CN109528157A - 用于监测飞行员健康的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了用于监测飞行员健康的系统和方法。提供了飞行员健康监测系统、方法和装置。一种飞行员健康监测系统被配置为收集关于飞行员的生理和/或身体特征的信息以及关于飞机状态的信息；分析该信息；确定飞行员的健康状况和/或飞机的状态；和/或根据该信息提供警告和/或命令。

Description

用于监测飞行员健康的系统和方法

交叉引用

本申请根据35U.S.C§119(e)要求2017年9月22日提交的题为“用于监测飞行员健康的系统和方法(Systems and Methods for Monitoring Pilot Health)”的美国临时专利申请序列号62/562,152的权益，其内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及飞行控制系统、方法和装置领域；甚至更具体地，涉及用于经由用作机器人副驾驶的机组自动化系统执行紧急下降和着陆操作的系统、方法和装置。

背景技术

现代飞机，例如典型的商用喷气式飞机，能够在30至40千英尺的高度范围巡航。一些飞机，例如一些非商用喷气式飞机，可以达到65千英尺以上的巡航高度。在如此高海拔高度的地方操作使飞机上的人(例如，飞行员、机组人员、乘客)暴露于可能对身体产生负面影响的状况。因此，长期暴露于与高海拔高度相关的状况，特别是高于人的耐受水平，可能会对人的健康产生不利影响。这种情况和其他情况可能使飞机上的人处于危险之中。

最近在驾驶舱中实现自动化的经验表明，在飞行甲板上添加额外功能的先前方法增加了复杂性，导致过度依赖自动化，并且可能不一定减少工作量，尤其是在危急情况下。另一个挑战在于航空电子设备制造商已经制定了严格的基于需求的设计并改变了任何所需改进的订单，以便提供高可靠性和可验证性。因此，传统飞机的转换通常成本过高，并且需要在需求、验证和测试方面的大量资本投资。

弗吉尼亚州马纳萨斯的极光飞行科学公司(Aurora Flight SciencesCorporation)此前已开发出一种右座飞行员助手，其能够在起飞、巡航和着陆期间操作钻石DA42双星飞机(Diamond DA42Twin Star)。右座飞行员助手名为Centaur，可以在不影响原始型号证书的情况下安装到DA42中以及从中移除，从而保持飞机的原始认证。Centaur包括主飞行控制装置和其自己的航空电子设备套件的机械驱动，并且可以以监督角色与飞行员一起使用，或可以作为完全无人驾驶飞机使用。例如，Centaur可以由飞机后座的操作员驾驶，在便携式计算机上指导飞行计划。虽然Centaur提供许多功能，但它有一些缺点。特别是，(1)Centaur硬件不能移植到其他飞机，软件即插即用也不能扩展到其他功能；(2)Centaur系统的部件为侵入性的，并且需要以对飞机非常特定的方式(即DA42)切入现有的航空电子设备的布线；(3)Centaur不允许机载飞行员作为操作员并执行例如指导飞行计划等任务；以及(4)Centaur不会获得有关其操作的飞机的知识。

因此，需要一种开放式架构系统，其能够快速引入新功能、增加安全性、增加功能并减少飞行员工作量-而无需大量费用或重新认证。还需要提供具有连续飞机状态监测和信息增强的飞行员，其可以有效地用作自动化飞行工程师。另外，需要一种系统和方法，其例如在飞行员失能的情况下，通过飞机中现有的自动着陆功能的操作来执行紧急下降和着陆。事实上，飞行员意外失能的悲惨事件要求健康的飞行员(当两名飞行员可用时)执行单人下降和着陆。例如本文所公开的机组自动化系统解决了这些需求并且使得能够快速引入新功能以减轻负担，同时跨机身可移植(例如，经由临时安装)。如将讨论的，机组自动化系统可以为各种终端用户提供显著的益处。示例应用包括疲劳和无聊可能导致机组人员注意力下降的飞机的操作，在这种情况下，机组自动化系统通过警告飞行员并且在某些情况下通过控制飞机来降低飞行操作中的风险。还存在其他示例应用，其中人为错误的可能性当前限制了飞机的广泛使用(例如，低空操作)、同步操作、无人驾驶飞行、具有载人飞行领航的无人编队以及由于综合数据记录而改进的汇报能力。

发明内容

本公开涉及飞行员健康监测系统、方法和装置。更具体地，一种系统、方法和装置被配置为收集关于飞行员的生理和/或身体特征的信息以及关于飞机状态的信息；分析该信息；确定飞行员的健康状况和/或飞机的状态；和/或根据该信息提供警告和/或命令。

用于监测飞行员在飞行期间的健康状况的示例性系统可以包括具有多个传感器的飞行员监测系统、飞机状态监测系统和/或核心平台。飞行员监测系统可以与数据存储装置、通信系统和/或飞行员计算装置通信。

另外，本公开提供了飞行控制系统、方法和装置，其被配置为尤其在飞行员失能的情况下自动执行紧急下降和着陆。

根据第一方面，一种用于飞机的飞行员监测系统包括：多个传感器，所述多个传感器被配置为监测飞行员的一个或更多个健康参数；飞机状态监测系统，所述飞机状态监测系统被配置为确定飞机的飞行情况数据；分析系统，所述分析系统经由一个或更多个处理器根据一个或更多个健康参数确定飞行员的失能程度；以及人机界面，所述人机界面可操作地与一个或更多个处理器耦合以提供飞行员和飞行员监测系统之间的界面，所述人机界面被配置为根据所确定的失能程度向飞行员呈现警告。

在某些方面，飞行员监测系统进一步包括致动系统，所述致动系统可操作地与一个或更多个处理器耦合，以根据所确定的失能程度调节或致动飞机的一个或更多个飞行控制装置。

在某些方面，飞行员监测系统被配置为监测多个飞行员中的每个飞行员的一个或更多个健康参数，其中，所述人机界面被配置为显示多个飞行员中的每个飞行员的一个或更多个健康参数。

在某些方面，所述一个或更多个健康参数包括飞行员的生理状态和行为状态。

在某些方面，所述致动系统被配置为根据所确定的失能程度执行紧急下降程序，其中，在紧急下降程序期间，所述飞行员监测系统被配置为经由所述致动系统将飞机导航到预定的空速和预定的高度。

在某些方面，在紧急下降程序期间，所述致动系统被配置为自动地：(1)调节或致动一个或更多个飞行控制装置，以使飞机从巡航高度下降到预定高度；(2)调节或致动一个或更多个飞行控制装置，以使飞机从巡航空速减速到预定空速；(3)向空中交通管制设施警告紧急情况；以及(4)在其当前位置或其当前位置附近以保持模式设置并保持飞机。

在某些方面，所述致动系统被配置为执行自动着陆程序，其中，在自动着陆程序期间，所述飞行员监测系统被配置为经由所述致动系统将飞机从预定高度导航到着陆位置。

在某些方面，在自动着陆程序期间，所述致动系统被配置为自动地：(1)调节或致动一个或更多个飞行控制装置；(2)调节飞机的空速；(3)调节或致动自动制动器；(4)确定飞机到着陆位置的下滑道；(5)调节或致动起落架；以及(6)调节或致动一个或更多个反向推进器。

在某些方面，所述致动系统被配置为在自动着陆程序期间控制飞机的辅助飞行控制装置。

在某些方面，所述致动系统包括限定Y轴和X轴的XY绘图仪，用于接合飞机的辅助飞行控制装置中的至少一个辅助飞行控制装置的工具，以及用于沿Y轴和X轴移动所述工具的控制系统。

在某些方面，所述多个传感器包括一个或更多个光学传感器以可视地监测飞行员，其中，所述飞行员监测系统至少部分地基于由所述一个或更多个光学传感器采集的视觉监测来确定飞行员的行为状态。

在某些方面，所述飞行员监测系统被配置为至少部分地基于飞行员的行为状态来确定飞行员是否失能。

在某些方面，所述分析系统被配置为使用一种或更多种眼球追踪(eye-tracking)技术计算飞行员的注视点，其中，所述飞行员监测系统被配置为至少部分地基于飞行员的注视点来确定飞行员是否失能。

在某些方面，所述飞行员监测系统被配置为使用与飞行员相关联的一个或更多个可穿戴生命体征传感器来采集飞行员的一个或更多个健康参数。

在某些方面，所述人机界面被配置为在自动着陆程序期间以任务列表的形式经由触摸屏显示器显示多个任务，其中，多个任务中的每个任务至少部分地基于经由触摸屏显示器提供的输入或机组自动化系统的操作被标记为在自动着陆程序期间已完成或未完成。

在某些方面，所述多个传感器被配置为可视地监测飞机的一个或更多个驾驶舱仪器以生成飞行情况数据。

根据第二方面，一种用于使用自动化系统监测飞机中的飞行员的方法包括以下步骤：经由多个传感器监测飞行员的一个或更多个健康参数；经由飞机状态监测系统确定飞机的飞行情况数据；经由分析系统确定飞行员的失能程度，其中，失能程度根据一个或更多个健康参数来确定；并且根据所确定的失能程度，经由人机界面向飞行员呈现警告，其中，所述人机界面被配置为在飞行员和自动化系统之间提供界面。

在某些方面，所述方法进一步包括根据所确定的失能程度经由致动系统调节或致动飞机的一个或更多个飞行控制装置的步骤。

在某些方面，所述方法进一步包括根据所确定的失能程度执行紧急下降程序的步骤，其中，在紧急下降程序期间，所述自动化系统被配置为经由所述致动系统将飞机导航到预定的空速和预定的高度。

在某些方面，所述方法进一步包括执行自动着陆程序的步骤，其中，在所述自动着陆程序期间，所述自动化系统被配置为经由所述致动系统将飞机从预定高度导航到着陆位置。

在某些方面，在自动着陆程序期间，所述致动系统被配置为自动地：(1)调节或致动一个或更多个飞行控制装置；(2)调节飞机的空速；(3)调节或致动自动制动器；(4)确定飞机到着陆位置的下滑道；(5)调节或致动起落架；以及(6)调节或致动一个或更多个反向推进器。

在某些方面，所述自动化系统被配置为使用与飞行员相关联的一个或更多个可穿戴生命体征传感器来采集飞行员的一个或更多个健康参数。

在某些方面，所述多个传感器包括一个或更多个光学传感器以可视地监测飞行员，其中，所述自动化系统被配置为根据由所述一个或更多个光学传感器采集的信息确定飞行员的行为状态。

在某些方面，所述方法进一步包括通过一种或更多种眼球追踪技术计算飞行员的注视点的步骤，其中，所述飞行员监测系统被配置为至少部分地基于飞行员的注视点确定飞行员是否失能。

在某些方面，所述多个传感器被配置为可视地监测飞机的一个或更多个驾驶舱仪器以生成飞行情况数据。

本发明的一个实施例涉及一种用于飞机的飞行员监测系统，所述飞行员监测系统包括：多个传感器，所述多个传感器被配置为监测飞行员的一个或更多个健康参数；飞机状态监测系统，所述飞机状态监测系统被配置为确定飞机的飞行情况数据；分析系统，所述分析系统经由一个或更多个处理器根据一个或更多个健康参数确定飞行员的失能程度；以及人机界面，所述人机界面可操作地与一个或更多个处理器耦合以提供飞行员和飞行员监测系统之间的界面，所述人机界面被配置为根据所确定的失能程度向飞行员呈现警告。飞行员监测系统可以包括致动系统，所述致动系统可操作地与一个或更多个处理器耦合，以根据所确定的失能程度调节或致动飞机的一个或更多个飞行控制装置。这将在某些情况下提高操作性能。根据权利要求1所述的飞行员监测系统，其中，所述飞行员监测系统可以被配置为监测多个飞行员中的每个飞行员的一个或更多个健康参数，其中，所述人机界面可以被配置为显示多个飞行员中的每个飞行员的一个或更多个健康参数。所述一个或更多个健康参数可以包括飞行员的生理状态和行为状态。这将在某些情况下提高操作效率。所述致动系统可以被配置为根据所确定的失能程度执行紧急下降程序，其中，在紧急下降程序期间，所述飞行员监测系统可以被配置为经由所述致动系统将飞机导航到预定的空速和预定的高度。在紧急下降程序期间，所述致动系统可以被配置为自动地：(1)调节或致动一个或更多个飞行控制装置，以使飞机从巡航高度下降到预定高度；(2)调节或致动一个或更多个飞行控制装置，以使飞机从巡航空速减速到预定空速；(3)向空中交通管制设施警告紧急情况；以及(4)在其当前位置或其当前位置附近以保持模式设置并保持飞机。所述致动系统可以被配置为执行自动着陆程序，其中，在自动着陆程序期间，所述飞行员监测系统可以被配置为经由所述致动系统将飞机从预定高度导航到着陆位置。在自动着陆程序期间，所述致动系统可以被配置为自动地：(1)调节或致动一个或更多个飞行控制装置；(2)调节飞机的空速；(3)调节或致动自动制动器；(4)确定飞机到着陆位置的下滑道；(5)调节或致动起落架；以及(6)调节或致动一个或更多个反向推进器。所述致动系统可以被配置为在自动着陆程序期间控制飞机的辅助飞行控制装置。所述致动系统可以包括限定Y轴和X轴的XY绘图仪，用于接合飞机的辅助飞行控制装置中的至少一个辅助飞行控制装置的工具，以及用于沿Y轴和X轴移动所述工具的控制系统。所述多个传感器可以包括一个或更多个光学传感器以可视地监测飞行员，其中，所述飞行员监测系统至少部分地基于由所述一个或更多个光学传感器采集的视觉监测来确定飞行员的行为状态。所述飞行员监测系统可以被配置为至少部分地基于飞行员的行为状态来确定飞行员是否失能。所述分析系统可以被配置为使用一种或更多种眼球追踪技术计算飞行员的注视点，其中，所述飞行员监测系统可以被配置为至少部分地基于飞行员的注视点来确定飞行员是否失能。这将在某些情况下提高操作效率。所述飞行员监测系统可以被配置为使用与飞行员相关联的一个或更多个可穿戴生命体征传感器来采集飞行员的一个或更多个健康参数。所述人机界面可以被配置为在自动着陆程序期间以任务列表的形式经由触摸屏显示器显示多个任务，其中，多个任务中的每个任务可以至少部分地基于经由触摸屏显示器提供的输入或机组自动化系统的操作被标记为在自动着陆程序期间已完成或未完成。所述多个传感器可以被配置为可视地监测飞机的一个或更多个驾驶舱仪器以生成飞行情况数据。

