CN103400018B - 一种飞行程序校验及验证的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于民用航空领域的飞行程序校验和验证的系统及方法，所述系统包括摄像装置、存储设备、播放设备、QAR、数据处理模块和同步模块；应用本系统的飞行程序校验和验证方法的步骤有：采集实际视景视频与飞行参数、生成模拟视景视频、生成超限告警、数据加工、生成复合模拟视景视频、生成飞行轨迹和飞行程序保护区图片、同步以及播放，应用本系统和方法可以克服现有技术的缺陷、更多地避开人为感官因素，准确地反映出飞机在执行飞行程序中的各个时间点飞机自身的综合情况，为飞行程序设计和审批人员提供客观的、准确的参照。
Description
技术领域
本发明涉及一种飞行程序校验及验证的系统和方法，是一种应用在民用航空领域中使用电子设备收集并处理信息的系统和方法。
背景技术
飞行程序是飞机在空中飞行路线的描述，并包含所有空中航行所需的通信、导航信息，也是机场提供运行保障、提供空中交通服务的重要基础，同时还是机场建设导航设施、确定运行标准的重要依据。所以飞行程序质量的好坏直接决定着机场安全运行水平和运行效率，尤其是在我国经济建设和民航事业的快速发展的今天，飞行程序设计需要兼顾城市建设、空域环境、机场净空、飞行流量、航班正常性等诸多因素，对飞行程序设计质量和日常运行提出了更高的要求，如何采取更好的技术手段检验飞行程序的安全水平已成为民航业的重要命题。
目前飞行程序校验及验证的重点有安全性评估、可飞性评估、人为因素评估。这其中安全性评估的要点是飞机能不能安全飞越所有障碍物，可飞性的评估要点是能不能有足够的通信、导航、助航信号来支持整个程序连续完成，人为因素的评估要点是飞行员作为受过训练的人，能不能使用特定飞机按照飞行程序的描述完成飞行。
目前对安全性的评估是通过校验飞行员的实际飞行，对照飞行程序障碍物图，在空中目视检查所有障碍物是否与障碍物图描述一致。飞行程序是否安全，最重要的要求是飞行程序能够引导飞机以适当的高度飞越障碍物。目前主要检查手段为飞行员的感官判断，很大程度上取决于人的感官因素，无可靠的仪器或设备作为客观的空中检查工具，并缺少综合记录、回放、评价手段。这就造成了评估结果过度依赖于校验飞行员的经验和主观感受，一方面有错误的可能，另一方面存在对标准把握不统一的风险，不同的人对同一飞行程序检查结果可能并不一致。而且飞行程序范围内障碍物没有图像视频记录，单纯依靠飞行员的记忆来判断区域内是否有新增障碍物，存在很大的不确定性，对空中确认障碍物、机场的净空保护工作造成了很大困难。
目前对于飞行程序的校验及验证方法是通过校验飞机的实际飞行来执行飞行程序，验证整个飞行过程有足够的通信、导航、助航信号支持。目前对整个飞行过程中飞机的航行参数可以通过软件来实现基本的三维动画模拟重现，一方面三维动画缺少障碍物、人工建筑、灯光环境的详细信息，没有飞行实际影像来证实这些三维动画真实性；另一方面三维动画只模拟重现了飞机的实际飞行状态，没有与飞行程序设计方案和飞行程序设计规范的对比，也没有实际飞行超出容限的告警。而且对于飞行程序设计审批人员，他们对于飞行程序可飞性具体情况的认识和判断，目前只能来源于设计理论以及校验飞行报告和图表，缺少客观综合的视频记录作为判断依据。目前对人为因素的评估主要来源于校验飞行员的飞行后报告，作为民航局飞行程序审查人员，仅靠这些报告无法得到对于飞行程序是否过于复杂和难以执行的直观感受。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供一种飞行程序校验及验证的系统和方法，应用此系统和方法可以得到客观、真实的飞行视频和一系列模拟仿真视频的同步播放，并可以得到飞机实际飞行超出容限的告警，通过对视频的判断和是否出现告警即可做出飞行程序的安全性评估、可飞性评估、人为因素评估。
本发明的具体方案是：
