CN110889514A - 空中交通管制台站设备应急抢修远程支援系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空中交通管制台站设备应急抢修远程支援系统及方法。所述系统包括值守人员子系统、网络传输子系统、后方专家子系统和数据库子系统；所述值守人员子系统用于采集现场工作场景和设备实时状况，并通过所述网络传输子系统将采集到的所述现场工作场景和设备实时状况传输至所述后方专家子系统；所述网络传输子系统用于完成所述值守人员子系统和所述后方专家子系统之间的协同交互数据传输；所述后方专家子系统用于在专家登陆进入系统后，接收由所述值守人员子系统发来的协同邀请，建立相应的网络连接通路，并进行台站设备排故抢修支援工作。本发明可使得台站值守人员在远程专家协助下，迅速定位故障设备或元件，提高应急排故效率。

Description

空中交通管制台站设备应急抢修远程支援系统及方法

技术领域

本发明涉及空中交通管制设备保障技术领域，具体的说是一种空中交通管制台站设备应急抢修远程支援系统及方法。

背景技术

民航航班量的高速增长给民航空中交通管理工作带来了较大挑战。空中交通管理依赖先进的空管运行保障体系，而空管台站则是空管运行保障体系的重要组成部分。空管运行过程中，如何减少空管台站设备故障对空管运行的影响，保证空中交通管理工作的业务持续性，得到了空管行业的广泛关注。国内外民航组织在空管设备可靠性方面均出台了相关建议或标准，但空管台站设备遭遇故障时，如何实施高效的应急维修远程支援，仍缺乏有效解决方案。

通常情况下，为保证空管台站设备正常运行，空中交通管理部门会安排人员对设备开展定期维护或巡检。但是，对于台站设备临时出现的故障，如果台站值守人员由于专业技能不足难以第一时间排除，则极有可能影响到相关区域的空中交通管理工作正常进行。此时，如何借助信息化手段让远端维修专家指导台站值守人员参与排故，既给远端专家提供身临其境的故障现场感受，便于其迅速制定排故抢修策略，同时又能给值守人员提供直观、清晰的远程排故支援，指导其准确执行排故抢修指令，就变得十分重要。因此，有必要提供一种先进的空中交通管制台站设备应急排故抢修远程支援系统。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种空中交通管制台站设备应急抢修远程支援系统及方法，以便为台站值守人员提供直观、清晰的远程排故支援，最大化减少台站设备故障对空管运行业务持续性的影响。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种空中交通管制台站设备应急抢修远程支援系统，包括值守人员子系统、网络传输子系统、后方专家子系统和数据库子系统；

所述值守人员子系统用于采集现场工作场景和设备实时状况，并通过所述网络传输子系统将采集到的所述现场工作场景和设备实时状况传输至所述后方专家子系统；

所述网络传输子系统用于完成所述值守人员子系统和所述后方专家子系统之间的协同交互数据传输；

所述后方专家子系统用于在专家登陆进入系统后，接收由所述值守人员子系统发来的协同邀请，建立相应的网络连接通路，并进行台站设备排故抢修支援工作；

所述数据库子系统用于台站设备虚拟三维模型和历史数据的存储。

所述值守人员子系统包括台站工作场景采集子模块、专家支援指令显示及交互子模块和值守人员远程协同管理子模块；

所述台站工作场景采集子模块包括用于采集故障设备参数面板或监控系统窗口实时图像的头戴式高清摄像机、和用于采集台站设备现场视频图像的全景摄像机或多个普通摄像机组；

所述专家支援指令显示及交互子模块包括用于获取后方专家子系统呈现的虚拟视景及排故维修指令标示的视景同步呈现子模块、用于所述值守人员子系统与所述后方专家子系统进行实时语音交互的第一语音交互子模块和用于对视景同步呈现子模块和第一语音交互子模块进行管理的远程支援协同控制子模块；

所述值守人员远程协同管理子模块包括用于供值守人员从所述数据库子系统中调取台站故障抢修历史记录数据或设备基础资料数据的第一数据库交互子模块和用于台站值守人员启动远程支援系统的网络连接管理的第一网络连接管理子模块。

所述网络传输子系统包括容错收发器、路由器A、路由器B、协同数据传输模块A、协同数据传输模块B、协同数据传输模块C、协同数据传输模块D、5G网络、民航通信专用网络、交换机A和交换机B；

所述容错收发器用于接收所述值守人员子系统产生的协同交互数据，并通过输出端口分别传送至所述路由器A和所述路由器B；

所述路由器A连接所述协同数据传输模块A和所述协同数据传输模块B；所述协同数据传输模块A和所述协同数据传输模块B均连接所述5G网络；所述5G网络连接所述交换机A和交换机B；

