CN107014383A - 飞行器中的气象数据的显示 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了飞行器中的气象数据的显示，即由计算机实施的用于管理气象数据以管理飞行器的飞行的方法，该方法包括以下步骤：接收地图背景(320)和与飞行计划(321)相关的气象数据；选择一个或多个气象事件(331)；在表示飞行计划(321)的条(330)上显示与选择的气象事件(331)相关的图形表示(360)；基于气象数据的更新，刷新气象数据的显示。改进特别地描述了对应于飞行计划的修订的显示的再刷新、考虑气象事件的严重性、警报和/或可选择的通知的发出、监管类型和非监管类型的气象之间的区别。对软件和系统方面进行了描述(例如，电子飞行包EFB)。

Description

飞行器中的气象数据的显示
技术领域
本发明涉及在运输装置(例如飞行器)的导航辅助情况下的气象数据管理的技术领域。
背景技术
气象信息是必不可少的，以对在不同的和变化的大气条件中迅速移动的飞行器的导航进行辅助。
气象条件会影响行动任务准备和飞行中的决定。决定性气象事件主要包括：大气运动(例如，风、风暴、对流、湍流等)，水文气象形成(例如，雨、雪、雾等)，冰，较低或降低的可见度条件，电现象(闪电)。
以文本和/或图形形式提供气象数据。图形类型的气象数据一般以符号的形式显示，所述符号叠加于一个或多个地图背景或图层。
一般为飞行员提供不同的显示选项，以在气象数据中进行有效的导航。这些选项特别包括：对一个或多个与特定类型的气象事件相关的标准进行选择或过滤的可能性、选择或操作显示图层的可能性、选择或受益于颜色代码的使用从而指示任意风险或优先级的可能性、管理显示于屏幕的不同符号的透明度的可能性等。
即使如此，这些方法也存在局限性。
当前显示选项存在局限性。特别地，所有气象数据的显示无法使得更简单地做出决定。飞行员必须动脑和/或执行许多费力的手动操作，以识别对飞行计划有用的气象信息项，特别是确定该气象信息是否对飞行计划是关键的。用于在飞行员当前可得的数据中进行导航的工具通常需要很多程序。
另外，飞行员通常面临对于其计划的初始飞行计划的飞行计划修改，无论这些修改是由FMS做出的，还是由飞行员基于EFB或FMS而手动进行的，或者由航空公司运营中心提出的，或者是空中交通管制所要求的。飞行员必须随后系统地再次分析沿其新航线的天气情况，这意味着会占用其认知负荷的很大一部分的大量任务。
存在对用于管理飞行器驾驶舱内的气象数据的高级系统和方法的操作需要。
发明内容
公开了这样一种由计算机实施的用于管理气象数据以管理飞行器的飞行的方法，该方法包括以下步骤：接收与飞行计划相关的地图背景和气象数据；选择一个或多个气象事件，在表示飞行器的飞行计划的条上显示气象事件的图形表示；基于气象数据的更新，刷新所选择的且与飞行器的飞行计划相关的气象数据的显示。改进特别地描述了对应于飞行计划的修订的显示的刷新、考虑气象事件的严重性、警报和/或可选择的通知的发出、监管类型和非监管类型的气象之间的区别。对软件和系统方面进行了描述(例如，电子飞行包EFB)。
本发明在于产生和显示沿飞机的航线的气象事件的概要。
有利地，本发明的实施方案可以为飞行员提供飞行器沿其航线将遇到的气象现象的概要。所提供的信息是前后关联的并与飞行计划相关，通过将飞行器的位置投影到未来，使用在四个空间和时间维度上可用的气象数据和计划的飞行计划和/或实际飞行的轨迹之间的交叉来进行关联，从而产生该概要。
优选地，所描述的示例将人机交互进行了简化，特别是减轻了飞行员访问气象信息的繁琐程序。有时重复并且通常较复杂，同样地改进了飞行员对于实际驾驶的集中力。因此，减轻了专用于气象管理的飞行员的认知负荷。改善人机交互模型可以最好地并且更集中地利用飞行员的视野，这使得可以维持高水平的注意力或最好地利用注意力。将待提供的认知努力最优化，或者为了更加精确，将待提供的认知努力部分重新分配到对驾驶目标更有用的认知任务。飞行员可以集中于其他驾驶任务。飞行器飞行安全性提高。
根据本发明，有利地，对气象信息进行更新。更具体地，将“信息性”气象信息加入“监管的”气象信息(将在下文中描述这些概念)。“监管的”气象信息在全部时间和在飞行员请求时维持为可访问。
有利地，根据本发明，更新的气象信息额外与飞行器的当前飞行计划相关。换言之，根据本发明的方法设定与当前飞行计划相关的气象事件的交集。无论飞行计划的修订(或修改)如何，均对天气事件的显示进行刷新。
有利地，根据本发明的方法使得飞行员可以从气象的角度预测飞行器的未来情况。在一个实施方案中，显示超过200海里(～30分钟)的气象数据(超过其嵌入式传感器的当前能力)，以辅助飞行员做出其长期策略导航决策。
有利地，在本发明的实施方案中，在数据的更新和/或数据的同步和/或飞行计划的更新或修改时，对在更新和/或同步和/或修改时没有查询天气信息的飞行员，随后将会通知(例如，视觉上)相关飞行计划的相应数据修改。
附图说明
从下面的描述和附图，本发明的其它特征和优点将变得明显，其中：