本发明的另一个实施例涉及一种使用自动化系统监测飞机中的飞行员的方法，所述方法包括以下步骤：经由多个传感器监测飞行员的一个或更多个健康参数；经由飞机状态监测系统确定飞机的飞行情况数据；经由分析系统确定飞行员的失能程度，其中，失能程度可以根据一个或更多个健康参数来确定；并且根据所确定的失能程度，经由人机界面向飞行员呈现警告，其中，所述人机界面可以被配置为在飞行员和自动化系统之间提供界面。所述方法可以包括根据所确定的失能程度经由致动系统调节或致动飞机的一个或更多个飞行控制装置的步骤。所述方法可以包括根据所确定的失能程度执行紧急下降程序的步骤，其中，在紧急下降程序期间，所述自动化系统可以被配置为经由所述致动系统将飞机导航到预定的空速和预定的高度。所述方法可以包括执行自动着陆程序的步骤，其中，在所述自动着陆程序期间，所述自动化系统可以被配置为经由所述致动系统将飞机从预定高度导航到着陆位置。这将在某些情况下提高操作效率。在自动着陆程序期间，所述致动系统可以被配置为自动地：(1)调节或致动一个或更多个飞行控制装置；(2)调节飞机的空速；(3)调节或致动自动制动器；(4)确定飞机到着陆位置的下滑道；(5)调节或致动起落架；以及(6)调节或致动一个或更多个反向推进器。所述自动化系统可以被配置为使用与飞行员相关联的一个或更多个可穿戴生命体征传感器来采集飞行员的一个或更多个健康参数。所述多个传感器包括一个或更多个光学传感器以可视地监测飞行员，其中，所述自动化系统可以被配置为根据由所述一个或更多个光学传感器采集的信息确定飞行员的行为状态。所述方法可以包括通过一种或更多种眼球追踪技术计算飞行员的注视点的步骤，其中，所述飞行员监测系统可以被配置为至少部分地基于飞行员的注视点来确定飞行员是否失能。所述多个传感器可以被配置为可视地监测飞机的一个或更多个驾驶舱仪器以生成飞行情况数据。这将在某些情况下提高操作效率。

附图说明

参考以下说明书和附图，可以容易地理解本公开的这些和其他优点，其中：

图1a示出了示例机组自动化系统的框图。

图1b示出了图1a的子系统之间的示例信息数据流。

图1c示出了示例核心平台的框图。

图2示出了示例核心平台架构的示意图。

图3a示出了说明路线应用的第一示例人机界面。

图3b示出了说明程序检查表和飞机健康警报屏幕的第二示例人机界面。

图3c示出了说明飞行员健康警报屏幕的第三示例人机界面。

图4示出了示例感知系统的框图。

图5a和5b示出了示例主致动系统。

图5c示出了示例辅助致动系统。

图6示出了示例机组人员健康监测系统。

图7示出了示例紧急下降程序。

图8示出了示例自动着陆程序。

图9示出了示例飞行员健康监测系统的框图。

图10示出了示例飞行员健康监测程序。

图11示出了示例分类结构。

图12示出了示例飞行员监测系统。

图13示出了另一示例飞行员健康监测程序。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本公开的优选实施例。在以下描述中，没有详细描述公知的功能或结构，因为它们可能以不必要的细节模糊本公开。对于本公开，以下术语和定义适用。

如本文所用，术语“电路(circuit和circuitry)”是指物理电子部件(即硬件)和任何软件和/或固件(“代码”)，该软件和/或固件可以配置硬件、由硬件执行或者以其他方式与硬件关联。如本文所用，例如，特定处理器和存储器可以包括当执行第一组一行或更多行代码时的第一“电路”，并且可以包括当执行第二组一行或更多行代码时的第二“电路”。

如本文所用，“和/或”表示由“和/或”连接的列表中的任何一个或更多个项目。作为一个示例，“x和/或y”表示三元素集{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换句话说，“x和/或y”表示“x和y中的一个或两个”。作为另一个示例，“x、y和/或z”表示七元素集{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何元素。换句话说，“x、y和/或z”表示“x、y和z中的一个或更多个”。如本文所用，术语“示例性”意味着用作非限制性示例、实例或说明。如本文所用，术语“例如(e.g.和for example)”引出一个或更多个非限制性示例、实例或说明的列表。

如本文所用，当用于修饰或描述值(或值的范围)时，词语“约”和“近似”意味着合理地接近该值或值的范围。因此，本文描述的实施例不仅限于所引用的值和值的范围，而是应该包括合理可行的偏差。如本文所用，无论电路或装置是否包括执行功能必要的硬件和代码(如果有必要)，所述电路或装置“可操作”以执行功能，而不管所述功能的性能是否被禁用、或未被启用(例如，通过用户可配置的设置、工厂修整等)。

如本文所用，术语“空中交通工具”和“飞机(aircraft)”是指能够飞行的机器，包括但不限于传统跑道和垂直起飞和着陆(“VTOL”)飞机。VTOL飞机可以包括固定翼飞机(例如，鹞式喷气式飞机Harrier jet)、旋翼飞机(例如，直升机)和/或倾斜转子/倾斜翼飞机。

如本文所用，术语“通信(communicate和communicating)”是指(1)从源到目的地发送或以其他方式传送数据，和/或(2)将数据传送到通信介质、系统、信道、网络、装置、电线、电缆、光纤、电路和/或要被传送到目的地的链路。本文使用的术语“数据库”表示相关数据的有组织的主体，而不管数据或其有组织的主体的表示方式。例如，相关数据的有组织的主体可以为一种或更多种形式的表格、地图、网格、包、数据报、帧、文件、电子邮件、消息、文档、报告、列表或以任何其他形式呈现的数据。

本公开提供了一种用于监测在飞行期间飞行员的健康状况的系统和方法。飞行员的健康状况可以通过飞行期间飞行员的生命体征的生理和/或物理测量结果和/或行为特征的分析来监测。一旦确定了飞行员的健康状况，就可以启动响应，例如警告和/或紧急程序，以维持飞机的正确和/或安全操作。

飞行员的迷失方向、疲劳、失能等可能由于各种原因而发生，包括急性医学病症(例如缺氧)的发展、飞行期间环境条件的变化和/或预先存在的医疗条件的影响。根据澳大利亚运输安全局(ATSB)的数据，在2010年至2014年间，平均有23名飞行员发生失能事件。在此期间，向ATSB报告了113次飞行机组人员失能事件。飞行机组人员失能的其他原因例如包括胃肠道疾病(即食物中毒)、激光打击等。

操作员已采取措施为飞行期间可能发生的紧急情况做好准备。例如，为每个飞行员提供不同的膳食以防止飞行员因单一原因(例如食物中毒)而生病。机组人员也接受过培训，以便了解飞行员的某些医学病症。尽管如此，这些方法和协议假设在飞行期间将有两名或更多飞行员或多名机组成员在飞机上。

虽然多个飞行机组成员可能能够处理紧急情况，但是在有或没有额外机组成员的情况下，单个飞行员操作飞机在发生失能的医疗情况时将面临灾难性后果。

因此，需要一种被配置为在飞行期间监测和/或识别飞行员健康的系统。基于系统的分析，可以确定是否采取进一步动作，例如为飞行员生成警告、执行紧急医疗程序、控制飞机控制装置等。例如，如果所述系统确定飞行员失能或以其他方式无法控制飞机，则所述系统可以控制飞机进入紧急模式、启动自动化着陆程序等。在一个示例中，所述系统可以控制飞机在较低高度飞行和旋停(loiter)直到飞行员的健康状况恢复正常和/或直到远程或自动化驾驶员可以控制飞机为止。

本文还公开了一种被配置为尤其用作飞行员的助手(或副驾驶)或飞行工程师的系统。这种机组自动化系统可以被配置为操作飞机从起飞到着陆，在正确的飞行阶段自动执行必要的飞行和飞行计划活动、检查表和程序，同时检测突发事件或紧急情况并对其作出响应。同时，可以通过可操作地与机组自动化系统耦合的直观人机界面连续地通知飞行员(例如，飞行人员或操作员)。也就是说，所述机组自动化系统可以向飞行员提供实时信息和/或反馈。例如，所述机组自动化系统可以指示飞机相对于正在完成的程序的状态。所述机组自动化系统可以根据需要被配置为通过机器人致动器收回飞机的控制。

通过这样做，飞行员能够执行最适合人类的任务，例如高级决策和飞行计划规划。然而，最适合自动化的任务可以由机组自动化系统处理，所述任务包括例如控制装置的操纵、执行检查表、监测飞机引擎和性能数据以及监测机组人员的健康和注意力。此外，所述机组自动化系统可能具有访问飞行员当前无法获得的外部信息或仅通过经验获得的外部信息(例如特定飞机的常见系统故障或空中交通管制通常如何在特定机场指挥交通线路)的能力。所述机组自动化系统可以被配置为作为助手或主飞行员(即，机长)操作，从而如果这样配置，则完全不需要操作人员。另选地，所述机组自动化系统可用于为飞行员提供连续的飞机状态监测和信息增强，而不实际控制飞机。例如，所述机组自动化系统可以用作飞行员的“第二组眼睛”、监测检查表、仪表仪器、引擎状态、空域、飞行状态等。所述机组自动化系统可以进一步执行或监督飞机的自动下降和着陆程序—在紧急情况下可能就是这种情况。

现有的机器人自动驾驶仪和飞行员辅助系统对飞机是侵入性的、需要相当丰富的安装专业知识并且是飞机专用的，与现有的机器人自动驾驶仪和飞行员辅助系统不同，根据本公开的一个方面的机组自动化系统采用能够实现快速无侵入性安装的系统架构和知识获取系统，便于广泛使用并使所述机组自动化系统能够快速适用于各种飞机。此外，如具有现有机器人自动驾驶仪的情况，所述机组自动化系统的数据收集和感知系统不限于GPS、加速度、取向和航向。实际上，所述机组自动化系统超出了现有数据收集和感知系统的能力，通过采用独立传感器、仪器图像数据捕获(例如，温度、高度、雷达、襟翼角度等)和测量、检测或以其他方式接收飞行员输入或参数来更好地捕获飞机性能。此外，所述机组自动化系统的核心平台以及主要和辅助飞行控制致动系统的设计使得能够在各种飞机上实现可移植性。因此，与现有的机器人自动驾驶仪或飞行员辅助系统不同，所述机组自动化系统可以临时安装并且容易地从飞机转移到飞机，而无需对飞机进行侵入式修改。通过其模块化设计，所述机组自动化系统进一步降低了设计单点解决方案的可能性，该解决方案随着飞机的发展而变得过时。

所述机组自动化系统的子系统组合为飞行员提供飞机物理状态的高保真知识，并基于例如预测模型向飞行员通知预期状态的任何偏差。该状态认识可以直接转换为飞行员的有用信息，例如发展紧急情况的警报、燃料状态计算、结冰状况通知等。例如，所述机组自动化系统也可以用作自动化飞行工程师，从而通过监测检查表、仪表仪器、引擎状态、空域、飞行状态等为飞行员提供建议。所述机组自动化系统的子系统组合还可以为飞行员或其他机组人员提供对飞行员身体状态的高保真知识，并例如基于实际测量结果和/或预测模型向飞行员通知任何健康警报。

这种可以无侵入性地安装在预先存在的飞机上的机组自动化系统通过视觉并经由其他传感器感知飞机和飞行员的状态、导出飞机状态向量和其他飞机或飞行员信息，并向飞行员或机场管制塔传送与预计飞机状态的任何偏离。虽然机组自动化系统可以非侵入式安装(例如，经由感知系统)，但是它也可以为侵入式的。例如，所述机组自动化系统可以经由例如所述飞机状态监测系统与驾驶舱仪器面板以电子方式耦合(例如，经由仪器面板的反面)。另选地，所述机组自动化系统可以在飞机装配期间为整体的并且永久地安装。结合致动系统，所述机组自动化系统可以进一步控制飞机并通过控制其主要和/或辅助控制装置来自主地导航飞机。

系统级架构。为了分担与执行飞行活动相关的职责和工作量，所述机组自动化系统100应该能够执行飞行员在飞行到着陆期间常规执行的动作，而不管飞机的品牌、型号或类型。在图1a至1c中示出了根据一个方面的用于机组自动化系统100的示例系统架构。如图1a所示，核心平台102可以作为经由一个或更多个接口连接其他子系统的中央子系统来操作。所述子系统可以使用有线和/或无线通信协议和硬件通过软件和/或硬件接口156彼此通信。图1b示出了各种子系统之间的示例信息(例如，数据)流。

机组自动化系统100可以包括与多个子系统(例如下面列出的子系统)可操作地耦合的核心平台102。机组自动化系统100的多个子系统中的每个子系统可以为模块化的，使得整个机组自动化系统100可以被断开并基本上快速地移植到另一飞机上。例如，各种子系统可以使用一个或更多个软件和/或硬件接口156经由核心平台102彼此可移除地且通信地耦合。然而，在某些方面，机组自动化系统100可替代地与飞机系统成一体，从而直接采用飞机中的所有传感器和指示器。例如，机组自动化系统100或其部件可以在其设计和制造期间集成到飞机中。

多个子系统可以包括例如感知系统106、致动系统108、人机界面(“HMI”)系统104、飞行控制系统116和机组人员健康监测(“AHM”)系统160，每个子系统可以与核心平台102可操作地耦合。在某些方面，可以经由使用另一个飞机状态监测系统来减轻或消除对感知系统106的需求。例如，机组自动化系统100可以与仪器面板(例如，通信地或电子地)耦合，或者以其他方式与飞机或其系统集成在一起。然而，可以预期的是，这种集成可能对飞机是侵入性的，因为其可能需要对飞机或其布线进行一定程度的修改。机组自动化系统100和/或核心平台102还可以包括知识获取系统114和通信系统122，或者可操作地耦合到知识获取系统114和通信系统122。模块化配置还使操作员能够移除/禁用不必要的系统或模块，或者添加/安装附加系统或模块。例如，当机组自动化系统100被配置为经由HMI系统104仅向飞行员提供信息时(即，没有控制飞机的能力)，致动系统108可以被移除或禁用以减轻重量、成本和/或功耗。因此，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，根据配置，机组自动化系统100可以被配置有更少或额外的模块、部件或系统。

在操作中，飞行控制系统116基于来自另一子系统(例如，感知系统106或机组人员健康监测系统160)的信息数据导出飞行员和飞机状态，并指示另一子系统(例如，致动器系统108)以维持飞机稳定性的方式(例如，动态地-实时地或近似实时地)操作。例如，飞行控制系统116可以从核心平台102接收交通工具模式命令和配置数据，同时向核心平台102发送由飞行控制系统116生成的状态和命令信息。实际上，所述核心平台可以被配置为至少部分地基于飞行情况数据将一个或更多个命令传送到飞机的飞行控制系统116，所述飞行情况数据可以从飞机状态监测系统112、感知系统106或其组合获得。

飞行控制系统116可以包括现有飞行控制装置或系统，例如在固定翼飞机和旋翼飞机中使用的那些飞行控制装置或系统，或与所述飞行控制装置或系统通信。通信系统122使机组自动化系统100能够经由例如网络与其他装置(包括远程或远程装置)通信。通信系统122可以从核心平台102接收通信命令和配置数据，同时向核心平台102发送来自通信系统122的状态和响应信息。

核心平台102。图2示出了示例核心平台102的架构图。为了实现与无特定交通工具限制的(vehicle-agnostic)机组自动化系统100，核心平台102可以提供或以其他方式用作中间件，其可以通过初始转换和设置阶段而特定于特定飞机或配置。换句话说，任务控制系统110可以提供操作系统206，该操作系统206向一组操作应用程序202提供服务并将信号输出到一组硬件接口204中的一个或更多个或HMI系统104，同时收集并记录启用那些应用所必需的数据。

核心平台102用作主要自主代理和决策者，其将来自感知系统106和HMI系统104的输入与其获取的知识库合成以确定整个系统状态。核心平台102可以采用处理器以处理来自各种传感器套件或子系统的输入并将所得信息聚合成对飞行器当前操作状态的理解。所得信息可以与飞机特定文件进行比较，该飞机特定文件包括机组自动化系统100对飞行员意图、系统健康状况的理解，以及与机组自动化系统100的状态估算有关的适当飞行器程序的理解。所得状态知识和相关推荐可以经由HMI系统104传递给飞行人员，或者在某些方面，传递给飞行控制系统116和/或致动系统108以实现自主操作。机组自动化系统100可以进一步生成给定航班的日志以供稍后分析，所述日志可以用于促进可以提供详细训练和操作飞行汇报的飞行员训练。所述日志可以与例如飞行操作质量保证分析、维护分析等结合使用。

