CN107464452A - 一种错解管制意图告警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种错解管制意图告警系统及方法，包括数据预处理模块、数据格式解析模块、数据融合处理模块、告警显示模块，从空管管制部门自动化系统内引接综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据，并对上述数据进行预处理；将预处理后的数据接入网络，并进行相应的格式解析，获取所需要的飞机实际高度、监视席管制员输入管制高度、飞行员拨码高度和管制席管制员下达的管制高度数据；获得飞行员拨码高度值与管制席管制员下达的管制高度值以及监视席管制员输入管制高度值与管制席管制员下达的管制高度值两个相似性度量值；当所述两个相似度度量值任何一个值超出参考值时，在管制员的席位终端进行告警。减少失误率，为管制安全提供重要保障。
Description
技术领域
本发明属于空管管制技术领域，具体涉及一种错解管制意图告警系统及方法。
背景技术
当位于管制席的管制员通过地空话音通信向飞行员发布管制意图，在接收到飞行员的语音复诵后，位于监视席的管制员在雷达显示界面修改CFL指令高度，飞行员在回复管制指令的同时，在识别中心飞机的仪表盘上同步拨码，由当前高度层调整至目标高度层。上述这一连贯的过程，隐藏着几个易出现冲突的隐患点，管制员在与飞行员通信的过程中，使用的是标准普通话和标准英语口语，但是不可避免的会存在因个体差异导致的因口音、语速快等造成监视席管制员或飞行员听错的问题，更为重要的一点是，空管行业中存在的几个特殊数字的发音方式，比如数字7，0，2，1，并非实际的发音“qi、ling、er、yi”，而是“guai、dong、liang、yao”，这是空管行业数字读音的特殊性，对识别的准确性上也有一定的要求。管制员在监视席输入CFL指令高度以及飞行员拨码飞行高度时，一旦因为听错或者是手动输错高度就会导致飞行冲突，存在严重的安全隐患。
目前，国内空管行业普遍使用的监视手段是空管S模式二次雷达以及空管自动化系统。其中S模式二次雷达通过一对一问答式完成对选定飞机信号的收集提取。自动化系统发展集成了包括雷达航迹显示、飞行计划处理、扇区间管制移交或管制中心移交、空中态势显示及告警等的综合性系统。现有二次雷达探测航班飞行高度、位置等信息，并将信息反馈到自动化显示界面，但是并没有和管制指令挂钩，在飞行高度有偏差时，不能及时给管制以明显的反馈。管制高度与飞行拨码高度不一致告警相当于告警技术的扩展和延伸，将管制的指令高度与飞行员拨码高度进行一致性比较，有效提高管制效率，避免失误等情况的发生，为管制安全运行提供保障。
发明内容
本发明提供了一种错解管制意图告警系统及方法，为管制员提供一道安全防护的屏障，从而减少失误率，为管制安全提供重要保障。
在叙述发明内容之前，便于对本发明内容的理解，对本发明内容出现的术语进行说明如下：
管制席：管制员所在可以直接对空指挥，向空中飞行员下达飞行命令的席位，保障航班起降以及航路飞行活动。
监视席：管制员所在可以监视航班飞行动态、监督管制席管制员下达飞行命令是否正确、在雷达显示界面输入航班CFL(cleared flight level)指令高度等的席位，协助管制席保障航班起降以及航路飞行。
管制意图：管制员对飞行员下达的飞行命令，包括改变飞行高度、飞行速度或者飞行轨迹。
多协议数据通信网关(MPDC)：能为在数据链路和物理层之上，实现同步/异步串行数据通信与局域网、以太网数据通信的协议转换及解析。
串口设备联网服务器(MOXA Nport)：RS-422/485机架式串口设备联网服务器，能够使现有的串口设备转为以太网传输，能够直接进行串口和以太网接口的双向传输数据。
本发明提供的一种错解管制意图告警系统，包括
数据预处理模块，用于从空管管制部门自动化系统内引接综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据，并对所述综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据进行预处理；
数据格式解析模块，用于将预处理后的综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据接入网络，并进行相应的格式解析，获取所需要的飞机实际飞行高度、监视席管制员输入管制高度、飞行员拨码高度和管制席管制员下达的管制高度数据；
数据融合处理模块，用于将同一飞机飞行实际高度、监视席管制员输入管制高度、飞行员拨码高度和管制席管制员下达的管制高度数据进行融合处理，获得飞行员拨码高度值与管制席管制员下达的管制高度值以及监视席管制员输入管制高度值与管制席管制员下达的管制高度值两个相似性度量值；
告警显示模块，用于当所述两个相似度度量值任何一个值超出参考值时，在管制员的席位终端进行告警。
