CN101881969B - 基于多任务并行处理的飞行管理系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多任务并行处理的飞行管理系统及其方法，所述系统包括电子飞行仪表系统显示器，多功能控制显示单元，用于维持现有的制定和执行飞行计划功能，飞行管理系统处理单元，与所述多功能控制显示单元相连接，所述飞行管理系统处理单元用于拷贝制定的飞行计划，并对该飞行计划进行评估和动态修改；带有控制键的显示器，本发明将现有的单一处理流程转变为并行处理流程：一个流程维持现有的制定和执行飞行计划功能，另一个流程提供动态修改和评估功能，飞行人员通过动态修改评估流程，有效地准备和科学地评估变化依据，满足变化多端的现实需求，改进飞行安全，提高飞行操作的效益。

Description

基于多任务并行处理的飞行管理系统及其方法

技术领域

本发明属于民用飞机飞行控制、导航、引导和人机互动技术领域，特别涉及民用飞机飞行管理系统及其方法。

背景技术

飞行管理系统是民用飞机自动化飞行系统中的顶层管理者。它通过利用内置在飞行管理系统中的飞机性能和导航数据库的参数，根据飞行人员的输入，生成飞行计划；通过与自动控制、自动油门和飞行显示系统的交联，实现自动飞行功能，引导完成飞行计划。

与其他航空电子系统一样，飞行管理系统需要通过适航认证程序，才能装上民航飞机。民航适航认证准则主要由美国制定，为此，国际通行的飞行管理系统执行美国ARINC公司颁布的ARINC702 FMCS(飞行管理计算机系统)设计规范。该规范所定的飞行管理系统功能描述如下：

飞行管理计算机系统提供导航、飞行计划、水平和垂直引导、性能优化和预测、空地数据链、经由电子飞行信息系统和多功能控制显示的飞行人员接口。

导航功能使用各种资源提供的输入数据，确定飞机位置和速度。飞行计划功能提供从起点到目的地(或备用机场)的航路点、航路、飞行高度层、起飞程序和到达程序序列。计算机中的导航数据库包括飞行空域内和每个飞行计划元素标识相关的必要数据。水平引导计算根据飞行计划定义的大圆路径、大圆路径之间的过渡路径、预置真航向或磁航向进行。垂直引导计算根据指定航路点高度、存储或计算的剖面定义进行。轨迹预测功能预测飞行计划中包括计算航路点比如最高爬升点和最高下降点在内的每个待飞航路点的距离、时间、速度、高度和飞机总重。性能计算功能的提供优化垂直和速度剖面，将飞行成本最小化或使飞行满足相关准则和限制条件。空地数据链功能为航空公司运营部和空中交通服务提供双向数据通信。多功能控制显示单元是飞行人员与飞行管理系统之间的人机接口。它向计算机传输飞行人员的按键命令，在屏幕上显示计算机的响应数据。电子飞行仪表系统显示相应的指令、控制和引导数据，即主飞行显示器上显示指令和参考数据，在导航显示器上显示飞行计划地图，以及地速、风等动态数据。

飞行管理系统的操作流程如下：

(1)飞行准备阶段：激活系统，输入航行参数，制定飞行计划。

(2)地面滑行阶段：飞行管理系统不参与控制，只是显示飞行计划。

(3)起飞阶段：飞行管理系统不参与控制，根据飞行人员要求，显示飞行计划、起飞参考参数等。

(4)爬升、巡航、下降和进近阶段：飞行人员选择自动飞行功能后，由飞行管理系统全权控制飞行。

(5)着陆阶段：飞行管理系统配合自动着陆系统例如仪表着陆系统，引导飞机完成自动着陆。

飞行管理系统作为航空电子设备的顶层系统，实时管理飞行全过程，要求具有极高的安全性能，必须通过严格的适航认证。

美国ARINC公司颁布的ARINC702 FMCS飞行管理计算机系统设计规范始于半个世纪之前，即上世纪的70年代，当时的机场飞机起降数量以及主干线的交通流量远不如现在繁忙，飞行活动的组织以事先计划作为管理基础；同时，囿于当时的计算机技术，尤其是显示互动技术的缺乏，它只能按序完成上述(1)到(5)阶段的工作。

如今，计算机与相关人机互动技术得到高速发展；此外，世界范围内，航空交通流量持续增长，各大机场普遍出现起降容量饱和问题，包括我国在内的许多都市都在进行增加新的机场、机场扩建、增加多条跑道等措施，但从长远角度看，这些设施的扩充很快会达到其地理条件的极限，并且，机场容量的增加，导致国内外的航路主干线上的飞行流量越来越繁忙，航班延误、“计划不如变化快”成为世界各国航空运输日常运行中的普遍现象。例如，上海至北京的航空运输以“京沪快线”为特色，无论购买哪一家航空公司的客票，旅客都可以承担“京沪快线”的五家航空公司之间任意签转改乘。旅客改乘后，原有的飞机重量、配重、起飞着陆性能和油耗等都受到影响，必须重新核对，这就导致飞行计划的临时变更。