如图所示，核心平台102可以包括任务控制系统110和飞行控制器118，每者被配置为经由一个或更多个软件和/或硬件接口156彼此通信并与其他子系统通信，所述一个或更多个软件和/或硬件接口156可以为硬件(例如，永久或可移除连接器)和软件的组合。核心平台102可以托管跟踪飞机和程序状态的各种软件过程，以及用于趋势分析(预测警告)和机器学习例程的任何模块。在某些方面，机组自动化系统100和/或核心平台102可以采用计算机总线和规范(例如，作为接口)，其有助于在解决资源冲突时在机组自动化系统100内发现子系统的硬件部件，而无需物理装置配置或使用者干预。这种配置可以称为“即插即用”。因此，使用者可以容易地经由核心平台102向机组自动化系统100添加或移除系统或子系统(例如，作为模块)，而无需实质性的修改和/或集成工作。

核心平台102输出可用于向HMI系统104提供消息。所述消息可以指示例如检查表进度、要发生的意外事件、要发出的警告、机组人员(例如，飞行员)健康状态等。核心平台102还可以包含飞行数据记录器，例如以提供性能评估能力并提供在飞行中重置的稳健性。硬件和各种计算机也可以被加固并与其他装置(例如感知计算机)共享外壳。例如，所述硬件和各种计算机可以使用改进的布线/连接器来加固，以避免短路和/或功率或信号损失、热管理、更强的机械结构、冗余部件等，这使得硬件和软件能够耐受飞机的环境状况(例如，振动、温度、压力等)。如下所述，核心平台102可以与全球定位系统(“GPS”)/惯性导航系统(“INS”)系统154和电力管理系统(例如，28伏直流电)可操作地耦合。核心平台102还可以包含飞行数据记录器，例如以提供性能评估能力并提供在飞行中重置的稳健性。

任务控制系统110通常包括任务管理器132、标准接口130(例如，STANAG接口)、状态认识管理器158和其他操作部件120(例如，硬件和软件控制器和/或接口)，上述中的每者经由一个或更多个数据总线124彼此通信地耦合。其他操作部件120可以包括，例如，致动管理器操作部件、程序管理器操作部件、飞机状态操作部件、HMI操作部件、交通工具系统操作部件、趋势识别操作部件和机组人员健康操作部件。核心平台102的开放式架构使得能够并入经由数据总线124从系统接收到的附加数据。在某些方面，任务控制系统110可以经由交通工具系统接口与飞机的一个或更多个驾驶舱仪器耦合以收集飞行情况数据。在其他方面，任务控制系统110可以经由飞机状态监测系统112通过飞机状态接口收集飞行情况数据，飞机状态监测系统112可以经由与飞机和/或感知系统106的直接连接来收集或生成飞行情况数据。

如图所示，任务控制系统110可以与辅助致动系统108b(例如，当需要自主操作时)、感知系统106和HMI系统104可操作地耦合，HMI系统104包括人机界面126(例如，传送来自飞行员的输入并向飞行员显示信息的软件和/或硬件)以及地面站128。任务控制系统110可以经由任务管理器132与飞行控制器118通信。

飞行控制器118可以包括例如自动驾驶仪管理器134和交通工具管理器136。交通工具管理器136通常可以负责导航并确定飞机的位置和状态。交通工具管理器136可以与状态估计模块142耦合，状态估计模块142使用经由感知模块138从感知系统106接收的信息以及经由导航模块140从GPS/INS系统154接收的信息来确定飞机的估计状态。

自动驾驶仪管理器134通常可以负责基于例如从交通工具管理器136和任务控制系统110接收的信息来控制飞机的飞行。自动驾驶仪管理器134尤其控制飞行控制系统152，飞行控制系统152可以为新的或预先存在的(并且包括飞行控制器150)，并且控制机组自动化致动模块144和飞机致动模块146。机组自动化致动模块144可以控制主致动系统108a，而飞机致动模块146可以控制飞机控制装置148(例如，各种飞行表面和致动器)。

在某些方面，飞行控制器118的部件可以与飞行控制系统116的某些部件重叠。例如，在某些方面(例如，在不需要冗余且非侵入式集成是可能的情况下)，核心平台102可以利用某些现有的飞机软件和/或硬件，从而避免需要额外的硬件，例如某些飞行控制器118部件和/或GPS/INS系统154。

开放式架构。核心平台102用作机组自动化系统100的中心子系统或接口，该中心子系统或接口在开放式架构中连接并控制其余子系统(例如，作为单独的应用)。其余子系统包括例如飞行控制系统116(包括任何飞行计划能力)、HMI系统104、致动系统108(例如，在需要时提供自主操作的主致动系统和辅助致动系统)、感知系统106、知识获取系统114和其他子系统236，例如机组人员健康监测系统160。因此，可以经由特定于特定硬件的单独应用来提供对其他机组自动化系统100硬件的控制，这使得能够快速集成新系统或其他外部飞行计划支持技术。

核心平台102的架构在转换到新飞机或并入新飞行计划特征/能力时实现了快速可移植性和可扩展性。因此，可以使用应用以使机组自动化系统100能够获取该飞机专用的信息或以其他方式需要的信息或提供新的能力。例如，转换和设置可以由在核心平台102或其他子系统内操作的各个应用进行处理，表示特定于飞机的功能以及机组自动化系统100的不断增长的能力库，该能力库可以根据飞行计划、飞机或者机组人员的要求被交换。在某些方面，所述转换过程可以由机组自动化系统100外部的软件应用(例如程序编辑器)支持。

飞机数据结构208。操作系统206作为中间件操作，将操作应用程序202、硬件接口204和其他子系统(例如知识获取系统114)互连。操作系统206可以采用飞机数据结构208，飞机数据结构208可以包括知识数据库210、程序数据库212和状态数据库214。

飞机数据结构208通过使核心平台102能够全面了解飞机的系统、其配置以及维护安全操作所需的程序以及期望该飞机的持证飞行员具有的所有其他知识和专业知识来促进与无特定交通工具限制的机组自动化系统100。核心平台102还可以完全理解机组人员的健康状况。飞机数据结构208可以由知识获取系统114(下面讨论)填充，知识获取系统114包含关于当前正在操作的飞机的必要信息(例如，飞行控制模型、操作程序、飞机系统等)、从内部状态传感器以及其他子系统或传感器接收的数据。

飞机数据结构208可以在知识获取阶段期间(例如，在初始设置期间)被填充和调节到特定飞机，使得其包含操作该飞机所需的所有信息。例如，当转换到新飞机时，知识获取系统114可以执行预定义的活动以确定飞机的(例如，控制器/读出器，例如驾驶舱仪器的)布局设计、性能参数和其他特征。预定义的活动可以包括，例如：(1)飞机系统模型的生成，所述飞机系统模型向机组自动化系统100通知机上有哪些系统以及它们如何配置、致动限制等；(2)程序编码化(codification)，其通知机组自动化系统100如何在正常和非正常情况下操作飞机，进一步包括检查表的编码化；(3)空气动力学模型，其通知机组自动化系统100如何飞行飞机以及对于哪种飞机配置期望有何性能；以及(4)关于任务操作的信息。

核心平台102可以将该信息与来自一组内部状态传感器的数据组合，这也改善了冗余和系统稳健性，从而允许机组自动化系统100生成飞机状态和系统状态的高度精确的估计，并识别与预期的行为的偏差。在飞行操作期间，利用尤其由机组自动化系统100、感知系统106、HMI系统104以及机组自动化系统100内部状态感测采集的实时数据来动态更新数据结构。一旦填充了给定飞机的飞机数据结构208，则飞机数据结构208就可以保留在飞机库中并且用于机组自动化系统100可用的相同品牌和型号的所有其他飞机。因为由机组自动化系统100生成和/或收集附加数据，可以进一步细化飞机数据结构208。

操作应用程序202。核心平台102可以向机组自动化系统100提供多个操作应用程序202。这种操作应用程序202的示例可以包括但不限于：正常飞行操作应用程序216，异常检测应用程序218，应急操作应用程序220，情报、监视和侦察(“ISR”)应用程序222(例如，ISR轨道)，趋势识别应用程序程序238或其他飞行计划特定活动应用程序224，例如空中加油应用程序316。

假设没有意外情况，正常飞行操作应用程序216使机组自动化系统100能够飞行从起飞到着陆的预定飞行计划。正常飞行操作应用程序216特定于正常飞行活动(如特定飞行阶段所需)的连续执行。由于例如天气、空中交通管制命令、空中交通等意外干扰，可以在飞行中修改预定飞行计划。

异常检测应用程序218采用机器学习技术来监测飞机状态、群集并对传感器输入进行分类，以检测非正常情况的存在并识别是否发生意外事件。异常检测应用程序218被配置为将感测的状态与在特定飞机的操作文档中定义的一组阈值进行比较(例如，从不超过预定的空速、引擎温度等)。异常检测应用程序218还可以将感测的状态与机组自动化系统100可用的附加信息进行比较，并响应于满足预定的或动态确定的阈值(例如，警告阈值等)而生成警报或其他消息。

在意外事件的情况下，应急操作应用程序220执行由应急操作应用程序220指定的必要的预定检查表、程序和动作以维持飞机的安全操作或使飞行安全地转向。值得注意的是，如果观察到偏离预期性能，则可以向飞行员警告非正常情况，从而减轻或避免潜在的错误。如果飞机易受特定操作错误(例如，飞行员引起的振荡)的影响，则机组自动化系统100可识别并减轻这种事件。如果检测到异常，则应急操作应用程序220经由HMI系统104通知飞行员并与飞行员交互，并且最终执行必要的(一个或更多个)程序以对异常作出响应。最后，ISR应用程序222和其他飞行计划特定活动应用程序224可以提供指令、算法或信息以执行与任务相关的操作。

趋势识别应用程序238提供基于例如知识获取系统114使用机器学习开发的趋势分析。在某些方面，趋势识别应用程序238可以提供数据，或以其他方式触发异常检测应用程序218。例如，如果趋势识别应用程序238检测到不期望的趋势，则可以将该趋势标记为异常并且报告给异常检测应用程序218。

硬件接口204。关于操作应用程序202的各种信息在主致动系统108a、辅助致动系统108b、感知系统106、飞机状态监测系统112、HMI系统104和其他子系统236之间经由例如主致动接口226、辅助致动接口228、飞机状态接口230、HMI接口232和其他接口/界面234进行传递。

人机界面(HMI)系统104。HMI系统104为飞行员(例如，飞行人员，无论是在机上还是在远程)提供控制和通信接口。HMI系统104可配置为作为飞行计划管理器操作，所述飞行计划管理器使飞行员能够指挥机组自动化系统100。HMI系统104可以组合玻璃驾驶舱、无人驾驶飞行器(“UAV”)地面站和电子飞行袋(EFB)中的元件，以实现飞行员和机组自动化系统100之间的有效、高效和容忍延迟的通信。一般而言，EFB为一种电子信息管理装置，其允许飞行机组人员执行传统上通过使用论文引用完成的各种功能。HMI系统104可以包括人机界面126，人机界面126可以基于触摸屏图形用户界面(“GUI”)和/或语音识别系统。人机界面126可以采用例如平板计算机、膝上型计算机、智能电话、头戴式显示器或其组合。根据飞行员的喜好，人机界面126可以固定在飞行员附近(例如，作为检查表往往在轭架(yoke)上或在膝部绑带上)。人机界面126可以可移除地耦合到驾驶舱，或者在某些方面，采用驾驶舱内的集成显示器(例如，现有的显示器)。

图3a示出了具有单屏触摸界面和语音识别系统的示例人机界面126。HMI系统104用作飞行员和机组自动化系统100之间的主通信通道，使飞行员能够向机组自动化系统100发出命令任务并从机组自动化系统100接收反馈和/或指令，以改变飞行员和机组自动化系统100之间的任务分配，并选择当前为机组自动化系统100启用哪些操作应用程序202。

如图1b所示，例如，HMI系统104可以经由核心平台102从子系统接收状态信息，同时向核心平台102发送由HMI系统104生成或由飞行员输入的模式命令。飞行员可以为远程的(例如，在地面上或在另一飞机中)或在机上的(即，在飞机中)。因此，在某些方面，可以经由通信系统122通过网络远程地促进HMI系统104。

人机界面126。如图3a和3b所示，人机界面126可以采用基于平板电脑的GUI和能够进行语音通信的语音识别界面。人机界面126的目的是使飞行员能够以类似于飞行员与人类飞行工程师或副驾驶交互的方式与核心平台102的知识库交互。

人机界面126可以经由显示器装置(例如，液晶显示器(LCD))显示机组自动化系统100的当前状态(其当前设置和职责)以及当前安装哪些操作应用程序202、哪些操作应用程序正在运行，并且如果它们是活动的，则操作应用程序202正在采取哪些动作。人机界面126的GUI显示器也可以为与夜视镜兼容的装置，使得无论飞行员的眼镜如何，所述GUI显示器都是可见的。语音识别系统可以用于复制机组人员在通过检查表运行和在飞行甲板上通信时使用的相同类型的语言通信。在某些方面，语音识别可以限于飞行员团队使用的编码化通信的相同标准，以最大程度降低系统未能识别命令或改变为不适当的操作模式的可能性。语音识别系统可以被配置为通过语音训练协议来学习/识别给定飞行员的语音。例如，飞行员可以说出预定的脚本，使得所述语音识别系统可以用飞行员的方言进行训练。

人机界面126可以传送各种操作的状态和/或细节，包括经由机组自动化状态应用程序302在整个机组自动化系统100、经由感知状态应用程序304在感知系统106、经由自动驾驶仪状态应用程序306(在适用的情况下)在自动驾驶仪、经由GPS状态应用程序308在GPS/INS系统154、经由机组人员健康应用程序336在机组人员健康监测系统160之间传送各种操作的状态和/或细节，以及任何其他应用或系统状态信息310。人机界面126的显示可以由飞行员定制。例如，飞行员可能希望添加、重新组织或移除某些显示图标和/或操作应用程序202，这可以通过选择和拖动操作或通过机组自动化设置应用程序312来完成。人机界面126还可以向飞行员通知飞机的操作状态并向飞行员提供指令或建议。

如图所示，人机界面126可以为工具栏提供各种可选标签(tab)，例如路线标签328、程序标签330、校准标签332和应用程序标签334。例如，当飞行员选择应用程序标签334时，人机界面126可以显示安装在机组自动化系统100(例如，核心平台102)上的各种操作应用程序202，包括例如正常飞行操作应用程序216、应急操作应用程序220、机组自动化设置应用程序312、仪表应用程序314和空中加油应用程序316。