图1示出了本发明的整体技术环境；
图2示意性地示出了已知FMS类型的飞行管理系统的结构和功能；
图3示出了根据本发明的用于显示气象性质的信息的示例性人机界面；
图4示出了飞行员与根据本发明的人机界面进行交互的示例；
图5示出了根据本发明的方法的步骤的示例；
图6示出了根据本发明的人机界面的变型实施方案。
具体实施方式
本发明对气象(“天气”)数据的概念进行了概括。
在航空电子领域，可以将气象数据分为若干类别(例如，所谓的“监管的”或“规范的”气象，所谓的“信息性”或“策略性”气象，通过嵌入式装置测量的“雷达”气象)。
对于所谓的监管气象，气象观察和预测被并入称为“简报”的监管气象文件中，该文件在飞机起飞前提供给飞行员。该监管气象是受限的。形式和格式是基本的(文本代码和黑白图形)，并且数据通常仅在限制的时间间隔(大约3至6个小时)内有效。该不可避免的气象数据的过时会导致明显的并发问题，并且尤其导致一些飞行安全性的风险。
对于所谓的“信息性”或“预测性”或“策略性”气象，该类型的数据一般呈现为图形数据形式。它们具有对飞行操作所需的监管数据进行补充的特定特征。预测或信息性气象的目标是，在天气雷达具有不充足的范围和“简报”信息不再是最新的点处，在策略层面给出建议性信息。该类型的气象数据的更新目前在现有的系统中是受限的。例如，具有AOC的ACARS的使用仅提供文字的更新。因此，飞行员具有额外的信息，但是该信息在内容上是不足的和/或具有有限的时效性。以繁琐的程序为代价，飞行员必须在该有限的信息中搜索、寻找、提取并且解释相关信息。
对于雷达气象，其范围受限于测量装置(即，短范围)。其直接用于驾驶。
更一般地，根据本发明的限定，可以根据不同的“质量”或“服务”水平而对气象数据进行分段(具有重叠)或分割(具有重叠)。根据本发明，可以在根据本发明的方法的气象概要中将第三方(对于监管气象而言)数据源考虑在内。例如，表示给定区段中存在候鸟的数据源可以有助于提高广义上的“气象”理解。可以在飞行中刷新和查询策略和信息类型的确定量的数据，其不同于来自于飞行档案的监管数据，该策略或信息类型的确定量的数据来自于飞行器内部的传感器，或者通过利用通信装置(人造卫星等)从地面下载而可访问该策略或信息类型的确定量的数据。在一个实施方案中，非监管类型的一个或多个数据可以被重新鉴定为水平等同于监管数据的水平的数据(见下文)。
本发明可以尤其在一个或多个电子飞行包EFB和/或一个或多个飞行管理系统FMS和/或驾驶舱显示系统CDS的一个或多个显示屏上实施。该显示可以“分布”于这些不同的显示屏。
电子飞行包(缩写为EFB)指定为嵌入式电子图书馆。EFB为导航人员(例如，飞行员、维修人员、乘务人员等)使用的电子装置。EFB可以将飞行信息提供给机组人员，以辅助机组人员执行任务(使用越来越少的纸张)。一个或多个应用程序使得可以管理用于飞行管理任务的信息。这些通用计算机平台旨在减少或代替纸张形式的参考材料，所述纸张形式的参考材料常见于“飞行员飞行包”的手提行李中，并且对该纸张形式的参考材料的处理很繁琐，特别是在关键飞行阶段。参考纸张文件通常包括驾驶手册、各种导航地图和地面操作手册。这些文件在EFB中被有利地无纸化。另外，EFB可以托管专门设计用于使在正常时间手动执行的操作(例如，起飞性能计算(极限速度的计算等))自动化的软件应用。存在有不同类型的EFB硬件。可移除的EFB为在起飞和其他关键阶段通常不使用的便携式电子装置(PED)。该类型的装置不需要任何特别的认证或授权管理过程。所谓的安装的EFB装置通常布置于驾驶舱，例如，安装于全部飞行阶段期间使用该EFB装置的位置。该类型的装置需要获得事先授权才能使用。将可移除并安装的装置当作便携式电子装置。固定的航空电子装置，例如，安装于飞行器的驾驶舱的计算机底座或固定的扩展基座，通常需要经过监管机构的批准和认证。
类似于任意显示装置，待显示于EFB上的信息的量会受到限制(尤其是对于天气数据的显示)，并且实施优化数据显示的方法是有利的。
另外，或者作为代替，为了显示于一个或更多的EFB，数据可以显示于在飞行器的驾驶舱中显示的FMS的一个或多个屏幕。缩写FMS对应于“飞行管理系统”并且指定为飞行器飞行管理系统。在准备飞行或转移时，机组人员通常使用飞行器飞行管理系统FMS来输入与飞行进度有关的不同信息。FMS包括输入装置和显示装置，以及计算装置。操作者(例如，飞行员或副驾驶)可以通过输入装置输入与航路点(也即，垂直的或飞行器必须通过的点)相关联的信息，例如RTA(到达所需时间)。这些元件在现有技术中通过国际标准ARINC424是已知的。计算装置特别地使得可以根据包括航路点列表的飞行计划来计算作为航路点之间的几何形状和/或高度和速度条件的函数的飞行器的轨迹。
在下文中，缩写FMD用于表示存在于驾驶舱中的FMS的显示，其通常布置为下视的(在仪表板的较低水平处)。
缩写ND用于表示存在于驾驶舱中的FMS的图形显示，其通常设置为平视的，也即，在面部前方。通过参考点(在显示中心或在显示底部)和限定显示面积的尺寸的范围来限定该显示。