随着我国交通运输业的发展，这种运行方式在我国正在得到推广。例如国航的“北京-成渝地区快线”、云南推出的“穿梭快线”(以云南为基础，面向全国，辐射东南亚和南亚区域航线网络)、和即将推出的上海虹桥枢纽的长三角城市机场群概念。

但是，飞行管理计算机系统领域仍延续传统的ARINC702标准，即以预先制定飞行计划作为飞行管理的基础，这就造成了飞行管理系统无法满足实际运行需求的矛盾。

欧美国家的机场和航路管理成熟度高，现有机队老飞机保有量大，不可能大规模更新现有设备，提出的解决方案是加装一个辅助管理系统，以应对临时变更飞行计划之需，例如“电子飞行包”(EFB)设备。这实际上是以计算机和IT技术为基础的“电子书”，主要内容是通过电子化，取代飞行员日常携带的飞行资料印刷品，诸如航图、表格、手册、最低设备清单和飞行日志，称之为驾驶舱“无纸化”的变革。它属于飞行助理工具，最简单的便携式电子飞行包相当于普通的掌上电脑PDA。

当前，民航当局把电子飞行包产品分成三种等级如下：

1级电子飞行包

属于小型化的个人电子助理工具，便携式，不与飞机设备连接。飞行人员使用它阅读电子版的飞行规则、操作手册、检查单，也可以进行载重平衡及性能计算，不能在飞机起降阶段使用。

2级电子飞行包

临时安装，使用防撞支架，可连接飞机电源和数据端口，通过机上数据总线读取和调用数据，需通过适航认证。其功能包括阅读电子版的运行资料、检查单、查阅航图、进近图、填写飞行日志，还可做各种飞行性能计算，包括调用机上存储的数据进行交互计算。将该装置从飞机上取下后，该装置可连网，收发电子邮件，做航图计划，下载气象资料。

3级电子飞行包

这是一种固定安装型，它与机上飞行管理系统、发动机指示与机组告警系统及各类导航传感器交联。它可按技术标准指令(TSO)进行独立的适航认证，装机时要按补充适航认证(STC)获得适航审批。飞机处于地面并有全球卫星定位系统(GPS)输入数据时，该级别的电子飞行包可通过机场平面图显示飞机所在位置，方便飞行人员地面操作。在整个飞行阶段中，系统可使用航图功能。

由此可见，囿于客观条件，欧美国家的飞行管理系统保持现有状态，而电子飞行包技术未能依托飞行管理系统的基础，自行发展，出现了资源冗余、功能重复、研制方开发成本和用户投资成本高等弊端。

电子飞行包可以减少驾驶舱纸质印刷品的航行资料，但在实际使用中，由于电子包的资料文档种类和数量繁多，调用操作关系复杂，人机接口效率并不如纸质文件，实效性很差，这也是它无法与机载系统实现紧耦合的固有缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于多任务并行处理的飞行管理系统及其方法。针对用户需求，将现有的单一处理工作流程转变为并行处理流程，在保持飞行管理系统的现有的制定和执行飞行计划功能的前提下，为应对情况多变的现实世界，通过增加一个动态修改和评估功能，进一步发掘飞行管理系统现有资源，以地提高飞行管理系统的实用性。

本发明提出的一种基于多任务并行处理的飞行管理系统及其方法，其原理为：将现有的单一处理流程转变为并行处理流程：一个流程维持现有的制定和执行飞行计划功能，另一个流程提供动态修改和评估功能，飞行人员通过动态修改评估流程，有效地准备和科学地评估变化依据，满足变化多端的现实需求，改进飞行安全，提高飞行操作的效益，由此定名为“多任务并行处理的飞行管理系统”，及“基于多任务并行处理的飞行管理方法”。