一种飞行程序校验及验证系统，包括摄像装置、存储设备、播放设备、QAR(快速存取记录器)，所述系统还设有用于处理QAR提取到的飞行数据的数据处理模块和用于在时间上同步视视频文件的同步模块；所述摄像装置安装在飞机上，摄像装置与所述采集存储设备相连；所述QAR与数据处理模块相连；采集存储设备和数据处理模块分别与同步模块相连，同步模块与播放设备相连。
一种应用所述飞行程序校验及验证系统的飞行程序校验及验证方法，所述方法的步骤包括采集实际视景视频与飞行参数步骤、生成模拟视景视频步骤、生成超限告警步骤、数据加工步骤、生成复合模拟视景视频步骤、生成飞行轨迹和飞行程序保护区图片步骤、同步步骤和播出步骤；
所述采集实际视景视频与飞行参数步骤是：按照预先设计的飞行程序到实际地点进行实际飞行；在飞行过程中，所述系统中的摄像装置将拍摄到的实际视景视频存入存储设备中，同时QAR记录各项飞行参数；
所述生成模拟视景视频步骤是：所述系统中的数据处理模块提取所述QAR中记录的飞行参数，通过QAR解码处理软件制作飞机实际飞行的模拟视频，并将实际的飞行参数嵌入模拟视频，使飞行参数在视频中可见；
所述生成超限告警步骤是：所述系统中的数据处理模块提取所述QAR中记录的飞行参数，用实际飞行参数与飞行程序中预设的标准参数进行对比，通过QAR解码处理软件具有的飞行参数告警功能来生成告警，并将告警嵌入模拟视频，使告警在模拟视景视频中可见；
所述数据加工步骤是：所述数据处理模块通过QAR解码处理软件生成用于制作复合飞行模拟视频的视频源数据包和用于googleearth软件处理并生成3D图像的图像源数据包；
所述生成复合模拟视景视频步骤是：所述系统中的数据处理模块提取所述视频源数据包，通过模拟飞行软件生成视角可调的复合模拟视景视频；
所述生成飞行轨迹和飞行程序保护区图片步骤是：所述系统中的数据处理模块提取所述图像源数据包，通过googleearth软件生成带有飞机实际飞行轨迹的3D图像文件，并在该3D图像里标记出飞行程序中设置的保护区，生成含有实际飞行轨迹和飞行程序保护区的图片；
所述同步步骤是：同步模块将实际视景视频、模拟视景视频、复合模拟视景视频进行时间上的同步，并选取出与上述三种视频对应时段的googleearth软件输出的飞行轨迹和飞行程序保护区图片；
所述播出步骤是：将时间同步的实际视景视频、模拟视景视频、复合模拟视景视频、模拟视景图片通过多路视频播放软件同时播放。
上述步骤中，所述数据加工步骤中的数据处理模块生成的视频源数据包是用于Xplane软件制作3D动态视频的数据包。
上述步骤中，所述同步步骤使用的时间系统是GPS时间系统，所述同步模块提取视频中的GPS时间和本地时间参数，根据此参数调整视频或图像的起始点实现视频或图像的同步。
应用本系统和方法可以取得的效果是：
系统采集了实际视景视频，实际视景视频可以客观反映出飞行过程中真实的外界环境；系统生成了实际飞行的模拟视频，使各项飞行参数可视化，客观地反映了飞机在执行飞行程序过程中本身的运行情况；系统生成了飞行参数超限告警，并将告警嵌入模拟视频，使告警在视频中可见；系统生成了实际飞行的视角可选型复合模拟视景视频，客观的从不同角度反映了飞机的模拟飞行状态和外界环境；系统生成了模拟视景图片，客观地反映了飞机的飞行轨迹和飞行程序保护区，并且系统实现了将上述图像同步播放，准确地反映了各个时间点飞机在执行飞行程序时的综合情况，为飞行程序设计和审批人员提供了客观的、准确的参照。
附图说明
图1是本发明的系统示意图；
图2是本发明的方法流程图；
图3是本发明的效果示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例使用的飞行程序校验及验证系统，包括摄像装置、存储设备、播放设备、QAR，即快速存取记录器，所述系统还设有用于处理QAR提取到的飞行数据的数据处理模块和用于在时间上同步视视频文件的同步模块；所述摄像装置安装在飞机上，摄像装置与所述采集存储设备相连；所述QAR与数据处理模块相连；采集存储设备和数据处理模块分别与同步模块相连，同步模块与播放设备相连。由于行业上的限制和规定，此系统中只有摄像装置和QAR是安装在飞机上的设备，其他设备和模块并不直接安装在飞机上，其相互的连接方式采用移动存储设备连接或无线网络连接方式。