缩写HMI对应于人机界面。信息的输入以及由显示装置输入或计算的信息的显示构成这样的人机界面。一般而言，HMI装置使得可以输入和查询飞行计划信息。下面描述的实施方案详细描述了先进的HMI系统。
下文中描述了本发明的不同的实施方案。
公开了一种这样的方法：其由计算机实施，用于管理气象数据以对飞行器的飞行进行管理，该方法包括以下步骤：从若干预先限定的地图背景中接收地图背景；接收与飞行器的飞行计划相关的气象数据；从所述气象数据中选择一个或多个气象事件；将与所选择的气象事件相关的一个或多个图形表示显示于代表飞行器的飞行计划的水平或垂直条；基于气象数据的更新而刷新所选择的且与飞行器的飞行计划相关的气象数据的显示。
动词“刷新”意为“更新”。
在一种改进中，该方法进一步包括：接收飞行器的飞行计划的修订的步骤以及再次更新选择步骤和所选择的气象事件的显示步骤的步骤。
在本发明的一个实施方案中，飞行计划制约(单方面地)气象事件的过滤和显示。换言之，飞行计划(其可以改变)用作确定根据预先限定的标准而相关的气象事件的参考。将向飞行员指示位于飞行器的航线中的危险积雨云。这是基本策略的实施方案。
在一种改进中，刷新气象数据的显示的步骤包括选自以下步骤的一个或多个步骤：添加气象事件的图形表示的步骤；删除气象事件的图形表示的步骤；以及修改气象事件的图形表示的步骤。
在一种改进中，气象事件的图形表示为描述性显示区域，将该描述性显示区域的图形形式和/或颜色和/或纹理中的至少一部分根据相关气象事件的严重程度来确定。
在一种改进中，根据预先限定的显示优先级来对气象事件的图形显示进行布置。
显示优先级或规则可以尤其按照沿飞行器的飞行计划的严重性降序提供显示。
在一种改进中，至少一个气象事件与发生的一次性时间和/或有效时间间隔相关。
在一种改进中，该方法进一步包括：显示在下一次气象数据的预期更新前的时间延迟的步骤。
在一种改进中，该方法进一步包括：根据气象数据的至少一个修改来确定飞行计划的修改或修订或飞行设定点的步骤；以及为飞行员显示所述修改或修订或设定点的步骤。
在一个实施方案中，背景中的计算评估将根据气象调整飞行计划的需求。
在一个实施方案中，飞行计划数据和气象数据彼此影响(双向交互)。
特别地，通过在给定时刻增加虚拟或可能的飞行计划并且通过确定每个虚拟飞行计划的气象事件的选择，可以使飞行员能够从气象阻碍的角度来比较不同的替代飞行计划，从而帮助飞行员进行其导航。在一个实施方案中，飞行员可以比较每个可能的航线或其选择的若干航线的气象概要。可以采用不同方式进行飞行计划之间的比较。在一个实施方案中，图形地比较气象概要(例如，并排地，通过叠加和使用颜色等)。在一个实施方案中，每个气象事件可以与得分相关联；随后比较步骤对相比较的多个航线的得分进行求和操作。可选的优化步骤可以在于将得分的总和最小化。该类型的实施方案是基本策略性的。
在一种改进中，该方法进一步包括：确定在确定为严重的气象事件周围飞行所需的飞行器的飞行计划的修改的步骤；以及若飞行计划的所述修改超过预先限定的阈值则显示警报的步骤。
在一种改进中，该方法进一步包括：确定与超过预先限定的阈值的严重性水平相关联的气象事件的存在的步骤；以及以图形方式显示指示所述气象事件的存在的可选择的视觉通知的步骤。
在一种改进中，气象数据为非监管类型的气象数据。
气象数据在监管类型的数据和非监管类型的气象数据之间划分(不重叠)。
在一个实施方案中，非监管类型的气象数据与质量或可靠性的多个水平或来源相关联。
在决策系统中，数据的质量指的是一组要求(例如，在准确性、真实性、多样性、深度、新鲜度等方面)。在航空电子中，可以考虑数据的来源或起源(“可靠性”水平)。
在本发明的一个实施方案中，所显示的气象信息的监管或非监管性质可以用信号传递给飞行员(例如，监管气象可以用红色框起，而信息性气象不用框起)。
在一种改进中，该方法进一步包括这样的步骤：在监管类型的气象数据中接收非监管类型的气象数据的至少一个数据或源的鉴定的指示。
在一个实施方案中，通信或反馈回路(具有监管机构，ATC或认证和/或授权的组织)可以使得能够重新鉴定气象信息。例如，在指定机场旁边的候鸟的存在可以由适当的监管机构“认可”。
公开了一种计算机程序产品，其包括当所述程序在计算机中运行时可以执行该方法的步骤的代码指令。
公开了一种系统，其包括用于实现该方法的步骤的装置。
在一种改进中，该系统包括电子飞行包的显示屏。
在额外的或代替的一种改进中，系统包括至少一个显示屏，从飞行屏幕PFD和/或导航屏幕ND/VD和/或操作屏幕MFD中选择该显示屏。
在额外的或代替的一种改进中，该系统包括至少一个触摸屏类型的显示器。
在额外的或代替的一种改进中，该系统包括增强现实和/或虚拟现实装置。