本发明采用如下技术方案：

一种基于多任务并行处理的飞行管理系统，包括：

电子飞行仪表系统显示器，用于显示实际飞行计划；

多功能控制显示单元，用于维持现有的制定和执行飞行计划功能；

飞行管理系统处理单元，与所述多功能控制显示单元相连接，所述飞行管理系统处理单元用于拷贝制定的飞行计划，并对该飞行计划进行评估和动态修改；

带有控制键的显示器，与所述飞行管理系统处理单元相连接，用于显示评估飞行计划和操作控制。

进一步地，所述带有控制键的显示器与所述飞行管理系统处理单元之间连接有一转换器，所述转换器用于将航空通信信号转换为所述显示器所采用的通信信号。

进一步地，所述带有控制键的显示器与所述多功能控制显示单元相连接。

进一步地，所述带有控制键的显示器与所述多功能控制显示单元之间连接有一转换器，所述转换器用于将航空通信信号转换为所述显示器所采用的通信信号。

进一步地，所述多功能控制显示单元包括部分或全部以下功能模块：

飞行导航模块，用于根据资源确认飞机位置及其速度；

飞行计划模块，用于从起飞到降落的过程的控制参数；

垂直和水平引导模块，用于控制剖面所需的速度和推力管理；

轨迹预测模块，用于根据当前环境更新待飞各点数据；

性能计算模块，用于控制剖面所需的速度和推力的计算；

空地数据链模块，用于为公司和交通服务提供数据通信；

人机接口模块，用于飞行人员与飞管计算机间的对话；

电子仪表显示模块，用于显示控制结果及系统之间的响应。

进一步地，所述飞行管理系统处理单元包括部分或全部以下功能模块：

起落飞行性能计算模块，根据性能数据库计算速度和距离；

导航程序及其管理模块，根据导航数据生成相关图形文件；

飞行计划比较分析模块，根据飞行计划进行实时比较分析；

地面滑行辅助引导模块，根据导航数据机场信息生成显示；

重量平衡计算模块，根据机组输入及其性能信息计算；

导航设施辅助管理模块，根据飞行计划显示相关导航数据；

便携式人机接口模块，使用便携式民用显示器材并外驳；

大屏幕电子仪表模块，为大屏幕显示提供分窗显示信息。

本发明还提供一种基于多任务并行处理的飞行管理方法，包括以下步骤：

(1)飞行人员通过多功能显示控制单元制定了飞行计划之后，通过所述飞行管理系统处理单元拷贝该计划，作为评估之用；

(2)评估飞行计划，评估飞行包括以下两种方式：

A、与实际飞行计划并列，通过并列的同步评估方式，为飞行人员提供一个修改并预演效果的工具，由此评估拟修改的依据；

B、提前于实际飞行计划的工作时间进行，即根据飞行人员选定的、提前飞行实际操作的一定时间刻度内，进行仿真飞行，观察预定效果。

进一步地，所述步骤(1)中飞行人员通过综合飞行管理计算机内置的飞机性能数据库、飞管计算机内置导航数据库、及多功能显控单元、电子飞行仪表显示的内容信息制定飞行计划，由飞行管理计算机执行，并通过现有电子飞行仪表显示器显示该飞行计划，进行导航计算引导管理，操纵飞行控制系统，导航计算引导管理和操纵飞行控制系统的数据通过多功能显示控制单元在电子飞行仪表上显示。

进一步地，所述步骤(2)中飞行人员根据所拷贝的飞行计划，综合飞行管理计算机内置的飞机性能数据库、飞管计算机内置导航数据库、显示器提供的信息评估飞行计划，并进行仿真模拟实施评估分析，其中进行仿真模拟实施评估分析和仿真结果显示于显示器上，并根据仿真结果修改并返回如下飞行计划：

A、飞行人员返回评飞行计划继续进行评估；

B、飞行人员修改并返回实际飞行计划；

在实施评估飞行计划时，飞行人员选择同步评估和异步评估两种评估，同步评估与实际飞行计划同步实施，飞行人员在评估计划上修改即将执行的航段任务，观察效果；异步评估方式超前于实际飞行计划，飞行人员在完成了评估飞行计划后，可以根据评估结果，决定直接将其反馈到左侧的实际飞行计划回路，对实际飞行计划进行修改；也可以返回评估回路，继续进行新一轮评估。

进一步地，所述同步评估变更项目包括：

(1)修改航路位置；

(2)修改航路条件；

(3)修改起降条件；

飞行人员完成上述变更后，评估飞行计划生成相应的数据，并将这些数据与未变更的数据并列显示，由飞行人员评估，做出是否修改的判断。

进一步地，所述同步评估变更项目包括：

(1)修改航路位置；

(2)修改航路条件；

(3)修改起降条件；

飞行人员完成变更后，评估飞行计划生成相应数据，这些数据与原计划数据并列，并与飞机的原始性能数据比较，由飞行人员评估对飞行的影响和效果。

本发明与现有技术比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

(1)满足民航运输业的可持续性发展的需求。本系统为飞行管理系统增加了科学、快速地响应飞行环境日益繁忙而多变的实用能力。

(1)并行处理提高了效益，降低了配置成本。使飞行管理这一核心功能从现有的按飞行阶段实施的单一流程变为并行处理，在现有技术和成本的基础上显著增加管理效益，极大地减少了采购电子飞行包来满足现代飞行管理任务的必要性，由此降低用户采购、维护和运行成本。同时，与配置电子飞行包的现有技术方案相比，本发明的两个并行流程之间具有独特的紧密性、一致性和互动性，提高了飞行操作效率，改进了飞行安全。

(2)解决方案具有独创性、新颖性和实用性。本发明的并行管理技术不仅充分发挥了飞行管理系统的现有内置资源，避免重复投资，更重要的是，为飞行人员的飞行活动提供了变更的科学决策依据，改进了空地交通管理之间的协商效率，改进飞行安全，减少无线通信成本和信道占用时间，提高了经济效益和空中交通管理的整体效益。与现有飞行管理系统、或现有飞行管理系统与电子飞行包系统组合等解决方案相比，本发明的技术解决方案建立起来的并行处理的飞行管理系统的独特之处就在于具有同步和异步评估功能，满足了日常飞行中所面临的不断变化的需求，因此具有极大的独创性、新颖性和实用性。