进一步的，所述综合航迹和S模式扩展模式雷达数据由MPDC进行预处理，飞行数据流数据由MOXA Nport进行预处理，语音数据由语音识别模块进行预处理。
进一步的，所述将预处理后的综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据接入网络，并进行相应的格式解析包括将综合航迹数据按照CAT062格式进行字段解析，获取飞机实际高度；将S模式扩展模式雷达数据按照CAT048格式进行字段解析，获取飞行员拨码高度值；将飞行数据流数据按照MH4029.3的格式进行字段解析，获取监视席管制员输入管制高度值；将由语音识别模块预处理后的MP3格式语音数据封装成引擎，从中解析出计算机可读的文本数据，获取管制席管制员发送的管制高度值。
进一步的，采用欧式距离进行相似性度量。
进一步的，所述管制席位告警方法为声光报警结合监控终端界面上弹出显示告警航班的航班号、当前飞机拨码高度值以及正确的管制指令高度值的窗口。
本发明提供的错解管制意图告警方法为：
从空管管制部门自动化系统内引接综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据，并对所述综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据进行预处理；
将预处理后的综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据接入网络，并进行相应的格式解析，获取所需要的飞机实际飞行高度、监视席管制员输入管制高度、飞行员拨码高度和管制席管制员下达的管制高度数据；
将同一飞机实际飞行高度、监视席管制员输入管制高度、飞行员拨码高度和管制席管制员下达的管制高度数据进行融合处理，获得飞行员拨码高度值与管制席管制员下达的管制高度值以及监视席管制员输入管制高度值与管制席管制员下达的管制高度值两个相似性度量值；
当所述两个相似度度量值任何一个值超出参考值时，在管制员的席位终端进行告警。
进一步的，所述对综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据进行预处理的方法包括综合航迹数据和S模式雷达扩展模式雷达数据由MPDC进行预处理，飞行数据流数据由MOXA Nport进行预处理，语音数据由语音识别模块进行预处理。
进一步的，所述将预处理后的综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据接入网络，并进行相应的格式解析的方法包括将综合航迹数据按照CAT062格式进行字段解析，获取飞机实际高度；将S模式扩展模式雷达数据按照CAT048格式进行字段解析，获取飞行员拨码高度值；将飞行数据流数据按照MH4029.3的格式进行字段解析，获取监视席管制员输入管制高度值；将由语音识别模块预处理后的MP3格式语音数据封装成引擎，从中解析出计算机可读的文本数据，获取管制席管制员发送的管制高度值。
进一步的，相似性度量的方法为采用欧式距离进行相似性度量。
进一步的，所述管制席位告警方法为声光报警结合监控终端界面上弹出显示告警航班的航班号、当前飞机拨码高度值以及正确的管制指令高度值的窗口。
本发明的有益效果：
1、实时提醒管制运行过程中出现的管制高度与飞行拨码高度不一致，提高管制运行安全，使用的飞行动态数据、飞行拨码高度、综合航迹以及地空通信语音记录直接来自管制一线生产数据，真实准确，识别冲突的准确性高，能够识别不同原因导致的飞行拨码高度错误。
2、第一时间发现高度的不一致信息，并以声光告警的形式反馈给管制员，降低出错率，延时低。
3、应用语音识别技术，直接获取管制与飞行员地空通信的语音信息，避免其它获取途径的间接性。
4、采用欧式距离作为相似性度量标准，稳定高效。
附图说明
图1是管制与飞行员关系示意图，
图2是错解管制意图告警系统结构框图，
图3是错解管制意图告警系统原理框图，
图4是综合航迹数据提取逻辑流程图，
图5是飞行拨码高度值解析流程图，
图6是语音数据处理流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，不能理解为对本发明具体保护范围的限定。
实施例
目前，飞机在空中飞行过程中都需要管制员进行空中管制引导，管制员为对空中飞机下达飞行命令的人员，管制意图即为管制员在空中交通管制时对空中飞机下达的飞行命令，该飞行命令对应飞机的高度、速度或飞行轨道的变化，可被量化，并被飞行员执行。现有的国内空管行业普遍使用的管制监控手段是空管S模式二次雷达以及空管自动化系统，二次雷达探测航班飞行高度、位置等信息，并将信息反馈到自动化显示界面，但是并没有和管制指令挂钩，在飞行拨码高度和管制高度有偏差时，不能及时给管制以明显的反馈，造成飞行冲突。基于上述，参照图1管制与飞行员关系示意图，本发明提供的一种管错解管制意图告警系统及方法，以自动化系统引接的综合航迹、S模式雷达、飞行数据流、语音数据为基础，实现管制高度与飞行拨码高度不一致告警，提高了空中飞行的安全性。