选择机组自动化设置应用程序312使得飞行员能够改变、重新分配或以其他方式编辑机组自动化系统100的设置和/或安装操作应用程序202。选择仪表应用程序314可以致使人机界面126显示飞机的各种操作情况，包括例如位置、方向、空速、高度、俯仰、偏航等。可以从感知系统106或另一传感器采集的飞机的各种操作情况可以显示为字母数字字符或图形刻度盘(例如，根据飞行员的偏好设置)。最后，选择空中加油应用程序316图标可以致使机组自动化系统100执行预定协议以用于促进或协调空中加油操作。例如，在选择空中加油应用程序316时，所述机组自动化系统可以与另一架飞机协调以便于加油并执行必要的检查表以进行相同的操作(例如，确保飞机位置、空速、燃料舱开口等)。可以包括附加的任务应用程序，该任务应用程序使得能够通过机组自动化系统执行任务操作。

当飞行员选择路线标签328时，人机界面126可以显示具有图标322的区域地图326，该图标322表示飞机沿着相对于其各个航点320的飞行路径的当前位置。选择(例如，轻敲、点击等)图标322可以使得对话窗口324显示，该显示提供飞机的各种操作情况。可以使用地图控制窗口318来保存、导出、旋转或平移区域地图326。区域地图326可以作为静态图像或数据集(或数据库)(例如，经由通信系统122)被保存或输出。当飞行员选择校准标签332时，人机界面126可以显示飞机的校准，由此飞行员可以进一步进行相同修改。

HMI系统104可以提供直观的显示和界面，该直观的显示和界面包括来自核心平台102的检查表验证和健康警报以及飞机状态的预测(例如，燃料消耗和预测的剩余范围)以及故障预测和偏差警报(例如，“左引擎EGT高于正常5度并在上升”)。因此，如图3b所示，当飞行员选择程序标签330时，飞行员可以查看并监测检查表项目并且查看任何健康警报。实际上，HMI系统104的功能在于促进检查表监测和/或执行，当感知系统106感知到项目完成时将所述项目标记为完成，并且当项目未完成时向飞行员提供警告，如基于先前从例如飞行员操作手册(POH)中导入的信息。机组自动化系统100还监测系统健康状态、将当前系统状态与基于POH和其他知识源预期的系统状态进行比较并引导对意外事件的适当响应。在某些方面，飞行员或核心平台102可以在执行检查表动作时确认检查表动作，并且HMI系统104在适当时自动进行到正确的检查表。HMI系统104可以给出视觉和听觉警报以引导飞行员注意未被注意的检查表项目、显示超出正常范围值的仪器或者当飞机执行飞行计划时预测的事件，该事件可以作为(例如)一系列航点被输入。例如，如图所示，可以在指示器旁提供任务列表以指示任务是否已经完成、正在完成或者需要完成(例如，“复选标记”图标包括完成、“进行中”图标和“待完成”图标)。类似地，可以提供健康危害列表以及指示一个或更多个超出范围的操作条件的一个或对应的图标。例如，如果燃料低，则可以在低燃料图标旁提供低燃料指示器。

机组人员健康监测。选择机组人员健康应用程序336图标致使机组自动化系统100显示机组人员健康概况显示器338，其显示有来自机组人员健康监测系统160的机组成员(例如，飞行员，无论是主飞行员还是机长、副驾驶等)的一个或更多个生理状态和/或行为状态。可以动态地(例如，实时地或接近实时地)提供关于机组人员健康概况显示器338的信息。根据显示器的尺寸，可以提供可选择的箭头340(例如，显示器上的GUI图标)以使操作员能够翻页或滚动浏览可用的机组成员。然而，默认设置可能会显示飞行最重要的机组成员，例如机长和副驾驶。

一个或更多个生理状态可以包括心脏参数(例如，心冲击描记图、心律、每分钟心跳(bpm)的心率等)、血液动力学参数(例如，血压和血流)以及可从机组人员健康监测系统160获得的其他生命体征，例如呼吸参数、神经学参数、体温等。一个或更多个行为状态可以包括机组成员的聚焦、语音质量、响应性(例如，基于与HMI系统104的交互的及时性)和其他行为状态，例如身体姿势，眼睛注视等。在某些方面，机组人员健康概况显示器338可以为每个被监测的机组成员显示健康分数(例如，以百分比表示)。

可以基于机组成员的一个或更多个生理状态和/或行为状态来计算健康分数以提供风险指示。例如，100％的健康评分可以指示最小的失能(例如，昏倒、入睡、死亡)风险，而分数在75％和99％之间可以指示有轻微的失能风险，分数在50％和74％之间可以指示有中度的失能风险，以及分数低于50％指示很高的失能风险。代替百分比，可以使用其他标度(例如，字母分级，例如A+、A、A-、B+等)、图标或颜色(例如，绿色、黄色、红色)来指示健康分数。在某些方面，机组人员健康应用程序336可以自动启动以在开始飞行或任务计划时(经由机组人员健康监测系统160)监测并且(经由HMI系统104)显示机组成员的健康信息。在飞行期间，操作员可以选择机组人员健康应用程序336图标以查看机组成员的动态生理状态和/或行为状态。在某些方面，飞行员可能希望通过选择可选择的共享图标342(例如，显示器上的GUI图标)将机组成员的生理状态和/或行为状态传达给飞机管制塔，从而使飞机管制塔保持了解例如飞行员的健康和/或状况。

任务分配。HMI系统104可以使飞行员能够限制由机组自动化系统100执行的活动(如果有的话)。HMI系统104可以定义飞行员和机组自动化系统100之间的任务分配、他们的职责以及两者之间的信息通信，从而充当飞行员的协作队友。因此，机组自动化系统100可以根据配置以纯粹的咨询角色(即，无需对飞机进行任何控制)、完全自主的角色(即，在没有飞行员干预情况下控制飞行控制装置)或者具有控制飞行控制器的能力的咨询角色来进行操作。HMI系统104可以进一步被设计成使飞行员能够经历过渡阶段，在该阶段，飞行员指定机组自动化系统100负责的飞行操作的各方面。例如，HMI系统104可以显示任务列表，飞行员可以在该任务列表中选择机组自动化系统100或飞行员是否负责列表上的给定任务。可以从程序编辑器向HMI系统104提供任务列表，这将在下面描述。一旦飞机数据结构208被填充和细化使得飞行员更好地信任机组自动化系统100，飞行员就可以允许机组自动化系统100执行附加动作，将飞行员从主模式转换到监督模式(即，完全自主的角色)。在该监督模式中，飞行员交互可以处于高的、基于目标的级别，其中HMI系统104支持那些任务以及允许操作员洞察其他级别以用于进行故障排除。如上所述，在某些方面，所有任务可由飞行员执行，使机组自动化系统100充当咨询角色。

模式认识。采用任何自动化系统时的风险是飞行员表现出的模式混淆的可能性(例如，飞行员忽略了任务，相信自动化系统将处理任务)。HMI系统104通过首先在机组自动化系统100和飞行员之间生成正确的功能和上述任务分配来避免这种模式混淆。实际上，HMI系统104允许飞行员经由人机界面126直接命令并配置机组自动化系统100并显示飞行员所需的信息，以了解机组自动化系统100正在采取什么动作以确保模式认识。换句话说，模式认识通常是指系统的模式与操作员期望的操作模式匹配的状态。人机界面126可以显示确保飞行员始终知到机组自动化系统100正在操作的模式所必需的信息。另外，HMI系统104用作各个任务应用程序(例如，操作应用程序202)的人机界面。

飞机状态监测系统112。飞机状态监测系统112收集、确定或以其他方式感知实时飞机状态。如上所述，飞机状态监测系统112可以通过尤其与飞机的直接连接(例如，与飞机集成或以其他方式硬连线到飞机)或经由感知系统106来感知实时飞机状态。当使用感知系统106时，飞机状态监测系统112可以包括专用控制器(例如，处理器)或共享感知系统106的感知控制器402。例如，感知系统106可以采用视觉系统、声学系统和识别算法的组合来读取或理解由驾驶舱仪器显示的飞行情况信息。示例驾驶舱仪器包括例如高度计、空速指示器、垂直速度指示器、一个或更多个罗盘系统(例如，磁罗盘)、一个或更多个陀螺仪系统(例如，姿态指示器、航向指示器、转向指示器)、一个或更多个飞行指引系统、一个或更多个导航系统(例如，甚高频全向信标(VOR)、无方向性无线电信标(NDB))，仪器着陆系统(例如，滑行范围)等。感知系统106可以包括处理器和一个或更多个光学传感器(例如，三个或更多个轻型机器视觉相机)，其在仪器面板上被训练以最大化像素密度、眩光稳健性和冗余。一个或更多个光学传感器可以经由例如以太网有线地连接到感知计算机。一个或更多个光学传感器应在安装在仪器面板的视线内，但不妨碍飞行员。

由感知系统106感知的飞行情况数据可以被编码并实时提供给核心平台102。核心平台102的开放式架构使得能够并入经由数据总线124接收到的附加数据以增强由感知系统106生成的飞行情况数据。如图1b所示，例如，飞机状态监测系统112和/或感知系统106可以从核心平台102接收命令和配置数据，同时向核心平台102发送由感知系统106采集或由飞机状态监测系统112以其他方式收集的状态和飞行情况信息(例如，飞行情况数据)。

图4示出了尤其与核心平台102(其耦合到其他子系统，例如飞行控制系统116)、GPS/INS系统154、机组人员健康监测系统160和任何其他输入系统412可操作地耦合的示例感知系统106。感知系统106可视地和/或声学地监测尤其驾驶舱仪器以生成飞行情况数据，该飞行情况数据可用于从驾驶舱布局设计导出飞机状态，驾驶舱布局设计可以从基本模拟飞机仪器到高度集成的玻璃驾驶舱航空电子设备套件。除了导出例如空速和高度的物理状态之外，感知系统106还可以监测特定于例如燃料计和无线电的飞机系统的仪器，并提供关于致动系统108的状态和定位的辅助反馈。

如图所示，感知系统106可以包括感知控制器402，感知控制器402与数据库404和多个传感器，例如相机410(用于视觉系统)、麦克风408(用于声学系统)和/或其他传感器406(例如，温度传感器、位置传感器、惯性传感器等)可操作地耦合。感知控制器402可以为例如处理器，该处理器被配置为基于从多个传感器、数据库404和外部部件(例如GPS/INS系统154和其他输入系统412)接收的信息和接收的操纵信息，以将飞行情况数据馈送到(或以其他方式指示)核心平台102。

视觉系统。感知系统106可以采用单眼或立体视觉系统，该系统可能包括运动捕捉标记，以通过读取驾驶舱仪器上显示的内容来连续监测飞机的状态。在某些方面，通过比较来自两个有利位置的场景的信息，3D信息可以通过检查两个面板中的物体的相对位置来提取。所述视觉系统可用于精确地监测仪器(例如，玻璃仪表、物理蒸汽计等)和开关，以及它们在各种照明条件和驾驶舱布局设计和尺寸中的位置。使用立体视觉系统和/或标记还提供感测以防止任何机器人部件与飞行员之间的碰撞。

所述视觉系统可以采用一套高清立体相机和/或LIDAR激光扫描仪。所述系统可能够识别来自所有飞行仪器的数据，并导出显示飞机特定系统状态(例如，剩余燃料)的开关旋钮和仪表的状态。它还能够以足够的分辨率识别面板的状态，以检测由飞行员动作引起的微小变化。感知系统106计算机上的机器视觉算法“读取”仪器(仪表、灯、风校正角度面板、玻璃驾驶舱中的主飞行显示器或多功能显示器的单个元件)和机械项目，例如节流杆、微调设置、开关和断路器，以向核心平台102提供实时驾驶舱状态更新。

感知系统106可能够从驾驶舱布局设计导出飞机状态，所述驾驶舱布局设计范围从基本模拟飞机仪器到高度集成的“玻璃驾驶舱”航空电子设备套件。通过所述视觉系统，避免了对来自飞机的数据馈送的要求，这允许/增加跨飞机的可移植性。然而，在可能的情况下，机组自动化系统100也可以耦合到飞机的数据馈送(例如，通过数据端口)。此外，使用针对核心平台102描述的应用方法，可以使用不同的底层操作应用程序202来解决和理解不同的驾驶舱布局设计。例如，机组自动化系统100可以采用仪表应用程序314以导出仪器上显示的值，无论是图形刻度盘(例如，模拟“蒸汽”仪表或其数字表示)还是玻璃驾驶舱上显示的值。该方法还将使机组自动化系统100能够运行操作应用程序，该操作应用程序尤其监测驾驶舱中显示的天气雷达、交通显示和地形地图。

为了使机组自动化系统100可移植，快速学习新驾驶舱布局设计和将位置和标度或仪器单元上的细微差别编码化的过程通过感知系统106设计来解决。例如，在初始知识获取阶段，可以针对特定飞机编码和验证仪器和开关的位置和标度，从而将实时任务减少到提取图形刻度盘(圆形刻度盘)或数字(玻璃驾驶舱)的位置，无论是图形刻度盘、CRT显示器还是LCD等。驾驶舱仪表仪器的分段(piece-wise)平面结构使感知系统106能够分析图像(例如，使用Homography方法)并针对初始知识获取阶段期间生成的预映射数据来登记它。因此，可以登记实时图像并将其与先前注释的模型进行比较，从而大大简化了数据的解释。

致动系统108。当需要时，致动系统108执行经由核心平台102命令的动作以引导飞机的飞行和整体操作。机组自动化系统100的致动系统108执行核心平台102命令的动作以引导飞机的飞行和整体操作，而无需干扰飞行员执行的活动。如图1b所示，例如，致动系统108可以从核心平台102接收致动命令和配置数据，同时向核心平台102发送由致动系统108生成的状态和响应信息。

有人驾驶飞机驾驶舱被设计成用于人类可达的包络，并因此，所有驾驶舱控制装置都可由可比较尺寸的机器人/机械操纵器可达。然而，能够通过紧急操作所需的快速执行来致动在高G和振动环境中的每个可能的驾驶舱上的每个单独的开关、旋钮、操纵杆和按钮的操纵器将是昂贵、笨重且比机组自动化系统100期望的更具侵入性。

为了更有效地实现跨飞机的可移植性，机组自动化系统100可以将主飞行控制装置(操纵杆/轭架、操纵杆(stick)、侧杆或集体杆、方向舵踏板、制动器和节气门)的致动与辅助飞行控制装置的致动(例如，开关、旋钮、摇杆、熔断器等)分开。这种方法降低了设计随着飞机的发展而变得过时的单点解决方案的可能性。因此，机组自动化系统100可以采用主致动系统108a和辅助致动系统108b以物理地控制驾驶舱中的致动器。更具体地，主致动系统108a可以致动主飞行控制装置，而辅助致动系统108b可以致动辅助飞行控制装置，而不会模糊飞行员对这些控制装置的使用。主致动系统108a和辅助致动系统108b被配置为在飞行操作期间共同致动现今飞行甲板上存在的所有标准控制装置。

如下所述，主致动系统108a集中于致动主飞行控制装置(操纵杆/轭架、操纵杆、侧杆或集体杆、方向舵踏板、制动器和节气门)，而辅助致动系统108b集中于致动不太容易被主致动系统108a接近的控制装置，例如辅助飞行控制装置(例如，开关、旋钮、摇杆、熔断器等)。

主致动系统108a。主致动系统108a集中于安全操作飞机所需的一组控制装置。如图5a和5b所示，主致动系统108a包括框架516，框架516具有铰接臂502(例如，机器人附件或“臂”)和操纵杆/轭架致动器510，其致动主飞行控制装置(轭架、操纵杆、侧杆或集体杆、方向舵踏板、制动器和节气门)和易于触及控制装置的其他装置。所述致动器可以为线性(直线)、旋转(圆形)或振荡致动器中的一者或多者，其可以通过电气、气动和/或液压技术中的一种或多种来驱动。