(3)增加了科学决断的手段，满足发展需求。1983年，国际民航组织基于对交通量增长和应用需求的预测，为解决现行航行系统在航空运输中的安全、容量和效率不足问题，提出在飞机、空间和地面设施三方面采用由卫星和数字信息提供的先进通信、导航和监视技术，在此基础上实现全球范围内统一协调的、安全有效的新型空中交通管理体系，称之为新航行系统。1998年，国际民航组织全体大会修订了全实施规划，其内容包括技术、运营、经济、财政、法律、组织等领域，为世界各地实施新航行系统提供了具体指导，包括中国民航在内，当前都在积极实施该规划。

在这种空地一体化的新航行系统中，一个显著变革就是制定所需性能需求，鼓励技术进步，装备先进的飞机获得更优先的交通管理服务，最终实现自由飞行。为此，保障空中交通流量的责任由现行的地面指挥逐步向飞机驾驶员一方转移。本发明独创的科学评估这一特色有效地支持了国际民航组织所倡导的飞行安全责任由地面指挥向驾驶舱转移的发展战略，符合技术进步方向，具有显著的社会效益。

(4)增加操作的艺术性，提高飞行人员的管理水平。在现实操作中，由于有了评估飞行计划这一功能，飞行人员更主动、更积极地动态评估飞行状态，依据客观数据的分析结果而不是个人经验判断，降低了航空公司对飞行人员培训的个人操作要求，从而降低了培训成本，提高了飞行人员的科学素质，增加了飞行人员的管理能力和艺术修养。

(5)提高空-地沟通效率，改进飞行安全

评估功能为飞行人员与地面交通管理人员协商变更需求的科学工具，更合理更经济更安全地调整飞行操作，为提高航空运输体系的效率做出实实在在的贡献。

(6)增加了一种纠正错误的手段。通过评估飞行计划这一功能，预知飞行计划结果，有效地减少了飞行不安全因素，诸如操作手误导致的输入差错、理解错误所导致的决策错误，以及地面空中交通管制人员的指令错误。

(7)改进了电子化后的人机关系，改善了驾驶舱工作环境舒适度。与欧美的电子飞行包技术不同，本专利提出的并行处理机制自动跟随飞行管理系统所制定和执行的飞行计划，为飞行人员自动提供相关航行情报服务，有效地减少了飞行人员思考、手工操作检索信息的工作量，改进了电子化后的人机关系不佳的弊端，改善了驾驶舱工作环境的舒适度。

以下结合附图及实施例进一步说明本发明。

附图说明

图1为本发明基于多任务并行处理的飞行管理系统实施例示意图；

图2为本发明基于多任务并行处理的飞行管理系统实施例示意图；

图3为本发明基于多任务并行处理的飞行管理方法流程图；

图4为本发明基于多任务并行处理的飞行管理方法流程图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，一种基于多任务并行处理的飞行管理系统，包括：

电子飞行仪表系统显示器，用于显示实际飞行计划；

多功能控制显示单元，为现有飞行管理系统所用的多功能控制显示单元，通过它，以使得飞行管理计算系统能够现有的制定和执行飞行计划功能；它是用于对飞行管理系统单元进行操作的装置，其自身带有显示器和键盘，但处理功能由飞行管理系统单元完成；

飞行管理系统处理单元，与所述多功能控制显示单元相连接，当后，所述飞行管理系统处理单元用于拷贝制定飞行计划，并对该飞行计划进行评估和动态修改；

带有控制键的显示器，与所述飞行管理系统处理单元相连接，用于显示评估飞行计划和操作控制。它具有简单的操作控制键，例如游标控制导航键，翻阅键和执行键。可采用外置式便携小型显示器；例如PDA、电子相册、MP4高清播放器或手机等的显示屏等，利用专用插口或商用无线互联技术(例如蓝牙技术)，实现相关数据显示；如果飞机上已装有分窗显示的新式大屏幕电子飞行仪表，也可通过内部数据总线为相应窗口提供显示控制数据，从而构成友好、便捷和低成本的人机接口关系。

其中，所述电子飞行仪表系统显示器和多功能控制显示单元采用现有技术实现。

其中，所述显示器与所述飞行管理系统处理单元之间连接有一转换器，所述转换器用于将现有的航空通信信号转换为所述显示器所采用的现有商用通信信号。

其中，所述显示器与所述多功能控制显示单元相连接。用于辅助显示实际飞行计划。

其中，所述显示器与所述多功能控制显示单元之间连接有一转换器，所述转换器用于将现有的航空通信信号转换为所述显示器所采用的现有商用通信信号。

本实施例中，在当今的ARINC702标准规定的飞行管理任务的基础上，通过复制实际飞行计划、生成评估飞行计划这个方式，实现并行处理的能力。通过所述多功能控制显示单元，使得飞行管理系统执行ARINC702标准飞管功能，如图2所示，其具体包括部分或全部以下功能模块：