参照图2，所述错解管制意图告警系统包括
数据预处理模块，用于从空管管制部门自动化系统内引接综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据，并对所述综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据进行预处理；
数据格式解析模块，用于将预处理后的综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据接入网络，并进行相应的格式解析，获取所需要的飞机实际飞行高度、监视席管制员输入管制高度、飞行员拨码高度和管制席管制员下达的管制高度数据；
数据融合处理模块，用于将同一飞机飞行实际高度、监视席管制员输入管制高度、飞行员拨码高度和管制席管制员下达的管制高度数据进行融合处理，获得飞行员拨码高度值与管制席管制员下达的管制高度值以及监视席管制员输入管制高度值与管制席管制员下达的管制高度值两个相似性度量值；
告警显示模块，用于当所述两个相似度度量值任何一个值超出参考值时，在管制员的席位终端进行告警。
进一步的，参照图3，引接综合航迹数据可以获取飞机飞行的实际高度信息，引接飞行数据流数据可以获取监视席管制员输入管制高度信息，引接S模式扩展模式雷达数据可以获取飞行拨码高度信息，引接语音数据可以获取管制席管制员下达的管制高度信息。所述数据预处理模块引接上述数据依赖引接设备，其中，综合航迹数据可以直接从自动化系统中引接，综合航迹数据为二进制的数据流，目前，主要存在两种主流格式，分别是MH/T-4008和 ASTERIX-CAT062，综合航迹数据可以通过MPDC引接，提取逻辑流程如图4所示，转换为网络数据，再通过数据交换设备接入网络，所述数据交换设备采用千兆网交换机，各个端口的带宽更大，传递数据的速度更快。飞行数据流数据通过MOXA Nport设备进行引接，MOXANport 的功能是将异步串口数据转成网络数据，然后通过数据交换设备接入网络。S模式扩展模式雷达数据是指来自多功能控制面板(MCP)/飞行控制单位(FCU)的数据，包括自动驾驶仪开关、自动油门预位开关、飞行指引开关、航向选择窗及开关、高度选择窗及开关、速度选择窗及开关、升降速率选择窗及开关、径向线选择窗及开关等数据，无法直接从自动化系统中引接，需要先根据自动化系统输出的飞行数据流信息提取出航班号信息，作为每一架航班的唯一性信息，由于目前很多航站使用的都是增强型S模式的雷达，可以提供飞机的拨码高度值，因此，按照飞行数据流中唯一的航班号信息，在S模式雷达输出的飞机拨码高度信息中找到匹配航班的飞行拨码高度字段，获取的字段包含飞行拨码高度值，输出字段的后8位代表寄存器信息，当后8位为十进制的4、0时，在此字段流中提取前13个比特的二进制流，转换成十进制，再乘以最小数据单元16，即可获取该飞机飞行拨码高度的英尺值，具体流程参见图5所示；语音数据一般来自于语音数据记录仪，比如PowerRec语音数据记录仪统计不同管制席位各个时间段的录音，通过降噪、去除振铃音等处理，可以获得一个干净有效时长的MP3格式录音，所述MP3格式录音通过语音数据处理服务器引接，语音数据处理服务器的语音识别模块将MP3格式录音通过语音识别技术转换为计算机可读文本。
具体的，所述接入网络的经过预处理的综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据根据相应的格式由数据解析服务器进行解析，语音数据由语音数据处理服务器进行解析。所述综合航迹数据按照CAT062格式进行字段解析，获取飞机飞行实际高度；将S模式扩展模式雷达数据按照CAT048格式进行字段解析，获取飞行员拨码高度值；将飞行数据流数据按照MH4029.3的格式进行字段解析，获取监视席管制员输入管制高度值；将由语音识别模块预处理后的语音数据封装成引擎(参见图6)，再从中解析出计算机可读的文本数据，获取管制席管制员发送的管制高度值。
本申请所述的融合处理主要是一种距离度量，或者说一种相似性度量。目前可用的相似性度量的方法也很多，比如欧式距离，曼哈顿距离，马氏距离，相关系数与相关距离等方法，本发明我们采用欧式距离进行相似性度量。所谓欧式距离(Euclidean distance)，假设三维空间有两个样本点a(x1，y1，z1)、b(x2，y2，z2)，则它们的欧式距离的计算公式：
经过上述欧式距离计算公式计算出的两个相似性度量值分别为飞行员拨码高度值与管制席管制员下达的管制高度值，监视席管制员输入管制高度值与管制席管制员下达的管制高度值。任何一个相似性度量值超出参考值时，在管制员的席位终端进行告警，管制席位不仅会有声光报警，在席位终端界面上还会弹出显示告警航班的航班号、当前飞机拨码高度值以及正确的管制指令高度值的窗口，以提醒管制员。
Claims (10)
