CN101580131A - 基于任务所需监控性能的告警方法及其系统 - Google Patents

Abstract

基于任务所需监控性能的告警方法及其系统，基于任务所需监控性能的概念，将飞行任务按飞行阶段设置监控，根据飞机性能设定基本监控要求；根据飞行任务设定阶段任务监控要求；根据航线环境特征和用户自定义用户监控要求，根据这些监控要求制定自动监控任务相关的条件，并鉴于这些监控条件的组合设置操作咨询技术。即一旦条件发生偏差，由此提供操作咨询技术，提醒飞行人员准确识别所发生的问题对预定任务的影响度，以及如何采取行动的建议。由此增强人机互动的逻辑关系，增加飞行人员对设备运行的状态意识，提高人员的决策便捷性和正确性，减少日常飞行的监控工作量，尤其是思考、记忆和临危决策的精神负担。

Description

基于任务所需监控性能的告警方法及其系统

技术领域

本发明属于民用飞机电子系统中人机互动技术领域，特别涉及民用飞机电子系统的告警方法及其系统。

背景技术

如今，民用飞机的操作自动化已成为典型技术特征之一，相关的航空电子系统已进入高度综合状态，主要由飞行管理、飞行控制和推力管理分系统等组成飞机的自动飞行系统，实现从起飞到着陆的飞行管理和引导任务。当前航空企业主要应用由美国航空无线电集团下属的“航空公司电子工程委员会”制定的技术标准，即ARINC600系列设计基础标准和700系列产品设计规范，共约50项标准，内容包括飞行控制、飞行管理、无线电通信导航、飞行显示、推力管理和告警等技术。

在告警方法方面，长期以来，一直延续了传统告警机制，即设定对飞机、系统和设备的工作状态的阀门值，一旦监测到偏离，通过指示装置对飞行人员进行告警，由飞行人员判断继续完成任务的可行性，并采取相应的措施。

对于飞机而言，主要的监控指标为飞行高度、速度、姿态和航迹。对于系统和设备而言，主要监控指标为系统和设备的工作状态，检查他们与设计工作值的偏离程度。至今为止，包括当代最先进的波音787飞机和欧洲空中客车A380飞机在内，仍然使用这种告警方法，即在状态信息页显示限制值、相关性能操作程序提示、不能工作的系统提示及相应于不能工作的系统性能下降或者影响的说明。在这种告警方法中，人与机的关系泾渭分明——即在系统执行任务过程中，系统监控飞机和设备运行情况，一旦出现问题，通知飞行人员注意，根据问题性质和影响程度，及时采取纠正行动。

随着航空电子系统功能性能的日趋复杂，在当今先进飞机上，人与机之间的操作关系已远不是这种简单的直接互动，增加了中间层即系统层。下面以控制飞行速度为例来说明这种关系的变化。

在传统飞机上，如果飞行人员改变速度，他可以改变飞机姿态、或者改变发动机功率、或者两者的综合作用来实现。他直接观察相应的仪表指示，对飞机和发动机进行相应的人工操作，以达到所需要的目标速度变化。在具有飞行控制系统的飞机上，如果飞行人员改变速度，他可以调整自动驾驶仪的速度指令。自动驾驶仪接到修改速度的指令后，通过升降舵来控制速度，即以自动驾驶仪俯仰通道作为内回路。这个调整过程是自动完成的，飞行人员只需观察仪表指示，监视系统运行状态。一旦出现速度偏差告警，飞行人员可切断自动驾驶仪，进行人工操作，或检查自动驾驶仪的工作是否正常。

在具有飞行管理系统的飞机上，如果飞行人员改变速度，他可以调整飞行管理系统的目标速度。飞行管理系统根据飞机实际情况，通过调整飞机姿态、或者调整自动油门实现速度的调整。这个调整过程是自动完成的，飞行人员只需观察仪表指示，监视设备运行状态。一旦出现速度偏差告警，飞行人员可以降低自动化的程度，即判断是切断自动驾驶仪的功能，还是切断自动油门的功能，并组合人工操作；或者，全面切断飞行管理系统的工作，完全由人工操作。

可见，在传统飞机上，人机关系直截了当；而具有飞行管理系统的飞机上，人机关系间接而复杂。换言之，在装备了飞行管理系统的飞机上，一旦发生速度偏差告警，飞行人员必须多角度思维，综合信息，才能判断哪里出了问题，应该采取何种纠正措施，以及人工介入到何种程度。