图1示出了本发明的整体技术环境。航空电子装置或机场装置100(例如，与空中交通管制系统联接的控制塔)与飞行器110通信。飞行器是能够在地球大气中移动的运输装置。例如，飞行器可以是飞机或直升机(或甚至是无人机)。飞行器包括驾驶室或驾驶舱120。在驾驶舱中，存在驾驶装置121(称为航空电子装置)，其包括例如一个或多个机载计算机(计算，存储器和数据存储装置)，所述机载计算机包括FMS、用于显示或观看并且输入数据的装置、通信装置以及(可能的)触觉反馈装置和滑行计算机。触摸板或EFB 122可以为机载的，采用便携形式或结合于驾驶舱。所述EFB可以与航空电子装置121进行交互(双向通信123)。EFB还可以与可通过网络(例如，云计算125)访问的外部计算机资源进行通信124。特别地，计算可以在EFB上本地执行，或者部分地或全部地在经由网络在可访问的计算装置中执行。机载装置121通常被认证和监管，而EFB 122和连接的计算装置125通常不被认证(或者在较小程度上)。该架构使得可以在EFB 122侧注入灵活性，同时确保嵌入的航空电子装置121侧的受控的安全性。
在机载装置中有不同的屏幕。ND屏幕(与FMS相关的图形显示)通常在主视野中布置成“平视的”，而FMD设置成“下视的”。由FMS输入或计算的所有信息在所谓的FMD页面上组合在一起。现有系统使得可以在页面之间浏览，但是屏幕的大小和为了其可读性而不在页面上放置太多信息的需求使得不可能以概要形式领会飞行的所有当前和未来情况。驾驶舱中的现代飞机的机组人员通常由两个人组成，分布在驾驶舱的两侧：“飞行员”侧和“副驾驶”侧。商业飞机有时只有飞行员，某些老式飞机或军用运输机有三个机组人员。每个人都在其HMI上查看其感兴趣的页面。在任务的执行过程中，一般可以永久地显示可能的几百个中的几个：“飞行计划”页面首先包含飞机所遵循的航线信息(下一个航路点的列表及其在距离、时间、高度、速度、燃料、风的方面的相关预测)。航线被分成区段、航段和程序，它们本身由点组成并且包括“性能”页面，该“性能”页面包含对于在短期内引导飞机有用的参数(要遵循的速度、高度上限、下一次高度改变)。还有大量其他机载可用页面(横向和垂直修订页面、信息页面、特定于某些飞机的页面)，或一般大约一百页。
图2示意性地示出了已知FMS类型的飞行管理系统的结构和功能。布置在驾驶舱120和航空电子装置121中的FMS类型的系统200具有人机界面220，该人机界面220包括例如由键盘形成的输入装置和例如由显示屏形成的显示装置，或者仅包括触摸显示屏，并至少具有以下功能：
-导航(LOCNAV)201，以根据诸如GNSS卫星地理定位(例如，GPS，GALILEO，GLONASS等)、VHF无线电导航信标、惯性单元的地理定位装置来执行飞行器的最优定位。该模块与上述地理定位装置进行通信；
-飞行计划(FPLN)202，用于输入形成要遵循的航线的“骨架”的地理元素，例如，由出发和到达程序设置的点、航路点、空中走廊(通常称为“固定航线”)。FMS通常托管若干飞行计划(飞机沿其被引导的所谓的“激活的”飞行计划，使得可以进行修改而不激活该飞行计划的引导的“临时”飞行计划、和“未激活的”工作飞行计划(称为“次要”飞行计划))。
-导航数据库(NAVDB)203，用于根据包括在与点、信标、拦截或高度航段等相关的基础中的数据来构建地理路线和过程；
-性能数据库(PERFDB)204，其包含飞行器的空气动力学参数和发动机参数；
-横向轨迹(TRAJ)205，用于根据飞行计划的点构建连续轨迹，观察飞行器的性能水平和限制约束(用于区域导航的RNAV或用于所需导航性能的RNP)；
-预测(PRED)206，用于在侧向和垂直轨迹上构建优化的垂直轮廓，并且特别在每一点上、在驾驶参数的每个改变处和在目的地处给出距离、时间、高度、速度、燃料和风的估计，这将显示给机组人员。
-引导(GUID)207，用于在横向和垂直平面中在飞行器的三维轨迹上引导飞行器，同时使用由预测函数206计算的信息来优化其速度。在配备有自动驾驶装置210的飞行器中，自动驾驶装置210可以与引导模块207交换信息；
-数字数据链路(DATALINK)208，其用于在飞行计划/预测功能和控制中心或其他飞行器209之间交换飞行信息。
-一个或多个HMI屏幕220。
由FMS输入或计算的所有信息在显示屏幕(FMD，NTD和PFD页面，HUD或类似)上组合在一起。在空中客车A320或A380类型的航空公司飞机中，FMS的轨迹在称为导航显示(ND)的显示屏上显示为平视的。“导航显示”提供飞行器情况的地理视图，其中显示地图背景(其确切的性质，外观和内容可以变化)，有时具有飞机的飞行计划、任务的特征点(等时间点、爬升结束、下降开始等)、周围交通、其各个方面的天气(例如，雨和风暴区域、结冰条件等)，通常源自嵌入式气象雷达(例如，使得可以检测雨地区或暴风雨地区的反射率的回波)。在空中客车A320、A330、A340、波音B737/747代的飞机上，没有与飞行计划的显示屏的交互。通过所谓的MCDU(多用途控制显示)界面上的字母数字键盘来完成飞行计划的构建。通过输入以管状形式表示的“航路点”的列表来构建飞行计划。可以通过键盘输入在这些“航路点”上的特定数量的信息项，例如，飞机在经过航路点时必须遵守的约束(速度、高度)。该解决方案存在许多缺陷。它不能使轨迹直接变形，它必须通过“航路点”的连续输入来完成，要么存在于导航数据库(采用AEEC ARINC 424格式的机载标准化的NAVDB)中，要么由机组人员通过其MCDU(例如，通过输入坐标)来构建。考虑到当前显示屏幕的大小及其分辨率，该方法是繁琐并且不准确的。对于每个修改(例如，轨迹的变形以避免正在移动的随机的危险天气)，可能需要在相关区域外重新输入一系列航路点。