更具体的说，本实施例中的一种飞行程序校验及验证系统，包括摄像装置、图像采集存储设备、播放设备、存放有数据处理模块和同步播放模块的数据处理服务器，飞行数据存取记录器（QAR），所述系统还包括有显示由摄像装置采集的实际飞行路线图像的第一显示屏、显示由飞机记录器记录的飞行数据生成的模拟飞行路线图像的第二显示屏和第三显示屏，以及显示所述模拟飞行路线图像二维图片的第四显示屏；所述摄像装置安装在飞机上，摄像装置与所述图像采集存储设备相连，所述图像采集存储设备和飞行数据存取记录器分别连接数据处理服务器，数据处理服务器与播放设备相连，播放设备分别连接第一显示屏、第二显示屏、第三显示屏和第四显示屏。
进一步的，所述的第三显示屏显示的是由Xplane软件处理并生成复合飞行模拟视频，所述第四显示屏显示的是由googleearth软件处理并生成3D图像的模拟视频，。
进一步的，所述第一显示屏、第二显示屏、第三显示屏和第四显示屏为同在一面墙上设置的四面显示屏。
实施例中使用的摄像装置是专业摄像机，摄像机可安装在飞机的驾驶舱前方或其它适用的位置，目的在于采集与驾驶员视线相同的以及能记录飞行环境的影像；存储设备采用硬盘等移动存储设备；QAR即快速存取记录器是用于监控、记录大量飞行参数、数据的机载设备，其记录容量一般为128MB，连续记录时间可达600小时，可以同时采集数百个数据，涵盖了飞机运行品质的绝大部分参数，在QAR的帮助下，航空运营人能够模拟还原飞行过程，及时发现飞行过程中飞机的状态以及机组操纵、发动机工作状况、航空器性能等方面存在的问题，分析查找不正常情况发生的原因，掌握安全动态，采取针对性措施，从而消除包括飞行程序存在瑕疵等事故隐患，确保飞行安全；目前，绝大部分的民航飞机均加装了这类监控设备。
所述数据处理模块主要通过三种程序的组合实现生成视频的功能，即QAR解码处理程序、飞行模拟程序、googleearth虚拟地球仪程序，本实施例中使用的QAR解码处理程序是Aerobytes公司的AerobytesFDM（3.2版本），此程序可以生成带有量化指示的飞行模拟视频、生成飞行参数超限告警、生成由googleearth软件处理并生成3D图像的数据包、生成由Xplane等软件处理并生成复合飞行模拟视频的数据包、生成关于飞行数据的图标类文件；所述的飞行模拟程序是游戏开发商AustinMeyer公司制作的用于真实和虚拟的飞行训练的模拟飞行程序Xplane，此程序可以根据给定的数据制作出模拟的场景以及多视角的模拟飞行动画；所述googleearth虚拟地球仪程序是一款Google公司开发的虚拟地球仪软件，该软件可以把卫星照片、航空照相和GIS(数字空间地理)布置在一个地球的三维模型上，其使用了公共领域的图片、受许可的航空照相图片、KeyHole卫星的图片和很多其他卫星所拍摄的城镇照片，甚至提供GoogleMaps所没有的图片，并且此软件包括数据导入功能、规划飞行路线功能和全球定位功能。
所述同步模块通过同步程序实现对四种图像的同步功能，摄像装置采集的实际视景视频带有精确到秒的本地时间参数，数据处理模块生成的模拟视景视频、复合模拟视景视频是带有精确到秒的GPS时间参数，同步程序提取三者带有的时间参数，根据选定的起止时间对所述三种视频进行节选；QAR解码处理软件输出到googleearth软件的图片源数据包是带有精确到秒的GPS时间参数的数据，可以使用googleearth软件根据选定的起止时间节选飞机飞行轨迹的图片；同步程序将四种图像的起止时间对其实现同步过程。
所述播放设备通过多路视频播放软件在显示器上实现对四种图像的同时播放功能。
实施例2
结合图2与图3，一种应用于实施例1所述飞行程序校验及验证系统的飞行程序验证方法，实施例1中所公开的内容也应作为本实施例中的内容，所述方法的步骤包括采集实际视景视频与飞行参数步骤、生成模拟视景视频步骤、生成超限告警步骤、数据加工步骤、生成复合模拟视景视频步骤、生成飞行轨迹和飞行程序保护区图片步骤、同步步骤和播出步骤；