飞行导航模块，用于根据资源确认飞机位置及其速度；

飞行计划模块，用于从起飞到降落的过程的控制参数；

垂直和水平引导模块，用于控制剖面所需的速度和推力管理；

轨迹预测模块，用于根据当前环境更新待飞各点数据；

性能计算模块，用于控制剖面所需的速度和推力的计算；

空地数据链模块，用于为公司和交通服务提供数据通信；

人机接口模块，用于飞行人员与飞管计算机间的对话；

电子仪表显示模块，用于显示控制结果及系统之间的响应。

所述飞行管理系统处理单元符合ARINC725标准的电子飞行仪表显示，如图2所示，即在现有飞行管理系统上，通过增加“拷贝-修改-仿真验证-提供评估依据”这个流程，形成与传统单一的飞行计划功能并列的、以便飞行人员进行同步或异步评估的手段，具体增加了能够平行处理的如下部分或全部以下功能模块：

起落飞行性能计算模块，根据性能数据库计算速度和距离；

导航程序及其管理模块，根据导航数据生成相关图形文件；

飞行计划比较分析模块，根据飞行计划进行实时比较分析；

地面滑行辅助引导模块，根据导航数据机场信息生成显示；

重量平衡计算模块，根据机组输入及其性能信息计算；

导航设施辅助管理模块，根据飞行计划显示相关导航数据；

便携式人机接口模块，使用便携式民用显示器材并外驳；

大屏幕电子仪表模块，为大屏幕显示提供分窗显示信息。

实际飞行计划与评估飞行计划的任务性质不同，用途不同，各有特色，因此具有多任务含义。此外，在这个多任务并行处理的体系中，实际飞行计划功能即按ARINC702标准开发的功能模块使用现行适航标准，没有变更，即没有增加适航认证难度；评估飞行计划部分不进入系统内部控制流程，仅作为独立模块嵌入，本质是为飞行人员提供参考信息，即是辅助作用，可执行相对ARINC702标准更为宽松的电子飞行包适航认证标准，如果按照1-2级电子飞行包的规格设计，则无需通过特别的适航认证，具有实际工程应用的可能性。

实施例二

一种基于多任务并行处理的飞行管理方法，包括以下步骤：

(1)飞行人员通过多功能显示控制单元制定了飞行计划之后(以下称之为实际飞行计划)，通过所述飞行管理系统处理单元拷贝该计划，作为评估之用，例如就所拷贝的飞行计划进行预演分析(以下称之为评估飞行计划)。

(2)评估飞行计划，评估飞行包括两种方式：

A、与实际飞行计划并列，称之为“同步评估方式”。因为飞行管理系统在控制飞机时不能直接修改，否则可能造成失误。通过并列的同步评估方式，为飞行人员提供一个修改并预演效果的工具，由此科学评估拟修改的依据。即通过正在实施的预演仿真，与原计划进行对比分析，以利于客观评估临时修改效果，例如空中交通管制员提出的修改指令，提高空地互动效率，增加了决策的科学性，由此增强飞行安全。

B、提前于实际飞行计划的工作时间进行，称之为“异步评估方式”，即根据飞行人员选定的、提前飞行实际操作的一定时间刻度内，例如可选提前五、十或十五分钟等提前量，进行仿真飞行，观察预定效果。异步评估计划为实际飞行计划配套预先准备所需参数和文献资料。例如，根据飞行人员设定，异步评估方式比实际飞行计划有一定提前量，为飞行人员提前准备好所需参考文件、规则和数据，以免飞行人员临时需要而措手不及，较好地解决了现有电子飞行包页面繁多、操作复杂、人机接口效率低下的缺陷。又如，同步评估方式与实际飞行计划并列，实现了类于多种纸质文件并列阅读或交互阅读的特点，较好地解决了电子资料的人机功效问题。

详细操作流程如图3所示。图3中虚线左边的是标准的ARINC702所定义的传统飞行管理系统工作流程，它们之间的通信技术是ARINC规范所定义的现用技术。虚线右侧是本发明实施例中并行处理的评估过程。可使用现用市售商用显示器例如飞行人员使用的手机、MP4、PDA等作为评估飞行计划用显示器，这种显示器使用现用商用通信技术，可便携，由飞行人员携带，因此需要采购航空通信与商用通信进口转换器。或者依据航空通信标准规范，向商用显示器厂家定制内置接口转换装置。第三种接口方案是可以采用现用各类无线通信技术。

