition {
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+double latitude
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+double longitude
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+double altitude
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}
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class Velocity {
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+double x, y, z
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+double vx, vy, vz
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+double confidence
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+double cachedAcceleration
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+getSpeed()
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}
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class MovementState {
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+GeoPosition position
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+Velocity velocity
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+double heading
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+long timestamp
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+DataQuality dataQuality
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}
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class MovingObjectType {
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<<enumeration>>
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AIRCRAFT
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SPECIAL_VEHICLE
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UNMANNED_VEHICLE
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}
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MovingObject <|-- Aircraft
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MovingObject <|-- SpecialVehicle
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MovingObject <|-- UnmannedVehicle
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MovingObject "1" *-- "1" GeoPosition
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MovingObject "1" *-- "1" Velocity
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MovingObject "1" *-- "0..*" MovementState
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MovingObject "1" *-- "1" MovingObjectType
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MovementState "1" *-- "1" GeoPosition
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MovementState "1" *-- "1" Velocity
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```
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## 3. 数据结构详解
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### 3.1 基础抽象类 - MovingObject
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`MovingObject` 是系统中所有移动物体的基类，定义了共有属性：
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- **currentPosition**: 当前地理位置，使用 `GeoPosition` 类表示，包含经度、纬度和高度信息
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- **velocity**: 局部坐标系位置消息（xy坐标、速度等等），使用 `Velocity` 类表示，包含三维速度向量
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- **heading**: 航向角度，以度为单位
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- **timestamp**: 时间戳，表示数据最后更新时间
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- **stateHistory**: 历史状态队列，存储 `MovementState` 对象，用于轨迹分析
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- **MAX_HISTORY**: 历史记录最大保存数量，默认为30
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- **maxSpeed**: 最大速度限制
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- **type**: 移动物体类型，使用 `MovingObjectType` 枚举
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### 3.2 具体移动物体类型
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系统实现了三种具体的移动物体类型，它们都继承自 `MovingObject` 抽象类：
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#### 3.2.1 航空器 (Aircraft)
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航空器特有属性：
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- **flightNo**: 航班号，字符串类型，用于唯一标识航班
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- **trackNumber**: 航迹号，长整型，用于雷达跟踪标识
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构造函数接收位置参数（纬度、经度、高度）和时间戳，初始化基类属性。
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#### 3.2.2 特勤车辆 (SpecialVehicle)
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特勤车辆特有属性：
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- **vehicleNo**: 车牌号，字符串类型，用于唯一标识车辆
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构造函数接收位置参数（纬度、经度）、时间戳、速度和方向，并据此计算速度向量。特勤车辆被标记为"不可控"对象，表示系统只能监控而不能控制其行为。
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#### 3.2.3 无人车 (UnmannedVehicle)
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无人车特有属性：
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- **transId**: 消息唯一ID，用于消息跟踪
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- **vehicleId**: 车辆ID，用于唯一标识无人车
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构造函数接收位置参数（经度、纬度）、航向和速度，并据此计算速度向量。无人车被标记为"可控"对象，表示系统可以向其发送控制指令。
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### 3.3 辅助数据结构
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#### 3.3.1 地理位置 - GeoPosition
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`GeoPosition` 表示三维空间中的位置：
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- **latitude**: 纬度，单位为度
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- **longitude**: 经度，单位为度
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- **altitude**: 高度，单位为米
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#### 3.3.2 速度 - Velocity
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`Velocity` 描述局部坐标系的位置消息：
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- **x, y, z**: 三维坐标系中的位置
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- **vx, vy, vz**: 三个方向上的速度分量，单位为米/秒
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- **confidence**: 速度计算置信度，取值范围0-1
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- **cachedAcceleration**: 加速度计算结果缓存
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- **getSpeed()**: 计算速度标量的方法
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#### 3.3.3 运动状态 - MovementState
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`MovementState` 封装了移动物体在特定时刻的完整状态：
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- **position**: 地理位置，GeoPosition类型
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- **velocity**: 局部坐标系的位置消息，Velocity类型
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- **heading**: 航向，度数
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- **timestamp**: 时间戳
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- **dataQuality**: 数据质量枚举，表示数据可靠性
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#### 3.3.4 移动物体类型 - MovingObjectType
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`MovingObjectType` 是一个枚举类型，定义了系统支持的移动物体类型：
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- **AIRCRAFT**: 航空器（飞机）
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- **SPECIAL_VEHICLE**: 特勤车辆（不可控）
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- **UNMANNED_VEHICLE**: 无人车（可控）
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### 3.4 静态环境数据结构 - 道路网络
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除了移动物体，系统还需要处理静态环境信息，特别是机场的道路网络。相关数据结构位于 `com.dongni.collisionavoidance.roads.model` 包下。
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#### 3.4.1 道路信息 - RoadInfo
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`RoadInfo` 类封装了系统运行时使用的单条道路信息。它由 `RoadNetworkService` 在初始化时根据配置文件 (`airport_roads.yaml`) 创建，包含处理后的属性和用于空间计算的 JTS 几何对象。关键属性包括：
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- **id**: 道路的唯一标识符 (String)。
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- **name**: 道路名称 (String)。
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- **speedLimitMetersPerSecond**: 该道路的限速，已统一为米/秒 (Double)。
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- **directionality**: 道路方向性，使用 `RoadDirectionality` 枚举表示。
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- **heightLimitMeters**, **widthLimitMeters**: 限高和限宽，已统一为米 (Double)。
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- **prohibited**: 是否禁止通行 (boolean)。
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- **centerline**: 道路中心线的 JTS `LineString` 对象，用于路径分析和距离计算。
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- **boundary**: 道路边界范围的 JTS `Polygon` 对象，通过对中心线进行缓冲计算得到，用于判断车辆是否在道路上。
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- **relatedZones**: 与该道路关联的区域 ID 列表 (List<String>)。
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#### 3.4.2 道路方向性 - RoadDirectionality
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`RoadDirectionality` 是一个枚举类型，定义了道路的通行方向：
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- **ONE_WAY**: 单向通行。
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- **TWO_WAY**: 双向通行。
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- **UNKNOWN**: 未知或未指定。
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## 4. 数据流转机制
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### 4.1 历史状态存储机制
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每个 `MovingObject` 对象维护一个 `stateHistory` 队列，用于存储历史状态：
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1. 当对象位置或速度更新时，系统创建新的 `MovementState` 对象
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2. 新的状态对象被添加到 `stateHistory` 队列
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3. 如果队列长度超过 `MAX_HISTORY`（默认30），最旧的记录会被移除
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4. 历史记录用于轨迹分析、异常检测和预测计算
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```mermaid
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sequenceDiagram
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participant 系统
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participant MovingObject
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participant stateHistory队列
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系统->>MovingObject: 更新位置和速度
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MovingObject->>MovingObject: 创建MovementState对象
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MovingObject->>stateHistory队列: 添加新状态记录
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alt 队列长度 > MAX_HISTORY
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stateHistory队列->>stateHistory队列: 移除最旧记录
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end
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