1.一种错解管制意图告警系统，其特征在于：包括
数据预处理模块，用于从空管管制部门自动化系统内引接综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据，并对所述综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据进行预处理；
数据格式解析模块，用于将预处理后的综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据接入网络，并进行相应的格式解析，获取所需要的飞机实际飞行高度、监视席管制员输入管制高度、飞行员拨码高度和管制席管制员下达的管制高度数据；
数据融合处理模块，用于将同一飞机飞行实际高度、监视席管制员输入管制高度、飞行员拨码高度和管制席管制员下达的管制高度数据进行融合处理，获得飞行员拨码高度值与管制席管制员下达的管制高度值以及监视席管制员输入管制高度值与管制席管制员下达的管制高度值两个相似性度量值；
告警显示模块，用于当所述两个相似度度量值任何一个值超出参考值时，在管制员的席位终端进行告警。
2.根据权利要求1所述的错解管制意图告警系统，其特征在于：所述综合航迹数据和S模式扩展模式雷达数据由MPDC进行预处理，飞行数据流数据由MOXA Nport进行预处理，语音数据由语音识别模块进行预处理。
3.根据权利要求1所述的错解管制意图告警系统，其特征在于：所述将预处理后的综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据接入网络，并进行相应的格式解析包括将综合航迹数据按照CAT062格式进行字段解析，获取飞机实际高度；将S模式扩展模式雷达数据CAT048的格式按照进行字段解析，获取飞行员拨码高度值；将飞行数据流数据按照MH4029.3格式进行字段解析，获取监视席管制员输入管制高度值；将由语音识别模块预处理后的MP3格式语音数据封装成引擎，从中解析出计算机可读的文本数据，获取管制席管制员发送的管制高度值。
4.根据权利要求1所述的错解管制意图告警系统，其特征在于：采用欧式距离进行相似性度量。
5.根据权利要求1所述的错解管制意图告警系统，其特征在于：所述管制席位告警方法为声光报警结合监控终端界面上弹出显示告警航班的航班号、当前飞机拨码高度值以及正确的管制指令高度值的窗口。
6.一种错解管制意图告警方法，其特征在于：
从空管管制部门自动化系统内引接综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据，并对所述综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据进行预处理；
将预处理后的综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据接入网络，并进行相应的格式解析，获取所需要的飞机实际飞行高度、监视席管制员输入管制高度、飞行员拨码高度和管制席管制员下达的管制高度数据；
将同一飞机实际飞行高度、监视席管制员输入管制高度、飞行员拨码高度和管制席管制员下达的管制高度数据进行融合处理，获得飞行员拨码高度值与管制席管制员下达的管制高度值以及监视席管制员输入管制高度值与管制席管制员下达的管制高度值两个相似性度量值；
当所述两个相似度度量值任何一个值超出参考值时，在管制员的席位终端进行告警。
7.根据权利要求6所述的错解管制意图告警方法，其特征在于：所述对综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据进行预处理的方法包括综合航迹数据和S模式扩展模式雷达数据由MPDC进行预处理，飞行数据流数据由MOXA Nport进行预处理，语音数据由语音识别模块进行预处理。
8.根据权利要求6所述的错解管制意图告警方法，其特征在于：所述将预处理后的综合航迹数据、飞行数据流数据、S模式扩展模式雷达数据、语音数据接入网络，并进行相应的格式解析的方法包括将综合航迹数据按照CAT062格式进行字段解析，获取飞机实际高度；将S模式扩展模式雷达数据按照CAT048格式进行字段解析，获取飞行员拨码高度值；将飞行数据流数据按照MH4029.3的格式进行字段解析，获取监视席管制员输入管制高度值；将由语音识别模块预处理后的MP3格式语音数据封装成引擎，从中解析出计算机可读的文本数据，获取管制席管制员发送的管制高度值。
9.根据权利要求6所述的错解管制意图告警方法，其特征在于：相似性度量的方法为采用欧式距离进行相似性度量。
10.根据权利要求6所述的错解管制意图告警方法，其特征在于：所述管制席位告警方法为声光报警结合监控终端界面上弹出显示告警航班的航班号、当前飞机拨码高度值以及正确的管制指令高度值的窗口。
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