框架516的尺寸和形状可以设计成适合标准飞机的座椅。为此，框架516的占用面积应与人类平均“坐姿”占用面积大小相同或更小。致动系统108可以使用轻质金属、金属合金和/或复合材料制造。

操纵杆/轭架致动器510。操纵杆/轭架致动器510可使用操纵杆/轭架夹持器512联接(couple)到飞机的现有操纵杆/轭架514并接合(engage)该现有操纵杆/轭架514。操纵杆/轭架夹持器512的尺寸和形状可以设计成使其通用并且可以接合各种形式的操纵杆/轭架和/或控制轮。操纵杆/轭架致动器510可以被配置为使操纵杆/轭架514向前、向后、向左、向右并在它们之间的位置移动。操纵杆/轭架夹持器512可以进一步包括一个或更多个致动器，以用于致动定位在操纵杆/轭架514上的按钮和/或开关。

铰接臂502。致动器控制的铰接臂502的尺寸、形状和构造可以被设计成占据通常由副驾驶的臂占据的空间，从而确保跨飞机的可移植性。为了能够在多自由度(“DOF”)运动中移动，铰接臂502可包括使用多个铰接或枢轴关节506连接的多个臂段(无论是线性的、弯曲的还是成角度的)。铰接臂502可以包括在其远端的夹持器504。夹持器504可以经由多DOF连接被联接到铰接臂502。铰接臂502的基部可以经由可移动基部508可旋转地且可滑动地联接到框架516。例如，铰接臂502可以与上基部508a联接，上基部508a可滑动地与下基部508b联接，下基部508b可固定到框架516。上基部508a可以使用例如导轨和滚珠轴承的组合相对于下基部508b滑动。在某些方面，上基部508a可沿X轴和Y轴相对于下基部508b滑动。

铰接臂502可以为其每个自由度配备编码器(例如，18位单转旋转编码器)，以确保铰接臂502的精确定位。所述编码器可以安装在马达上，或安装在所述关节本身上(例如，任何变速箱或其他连杆的下游)。内部离合器可以设置在每个铰接或枢转关节506处，使得铰接臂502可以根据需要由飞行员控制，而不会损坏铰接臂502。在这种情况下，机组自动化系统100可以使用编码器确定铰接臂502的位置或定位。

夹持器504可以被配置为联接或以其他方式接合例如节流杆等。夹持器504还可以提供力和压力检测，以便允许机组自动化系统100估算如何抓住飞行控制致动器并调节动作以正确操纵它。一旦执行了运动，就可以使用相同的反馈来确定是否已经实现了所需的开关配置。在某些方面，铰接臂502可以装配有电子装置(例如，归航装置)，使其能够找到并击中目标。

辅助致动系统108b。与通常位于跨飞机品牌和类型的相同位置附近的主飞行控制装置不同，辅助飞行控制装置(例如，航空电子设备、开关、旋钮、摇杆、肘节、有盖开关、熔断器等)的位置从飞机到飞机不是一致的或在空间上受限制。

辅助致动系统108b集中于致动主致动系统108a不容易接近的控制装置。例如，一些开关甚至可能位于机长头部正上方的顶部面板上，这使得用机械臂操纵它们可能很困难(特别是在湍流飞行条件下)。因此，一些致动器可以被分配给上述主致动系统108a，而其他致动器可以被分配给独立的辅助致动系统108b。

辅助致动系统108b可以以可适应的XY绘图仪或台架系统的形式提供，该XY绘图仪或台架系统直接安装到感兴趣的面板上并且针对它正在操作的特定面板进行校准。辅助致动系统108b优选地为通用的并且可调节大小。图5c中示出了示例XY绘图仪。XY绘图仪可以包括用作绘图仪的轨道520的方形框架，具有多个接口的可旋转多用工具(multi-tool)528(例如，开关致动器532和旋钮致动器530)，其能够操纵感兴趣的控制装置，以及沿着一组Y轴轨道522和一组X轴轨道524在所述框架内移动该多用工具526的控制系统。

在使用时，所述绘图仪将多用工具528移动到该位置、选择正确的操纵器界面并操纵感兴趣的辅助飞行控制装置。例如，多用工具528可以使用开关致动器532翻转二进制开关和/或有盖开关，并且可以使用旋钮致动器530扭转旋钮。开关致动器532和/或旋钮致动器530可以经由铰接或旋转构件(例如可旋转开关臂534)联接到多用工具528。

当不使用时，多用工具526可以返回到原始位置(例如，自动导航到远角)以防止面板受阻。多用工具526会配备有传感器(例如，接近传感器)，使得当它检测到飞行员的手时它可以移开。在新飞机上绘图仪的初始设置期间，可以编码辅助飞行控制面板的位置、类型和位置。一旦对特定的辅助飞行控制面板进行编码，就可以将该配置保存到飞机数据结构208中并在机组自动化系统100安装在同一飞机或相同类型的飞机中时加载该配置。在某些方面，可以提供额外的致动器以致动控制器，所述控制器被定位在例如驾驶舱的脚部空间，例如脚踏板(例如，制动器和/或方向舵踏板)中。虽然辅助致动系统108b通常被描述为台架系统，但是铰接臂(类似于主致动系统108a的臂)可以用于可接近地进入辅助飞行控制装置。

机组人员健康监测系统160。图6示出了用于监测机组人员(例如，主飞行员/机长、副驾驶等)的一个或更多个生理状态和/或行为状态的示例机组人员健康监测系统160。机组人员健康监测系统160尤其可以与核心平台102(其耦合到其他子系统，例如飞行控制系统116)、HMI系统104和感知系统106可操作地耦合。例如，如图1b所示，机组人员健康监测系统160可以从核心平台102接收命令和配置数据，同时向核心平台102发送由机组人员健康监测系统160采集或由机组人员健康监测系统160以其他方式收集的机组人员生理/行为信息(例如，机组人员健康数据)。

如图6所示，机组人员健康监测系统160可以包括健康控制器602，健康控制器602与存储器装置604和多个生命体征传感器606可操作地耦合。健康控制器602可以为例如处理器，所述处理器被配置为至少部分地基于从多个传感器406、存储器装置604、HMI系统104、感知系统106等接收的信息向核心平台102动态地馈送机组人员健康数据(即，表示生理状态和/或行为状态)和/或命令(例如，自动着陆和自动下降命令)。机组人员健康监测系统160与HMI系统104和感知系统106中的每者之间的通信链路可以为经由核心平台102的直接连接和/或可选的间接连接(其可以为冗余连接)。

生命体征传感器606可以包括位于被监测的机组成员上或与其相邻的生物传感器和/或机械传感器。生命体征传感器606可以包括尤其心率监测器606a、血压传感器606b和其他生命体征监测器606c，例如葡萄糖监测；心血管监测和事件记录；神经监测(例如，脑电图(EEG))测试；和睡眠监测装置。

生命体征传感器606可以实施为由机组成员穿戴的可穿戴传感器，每个传感器具有可以与特定机组成员相关联的唯一识别号。例如，可穿戴的生命体征传感器可以作为腕带、胸带、头带或其他装置，例如服装、帽子、袜子、鞋子、眼镜、手表、耳机，甚至是便携式用户装置(例如，机组成员的便携式计算机、便携式数字助理(PDA)、智能手机等)来提供。

机组人员健康监测系统160可以使用无线装置来减轻对机组人员施加的任何身体限制。例如，生命体征传感器606可以经由一个或更多个无线收发器与健康控制器602和/或核心平台102无线通信。所述一个或更多个无线收发器可以被配置为使用一个或更多个无线标准例如蓝牙(例如，从2.4到2.485GHz的工业、科学和医疗(ISM)频带中的短波长、超高频(UHF)无线电波)、近场通信(NFC)、Wi-Fi(例如，电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准)等进行通信。

存储器装置604可以在飞行期间为每个机组人员生成历史机组人员健康数据的数据库。历史机组人员健康数据和相关趋势可以由健康控制器602用来检测和/或预测健康事件(例如，意识丧失、心脏病发作等)。在某些方面，可以将每个机组成员的历史机组人员健康数据加载到存储器装置604。例如，在机组人员换班时，知识获取系统114和/或机组人员健康监测系统160可以执行预定义的活动以确定机组人员的健康状况并开发和概述机组人员的健康状况(例如，每个成员)。在某些实施例中，在开始飞行或轮班时，待监测的每个机组成员的历史健康数据可以由机组人员加载。例如，机组人员健康监测系统160可以访问与每个机组成员相关联的便携式用户装置(或其他装置)的历史机组人员健康数据并提取该历史机组人员健康数据。机组人员健康监测系统160可以基于例如预测模型和历史机组人员健康数据向飞行员通知任何预期的健康问题。

自动着陆程序。商用飞机，例如波音737，往往包括自动着陆控制器以提供有限的自动着陆能力。自动着陆控制器使得飞机能够执行着陆以在着陆位置(例如，跑道或被认为适合于着陆飞机的另一位置)降落，而无需与某些主飞行控制装置直接交互。然而，现有的自动着陆控制器仍然需要从飞机驾驶舱内操作其他飞行控制装置。在飞行员或副驾驶失能(或者无法执行)的情况下，剩下的飞行员(如果有的话)必须单独地执行完全着陆，这是集中的，需要剩下的飞行员启动适当的自动控制装置并且设置各种辅助飞行控制装置和系统(例如起落架、襟翼等)。因此，机组自动化系统100可以进一步被配置为在紧急情况期间在配备有自动着陆控制器的飞机中执行下降和着陆程序。机组自动化系统100可以使用触摸和/或视觉感测(例如，经由感知系统106)来执行自动着陆程序。虽然触摸感测(即，使用力感测传感器检测触摸)不是执行着陆所严格要求的，但触摸感测改善了系统稳健性和错误检查。

可以理解，机组自动化系统100的致动系统108必须能够物理地操纵各种飞行控制器。因为自动着陆程序最适用于紧急下降和着陆情况，所以致动系统108可以被配置为快速地耦合到各种飞行控制器以代替失能的飞行员。为此，可以保证对驾驶舱控制装置的微小修改以改善致动系统108与各种飞行控制器之间的交互，例如难以经由致动系统108访问现有飞行控制器的情况。例如，可快速安装的支架可以非侵入性地附接到控制杆(lever)(例如，起落架杆)，以使致动系统108能够操纵(例如，推/拉)所述控制杆。为此，支架(例如，3d打印/添加制造的支架)可用于驾驶舱中的飞行员以使致动系统108能够操纵例如起落架杆。

本机组自动化系统100可以被配置为执行用于飞机的紧急下降和着陆的特定自动着陆程序。例如，机组自动化系统100可以与已包含有限的自动着陆基础设施(例如，主飞行控制装置和滑行坡度的控制)的飞机集成，但是仍然需要与驾驶舱交互以完全执行自动降落。会受益于自动着陆程序的众多飞机之一为波音737，但是自动着陆程序同样适用于包括有限自动着陆基础设施的其他飞机。如下面将讨论的，所述自动着陆程序可以响应于自动着陆触发器而启动，所述自动着陆触发器可以通过机组人员监测自动(或手动)生成以识别飞行员失能。

机组自动化系统100还可以经由通信系统122实现驾驶舱和空中交通管制塔之间的语音交互。例如，机组自动化系统100可以评估情况并将描述所述情况的消息传递到空中交通管制塔。在另一个示例中，机组自动化系统100可以将来自剩余机组人员的信息(例如，经由HMI系统104或感知系统106-例如经由扬声器/麦克风408)传递到描述该情况的空中交通管制塔。传送到空中交通管制塔的信息可以进一步包括关于飞行员的健康信息(例如，经由共享图标342)。机组自动化系统100可以经由感知系统106使用机器视觉来收集关于飞行状态的信息。例如，在达到临界飞行状态并验证重要步骤(例如设置襟翼)之前，不得执行一些程序。

因此，在自动下降和自动着陆程序期间，例如，机组自动化系统100可以执行通常由飞行员执行的多个步骤。例如，机组自动化系统100可以被配置为：(1)操作自动驾驶仪面板；(2)以协调的方式操作襟翼和自动驾驶仪面板以安全地降低空速；(3)确定至着陆位置的滑行坡度，并与该信号协调执行着陆程序；(4)操纵飞行管理系统以生成着陆路线；(5)设置自动制动；(6)设置起落架；(7)确定地面条件下的着陆/飞机轮；(8)操作节气门和反向推进器以帮助在地面上制动；(9)设置应答器以记录紧急情况；和/或(10)向空中交通管制中心通报飞机的状态和意图。

自动着陆触发器。在紧急情况下，迅速且准确地触发机组自动化系统100以生成执行(一个或更多个)自动下降和/或自动着陆程序的命令是必要的。因此，从机组人员健康监测系统160馈送到核心平台102的机组人员健康数据可以进一步包括自动下降和/或自动着陆命令，以在发生自动着陆触发器时启动自动下降和自动着陆程序。所述自动着陆触发器可以为例如来自操作员(例如，飞行员或其他机组成员)的直接命令，或者至少部分地基于从生命体征传感器606、感知系统106和/或HMI系统104接收的数据(例如，由健康控制器602)自动生成。在某些方面，例如在来自飞行员的直接命令的情况下，直接命令可以改为经由HMI系统104直接提供给核心平台102(无论是口头还是经由用户输入装置，例如触摸屏显示器)，从而绕过机组人员健康监测系统160。

健康控制器602可以使用联接到飞行员的生命体征传感器606确定飞行员失能，在这种情况下，当飞行员的健康参数偏离预定值或可接受值的范围时，健康控制器602可以将自动着陆命令传送到核心平台102。例如，生命体征传感器606可以提供指示心脏病发作、中风、死亡等的心脏参数，在这种情况下，所述自动着陆命令被自动传送到核心平台102。健康控制器602还可以使用感知系统106确定飞行员失能。实际上，感知系统106可以使用一个或更多个相机410和/或麦克风408来监测飞行员的运动(或其缺失)和语音(或其他声音)。

健康控制器602可以使用感知系统106的一个或更多个相机410来确定飞行员的身体姿势是否差(例如，驼背/懒散)或者飞行员的明显运动协调是否中断(例如，不稳定、缓慢，无法操纵控制装置等)，在这种情况下，健康控制器602可以确定飞行员是失能的(例如，无意识、死亡和/或在药物或酒精的影响下)。

一个或更多个相机410还可以监测飞行员失去聚焦或注视，在这种情况下，一个或更多个相机410可以采用眼球追踪技术以监测例如瞳孔运动、瞳孔大小和/或注视点。因此，相机410可以被配置为在飞行员执行任务时聚焦在飞行员的一只或两只眼睛上以监测和/或记录瞳孔/眼球运动。例如，相机410可以指向瞳孔的中心并且可以使用红外/近红外非准直光来生成角膜反射，在所述角膜反射中，瞳孔中心和角膜反射之间的矢量可以由健康控制器602用以计算注视点。如果例如飞行员继续在单个点凝视预定时间段或者在预定时间段内没有看到驾驶舱仪器，则健康控制器602可以确定飞行员由于失去聚焦或注视而失能。