根据由飞行员限定的飞行计划(“航路点”列表)，作为航路点(通常称为航段)之间的几何形状和/或高度和速度条件(其用于计算转弯半径)的函数，计算横向轨迹。在该横向轨迹上，FMS优化垂直轨迹(在高度和速度方面)，涉及任何高度、速度、时间约束。由FMS输入或计算的所有信息在显示屏幕(MFD页面，NTD和PFD显示器，HUD或类似)上组合在一起。因此，图2的HMI部分220包括a)FMS的HMI部件，其构成用于发送到显示屏(称为用于驾驶舱显示系统的CDS)的数据，以及b)CDS本身，其代表屏幕及其处理轨迹的绘图显示的图形驱动器软件，并且其还包括使得可以识别手指(在触摸界面的情况下)或指示装置的移动的计算机驱动器。
由FMS输入或计算的所有信息在“页面”上组合在一起(图形地显示在FMS的一个或多个屏幕上)。现有的系统(称为“玻璃驾驶舱”)使得可以在页面之间浏览，但是屏幕的大小和不使页面超负荷的需要(为了保持它们的可读性)不能使得以概要方式认识到飞行的当前和未来情况。因此，搜索飞行计划的特定元素会花费飞行员很长时间，尤其是如果其必须在许多页面(长飞行计划)中浏览。实际上，当前使用的不同的FMS和屏幕技术使得可以仅显示6和20行之间以及4和6列之间。
图3示出了根据本发明的用于显示气象性质的信息的人机界面的示例。
下面描述根据本发明的方法的不同的实施方案。
在一个实施方案中，例如，通过使用EFB类型的平板，向飞行员或机组成员显示图形界面300。图形界面包括导航选项(例如，多个可选符号)。在一个实施方案中，通过对作为时间和高度的独立变量(符号350，使得可以选择过滤气象信息的飞行高度)的选择来允许显示气象数据。特别地，界面可以提供关于不同机场(例如，改航机场、到达机场等)存在的气象条件的数据的访问。
图形界面可以显示地图背景320(空中地图)，特别地示出飞行计划321。在一个实施方案中，图形界面包括二维的飞行计划的图形表示，其上表示飞行器将在其飞行计划期间遇到的不同的气象事件。
图形界面可以显示表示飞行器沿飞行计划会遇到的气象事件(例如气象事件331)的“带”或“条”330。换句话说，飞行可以由在其中表示气象事件的水平线表示。这条线可以指示出发机场和下一个气象现象。
气象事件可以与描述性显示区域相关联，该描述性显示区域提供关于所述事件或与其相关的定性和/或定量细节(地点、强度、高度、有效性时间间隔、概率、元数据、数据源、图形符号等)。例如，气象事件331与描述性显示区域340相关联。
在一个实施方案中，根据本发明的方法包括“气象概要”模式(例如，可选图标WS311)。
每个气象事件与日期或时间信息相关联和/或与空间(2D或3D)中的位置相关联，也就是说，与气象事件应当发生的时刻和/或气象事件被认为是有效的时间段相关联。在可选实施方案中，每个气象事件与得分相关联(在安全的潜在后果、相关联的概率等方面来集中编码严重性水平)。
可选地，颜色代码可以用于指示每个气象事件的严重性。
动态地，当接收到相应的数据并且刷新气象数据库时，更新描述性显示区域。气象数据由飞行器通过专用卫星链路而以固定或可变间隔接收。
可选指示符359为飞行员指示下一次更新将在何时(在该示例中，数据的刷新计划为每15分钟一次)。
在一个实施方案中，在更新时，可以图形地通知描述性显示区域的插入和/或删除和/或修改。与气象事件相关联的描述性显示区域360的插入将例如可以通过描述性显示区域362的右移和新描述性显示区域360的滑动插入361来表示。描述性显示区域的删除(例如，相应气象事件的消失、数据的过时等)也可以图形地示出(例如，灰度水平着色、闪烁、淡出等)。描述性显示区域的修改将类似地可以以图形方式(例如，彩色轮廓、专用图形符号、“新”维度的显示、闪烁等)表示。其他类型的图形动画是可能的(颜色、形状、纹理、声音、振动等)。
有利地，与气象数据流中的数据变化相关的图形指示(或更一般地说，触觉性质的指示)使得可以引起飞行员对最新数据的注意。先前描述的显示模式为飞行员提供气象概述：对数据的访问被“表面地”(时间上的扩展视野)简化，并且也在“深度”(可访问的细节的水平)上进行了简化。飞行员的决策得到了改进。飞行的安全性也得到改善(气象数据是关键信息)。
在本发明的实施方案中，气象概要模式311使飞行员保持参与气象因素的管理。在一实施方案中，在选择或激活图形图标之后，一个或多个预先限定的逻辑规则确定飞行器沿飞行计划将遇到的主要气象事件。预先限定的逻辑规则尤其包括使用过滤规则和预先限定的阈值。