其中：
所述采集实际视景视频与飞行参数步骤是采集图3中的实际视景视频1的步骤：按照预先设计的飞行程序到实际地点进行实际飞行；在飞行过程中，所述系统中的摄像装置将拍摄到的实际视景视频存入存储设备中，同时QAR记录各项飞行参数。
所述生成模拟视景视频步骤是生成图3中模拟视景视频2的步骤：所述系统中的数据处理模块提取所述QAR中记录的飞行参数，通过QAR解码处理软件制作飞机飞行的模拟视频，并将实际的飞行参数与飞行程序中的飞行参数嵌入模拟视频，使两种飞行参数在视频中同时可见；此步骤是使用QAR解码处理软件AerobytesFDM制作基本的飞行视频的步骤，但制作出的视频画质效果一般，无法完全地反映出环境因素，但可清楚地反应飞机自身的飞行高度、姿态等情况。其中QAR解码处理软件AerobytesFDM可以根据QAR记录的数据制作带有飞行参数的飞机飞行的模拟视频的功能是现有技术。
所述生成超限告警步骤是生成图3中模拟视景视频2中超限告警的步骤：所述系统中的数据处理模块提取所述QAR中记录的飞行参数，通过QAR解码处理软件具有的飞行参数告警功能来生成告警，并将告警嵌入模拟视频，使告警在视频中可见。其中QAR解码处理软件AerobytesFDM可以根据QAR记录的数据和预先设置的告警容限来生成超限告警是现有技术。
所述数据加工步骤是：所述数据处理模块通过QAR解码处理软件生成用于制作复合飞行模拟视频的视频源数据包和用于googleearth软件处理并生成3D图像的图像源数据包；此步骤是使用QAR解码处理软件AerobytesFDM加工数据的过程，加工出的数据包是下一步生成视频所需的数据源。其中QAR解码处理软件AerobytesFDM可以生成与Xplane、googleearth等软件匹配的数据源数据包的功能是现有技术。
所述生成复合模拟视景视频步骤是生成图3中复合模拟视景视频3的步骤：所述系统中的数据处理模块提取所述视频源数据包，通过模拟飞行软件生成视角可调的复合模拟视景视频；此步骤是使用Xplane软件制作高画质、多视角的飞行动画的过程，此视频可以更加清晰地反应飞行的综合情况，图像中包括飞机自身的细节情况、周围建筑物的情况、地形条件等。
所述生成飞行轨迹和飞行程序保护区图片步骤是生成图3中飞行轨迹和飞行程序保护区图片4步骤：所述系统中的数据处理模块提取所述图像源数据包，通过googleearth软件具有的数据导入功能生成带有飞机飞行轨迹的3D地图图片；googleearth软件具有规划飞行路线的功能，通过规划飞行路线功能可以在上述图片中画出飞行程序的保护区。图像中除地图信息外还包括飞行程序的保护区以及飞机的飞行轨迹，所述输出的飞行轨迹和飞行程序保护区图片实际上是在地图上对飞机在飞行程序保护区里运动过程的描述。
所述同步步骤是：同步模块将实际视景视频1、模拟视景视频2、复合模拟视景视频3进行时间上的同步，并选取与上述三种视频对应时段的googleearth软件输出的飞行轨迹和飞行程序保护区图片4。
所述播出步骤是：将时间同步的实际视景视频1、模拟视景视频2、复合模拟视景视频3、飞行轨迹和飞行程序保护区图片4通过多路视频播放软件同时播放。
上述步骤中，所述数据加工步骤中的数据处理模块生成的视频源数据包是用于Xplane软件制作3D动态视频的数据包。
上述步骤中，所述同步步骤使用的时间系统是GPS时间系统，所述同步模块提取视频中的GPS时间和本地时间参数，根据此参数调整视频或图像的起始点实现视频或图像的同步。
也可以从另一种方式描述本方法：所述方法的步骤包括：数据加工步骤、生成飞行轨迹和飞行程序保护区图片步骤、同步步骤和播出步骤；
采集参数的步骤（相当于所述采集实际视景视频与飞行参数步骤以及生成超限告警步骤）：按照预先设计的飞行程序到实际地点进行实际飞行；在飞行过程中，所述系统中的摄像装置将拍摄到的实际视景存入图像采集存储设备中，同时飞行数据存取记录器记录各项飞行参数，所述飞行程序中包括有飞机与地面物体预警高度值；