健康控制器602可以使用感知系统106的麦克风408来确定飞行员的语音是否变得模糊(基于与较早的语音样本的比较，较早的语音样本可以存储到存储器装置604的数据库中)，例如，健康控制器602可以确定飞行员是失能的(例如，半无意识和/或在药物或酒精的影响下)。麦克风408可以进一步被配置为使用语音识别接收来自飞行员命令或请求帮助。

健康控制器602可以使用HMI系统104来确定在飞行员和HMI系统104之间是否存在不良交互，例如在检查表程序期间。例如，健康控制器602可以在检查表程序期间将飞行员交互与先前检查表程序期间相同飞行员的历史飞行员交互数据进行比较。如果飞行员与HMI系统104的交互偏离历史飞行员交互数据超过预定偏差(例如，百分比偏差)，则健康控制器602可以确定飞行员是失能的。如上所述，机组人员健康监测系统160可以基于例如预测模型和历史机组人员健康数据向飞行员通知任何预期的健康问题。

自动着陆终止。在某些方面，如果健康控制器602错误地确定机组成员失能，则可以终止或取消所述自动着陆程序。为了验证所述自动着陆程序的终止，健康控制器602可能需要来自不是被确定为失能的机组成员的机组成员的终止输入。为了终止所述自动着陆程序，健康控制器602可以进一步要求来自不是被确定为失能的机组成员的机组成员的认证输入，所述认证输入例如pin号码、访问代码、密码、指纹、徽章ID(例如，RFID徽章)、视网膜扫描等。例如，如果健康控制器602确定飞行员失能，则副驾驶可以在他或她认为飞行员适合飞行飞机时终止所述自动着陆程序，在这种情况下，副驾驶可以输入密码/PIN号码(或其他识别信息)并经由例如HMI系统104终止所述自动着陆程序。

知识获取系统114。知识获取系统114采集和/或生成使机组自动化系统100能够确定飞机特定信息所必需的知识库。所述知识库包括飞机性能特征、限制、检查表和程序(包括紧急情况程序)的知识以及定义飞机中意外事件的标准。可以从编码数据(例如，来自手册、飞行员简报、飞行员操作手册)和飞行中(例如，经由传感器)获取的数据的组合导出该数据，所述数据支持离线机器学习和趋势分析。待编码的数据可以以.xml格式加载，以描述程序的内容以及程序内和程序之间的任务流。

如图1b所示，例如，知识获取系统114可以从核心平台102接收操作命令，同时向核心平台102发送由知识获取系统114生成的配置数据以及状态和响应信息。

知识获取系统114的操作通常可以分为三个过程，包括例如飞机系统建模、程序编码化和空气动力学建模。所述飞机系统建模过程向机组自动化系统100提供关于可用机载系统以及所述机载系统如何配置、致动限制等的信息。所述程序编码化过程向机组自动化系统100提供关于正常和非正常情况下的飞机操作的信息。程序编码化可以包括例如检查表的编码化。最后，空气动力学建模过程为机组自动化系统100提供关于飞行飞机以及对于给定飞机类型和配置期望有什么性能的信息。

在知识获取阶段期间，还必须确定情况被视为异常或意外事件的条件。这些条件很多情况下为离散的，例如引擎超速或超过空速限制。利用机器学习，机组自动化系统100可以通过观察飞行员飞行的一系列飞行操纵来微调其空气动力学和控制模型。这些信息包括飞行动态数据、操作限制、程序、飞机系统和布局设计以及其他相关数据。除了书面信息之外，机组自动化系统100还可以基于过去事件和更有经验的飞行员的经验来编码化信息。机器学习使所述知识获取过程能够高效且快速地执行。

使用机组自动化系统100的感知系统106和致动系统108，当飞行员经历典型飞行剖面的运动时，监测平面驾驶舱或真实模拟器中的仪器和控制器。观察飞行员的动作允许机组自动化系统100直接从飞行员学习并模仿给定操作的平滑专家控制。这个过程得益于这样一个事实，即飞行操作在给定情况下要做的事情中时是高度结构化的-机器学习然后能够编码化如何执行一些事情。

可以使用可扩展标记语言(“XML”)来完成飞机数据结构208的填充。更具体地，可以采用XML数据结构，该XML数据结构包括一组字段和数据树，当被填充时，该组字段和数据树允许核心平台102配置并操作飞机。在某些方面，机组自动化系统100可以采用飞行文档的自然语言解释和/或使人能够有效且准确地输入数据的软件工具。

在某些方面，可以生成并编码一组飞机不可知特征。例如，像起落架收回、多引擎飞机上的引擎输出程序和失速恢复的程序在许多类型的飞机上是类似的，并且仅需要对特定飞机机身的最小修改。此外，基本的飞机机身限制(例如永不超过速度)只需输入特定的数字，并可在标称的时间段内从飞行手册中输入。

程序编辑器。可以在过渡时段期间使用例如书面文档(例如，飞行员操作手册、维护手册等)以及通过直接监测飞机操作来采集飞机特定信息。该知识获取过程的输出为飞机数据结构208，飞机数据结构208在上面关于核心平台102进行了描述。该飞机数据结构208中可以包含操作程序、可用系统及其设计、驾驶舱布局设计以及飞机安全操作所需的所有其他信息。在某些方面，机组自动化软件开发套件可以允许软件/飞行控制工程师每天指定、编码和单元测试一个飞机子系统(例如，电气或液压)。所述机组自动化软件开发套件可以提供工具用于将飞行手册的程序转换成与Matlab State Flow和Simulink兼容的状态机，该工具然后可以在C中自动编码所述程序以包括在核心平台102中。所述机组自动化软件开发套件还可以生成用于单元级的测试代码以及用于测试至核心平台102的接口。例如，所述程序编辑器可以提供任务列表，飞行员可以在该任务列表中选择机组自动化系统100或飞行员是否负责列表上的给定任务。

飞行控制的知识获取。飞行控制的知识获取的第一步使用Athena VortexLattice(“AVL”)方法以无量纲稳定性导数的形式生成数学模型，该数学模型在飞行期间由飞行员使用和改进。一旦主飞行控制机构被校准，系统ID训练器应用程序可用于执行被设计成识别特定稳定性导数的一系列飞行操纵。所述数据被自动处理成更新的稳定性导数，以供在控制器中使用。控制器可以采用自动调谐器。在6-DOF模拟中使用相同的更新的稳定性导数以作为控制器在飞行前充分执行的验证步骤。执行飞行控制的知识获取的另一个好处在于，它能够细化和结合大量的正式程序知识。虽然所述程序列出了各个步骤，但是可能缺少关于如何执行这些步骤的精细细节(例如，在步骤之间等待多长时间或者如何急剧增加节气门)。

飞机飞行性能特征的逆向工程。可以通过机载数据获取单元测得的飞机性能特征通常被飞机和航空电子制造商认为是专有的。该信息可用于飞行模拟、飞机健康监测、飞机开发等等。目前，想要利用机载数据获取的第三方受其专有性质的限制。通过使用独立的飞机传感器套件，部分地克服了这种限制。这些商用传感器套件仅通过驾驶舱仪表仪器和飞行员输入来测量可用数据的一小部分。然而，因为机组自动化系统100利用各种传感器来确定飞机飞行性能特征，所以它对飞机的性能特征有效地进行逆向工程。机组自动化系统100通过独立传感器的组合、通过驾驶舱仪器的图像捕获数据和输入控制装置来收集飞机信息。

示例。可以通过以下示例飞行计划和紧急程序来说明本公开的各方面，所述示例飞行计划和紧急程序说明了机组自动化系统100如何可以与飞行员交互、执行飞行计划、执行飞行操作任务并且在系统接合和起飞、飞行计划参与、异常检测&处理以及紧急下降/着陆程序期间响应意外事件。然而，本教导不应限于这些示例中使用的那些示例。

系统接合和起飞。飞行员进入飞机的左侧座椅、系紧安全带、将人机界面126舒适地定位在他的侧面并激活机组自动化系统100应用程序。该应用程序启动并运行一系列通电诊断程序以及机械接口上电和校准。消息可以在人机界面126确认成功测试时被显示并询问飞行员以确认机组自动化系统100的接合。飞行员经由应用程序标签334选择当天的飞行计划。机组自动化系统100可用于检查表监测。飞行员选择引擎启动，并且机组自动化系统100可以开始一系列引擎启动动作，在实际启动之前要求最终确认。同时，飞行员可以呼叫管制塔请求放行许可(clearance)并接收训练区的飞行计划。

当引擎启动完成时，机组自动化系统100可以向飞行员报告成功并(可听地或经由人机界面126)报告例如“准备滑行”。飞行员呼叫滑行许可，并且在听到该呼叫时，机组自动化系统100转录滑行许可并将其显示给飞行员以进行确认。然后，飞行员击中所述应用程序上的“滑行通过许可”按钮并且在飞行员监测交通时，机组自动化系统100滑行到指定的跑道。当处于跑道入口时，飞行员口头命令机组自动化系统100执行预起飞检查，并且所述系统完成所有必要的检查，提示飞行员手动双重检查关键项目，例如飞行控制装置。例如，机组自动化系统100可以监测操作人员执行检查表，并输出“检查表完成”或识别飞行计划或错误。

在接收到进一步放行许可后，飞行员然后命令机组自动化系统100引导飞机排队并等待，并且然后最终起飞。机组自动化系统100经由主致动系统108a向前推动节气门、经由感知系统106可视地检查引擎和驾驶舱指示器、经由HMI系统104调出速度并以适合当前重量、平衡和密度高度的速度旋转。飞行员将手放在操纵杆/轭架514上以确认机组自动化系统100的输入并保持他的肌肉记忆。机组自动化系统100根据当前状况确认飞机性能并报告与预期爬升率的任何偏差。在爬升期间机组自动化系统100减少了飞行员的工作量，使得飞行员能够有更多的抬头时间(即，眼睛向前，而不是在仪器上)在繁忙的空域中寻找交通。机组自动化系统100还可以为给定的检查表、飞机或位置提供经验丰富的飞行员建议。例如，在特定机场中，机组自动化系统100可以向操作人员指示机场特定的提示，例如“从该跑道的陡峭起飞角”。

飞行计划参与。在爬升的顶部，机组自动化系统100使飞机平稳并在前往飞行计划中的第一航点时调节纵倾和动力设置。在巡航期间，机组自动化系统100继续可视地监测所有驾驶舱显示器，不断地将引擎和飞机性能与预期值进行比较并警告飞行员任何偏差。

飞机到达训练区并开始当天的飞行计划。然而，在飞行计划期间，飞机进入高耸的积云，在积云中，仪器气象状况(“IMC”)条件处于冰点的温度以下。飞行员经由人机界面126上的互联网中继聊天(“IRC”)窗口请求放行许可并从地面接收放行许可，以爬升到24,000英尺以超越天气。在某些方面，机组自动化系统100请求地面放行许可。

异常检测&处理。在一段时间之后，机组自动化系统100可以检测给定的爬升，所指示的空速对于这些俯仰和动力设置慢慢偏离其建模的空速，从而指示低于预期值。这表明空速管(pitot)加热器发生故障并且空速管已经结冰。飞行员飞行飞机的时间不到100小时，并且不知道这种模型中的空速管加热器是不可靠的。飞行员尚未注意到空速指示器的趋势低于标称值。

然而，机组自动化系统100识别出空速数据与其余飞行数据及其内部飞行动力学模型相比是异常的，并在听觉上警告飞行员“空速指示器故障”。虽然飞行员认识到空速信息当前不可靠，但他不确定飞机比指示器显示飞得更快还是更慢。

利用先前异常的数据库，机组自动化系统100呈现一组程序选项并突出显示该区域的最小安全高度(例如，8,000英尺)。飞行员选择最保守的选项，这导致机翼水平、俯仰和动力下降到较低的高度(例如，10,000英尺)。机组自动化系统100使动力恢复，稍微向下俯仰并开始下降。在下降通过15,000英尺时，空速管再次上线。一旦稳定在10,000英尺处，机组自动化系统100将飞机保持直线和水平，同时飞行员在返回飞行计划之前评估情况。

根据当天的飞行计划的竞争，机组自动化系统100可以执行自动着陆程序。例如，机组自动化系统100可以将飞机导航到飞机可以开始其初始下降的预定航点。在下降期间，机组自动化系统100可以监测飞行状况并定位跑道。在最后进场时，机组自动化系统100可使飞机减速并最终降落飞机。如果机组自动化系统100确定着陆不可行(例如，障碍物或不可接受的飞行状况)，则机组自动化系统100可以开始误失进场例程或其他应急例程。例如，机组自动化系统100可以在相同位置重试着陆或者将飞机导航到替代着陆位置。用于使飞机在替代着陆位置着陆的示例系统由题为“自主货物输运系统(Autonomous CargoDelivery System)”的共同拥有的美国专利公开号2015/0323932公开。

飞行员失能事件。除了在起飞通过巡航期间帮助飞行人员之外，机组自动化系统100还可以执行一个或更多个自动化序列以解决由例如高海拔高度机舱减压引起的飞行员失能事件。例如，机组自动化系统100可以执行自动下降程序，并且一旦在预定高度和位置，就执行自动着陆程序。飞行员可以使用语音命令来指示机组自动化系统100在飞行的各个阶段期间(包括在飞行员失能事件期间)执行任务。感知系统106可以观察由机组自动化系统100和(一个或更多个)飞行人员执行的操作。

如上所述，机组自动化系统100可以通过感知系统106和致动系统108操作和监测飞机的飞行控制器和界面。为此，机组自动化系统100可以操作例如高度、航向和空速(可以通过自动驾驶仪控制)、应答器代码、飞行管理系统、自动制动器、起落架、飞行表面(例如，襟翼)、节气门反向推进器。在整个过程中，机组自动化系统100可以执行检查表以验证正确遵循飞行程序，由此可以由飞行员或由感知系统106清点检查表项目，感知系统106被配置为观察飞机的状态。

图7示出了示例紧急下降程序700。示例紧急下降程序700展示了在飞行员失能的情况下机组自动化系统100操作飞机的能力。在该演示中，紧急下降程序700可以在接收到自动下降命令或飞行员失能的指示时在步骤702开始。在某些方面，如下所述，单个命令(例如，自动着陆命令)可用于触发机组自动化系统100以执行紧急下降程序700和自动着陆程序800。虽然紧急下降程序700和自动着陆程序800被示为具有特定的步骤组合，但是本领域技术人员应理解可以实现更少或更多的步骤。在某些方面，可以并行执行一个或更多个步骤。此外，一个或更多个步骤可以为可选的并且可以从紧急下降程序700和/或自动着陆程序800中被省略，或者可以单独地和/或根据操作员的请求被执行。在一些方面，一个或更多个步骤可以为有条件的，使得一个或更多个步骤的执行可以取决于预定的要求和/或条件。而且，步骤循环的顺序可以根据操作员的需要重新排序。

可以在检测到飞行员失能时(例如，经由机组人员健康监测系统160)触发自动下降命令，之后机组自动化系统100将操作飞机。在另一个示例中，所述自动下降命令可以由飞行员语音命令触发。例如，副驾驶可以背诵预定短语(例如，“开始下降检查表”)以向机组自动化系统100发出飞行员失能的信号。在步骤704，机组自动化系统100将高度设置为第一高度(例如，20,000英尺)。

在步骤706，机组自动化系统100使用致动系统108致动飞行控制器以启动下降。例如，在波音737中，辅助致动系统108b可用于按下“标高变化”按钮以启动下降。之后，飞机将从巡航高度下降到例如第一高度。