当代飞机的自动飞行功能繁多，设备复杂，例如典型的波音飞机多达25个自动管理模式。通过飞行模式控制板进行高度、航向/航迹、高度/高度层、升降率/航迹角的设定和修改；通过多功能控制显示装置对飞行计划、飞行性能要求和经济模式进行管理，典型的波音飞机多功能控制显示装置的操作页面多达70页。因此，无论是日常飞行所需人工干预时的介入思考和抉择，还是熟练掌握所需的培训时间，都是显著的工作负担。

随着空中交通流量的持续增长，新航行系统技术的不断应用，飞行管理任务越来越复杂，上述传统人机互动机制显得越来越臃肿，功能页面越来越多，且交织着正常操作程序、修改程序和应急程序。不仅造成逻辑关系复杂，开发过程长，开发成本和使用居高不下等一系列弊端；在实际飞行中，操作效率低下，即一旦发生告警，因为告警机制原因，飞行人员必须思考问题根源，立刻决策如何采取行动，容易造成错误决策。世界范围内，每年都有因此导致飞行事故的事例，涉及飞机包括波音飞机、麦道飞机、庞巴迪飞机及欧洲空中客车飞机，造成不同程度的飞机损毁和人员伤亡。有鉴于此，必须尽快研究复杂航空电子系统的告警方法，这包括告警机制、原理和技术。

随着计算机处理能力的提高，航空电子系统的核心平台处理能力大大增强，可以对系统提出更高的处理需求，此外，大屏幕显示控制技术正在成为航空电子系统的主流人机界面，同时，航空电子系统的综合度越来越高，使用模块化的开放式平台来综合核心功能。如何充分利用这些新技术和新资源的特征，研发新的告警方法，充分发挥这些新技术的综合效益，增加飞行人员对设备状态的知情度，减轻飞行人员的决策负担，改进飞行安全，是本领域的研发方向。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于任务所需监控性能的告警方法及其系统。其基本原理是基于越来越强大的信息处理技术作为手段，创新性地设计全新告警思维，即将现有的针对对象行为(即飞机或设备的状态)的告警方法转变为针对预定任务所需性能的监控新体系。将系统告警关系逻辑化，减少型号设计过程中所需人工研发的工作量，方便使用现代设计手段诸如模型设计、形式设计等先进开发平台，实现自动代码编译，宜于开展系统级别的适航性分析，改进系统运行品质，增强飞行人员与飞机和系统间的人机互动性，由此改进使用复杂航空电子系统的先进飞机的飞行安全水平。

本发明将监视设备工作状态转变为监视预定任务所需的系统性能表现，这就为航空公司自定义预留了拓展空间。航空公司可根据自身航班运营特征，充分发挥公司运营经验和决策策略，制定相应的运行监控需求，加载到本监控体系内，使之实现用户化，最大限度地满足用户需求，提高使用效益，降低投资成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于任务所需监控性能的告警方法，基于任务所需监控性能的概念——将飞行任务按飞行阶段设置监控，根据飞机性能设定基本监控要求；根据飞行任务设定阶段任务监控要求；根据航线环境特征和用户自定义用户监控要求，根据这些监控要求制定自动监控任务相关的条件，并鉴于这些监控条件的组合设置操作咨询技术。即一旦条件发生偏差，由此提供操作咨询技术，例如生成(a)偏差告诫、(b)偏差告警和(c)纠正措施建议单等，提醒飞行人员准确识别所发生的问题对预定任务的影响度，以及如何采取行动的建议。由此增强人机互动的逻辑关系，增加飞行人员对设备运行的状态意识，提高人员的决策便捷性和正确性，减少日常飞行的监控工作量，尤其是思考、记忆和临危决策的精神负担。本发明根据任务性质的监控，在最大限度上避免飞行人员混淆和误用设备的某一功能，减少了飞行人员过分相信和依赖自动设备所造成的麻痹大意，识别了潜在险情的发展。

本发明还提供一种基于任务所需监控性能的告警系统，包括：

监控模块，所述监控模块中设有根据飞机性能设定基本监控要求；根据飞行任务设定阶段任务监控要求；根据航线环境特征和用户自定义用户监控要求；

与所述监控模块相连接的逻辑判断模块，根据所述监控模块设定的监控要求，进行逻辑判断，是否满足告警条件，如果是输出告警；

告警模块，与所述逻辑判断模块相连接，当收到所述逻辑判断模块输出的告警后，鉴于监控条件的组合输出操作咨询；

.显示模块，与所述告警模块相连接，用于显示所述操作咨询。显示的方式可以是视觉提示、音频提示、文字或程序提示。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