标准的ARINC702所定义的传统飞行管理系统工作流程如下：

飞行人员通过综合飞行管理计算机(飞管计算机)内置的飞机性能数据库、飞管计算机内置导航数据库、及多功能显控单元、电子飞行仪表显示的内容等信息制定实际飞行计划，由飞行管理计算机执行，并通过现有电子飞行仪表显示器显示该实际飞行计划。进行导航计算引导管理，操纵飞行控制系统，导航计算引导管理和操纵飞行控制系统的数据通过多功能显示控制单元(多功能显控单元)在电子飞行仪表上显示。

虚线右侧并行处理的评估过程如下：

当飞行人员完成了左侧所示的制定实际飞行计划后，系统自动拷贝一份作为评估飞行计划所用。飞行人员根据所拷贝的飞行计划，综合飞行管理计算机(飞管计算机)内置的飞机性能数据库、飞管计算机内置导航数据库、显示器(如外驳的便携式民用显示终端、大屏幕分窗电子飞行仪表)等提供的信息评估飞行计划，并进行仿真模拟实施评估分析，其中进行仿真模拟实施评估分析和仿真结果可显示于显示器(如外驳的便携式民用显示终端、大屏幕分窗电子飞行仪表等)上，并根据仿真结果修改并返回如下飞行计划：

A、飞行人员返回评飞行计划继续进行评估；

B、飞行人员修改并返回实际飞行计划。

在实施评估飞行计划时，飞行人员可选择同步评估和预先评估两种评估两类。同步评估与实际飞行计划同步实施，飞行人员在评估计划上修改即将执行的航段任务，观察效果；异步评估方式提前五、十或十五分钟的评估超前于实际飞行计划，更宏观地评价飞行计划，预演修改效果，作为与地面空中交通管制人员沟通协商的依据。飞行人员在完成了评估飞行计划后，可以根据评估结果，决定直接将其反馈到左侧的实际飞行计划回路，对实际飞行计划进行修改；也可以返回右侧的评估回路，继续进行新一轮评估。

进一步地，进行对比分析所需的评估技术的应用方案如图4所示。

评估技术分为同步评估技术和异步评估技术。其中，同步评估技术与实际飞行计划的运行同步，但显示在评估飞行计划屏幕上，飞行人员可在此屏幕上进行修改，主要变更项目有：

(1)修改航路位置，这主要指根据实际飞行的交通和气象情况，修改偏离预定航路位置例如变更计划的航路点、航段或者目的地等；

(2)修改航路条件，例如修改预定的航路运行状况，包括高度、速度、变化率等；

(3)修改起降条件，这主要是变更滑行道、起降程序、起降跑道等。

飞行人员完成变更后，评估飞行计划立刻生成相应的数据，并将这些数据与未变更的数据并列显示，以便飞行人员评估，做出是否修改的判断。

异步评估技术超前于实际飞行计划运行，分为超前五、十和十五分钟三档，以便飞行人员提前考虑变更项目，主要变更项目有：

(1)修改航路位置，这主要指根据预计的飞行交通和气象情况，修改偏离预定航路位置例如变更计划的航路点、航段或者目的地等；

(2)修改航路条件，例如修改预定的航路运行状况，包括高度、速度、变化率等；

(3)修改起降条件，这主要是变更滑行道、起降程序、起降跑道等。

飞行人员完成变更后，评估飞行计划生成相应数据，与同步评估阶段不同，这些数据不仅与原计划数据并列，还要自动比较飞机的原始性能数据，以便飞行人员更全面地评估飞行影响和效果，考虑该修改是否科学合理，由此更大程度上是依据数据事实分析、而不是个人经验估计的判断。

飞行人员不执行修改变更时，异步评估技术因为提前与实际飞行计划运行，因此显示相应的飞行资料，以便飞行人员需要变更实际飞行计划时，及时观察相关资料和数据，省去临时调用页面、搜索资料的时间。同步评估技术提供了与实际飞行计划同步的相关资讯，较好地解决了电子资讯的人机功效问题，即提供了智能化的相关电子信息的显示功能。

下面介绍一个本发明的实施例：从上海浦东机场前往北京首都机场的飞行管理过程。

上海浦东国际机场现有三条跑道，北京首都机场有四条跑道。他们都是平行的跑道，根据航班去向或者来向分配所需要的跑道。

由于交通流量繁忙，不仅飞机起降需要排序，因为种种原因，预定的跑道可能变更。这时，地面空中交通管制人员与飞行人员联系，协商变更跑道的可行性。

由于旅客可以自由变更航班，客货情况和航路情况随时可能变动，由此影响到飞机的载重、平衡和燃油消耗计划的临时变更。

在制定飞行计划的过程中，飞行管理系统根据飞机载重、航路条件和航班情况，选择最佳经济方式、最大飞行性能方式和所需导航方式制定相应的飞行计划，但只能选定其中的一种方式。