在步骤708，机组自动化系统100将高度设置为第二高度(例如，10,000英尺)。例如，辅助致动系统108b可用于再次按下“标高变化”按钮以启动第二下降。之后，飞机将从第一高度开始下降到第二高度。

在步骤710，机组自动化系统100可以将飞机的空速调节到预定的空速。可以选择预定空速以更快地下降到第二高度。例如，机组自动化系统100可以将波音737的空速增加到0.82马赫(约546节(knot)或约630英里/小时)，这是使用自动驾驶仪的最快允许下降速率。

在步骤712，机组自动化系统100将应答器设置为紧急代码7700。通过将应答器设置为7700的紧急代码，该区域内的所有空中交通管制设施立即被警告该飞机具有紧急情况。机组自动化系统100可以进一步向空中交通管制员指示紧急情况的类型(或具体情况)。例如，机组自动化系统100可以指示飞行员失能，并且在某些情况下，可以进一步将飞行员的生命体征传递给ATC，使得地面上的紧急医疗人员可以相应地进行计划。

在步骤714，机组自动化系统100对飞行管理系统进行编程，以围绕其当前位置设置保持轨道(例如，保持模式)。机组自动化系统100可以将轨道保持在其当前位置处或其当前位置附近，直到飞机已经到达第二高度，这可以使用来自感知系统106的机器视觉来监测。

在步骤716，机组自动化系统100可以再次将飞机的空速调节到预定的空速。例如，机组自动化系统100可以将波音737的空速降低到0.375马赫(约250节或约287英里/小时)，以在适当的位置以较低的空速旋转。

与步骤704至716并行地，感知系统106可以执行步骤718的应急检查表。例如，感知系统106可以在步骤704至716期间观察机组自动化系统100的动作，以在意外事件发生时或者此后不久清点应急检查表的项目(例如，以确保机组自动化系统100已经执行了必要的动作)。例如，感知系统106可以在紧急下降程序700可以进行到下一步骤之前验证每个步骤。在感知系统106未观察到某步骤的情况下，服从操作员设置，感知系统106可以与核心平台102通信以向致动系统108传达该步骤未被正确执行(或根本未执行)。在某些方面，验证不能动态地执行，但是在延迟之后，这可以由感知系统106计算所述变化所需的时间(例如，以1到100Hz的速度的更新速率)引起。另外，延迟可能是由于飞机的动力学花费时间以对输入命令作出响应和/或因为致动系统108在视觉上(例如，在当致动系统仍然悬停在按钮附近时执行操纵之后立即)遮挡相机410引起的。

紧急下降程序700可以在步骤720结束，此时飞机在第二高度(或另一个期望高度)处的适当位置盘旋。飞机可以在第二高度处的适当位置盘旋，直到接收到自动着陆命令。

自动着陆程序。图8示出了示例紧急自动着陆程序800。示例紧急自动着陆程序800展示了机组自动化系统100在自动着陆的三个主要阶段(进场、下滑道和在地面上推进)期间自主着陆飞机的能力。

紧急自动着陆程序800建立在紧急下降程序700的基础上，紧急下降程序700可用于将飞机降低到预定的着陆高度(例如，在210节时的4,000英尺)和朝向跑道的下滑道的航线上。例如，飞机可以在预定着陆高度处的适当位置盘旋，直到在步骤802接收到自动着陆命令。如上所述，一旦飞机定位在预定位置、航向和高度，单个命令就可用于自动开始紧急下降程序700并然后进行自动着陆程序800。然而，当经由机组人员健康监测系统160检测到持续的飞行员失能(即，飞行员仍然失能)时，可以触发自动着陆命令，之后机组自动化系统100将操作飞机。在另一个示例中，所述自动着陆命令可以由飞行员语音命令来触发。例如，副驾驶可以背诵预定短语(例如，“开始着陆检查表”)以向机组自动化系统100发出飞行员仍然失能的信号。

在步骤804，机组自动化系统100调节飞机的空速。例如，机组自动化系统100可以通过将空速从210节降低到190节来开始着陆程序。

在步骤806，机组自动化系统100调节飞机的控制表面。例如，机组自动化系统100将襟翼从UP调节到1度。

在步骤808，机组自动化系统100再次调节飞机的空速。例如，机组自动化系统100可以将空速降低到150节。

在步骤810，机组自动化系统100再次调节飞机的控制表面。例如，机组自动化系统100将襟翼UP从1度调节到2度，然后调节到10度，并且最后调节到15度。

在步骤812，机组自动化系统100调节自动制动器。例如，机组自动化系统100可以将自动制动器从OFF切换到2级。

在步骤814，机组自动化系统100等待直到实现下滑道。例如，感知系统106的机器视觉可以在主飞行显示器(PFD)上观察到实现下滑道，并且命令机组自动化系统100在步骤816继续着陆程序。

在步骤816，机组自动化系统100致动起落架(例如，将起落架放下)。

在步骤818，机组自动化系统100再次调节飞机的空速。例如，机组自动化系统100可以将空速降低到140节。

在步骤820，机组自动化系统100再次调节飞机的控制表面。例如，机组自动化系统100将襟翼UP从15度调节到30度。

在步骤822，机组自动化系统100移动以准备最终着陆事件(即，在地面上推进)。

在步骤824，感知系统106观察到即将着陆，并且在节气门移动到零之后，机组自动化系统100将节气门移动到解锁位置以使得能够使用反向推进器。

在步骤826，机组自动化系统100移动反向推进器并且飞机停在跑道上。

与步骤804至826并行地，感知系统106执行步骤828的着陆检查表。例如，感知系统106可以在步骤804至826期间(或之后不久)观察机组自动化系统100的动作以清点着陆检查表的项目(例如，以确保机组自动化系统100已经执行了必要的动作)。例如，感知系统106可以在自动着陆程序800可以进行到下一步骤之前验证每个步骤。如关于紧急下降程序700所解释的，所述验证可以为动态的，或者在某些情况下可以在预期的延迟之后。

当飞机从跑道滑行时或当飞机停放(例如，引擎关闭)时，自动着陆程序800可以在步骤830结束。

机组自动化系统100和衍生技术可以应用于各种飞机和飞行模拟器。从飞机飞行测试得出的飞行性能特征可用于提高用于训练飞行员的飞行模拟器的保真度。提供飞行模拟器对实际飞机性能数据的访问对飞行模拟器操作员具有巨大价值。机组自动化系统100的另一个好处在于其当飞机被修改用于特殊飞行计划时合成飞行性能特征，例如添加可影响空气动力学性能和飞行操纵质量(例如，飞机开发)的传感器和天线。此外，由机组自动化系统100捕获的数据可用于飞机健康监测，使用预后来感测维护需求。

机组自动化系统100进一步提高了商业航空操作的安全性和实用性，同时显著节省了人力操作成本。例如，机组自动化系统100可以应用于长途航运工具，以提高安全性和效率以及这种先进的飞行员辅助技术的成本节省。此外，极限(ultimate)状态机器例如可以用作飞行员在飞行中的训练工具，或者用作安全系统，从而为在传统上单个飞行员飞机的情况下提供第二组眼睛。人机界面126的多个部分简化了所有驾驶飞行操作，甚至是多机组人员操作。

在图8至图13中描述的一些示例中，公开了基于多个因素(例如，飞行员健康统计、交通工具状态、历史数据等)来测量、分析和确定飞行员健康状况的系统和方法。例如，所公开的方法不仅仅取决于传感器读数。考虑到来自各种传感器的收集信息，它还考虑了飞行员的个体容忍度、预先存在的健康状况、飞机的状态和操作等。此外，飞行员的行为特征被用作确认或否认传感器读数的辅助证据。飞行员和机器之间经由计算机化用户界面(即平板计算机)的交互也用于了解飞行员在飞行期间操作飞机的能力。

所公开的系统和方法涉及基于测得的健康参数来测量、分析和分类飞行员的健康状况。在一些方面，系统和方法基于健康状况确定自主系统(例如自动驾驶仪)是否和/或何时将控制飞机和/或执行紧急着陆程序。具体地，所公开的特征经由核心平台协助飞机的自主系统以确定何时启动自动着陆程序或其他自主紧急协议。

在一个示例中，缺氧以及低氧血症是在高海拔高度环境中操作时产生的常见病症。缺氧是由呼吸空气中缺乏氧气和/或氧气分压引起的，这在某些高度是常见的。在暴露于低氧环境的较长时段期间，操作员血流中的氧饱和度水平会降低。对于频繁前往高海拔高度环境的飞行员来说，缺氧会导致飞行员在飞机操作期间变得迷失方向、疲劳、失能等。虽然飞机往往被配备成在飞行期间加压，但缺氧和其他急性医疗状况的症状仍然会影响一些飞行员，不仅危及飞行员的安全，而且危及飞机上的乘客。

核心平台906/计算装置。核心平台906为集中式处理单元，所述集中式处理单元被配置为分析和/或控制所有系统功能。核心平台906可以提供或以其他方式用作中间件，该中间件可以以类似于关于图1和图2描述的核心平台102的方式通过初始转换和设置阶段特定于特定飞机或配置。换句话说，核心平台906可以包括任务控制系统(例如，类似于任务控制系统110)和/或可以提供向一组操作应用程序(例如，类似于操作应用程序202)提供服务的操作系统(例如，类似于操作系统206)并将信号输出到一组硬件接口或HMI系统912中的一者或多者，同时收集并记录启用那些应用程序所必需的数据。

核心平台906用作主自主代理和决策者，其将来自飞机状态监测系统904、飞行员监测系统902、数据存储系统908、通信系统910、传感器914和HMI系统912的输入与其获取的知识库合成以确定整个系统状态。核心平台906可以使用处理器来处理来自各种传感器套件或子系统的输入，并将所得的信息聚合为对当前飞机状态、飞行员健康状况等的理解。可以将所得的信息与一架或更多架飞机和/或飞行员特定文件进行比较，所述飞行员特定文件通知核心平台对飞行员动作、飞行员健康、系统状态的理解以及与飞行员监测系统902相关的适当程序的理解。所得信息和相关确定可以经由HMI系统912被传递给飞行人员，或者在某些方面，传递给飞行控制系统(例如，类似于飞行控制系统116)和/或致动系统(例如，致动系统108)以实现自主操作。在一些示例中，紧急着陆程序和对应的系统可以与核心平台通信。多个其他系统可以由单个核心集中管理，或经由一个或更多个网络被远程管理。

飞机状态监测904。飞机状态监测系统与飞机控制系统和/或多个传感器通信以识别飞机的机械和/或操作状况。如本文所述，飞机的机械状况(例如，空气增压系统的功能状态)和/或操作状况(例如，高度、空速等)可对飞行员的健康状况产生影响。例如，飞行员监测系统902例如经由核心平台与飞机状态监测系统904通信。当在飞机内发生威胁飞行员健康状况的情况(例如，空气增压系统的故障，不能维持机舱温度，其他“生命支持”系统的故障等)时，飞行员监测系统902可以增加从飞行员那里获取健康参数测量结果的频率。基于飞机状态的确定和/或飞行员健康状况的确定，核心平台906可以识别所确定的飞机状态与飞行员收集的健康信息(例如，健康参数、生命体征等)之间的相关性。可预定义此类协议、定义和/或关系并将其存储在数据存储系统108中。

在一个示例中，突然意外增加飞机的爬升率预计将增加飞行员的心率。所述系统识别出测得的飞行员健康状况(例如，心率增加)的变化的原因在于响应于飞机的操作状态，而不是响应于健康紧急情况(例如，心脏病发作)。类似地，可以由飞机状态监测系统在飞行的关键阶段期间不同地权衡(weigh)特定信息来监测飞行阶段。例如，在起飞和着陆期间，飞行员可能会经历血压、心率、呼吸率等升高，这作为对与飞行活动相关的肾上腺素增加的正常反应。可以提前识别这种飞行路径和阶段相关性，使得所述系统预测何时和/或在何处应用信息分析中的不同标准以确定飞行员的健康状态。附加地或替代地，关于何时和/或如何作出响应(例如响应的频率和/或类型(例如，警告、飞机控制))的确定可以考虑特定的相关性和/或加权标准基于所确定的飞机状态和飞行员健康状况。

飞行员监测系统902。飞行员监测系统902包括辅助执行飞行员监测功能的子系统。传感器监测系统916被配置为分析来自一个或更多个传感器914(例如，生命体征传感器、身体传感器、生理传感器、相机等)和其他源(例如，数据存储系统908、HMI 912、飞机状态监测系统904)的数据以确定飞行员的健康状况。传感器914可以包括但不限于检测(一个或更多个)心电图(ECG)信号的传感器电路、检测指示患者呼吸的呼吸率信号的传感器电路以及检测运动和/或患者的姿势的传感器电路，例如加速度计、3轴加速度计、高度计、陀螺仪等、嗅味/气味传感器、视频/图像传感器、语音/声音传感器等。

行为监测系统918被配置为使用来自传感器914和其他源(例如，HMI912、系统904)的数据来确定指示飞行员操作飞机890的适合度的行为特征。飞行员监测系统902包括处理器/存储器920，处理器/存储器920被配置为存储机器可读指令并经由例如分析系统922执行机器可读指令以帮助信息收集和分析。

传感器监测系统916。有多种途径来确定飞行员操作飞机890的适合度。可以使用各种传感器914来测量飞行员的生理参数。这些测量结果往往可以指示某种医疗/健康状况的症状。当结合不止一个传感器914时，任何诊断的准确性都会增加。例如，许多医学病症与多种症状相关，其中一些症状在各种医学病症中是常见的。传感器监测系统916使用这些传感器914识别飞行员的可测量状态。

在一些情况下，飞行员的收集的信息(例如，生命体征)看起来是正常的，但飞行员可能不适合操作交通工具。例如，即使来自传感器914的信息指示飞行员在身体上能够操作交通工具，飞行员也可能在精神上迷失方向或精神上失能。在这种情况下，飞行员的生理测量结果可以在可接受的范围内进行登记。

行为监测系统918。另外的或替代的信息源可以来自对飞行员行为的分析，例如运动、面部表情、反应时间等。飞行员的行为分析由行为监测系统918根据经由传感器914收集的信息来执行。

行为分析可用于识别精神上无法操作交通工具的症状。(例如，运动模式、响应时间、响应类型等)。因此，在一些示例中，可以至少部分地基于观察他/她的行为来确定飞行员操作交通工具的适合度。因此，行为分析可以与其他数据(例如，生命体征、飞机状态信息等)结合以增加飞行员确定的状态的准确性。

与分析和/或确定飞行员的行为相关联的特征可以包括步态分析、眼球运动、眼球扩张、身体运动模式、语音模式等。飞行员的行为特征也可以帮助确定飞行员的疲劳程度。例如，与对应于飞行员的正常行为的特征相关联的测量结果可以作为预期行为被存储在数据存储装置908(和/或处理器/存储器920)中，可以将测得的飞行员行为与所述预期行为进行比较。基于这种比较，可以基于一个或更多个健康参数的测量结果来部分地确定飞行员健康状态。另外，可以基于飞行员与计算机化用户界面例如人机界面(HMI)912(例如，平板计算装置、集成的交通工具控制面板等)之间的测得交互来识别行为症状。