a)脱离了现有飞机和设备的工作状态监控告警方式，转变为对任务所需性能的监控，显著增加了飞行人员对飞机和系统运行的状态知晓意识，提高了飞行人员在介入系统操作时的准确度。

b)通过预置的用户化监控技术，减少日常航班的飞行准备工作量和航班检查工作量，提高操作效益，减少日常差错的可能性。

c)上述两项可减少飞行人员的日常操作工作量、学习和记忆的训练。减少培训成本可提高用户经济效益，通过改进飞行安全增加了航空公司的社会效益。

d)设置用户监控要求是当前世界范围内现有民航飞机中所未见的技术方法。这一方法实现了用户化和风格化，保障了航空公司飞行技能特征化，具有极强的航线针对性和经济隐密性，从而提高航空公司航班飞行的核心竞争力。

以下结合附图及实施例进一步说明本发明。

附图说明

图1为本发明基于任务所需监控性能的告警系统实施例示意图。

具体实施方式

实施例一

一种基于任务所需监控性能的告警方法，将飞行任务按飞行阶段设置监控，根据飞机性能设定基本监控要求；根据飞行任务设定阶段任务监控要求；根据航线环境特征和用户自定义用户监控要求，根据这些监控要求制定自动监控任务相关的条件，并鉴于这些监控条件的组合设置操作咨询技术。即一旦条件发生偏差，由此提供操作咨询技术，例如生成(a)偏差告诫、(b)偏差告警和(c)纠正措施建议单等，提醒飞行人员准确识别所发生的问题对预定任务的影响度，以及如何采取行动的建议。

其中，基本监控要求提供飞机性能和机载设备相关的基本参数监控。这主要指飞机和设备的性能状态、包括飞行、导航和相关数据配置状态；

其中，阶段任务监控要求基于机型性能特性，主要依据所配置设备在自动化飞行进程中的仪表飞行程序自动监控，典型地包括滑行、起飞、爬升、巡航、下降、进近、着陆阶段所需要的阶段监控条件。

其中，用户监控要求是一种用户化的监控要求，并分为两部分，一是根据飞行环境所制定的特殊性要求，例如结冰条件的监控要求，作为战略配置，通常可以根据换季运行保障条件；另一种类于现代自动化控制系统中的偏好配置，即通过民航系统的飞行安全品质监控体系等系统的反馈数据，以及航务、飞行技术、飞行安全等部门总结的航线飞行经验数据，对具体航线或者机型进行倾向性的重点监控，由此实现同一产品的用户化、个性化和风格化，方便地实现航空公司飞行安全监控特征化，具有极强的航线针对性、技能改进的科学性和隐密性。

其中，操作咨询技术实现对上述各类监控条件的综合应用。

下面介绍一个具体实施：三级自动着陆监控机制、原则和告警技术。

自动着陆技术是按照大雾飞行环境的低能见度条件下制定的着陆准则，并不包括其他环境条件，必须在这个准则的基础上应用自动着陆技术，而不是任意使用自动着陆技术。例如污染跑道条件下的自动着陆就必须强调航空公司的操作政策和原则。这是制定任务所需监控性能的基础。