在一个实施方案中，根据本发明的方法确定当前飞行计划和/或近似飞行计划，并创建飞行器随着时间(即，其在空间中移动的时间)的推移将遭遇的气象事件的列表。由于涉及飞行器的气象条件被不断更新，因此事件列表被迭代地限定。飞行计划也可以被更新，从而反过来刷新数据。因此，气象概要模式311也被不断更新。飞行计划越详细，则气象事件的相关列表能够越准确、越相关并且对飞行员越有用。
特别地，考虑到气象数据在飞行计划修订中是重要的。在地面为飞行做准备时，飞行员可以对飞行中最困难的部分具有初步了解。在飞行期间，气象数据的更新使飞行员能以知情的方式做出其决定。
在一个实施方案中，以标准化的方式构建气象事件的描述性显示区域，从而可以由飞行员快速读取。显示区域可以以不同的方式(例如背景等)着色，以便对信息进行编码。描述性显示区域可以特别地提供关于飞行器穿过气象事件所花费的时间(作为其速度的函数)的信息、关于通过相关气象事件的开始时间和/或结束时间的指示的信息、关于相关的空间指示(位置，气象干扰的运动)的信息等。
在本发明的实施方案中，描述性显示区域还可以包括对飞行员的意见和建议。根据本发明的方法实际上可以采用作为气象数据的函数(并且还作为其它参数(例如，燃料消耗，估计的到达时间等)的函数)量化的方式确定和建议飞行计划的修订。意见或推荐或建议可以特别地包括关于除冰、燃料储备管理等的信息。
在一个实施方案中，描述性显示区域包括a)根据飞机的速度指示沿飞行计划的现象在时间上的开始和结束的时间段。在“离散”现象的情况下，考虑第一次出现和最后一次出现之间的时间段；b)在考虑的时间段中遇到的最高严重程度(颜色代码)；c)基于飞行计划航路点而以文本方式指示的位置；d)这种现象的主要特征(显著性、力、尺寸、高度等)和e)对飞行员的任何建议。
例如，在严重的气象条件的情况下，将能够向飞行员建议回避或转弯。在几个气象现象将同时发生的情况下，过滤规则可以在于通过严重性的降序(或根据预先建立的顺序)对气象现象进行排序。
在本发明的一个实施方案中，飞行员可以在随时间推移的不同时刻查询气象显示区域，并且特别地比较气象事件(“之前，之后”)的趋势。
在本发明的一个实施方案中，飞行员可以从若干个气象显示区域背景中选择一个气象显示区域背景，显示当前飞行计划，选择和显示一种或多种类型的气象信息。
在本发明的一个实施方案中，飞行员可以查阅备用机场的地图。根据本发明的概要信息可以不系统地显示这些机场，但是它们通常总是保持可访问的。
在本发明的一个实施方案中，飞行员可以选择一种或多种类型的气象事件，以便获得其图形表示(例如，气象信息将显示在地图背景上或显示在表示飞行计划的水平线或条上)。
在本发明的一个实施方案中，飞行员可以选择出发和到达的机场以显示相应的地图。
图4示出了根据本发明的飞行员与人机界面的交互的示例。
在本发明的一个实施方案中，更新是自动的，并且气象数据的添加、删除和修改的图形动画在没有飞行员干预的情况下进行。
在本发明的一个实施方案中，飞行员可以主动地与界面交互。在本发明的一个实施方案中，图形界面是触摸式的。飞行员可以向左或向右移动(或拖动)410描述性显示区域。通过选择描述性显示区域420，地图背景可以在所考虑的飞行计划点上重新居中，和/或可以在条或带中选择相关的飞行计划部分331。通过选择图形符号“ALT”430，飞行员还可以访问与备用机场相关的气象信息相关联的描述性显示区域(一般来说，这些描述性显示区域不是默认显示的，因为它们不涉及当前飞行计划)。可以由飞行员选择符号“A”(用于“到达”)或“D”(用于“离开”)；如果适当，则在屏幕上显示相关的描述性显示区域。
图5示出了根据本发明的方法的步骤的示例。
与第一飞行计划(例如，与根据各种修订进行更新的当前飞行平面520)相关联，接收地图背景和气象数据510。然后基于气象数据510的更新和/或刷新的飞行计划520来更新根据该方法的显示530。预先限定的选择标准使得可以仅显示与所考虑的飞行计划相关的气象数据。显示本身的调整可以以各种方式执行，特别是通过考虑和/或恢复选择541(由飞行员和/或第三方程序)，通过考虑和/或恢复相关于当前飞行计划的一个或多个气象事件的严重性，通过考虑和/或恢复与数据的时效性相关的数据(例如，过时，直到数据的下一次更新的延迟的显示等)，通过发出警报和/或可选择的通知，通过除了管制类型的气象数据之外的数据的管理等。
在本发明的实施方案中，不同的气象事件可以与可靠性测量(例如，指数或得分或其他可靠性量化)和/或出现概率(例如，统计置信区间等)相关联。这样的元数据使得可以调节或调整或修改气象信息的显示(飞行员可以自己继续将所显示的信息的动作处境化；逻辑规则应用可以选择要显示的气象事件和/或调整这种信息图形显示的方式)。
在本发明的实施方案中，可以通过飞行管理系统FMS(被认证的FMS，但是也通过与被认证的航空电子装置核心交互的未被认证FMS)考虑气象数据和元数据，以便在需要时为飞行员提供关于飞行计划的一个或多个修改的反馈。