生成模拟视景视频步骤：将所述飞行数据存取记录器记录的各项飞行参数生成飞机飞行的三维模拟视频；
生成复合视频图像步骤：提取图像采集存储设备中的实际视景视频，提取飞机飞行的三维模拟视频，将拍摄记录时间和飞行数据记录时间以导航卫星时间作为基准生成时间同步的实际视景视频和飞机飞行模拟视频的视频图像；
生成飞行轨迹图片步骤：提取飞机飞行的三维模拟视频按照所述同步起始点和飞行参数，生成带有飞机飞行轨迹以及飞机自身位置的二维飞行轨迹图片；
播出验证步骤：将时间同步的实际视景视频、三维模拟视频、二维飞行轨迹图片同时播放在三个显示画面上，当飞行高度超出所述预警高度值时报警。
其中，所述的生成飞行轨迹图片步骤以及播出验证步骤：相当于所述的数据加工步骤、生成飞行轨迹和飞行程序保护区图片步骤以及同步步骤和播出步骤。
所述生成飞机飞行的三维模拟视频包括：生成带有量化指示的飞行模拟视频、生成可以由googleearth软件处理并生成3D图像的视频数据包、生成可以由Xplane软件处理并生成复合飞行模拟视频数据包。
其中，所述导航卫星时间是GPS时间系统。
其中，所述各项飞行参数包括：飞行高度、转向参数、气候参数。
其中，所述实际飞行路线图像是飞行员所观测到的实际地面图像。
Claims (3)
1.一种飞行程序校验及验证的方法，该方法应用于飞行程序校验及验证的系统中，其特征在于，所述方法的步骤包括采集实际视景视频与飞行参数步骤、生成模拟视景视频步骤、生成超限告警步骤、数据加工步骤、生成复合模拟视景视频步骤、生成飞行轨迹和飞行程序保护区图片步骤、同步步骤和播出步骤；
所述采集实际视景视频与飞行参数步骤是：按照预先设计的飞行程序到实际地点进行实际飞行；在飞行过程中，所述系统中的摄像装置将拍摄到的实际视景视频存入存储设备中，同时QAR记录各项飞行参数；
所述生成模拟视景视频步骤是：所述系统中的数据处理模块提取所述QAR中记录的飞行参数，通过QAR解码处理软件制作飞机实际飞行的模拟视频，并将实际的飞行参数嵌入模拟视频，使飞行参数在视频中可见；
所述生成超限告警步骤是：所述系统中的数据处理模块提取所述QAR中记录的飞行参数，用实际飞行参数与飞行程序中预设的标准参数进行对比，通过QAR解码处理软件具有的飞行参数告警功能来生成告警，并将告警嵌入模拟视频，使告警在模拟视景视频中可见；
所述数据加工步骤是：所述数据处理模块通过QAR解码处理软件生成用于制作复合飞行模拟视频的视频源数据包和用于googleearth软件处理并生成3D图像的图像源数据包；
所述生成复合模拟视景视频步骤是：所述系统中的数据处理模块提取所述视频源数据包，通过模拟飞行软件生成视角可调的复合模拟视景视频；
所述生成飞行轨迹和飞行程序保护区图片步骤是：所述系统中的数据处理模块提取所述图像源数据包，通过googleearth软件生成带有飞机实际飞行轨迹的3D图像文件，并在该3D图像里标记出飞行程序中设置的保护区，生成含有实际飞行轨迹和飞行程序保护区的图片；
所述同步步骤是：同步模块将实际视景视频、模拟视景视频、复合模拟视景视频进行时间上的同步，并选取出与视景视频、模拟视景视频、复合模拟视景视频对应时段的googleearth软件输出的飞行轨迹和飞行程序保护区图片；
所示播出步骤是：将时间同步的实际视景视频、模拟视景视频、复合模拟视景视频、模拟视景图片通过多路视频播放软件同时播放。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据加工步骤中的数据处理模块生成的视频源数据包是用于Xplane软件制作3D动态视频的数据包。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述同步步骤使用的时间系统是GPS时间系统，所述同步模块提取视频中的GPS时间和本地时间参数，根据本地时间参数调整视频或图像的起始点实现视频或图像的同步。
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