由于本系统具有并行处理功能，在实际飞行时，飞行人员可以通过评估飞行计划这一功能，主动、科学、艺术地比较各种飞行计划方式，选出最合适的方式加以实施。

当代民航飞机的飞行人员的最低配置是两名飞行人员，一名担任机长，一名担任副驾驶。他们的分工是，由机长指定本次飞行的实际操作人和决策负责人。换言之，一人负责操作，一人负责计划和决策。本系统完全满足这样的飞行体制，即，实际飞行计划功能为飞行操作人提供服务，而评估飞行计划为计划和决策者提供服务。

起飞阶段：

飞行人员可以操作评估飞行计划功能，根据当时的飞行流量排序情况，检查申请其他跑道、变更滑行口的可行性，如果可行，提出变更申请；如果空中交通管理人员已经提出变更咨询，则启动评估飞行计划功能，判断是否接受变更。

如果客货或者航路条件变更，飞行人员使用单项评估功能，例如重量平衡性能，提出跑道变更的需求。

在没有变更需求时，飞行人员可以启动异步评估方式，预演本阶段的飞行结果，检查是否有差错存在。

常见的差错主要是操作手误导致的输入差错、理解错误所导致的决策错误，以及地面空中交通管制人员的指令错误这三类。

此外，根据气象、空中流量的实际情况，提前分析将要执行的下一阶段例如起飞后爬升阶段的飞行条件是否需要提出更改。

即便无需修改，也可预习相关的导航、通信参数和数据，以便下一阶段的飞行操作。

爬升和巡航阶段：

根据当时的情况，飞行人员可以操作评估飞行计划功能，检查相关的导航和性能参数适用范围，以便深度掌握飞机的即刻运行性能。

通过异步评估方式，可以预演各类巡航方式，典型的巡航方式包括经济方式、保持速度方式和保持高度方式。通过预演不同的巡航方式，进行科学比较，做出合理的决策。

根据气象、空中流量的实际情况，提前分析将要执行的下一阶段例如巡航阶段的飞行条件是否需要更改。即便无需修改，也可预习相关导航、通信参数和数据，以便下一阶段的飞行操作。

下降阶段：

下降阶段是变更需求频发的阶段，根据当时情况，飞行人员可以操作评估飞行计划功能，检查相关的导航和性能参数适用范围，深度掌握飞机的即刻运行性能，随时应对可能的临时变更。

下降方式有经济下降、阶梯式下降、保持下降剖面下降、保持下降速度下降、快速下降和直接下降等多种方式。常规的飞行管理系统只能选择一种来制定飞行计划，而本专利的解决方案则可通过异步评估方式，根据气象、空中流量的实际情况，预演不同的下降方式，获得最合适的下降方式，由此为依据，进行合理变更。

在没有变更需求时，飞行人员可以启动异步评估方式，预演下降的飞行结果，检查是否有差错存在。此外，便于预习相关导航、通信和性能数据，以备后继的进近和落地阶段的飞行操作。

进近和落地阶段：

本阶段的飞机不仅处于下降的最后阶段，而且准备着陆，随着距离机场和跑道越来越近，飞行高度不断降低，飞行速度不断减慢，飞行性能降到下限边界，飞行不稳定性增加，事故的可能性增加；同时，因为交通流量密度增加、高度降低后气象条件更加活跃、地形对飞行的影响增加等诸多因素及其综合作用，飞行计划变更频繁、飞行操作至关重要，要求飞行人员全神贯注，全力以赴，驾驶舱内不能进行与现阶段飞行操作无关的活动和交谈，称之为“无菌驾驶舱(sterile cockpit)”，是飞行操作量、行动决策和精神负担最重的阶段。

在这个阶段，一旦操作或决策错误，则可能导致进一步变更，引起连锁反应，例如影响其他飞机的降落排序飞行操作，妨碍交通的畅通性，影响飞行安全，严重错误会导致复飞、甚至事故的发生。

通过使用本发明的并行处理的飞行管理技术，飞行人员通过同步评估飞行计划这一方式，预先准备变更所需参数，科学评估变更的影响；而通过异步评估飞行计划这一方式，不仅可以预演变更的全程性影响，最大的优点是可以发现变更后的不安全因素，尤其是新的环境条件对飞行安全的影响，由此，有效防止错误变更、包括飞行人员临时输入数据的手误所导致的悲剧性后果。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (11)

1.一种基于多任务并行处理的飞行管理系统，其特征在于包括：

电子飞行仪表系统显示器，用于显示实际飞行计划；

多功能控制显示单元，用于维持现有的制定和执行飞行计划功能；

飞行管理系统处理单元，与所述多功能控制显示单元相连接，所述飞行管理系统处理单元用于拷贝制定的飞行计划，并对该飞行计划进行评估和动态修改；

带有控制键的显示器，与所述飞行管理系统处理单元相连接，用于显示评估飞行计划和操作控制。

2.根据权利要求1所述的基于多任务并行处理的飞行管理系统，其特征在于：

所述带有控制键的显示器与所述飞行管理系统处理单元之间连接有一转换器，所述转换器用于将航空通信信号转换为所述显示器所采用的通信信号。

3.根据权利要求2所述的基于多任务并行处理的飞行管理系统，其特征在于：

所述带有控制键的显示器与所述多功能控制显示单元相连接。

4.根据权利要求3所述的基于多任务并行处理的飞行管理系统，其特征在于：

所述带有控制键的显示器与所述多功能控制显示单元之间连接有一转换器，所述转换器用于将航空通信信号转换为所述显示器所采用的通信信号。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的基于多任务并行处理的飞行管理系统，其特征在于：所述多功能控制显示单元包括部分或全部以下功能模块：