在一个示例中，系统900可以经由HMI 912向飞行员呈现一系列问题。响应的准确性和响应时间可能是某些认知障碍的指标。在一些示例中，系统900可以请求飞行员执行一个或一系列身体动作，例如输入代码、跟踪模式、回答一系列问题等。飞行员的响应的准确性和时间可以指示可能影响飞行员操作飞机的适合度的身体或认知障碍。系统900还可以记录和监测飞行员与HMI 912的交互，以识别对应于异常的趋势或特定输入。异常、准确度、响应时间等的标准和/或阈值可以由数据存储装置908存储为模型参考用于将来的比较。

分析系统922。一旦从传感器监测系统916和行为监测系统918采集参数数据，监测系统902就分析该信息以确定飞行员的健康状况。如上所述，可以预定义协议、关系、标准。分析系统922可以对用于确定飞行员的健康状况和/或操作飞机890的整体适合度的每个因素应用不同的权重。例如，在确定缺氧诊断时，可以为血氧测量指定比瞳孔扩张测量更高的权重。这些权重可以由存储装置预先确定和存储。如上所述，场景也可以为预先确定的，例如在着陆和起飞程序期间。

分析系统922还可以参考个体飞行员的病史(例如，预先存在的医疗状况)、趋势等。可以从数据存储系统108、处理器/存储器920或两者存储和访问飞行员特定信息。每个人对外部条件都有不同的容忍度。换句话说，同一环境中的不同个体会有不同的反应。例如，居住在较高海拔高度位置的人比居住在较低海拔高度位置的人更容易忍受血氧饱和度水平的下降(例如，由于缺氧、低氧血症)。这是因为个人适应更高海拔高度是需要时间的。

在一个示例中，可以组合两种类型的指示，行为和生命体征，以确定对应于飞行员健康状况的失能程度和/或警报级别。取决于所确定的失能程度和/或警报级别，核心平台906可以指导采取不同的动作。例如，如果分析系统922确定所述状况需要立即动作(例如，响应于飞机状态和/或飞行员的身体状况)，则飞机可以进入自动驾驶模式以防止灾难性结果(例如，启动着陆程序或下降和旋停程序)。下表示出了示例性警报定义。显然，本领域普通技术人员应理解定义警报级别的可能变体协议。

数据存储系统108。数据存储系统108包含用于定义飞行员状况的症状、历史数据、趋势和/或诊断之间的关系的模式。用于定义关系的指令和/或数据(例如用于各种状况和/或个人的权重、定义和/或协议)存储在存储系统108中。所述数据可以绘制症状和状况之间的相关性，并有助于分析特定情况。当系统900在特定操作期间识别来自特定个体飞行员、特定飞机/交通工具等的模式时，可以修改写入存储系统108的数据。

图2示出了用于在示例性流程图中确定飞行员健康状况的方法。如步骤951所示，收集传感器数据和/或存储的数据，例如步骤952中的生理传感器数据、步骤954中的行为数据以及步骤956中的飞行员的医疗简档。可以在步骤958中确定飞行员健康状况的状态。所述系统在步骤960中分析数据以判定所确定的状况属于在步骤963中找到的哪些类别。例如，步骤964中的红色表示高严重性，步骤966中的黄色表示低严重性，而步骤968中的绿色表示正常。如图11所示，针对每种类型的传感器数据(例如，生理和/或行为)所确定的类别(红色、黄色、绿色)的组合最终确定了飞行员的适合度的总体状况(例如，失能程度和/或警报级别)。

如果确定飞行员的适合度不是正常的(例如，红色964、黄色966)，则在步骤970和976中，系统900可以(例如，经由HMI和/或其他GUI)提示飞行员以确认飞行员状况的机器确定状态。如果飞行员的失能诊断是错误的，则确认用作故障安全步骤，例如在自动化系统被命令在步骤974中采取动作之前。类似地，可以经由通信系统向地面站询问问题。根据组织和飞机的目标，这种故障安全安全协议会有所不同。在一些实施例中，一个或更多个计算机或一个或更多个处理器之间的通信可以支持多种加密/解密方法和各种类型数据的机制。

在一些实施例中，在步骤972中，可以经由通信系统将警报发送到地面站。附加地或替代地，如果飞行员在步骤970中未能确认请求，则可以采取动作。如步骤974所示，地勤人员可以接管以远程控制飞机。附加地或替代地，地勤人员还可以准备在机场进行自动着陆程序。飞机可以进入下降和旋停程序以降低高度，这可以帮助飞行员返回到正常状态。在一些实施例中，警报可以被发送到机上的另一个机组人员以接管交通工具的操作。“采取动作”可以包括向飞行员提供指令以治疗症状的系统。例如，所述系统可以识别飞行员应该采取的医疗程序/药物种类。所述系统还可以建议飞行员在宣布任何警报状态之前飞行一段时间。

在一些示例中，即使飞行员能够在步骤976中响应于确认请求，由于初始红色或黄色分类，所述系统也可以返回到步骤962以增加监测频率。这为系统900提供了更大的数据集，利用该数据集确定飞行员操作飞机90的持续适合度。

生命体征/身体/生理传感器914。图12示出了用于捕获关于飞行员的健康状况的参数的信息的传感器的非限制性列表。可以包括或排除各种传感器914包括其任何组合中的一者或多者，并且添加稍后已知或开发的其他传感器。在一些示例中，传感器914可以与可穿戴装置集成和/或实现为可穿戴装置，所述可穿戴装置包括但不限于时尚配件(例如，腕带、环等)、实用装置(例如，手持棒(baton)、笔、雨伞、手表等)、衣服制品或其任何组合。

在一些示例中，系统的部件可以与可穿戴装置集成或实现为可穿戴装置，所述可穿戴装置包括但不限于时尚配件(例如，腕带、环等)、实用装置(例如，手持棒、笔、雨伞、手表等)、塑身衣或其任何组合。

本文考虑的传感器914的类型监测患者的生命体征以及其他特征，可以包括但不限于心率、(一个或更多个)血压、体重、血液中一种或更多种代谢物的浓度、血液中一种或更多种气体的浓度、温度、心搏停止、呼吸、心电图、生命体征、(一个或更多个)加速度计的活动、(一个或更多个)陀螺仪的活动、心电图搏动检测和分类、心电图节律分类、心电图(ECG)解释、ECG-ST段分析、ECG-QT测量结果、心输出量、心率变异性、(一个或更多个)温度、血气(包括氧气)。

脉搏血氧计1002测量血氧饱和度水平。例如，93％的水平被认为是正常或耐受氧饱和度的下限。然而，每个海拔高度的氧饱和度水平是不同的。例如，达到12,000英尺的海拔高度，飞行员可能具有约85％的氧饱和度。然而，所述系统将理解这是基于存储在数据存储系统108中的海拔高度和相关性的正常读数。

如上所述，每个人可能会有不同的反应，这可能会导致特定飞行员失能或疲劳。因此，飞行员正常工作所需的O2水平可以取决于各个飞行员的容忍度，所述容忍度可以根据存储在数据存储系统108中的历史数据来确定。建议飞行员将氧饱和度保持在最低水平90％。低(甚至相对低)的氧饱和度水平可导致海拔高度引起的缺氧。缺乏氧气(缺氧)会影响飞行员的认知能力，这可能导致飞行员无法理解关键任务，例如放行许可、如何计算燃料消耗和/或应对紧急情况。

眼球追踪传感器1004(例如以眼镜和/或头盔实现)可以测量瞳孔移动和/或扩张。例如，瞳孔/眼球扩张可以指示缺氧，这可能导致飞行员视力下降。在低光照条件下，已经证明在4,000到5,000英尺之间的海拔高度出现视觉退化。此外，在日光条件下，在10,000英尺处已经证明出现了视觉退化。眼球追踪系统1004还可以帮助测量疲劳和/或警报级别。

语音和模式识别传感器1006可以测量并识别飞行员是否正在模糊他/她的语音，这可以为疲劳、构音障碍(神经系统状况，例如中风)等的指示。对应于飞行员的正常语音模式的历史记录可以被存储在数据存储系统108中作为参考模型。

在一些示例中，飞行员可以佩戴汗液传感器1008，例如可穿戴的贴片，以分析飞行员汗液中的化学物质。这种化学分析可以指示飞行员的压力，和/或是否有某些东西已经进入飞行员的系统(例如，病毒、食物中毒等)。类似地，气味传感器1010可以用作电子鼻以分析环境和/或飞行员内的化学物质、气味。

可以使用几种传感器来测量特定的飞行员生命体征，例如心率监测器1012、血压传感器1014、呼吸传感器1016(以监测过度换气的呼吸率)、体温传感器1018，体温传感器1018用于监测体温过高和体温过低，ECG/EKG1020用于监测心肺疾病。

可以使用一个或更多个相机1022来监测健康状况以及操作员行为，包括面部运动、步态模式、肤色、面色等。例如，面部运动可以为疲劳的指标；肤色和/或面色变化可代表某些医学状况，例如体温过高；并且不寻常的步态模式可以指示疲劳或压力水平。

此外，可以包括处理器和/或存储器1024，以帮助信息捕获和/或数据分析。此外，来自各种传感器的信号可能需要格式化以由例如核心平台的不同系统可读。

图13描述了系统900的另一示例方法。在步骤1102中，访问飞行员的病史。在步骤1104中，在系统900(例如，在核心平台)处接收来自监测系统的数据(例如，飞机状态信息、传感器输入等)。在步骤1106中，所述系统将获得的监测数据与飞行员的病史进行比较，以识别与历史中所示的趋势不一致的任何异常。异常的定义将取决于个体的正常身体反应/趋势/历史。在步骤1108中，将数据与模型参考进行比较，以识别症状与一个或更多个健康状况的匹配。取决于所测得的数据类型、存储值的存量、交通工具操作的阶段等，来自一个或两个比较的输出可用于在步骤1110中对失能程度和/或警报级别进行确定。例如，响应时间/运动模式对于历史和/或趋势数据可能是主观的。然而，脉搏血氧计测量结果可以与模型参考(设定值或范围)主观地进行比较。此外，取决于特定的飞行阶段、环境条件、个人医疗记录等，一些数据可能比其他数据具有更多权重。在步骤1112中，可以向飞行员呈现警告和/或请求做出响应以确认诊断。在步骤1114中，可以采取动作来解决所确定的状况。附加地或替代地，所述方法可以返回到步骤1102并继续监测飞行员的状况。

对飞行员监测系统902的实施方式的可能修改包括调节紧急程序和/或症状数据库信息。附加地或替代地，警报级别可以为预先确定的，但是鉴于历史数据、趋势分析和/或对特定交通工具和/或个体飞行员的校准而进行调节。此外，取决于每个传感器的规格、特定的操作任务和/或期望的信息，传感器可以被定位和/或位于机舱内和/或飞行员身上的不同位置。在一些示例中，可以对通信协议进行调节，以适应不同的系统和/或网络的可用性、远程更新等。

上述专利和专利出版物通过引用整体并入本文。尽管已经参考部件、特征等的特定布置描述了各种实施例，但是这些并不旨在详述所有可能的布置或特征，并且实际上许多其他实施例、修改和变化对本领域的技术人员是可以确定的。因此，应该理解，本发明可以以不同于上面具体描述的方式实施。

Claims (15)

1.一种用于飞机90中的飞行员监测系统，所述飞行员监测系统包括：

多个传感器406、914，所述多个传感器406、914被配置为监测飞行员的一个或更多个健康参数；

飞机90状态监测系统112、904，所述飞机90状态监测系统112、904被配置为确定所述飞机90的飞行情况数据；

分析系统922，所述分析系统922用于经由一个或更多个处理器920根据所述一个或更多个健康参数确定所述飞行员的失能程度；和

人机界面234，所述人机界面234与所述一个或更多个处理器920可操作地耦合以提供所述飞行员和所述飞行员监测系统之间的界面234，所述人机界面234被配置为根据所确定的失能程度向所述飞行员呈现警告。

2.根据权利要求1所述的飞行员监测系统，进一步包括致动系统，所述致动系统与所述一个或更多个处理器920可操作地耦合，以根据所确定的失能程度调节或致动所述飞机90的一个或更多个飞行控制装置。

3.根据上述权利要求中的任一项所述的飞行员监测系统，其中，所述飞行员监测系统被配置为监测多个飞行员中的每个飞行员的一个或更多个健康参数，其中，所述人机界面234被配置为显示所述多个飞行员中的每个飞行员的所述一个或更多个健康参数。

4.根据上述权利要求中的任一项所述的飞行员监测系统，其中，所述一个或更多个健康参数包括所述飞行员的生理状态和行为状态两者。

5.根据上述权利要求中的任一项所述的飞行员监测系统，其中，所述多个传感器406、914包括一个或更多个光学传感器406、914以可视地监测所述飞行员，其中，所述飞行员监测系统至少部分地基于由所述一个或更多个光学传感器406、914采集的视觉监测来确定所述飞行员的行为状态。

6.根据权利要求5所述的飞行员监测系统，其中，所述分析系统922被配置为使用一种或更多种眼球追踪技术来计算所述飞行员的注视点，其中，所述飞行员监测系统被配置为至少部分地基于所述飞行员的所述注视点来确定所述飞行员是否失能。

7.根据上述权利要求中的任一项所述的飞行员监测系统，其中，所述飞行员监测系统被配置为使用与所述飞行员相关联的一个或更多个可穿戴生命体征传感器406、914来采集所述飞行员的所述一个或更多个健康参数。

8.根据上述权利要求中的任一项所述的飞行员监测系统，其中，所述多个传感器406、914被配置为在视觉上监测所述飞机90的一个或更多个驾驶舱仪器以生成所述飞行情况数据。

9.一种使用自动化系统监测飞机90中的飞行员的方法，所述方法包括以下步骤：

经由多个传感器406、914监测所述飞行员的一个或更多个健康参数；

经由飞机90状态监测系统112、904确定所述飞机90的飞行情况数据；

经由分析系统922确定所述飞行员的失能程度，其中，失能程度根据所述一个或更多个健康参数来确定；以及

根据所确定的失能程度，经由人机界面向所述飞行员发出警告，其中，所述人机界面234被配置为提供所述飞行员和所述自动化系统之间的界面234。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括根据所确定的失能程度经由致动系统调节或致动所述飞机90的一个或更多个飞行控制装置的步骤。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括根据所确定的失能程度执行紧急下降程序的步骤，其中，在所述紧急下降程序期间，所述自动化系统被配置为经由所述致动系统将所述飞机90导航到预定的空速和预定的高度。

12.根据权利要求9、权利要求10或权利要求11所述的方法，其中，所述自动化系统被配置为使用与所述飞行员相关联的一个或更多个可穿戴生命体征传感器406、914来采集所述飞行员的所述一个或更多个健康参数。

13.根据权利要求9、权利要求10、权利要求11或权利要求12所述的方法，其中，所述多个传感器406、914包括一个或更多个光学传感器406、914以可视地监测所述飞行员，其中，所述自动化系统被配置为根据由所述一个或更多个光学传感器406、914采集的信息确定所述飞行员的行为状态。

14.根据权利要求9、权利要求10、权利要求11、权利要求12或权利要求13所述的方法，进一步包括通过一种或更多种眼球追踪技术计算所述飞行员的注视点的步骤，其中，所述飞行员监测系统被配置为至少部分地基于所述飞行员的所述注视点确定所述飞行员是否失能。

15.根据权利要求9、权利要求10、权利要求11、权利要求12或权利要求13所述的方法，其中，所述多个传感器406、914被配置为在视觉上监测所述飞机90的一个或更多个驾驶舱仪器以生成所述飞行情况数据。