根据变型实施方案，根据本发明的方法包括以下步骤：确定由飞行器接收的气象数据的修改对轨迹的影响(例如，量化空间差异)。换句话说，随着由FMS的认证和/或监管的系统或通过连接到航空电子数据的EFB系统来确定的飞行器的轨迹的计算，可以“循环”气象数据的刷新(例如，在背景中，也就是说采用飞行员不能直接看到的方式)。例如，如果沿着飞行器的飞行计划检测到特别剧烈的暴风雨现象的发生，则根据本发明的方法可以“预测”下游的变化，也就是说，确定修改(必要或为了安全)飞行计划使得可以规避危险现象(例如，以预定的安全距离)。背景检查因此使得可以连续地验证当前飞行计划(和/或“替代”飞行计划)。
在本发明的特定实施方案中，危险或严重的气象现象或事件的出现或存在可以以图形方式通知给飞行员，以便引起其注意，因为该现象使得需要修改飞行计划(由飞行管理系统确定和验证)。
图6示出了根据本发明的人机界面的变型实施方案。
可以设置不同的人机界面HMI以实现根据本发明的方法。作为机载FMS和/或EFB计算机的屏幕的附加或替代，可以使用附加的HMI装置。通常，FMS航空电子系统(其为由空中监管机构认证并且可以在显示和/或人机工程方面展现出某些限制的系统)可以有利地由非航空电子装置(特别是高级HMI)来补充。
飞行器的飞行的至少一部分的表示可以以二维(例如，显示屏幕)来产生，而且也可以以三维(例如，虚拟现实或屏幕上的3D显示)来产生。在3D实施方案中，描述性显示区域可以采取可以选择(通过各种手段，例如，通过虚拟现实界面，通过手套，通过轨迹球或通过其他装置)的体积的形式，例如3D办公室内的范围。
给定体积的选择可以例如触发相关气象事件的2D或3D图形可视化(例如云质量，速度矢量场等)。可选地，飞行员可以模拟穿过气象事件。
三维显示器可以补充驾驶舱内的二维显示器(例如，半透明虚拟现实头戴装置，增强现实头戴装置等)。在必要时，飞行的各种形式的表示是可能的，附加深度维度可以分配给时间维度(例如，飞行持续时间)和/或空间维度(例如，不同航路点之间的距离，飞行器在空间中的轨迹的物理表示等)。
可以实现相同的变形或者与2D情况类似的变型：警报阈值的管理，气象事件的严重性，飞行期间事件的突出显示等。
特别地，人机界面可以使用虚拟现实和/或增强现实头戴装置。图6示出了由飞行员佩戴的不透明虚拟现实头戴装置610(或半透明增强现实头戴装置或具有可配置的透明度的头戴装置)。个体显示头戴装置610可以是虚拟现实(VR)头戴装置或增强现实(AR)头戴装置或抬头显示器等。因此，头戴装置可以是“头戴式显示器”、“可穿戴计算机”、“眼镜”或视频头戴装置。头戴装置可以包括计算和通信装置611、投影装置612、音频获取装置613和视频投影和/或视频获取装置614。以这种方式，飞行员可以例如通过语音命令的方式使飞行计划三维(3D)可视化。显示在头戴装置610中的信息可以是完全虚拟的(在单独的头戴装置中显示)，完全真实的(例如，投影到驾驶舱的真实环境中的可用的平坦表面上)或两者的结合(部分叠加于现实或与现实合并的虚拟显示，部分通过投影仪实现真实显示)。
特别地可以采用多模式方式(例如，触觉反馈、视觉和/或听觉和/或触觉和/或振动再现)执行信息的再现。
该方法的各个步骤可以完全或部分地在FMS上和/或在一个或多个EFB上实现。在特定实施方案中，所有信息仅显示在FMS的屏幕上。在另一个实施方案中，与该方法的步骤相关联的信息仅显示在嵌入的EFB上。最后，在另一个实施方案中，可以联合使用FMS和EFB的屏幕，例如，通过在不同装置的不同屏幕上“分布”信息。以适当的方式执行的信息的空间分布可以有助于降低飞行员的认知负荷，并因此改进决策并增加飞行安全性。还可以在不同的显示屏幕上或者对于不同的显示屏幕实现本发明，特别是飞行包EFB。
在一种改进中，该系统包括增强现实和/或虚拟现实装置。AR装置特别地包括HUD(“抬头显示”)类型的系统，并且VR装置特别地包括EVS(“增强视觉系统”)或SVS(“合成视觉系统”)类型的系统。除了FMS的屏幕之外，显示装置还可以包括：不透明的虚拟现实头戴装置和/或半透明增强现实头戴装置或具有可配置的透明度的头戴装置、投影仪(例如，微型投影仪或用于投影模拟场景的视频投影仪)或甚至这些装置的组合。因此，头戴装置可以是“头戴式显示器”、“可穿戴计算机”、“眼镜”、视频头戴装置等。显示的信息可以是完全虚拟的(在单独的头戴装置中显示)、完全真实的(例如，投影到驾驶舱的真实环境中的可用的平坦表面上)或两者的组合(部分叠加于现实或与现实合并的虚拟显示，部分通过投影仪实现真实显示)。
可视信息可以根据飞行员的沉浸式视觉语境而分布或分配或投影或掩盖。这种“分布”可以导致通过考虑所有可用的表面而以机会主义的方式考虑飞行员的环境，以便添加(叠加、重叠)针对其性质(显示什么)、时间方面(何时显示，以什么频率)和布局(显示的优先级、布局的稳定性等)适当选择的虚拟信息。在一个极端，可以利用在用户的环境中几乎不使用的或很少使用的所有布局来增加信息显示的密度。甚至，通过将叠加在真实物体上的图像掩模的投影，显示可以“擦除”在驾驶舱中物理存在的一个或多个控制仪器(操纵杆、旋钮、致动器)，其几何形状是已知的并且是稳定的，以进一步增加可以处理的表面。因此，驾驶舱的真实环境可以转换成尽可能多的“潜在”屏幕，甚至变成单个统一屏幕。