自动着陆过程分为如下几个阶段：

(1)截获航向和下滑道，调整飞机姿态，完成落地构型。这个阶段不要求严格保持住所截获的航向和下滑道；

(2)落地过程，严密保持航向和下滑道，严密控制飞机姿态和速度；

(3)拉平阶段，进行最后的速度和状态调整，包括侧风修正；

(4)接地过程，包括主轮接地后自动放机头，需要完成侧风修正；

(5)滑跑，减速到预定滑行速度，该阶段要特别考虑污染跑道的影响。

在污染跑道环境下，有三个要素必须严密监控：

(1)机轮的滚转性；

(2)刹车效率；

(3)方向控制。

因此，对于污染跑道的自动着陆，应该处理得重一些。一旦监控系统侦测到可能轻着陆，例如下降率偏低，则应给予告诫。

(一)基本监控要求

基本监控要求取决于飞机和设备的性能指标，所需处理的数据如下：

c、飞机性能基本参数监控，这包括飞机的极限性能，例如最小操作速度，最大下降速度，最大仰角、最大过载和颤振边界；

d、自动着陆设备工作状态，包括定位、控制、自动推力、导航和相关坐标、航向、磁场、航路程序和机场数据。

(二)阶段任务监控要求

自动着陆过程需要针对如下指标进行专门监控：

(6)执行的仪表飞行程序；

(7)相关传感器的完好性；

(8)仪表着陆设备的信号截获完好性；

(9)飞机落地形态的完好性；

(10)机场大气条件。

(三)用户监控要求

用户监控为航空公司提供一套自定义的监控参数，典型的包括航线特性、飞行技术经验、燃油和经济策略而制定的特征方案，举例如下：

气象条件要求：主要针对局部气象条件的特征，设定公司规定的处理原则，例如雷雨、大风、结冰条件等的自动着陆数据。

机型特性要求：主要根据飞机构型的具体特征而设定的监控数据。如今，航空公司的飞机主要通过租赁手段获得，同一型号的飞机的具体特性仍有差异，以及、一些机型存在着操纵要求高等特征，该特性监控为航空公司提供了专门的监控参数管理手段。例如，对MD-11型飞机需要增加落地阶段下降速度-飞机姿态的综合监控，避免重着陆现象的发生。

机场特性要求：主要根据航空公司具体的运行条件，提供航空公司所运行的高原、高温机场和短跑道、污染跑道等自动着陆环境下的监控参数。

(四)操作咨询技术

操作咨询技术的核心为告警技术，即将上述监控综合分析后进行的飞机或者设备工作状态的评估，并根据此评估分析，给出告诫、告警和操作咨询建议，这包括数据分析、技术应用、操作窗口设计、以及操作流程。

实施例二

如图1所示，一种基于任务所需监控性能的告警系统，包括：

监控模块，所述监控模块中设有根据飞机性能设定基本监控要求；根据飞行任务设定阶段任务监控要求；根据航线环境特征和用户自定义用户监控要求；

与所述监控模块相连接的逻辑判断模块，根据所述监控模块设定的监控要求，进行逻辑判断，是否满足告警条件，如果是输出告警；

告警模块，与所述逻辑判断模块相连接，当收到所述逻辑判断模块输出的告警后，鉴于监控条件的组合输出操作咨询；

显示模块，与所述告警模块相连接，用于显示所述操作咨询。显示的方式可以是视觉提示、音频提示、文字或程序提示。

Claims (8)

1、一种基于任务所需监控性能的告警方法，其特征在于：

将飞行任务按飞行阶段设置监控，根据飞机性能设定基本监控要求；根据飞行任务设定阶段任务监控要求；根据航线环境特征和用户自定义用户监控要求，根据这些监控要求制定自动监控任务相关的条件，并鉴于这些监控条件的组合设置操作咨询技术。

2、根据权利要求1所述的基于任务所需监控性能的告警方法，其特征在于：

所述操作咨询技术为，一旦条件发生偏差，生成偏差告诫、偏差告警和纠正措施建议单。

3、根据权利要求1或2所述的基于任务所需监控性能的告警方法，其特征在于：

所述基本监控要求为提供飞机性能和机载设备相关的基本参数监控。

4、根据权利要求3所述的基于任务所需监控性能的告警方法，其特征在于：

所述阶段任务监控要求基于机型性能特性，依据所配置设备在自动化飞行进程中的仪表飞行程序自动监控。

5、根据权利要求4所述的基于任务所需监控性能的告警方法，其特征在于：

所述用户监控要求包括：一、根据飞行环境所制定的特殊性要求；二、通过民航系统的飞行安全品质监控体系等系统的反馈数据，以及航务、飞行技术、飞行安全等部门总结的航线飞行经验数据。

6、根据权利要求5所述的基于任务所需监控性能的告警方法，其特征在于：

所述飞行任务为三级自动着陆，其基本监控要求处理的数据为：

a、飞机性能基本参数监控；

b、自动着陆设备工作状态；

其阶段任务监控要求为：

(1)执行的仪表飞行程序；

(2)相关传感器的完好性；

(3)仪表着陆设备的信号截获完好性；

(4)飞机落地形态的完好性；

(5)机场大气条件；

其用户监控要求为：

提供一套自定义的监控参数。

7、根据权利要求6所述的基于任务所需监控性能的告警方法，其特征在于：

所述用户监控要求包括气象条件要求、机型特性要求和机场特性要求。

8、一种基于任务所需监控性能的告警系统，其特征在于包括：监控模块，所述监控模块中设有根据飞机性能设定基本监控要求；根据飞行任务设定阶段任务监控要求；根据航线环境特征和用户自定义用户监控要求；

与所述监控模块相连接的逻辑判断模块，根据所述监控模块设定的监控要求，进行逻辑判断，是否满足告警条件，如果是输出告警；

告警模块，与所述逻辑判断模块相连接，当收到所述逻辑判断模块输出的告警后，鉴于监控条件的组合输出操作咨询；

显示模块，与所述告警模块相连接，用于显示所述操作咨询。

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