飞行导航模块，用于根据资源确认飞机位置及其速度；

飞行计划模块，用于从起飞到降落的过程的控制参数；

垂直和水平引导模块，用于控制剖面所需的速度和推力管理；

轨迹预测模块，用于根据当前环境更新待飞各点数据；

性能计算模块，用于控制剖面所需的速度和推力的计算；

空地数据链模块，用于为公司和交通服务提供数据通信；

人机接口模块，用于飞行人员与飞管计算机间的对话；

电子仪表显示模块，用于显示控制结果及系统之间的响应。

6.根据权利要求5所述的基于多任务并行处理的飞行管理系统，其特征在于：所述飞行管理系统处理单元包括部分或全部以下功能模块：

起落飞行性能计算模块，根据性能数据库计算速度和距离；

导航程序及其管理模块，根据导航数据生成相关图形文件；

飞行计划比较分析模块，根据飞行计划进行实时比较分析；

地面滑行辅助引导模块，根据导航数据机场信息生成显示；

重量平衡计算模块，根据机组输入及其性能信息计算；

导航设施辅助管理模块，根据飞行计划显示相关导航数据；

便携式人机接口模块，使用便携式民用显示器材并外驳；

大屏幕电子仪表模块，为大屏幕显示提供分窗显示信息。

7.权利要求1所述的一种基于多任务并行处理的飞行管理系统，其飞行管理方法包括以下步骤：

(1)飞行人员通过多功能显示控制单元制定了飞行计划之后，通过飞行管理系统处理单元拷贝该计划，作为评估之用；

(2)评估飞行计划，评估飞行包括以下两种方式：

A、与实际飞行计划并列，通过并列的同步评估方式，为飞行人员提供一个修改并预演效果的工具，由此评估拟修改的依据；

B、提前于实际飞行计划的工作时间进行，即根据飞行人员选定的、提前飞行实际操作的一定时间刻度内，进行仿真飞行，观察预定效果。

8.根据权利要求7所述的基于多任务并行处理的飞行管理方法，其特征在于：

所述步骤(1)中飞行人员通过综合飞行管理计算机内置的飞机性能数据库、飞行管理计算机内置导航数据库、及多功能显控单元、电子飞行仪表显示出的内容信息来制定飞行计划，由飞行管理计算机执行，并通过现有电子飞行仪表显示器显示出该飞行计划，进行导航计算引导管理，操纵飞行控制系统，导航计算引导管理和操纵飞行控制系统的数据通过多功能显示控制单元在电子飞行仪表上显示出来。

9.根据权利要求8所述的基于多任务并行处理的飞行管理方法，其特征在于：

所述步骤(2)中飞行人员根据所拷贝的飞行计划，综合飞行管理计算机内置的飞机性能数据库、飞管计算机内置导航数据库、显示器提供的信息评估飞行计划，并进行仿真模拟实施评估分析，其中进行仿真模拟实施评估分析和仿真结果显示于显示器上，并根据仿真结果修改并返回如下飞行计划：

A、飞行人员返回对飞行计划继续进行评估；

B、飞行人员修改并返回实际飞行计划；

在实施评估飞行计划时，飞行人员选择同步评估和异步评估两种评估方式，同步评估与实际飞行计划同步实施，飞行人员在评估计划上修改即将执行的航段任务，观察效果；异步评估方式超前于实际飞行计划，飞行人员在完成了评估飞行计划后，可以根据评估结果，决定直接将其反馈到左侧的实际飞行计划回路，对实际飞行计划进行修改；也可以返回评估回路，继续进行新一轮评估。

10.根据权利要求9所述的基于多任务并行处理的飞行管理方法，其特征在于：

所述同步评估变更项目包括：

(1)修改航路位置；

(2)修改航路条件；

(3)修改起降条件；

飞行人员完成上述变更后，评估飞行计划生成相应的数据，并将这些数据与未变更的数据并列显示，由飞行人员评估，做出是否修改的判断。

11.根据权利要求9或10所述的基于多任务并行处理的飞行管理方法，其特征在于：

所述同步评估变更项目包括：

(1)修改航路位置；

(2)修改航路条件；

(3)修改起降条件；

飞行人员完成变更后，评估飞行计划生成相应数据，这些数据与原计划数据并列，并与飞机的原始性能数据比较，由飞行人员评估对飞行的影响和效果。

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