显示器可以在驾驶舱内“分布”：驾驶舱中存在的各种屏幕依据它们是否可访问而可以用于分配必须显示的信息。此外，增强现实和/或虚拟现实装置可以增加显示表面。可用显示表面的增大并不使本发明所允许的显示密度的控制无效。相反，将可处理的显示表面的这种增加以及视觉密度的控制(例如，上下文集中或密度增加)结合在一起的显示器的重新配置(上下文)使得可以显着增强人机交互。
在一个实施方案中，根据本发明的屏幕的重新配置可以“分离”，即，飞行员可以决定取消或停用当前显示的所有修改以快速恢复到“标称”显示，即，没有显示修改的原始模式。可以例如通过语音命令(密码短语)或通过致动器(停用按钮)而退出重新配置模式。不同的事件可以触发进行中的图形重新配置的该快速退出(例如航路点的“排序”，飞行阶段的改变，主要异常(例如发动机故障，减压等)的检测)。
在一种改进中，该系统仅包括触摸型界面装置。在本发明的特定实施方案中，驾驶舱是全触摸的，即，仅由触摸类型的HMI界面构成。根据本发明的方法和系统实际上允许“全触摸”实施方案，也就是说，根据完全由触摸屏组成的人机交互环境，没有有形的致动器，但是有利地是完全可重新配置。
在一种改进中，该系统还包括用于请求驾驶舱图像的装置(例如，通过OCR和/或图像识别(通过“抓取”)来解释或重新注入数据，安装在由驾驶员佩戴的头戴装置上的摄像机或固定在驾驶舱的后部的摄像机)和/或视线跟踪装置。
本发明可以由硬件和/或软件元件实现。其可以用作计算机可读介质上的计算机程序产品。介质可以是电子、磁性、光学或电磁的。一些计算装置或资源可以是分布式的(“云计算”)。

Claims (18)

1.一种由计算机实施的用于管理气象数据以管理飞行器的飞行的方法，其包括其下步骤：
从数个预先限定的地图背景接收地图背景(320)；
接收与飞行器的飞行计划(321)相关的气象数据；
从所述气象数据中选择一个或多个气象事件(331)；
在表示飞行器的飞行计划(321)的水平或垂直条(330)上显示与选择的气象事件(331)相关的一个或多个图形表示(360)；
基于气象数据的更新，刷新选择的且与飞行器的飞行计划相关的气象数据的显示。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：接收飞行器的飞行计划的修订的步骤，以及调整选择步骤和显示所选择的气象事件的步骤的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，刷新气象数据的显示的步骤包括选自以下步骤的一个或多个步骤：添加气象事件的图形表示的步骤、删除气象事件的图像表示的步骤、以及修改气象事件的图形表示的步骤。
4.根据前述权利要求的任一项所述的方法，气象事件的图形表示为描述性区域(340)，该描述性区域(340)的图形形式和/或颜色和/或纹理中的至少一部分根据相关气象事件的严重程度来确定。
5.根据前述权利要求的任一项所述的方法，根据预先限定的显示优先级而布置气象事件的图形表示。
6.根据前述权利要求的任一项所述的方法，至少一个气象事件与发生的一次性时间和/或有效时间间隔相关。
7.根据前述权利要求的任一项所述的方法，进一步包括：显示在下一次气象数据的预期更新前的时间延迟的步骤。
8.根据前述权利要求的任一项所述的方法，进一步包括：根据气象数据的至少一个修改来确定飞行计划修改或修订或飞行设定点的步骤；以及为飞行员显示所述修改或修订或设定点的步骤。
9.根据前述权利要求的任一项所述的方法，进一步包括：确定在确定为严重的气象事件周围飞行所需的飞行器的飞行计划的修改的步骤；以及若飞行计划的所述修改超过预先限定的阈值则显示警报的步骤。
10.根据前述权利要求的任一项所述的方法，进一步包括：确定与超过预先限定的阈值的严重性水平相关联的气象事件的存在的步骤；以及以图形方式显示指示所述气象事件的存在的可选择的视觉通知的步骤。
11.根据前述权利要求的任一项所述的方法，气象数据为非监管类型的气象数据。
12.根据前述权利要求的任一项所述的方法，进一步包括：接收非监管类型的气象数据和监管类型的气象数据的至少一个数据或源的鉴定的指示的步骤。
13.一种计算机程序产品，其包括代码指令，当所述程序在计算机中运行时，该代码指令使得能够执行根据权利要求1-12中的任一项所述的方法的步骤。
14.一种系统，其包括用于实施根据权利要求1至12的任一项所述的方法的步骤的显示装置。
15.根据权利要求14所述的系统，其包括电子飞行包的显示屏。
16.根据权利要求14或15所述的系统，其包括从PFD飞行屏幕和/或ND/VD导航屏幕和/或MFD多功能屏幕中选择的至少一个显示屏。
17.根据权利要求14至16的任一项所述的系统，包括至少一个触摸屏类型的屏幕。
18.根据权利要求14至17的任一项所述的系统，包括增强现实和/或虚拟现实装置。
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