所述路由器B连接所述协同数据传输模块C和所述协同数据传输模块D；所述协同数据传输模块C和所述协同数据传输模块D均连接所述民航通信专用网络；所述民航通信专用网络连接所述交换机A和交换机B。

所述后方专家子系统包括台站现场沉浸式感知支持模块、支援指令标示及互动模块和专家端远程协同管理模块；

所述台站现场沉浸式感知支持模块用于完成台站现场虚拟视景的构建；

所述支援指令标示及互动模块用于开展远程协同支援；

所述专家端远程协同管理模块用于对协同过程网络连接状态、台站设备基础数据进行管理。

所述支援指令标示及互动模块包括指令标示子模块、第二语音交互子模块和专家支援协同控制子模块；

所述指令标示子模块用于在台站虚拟三维视景或视频图像中标示应开展排故抢修的设备或零件；

所述第二语音交互子模块用于所述后方专家子系统和所述值守人员子系统之间的语音交互；

所述专家支援协同控制子模块用于对所述标示及所述语音互动进行管理。

所述专家端远程协同管理模块包括第二网络连接管理子模块和第二数据库交互子模块；

所述第二网络连接管理子模块用于根据协同请求，生成并维护与所述值守人员子系统之间的网络连接需求；

所述第二数据库交互子模块用于专家根据需要对所述数据库子系统中相关台站资料的获取。

所述数据库子系统包括台站场景三维视景模型数据库、排故抢修过程记录数据库和台站设备手册资料数据库；

所述台站场景三维视景模型数据库用于存储各台站房间和典型设备的虚拟三维模型、以及零件级别的精细化虚拟三维模型，以供实时生成台站三维虚拟视景所用；

所述排故抢修过程记录数据库用于自动记录故障设备远程维修支援中的交互数据，形成历史记录以供备查或二次开发利用；

所述台站设备手册资料数据库用于存储各台站、各设备的数字化资料或手册，以备值守人员或远程专家及时调用查看。

一种空中交通管制台站设备应急抢修远程支援方法，包括以下步骤：

a)值守人员子系统通过架设在台站故障现场的全景摄像机、值守人员头戴式高清摄像头/多摄像机组，获取台站设备现场的场景情况、相关设备状态、相关零件的工作状态；

b)将步骤a中收集的台站设备现场的场景情况、相关设备状态、相关零件的工作状态，通过5G网络或民航专用通信网络传送至后方专家子系统；

c)后方专家子系统调取数据库子系统中台站设备虚拟三维模型，并利用台站虚拟三维视景构建算法得到虚拟视景并在视景呈现模块中提供给后方专家；在此基础上，所述值守人员子系统与后方专家子系统基于沉浸式环境进行排故抢修过程的动态交互；

d)对步骤a～c中传递的数据信息，利用数据库子系统基于类别及时存储，以形成台站设备的维修历史记录备查。

所述利用台站虚拟三维视景构建算法得到虚拟视景并在视景呈现模块中提供给后方专家，包括以下步骤：

第一步，通过网络传输子系统从数据库子系统中的台站场景三维视景模型数据库中获取台站设备三维模型；

第二步，通过网络传输子系统获取值守人员子系统回传的台站场景视频数据图像；

第三步，利用前两步获得的基础数据，调用台站三维虚拟视景构建算法来构建台站现场三维虚拟视景；

第四步，将三维虚拟视景、台站场景视频图像在视景呈现模块中同步呈现。

本发明具有以下优点及有益效果：

1.将单纯依靠台站值守人员自身知识或技能进行设备排故抢修的方式转换为值班人员借助远程专家经验来协同开展应急排故抢修，有助于迅速定位故障设备或元件，提高台站值班人员应急排故效率，从而提升空管运行保障能力。

2.将台站故障现场的动态场景、设备及元件实时工况通过高速通信网络回传至远端专家端，并与台站现场动态生成的三维场景模型进行融合，可支持专家对故障现场的沉浸式同步感知，迅速制定故障抢修对策，从而将远端维修专家的专业经验通过信息化技术实现极大化利用，可减少台站运行维护成本，促进空管维修保障人员智力资源的集约利用。

3.将值守人员和远端专家交互协同过程通过数据库模块实施存储，可实现对台站设备全生命周期的维修历史进行精细化可追溯式管理，同时，也可支持空管运行保障体系逐步丰富故障维修案例库，总结形成排故抢修经验或模式进行推广，促进空管运行设备维修保障能力提升。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图；

图2为本发明的台站工作场景采集子模块的结构框图；

图3为本发明的专家支援指令显示及交互子模块的结构框图；

图4为本发明的值守人员远程协同管理子模块的结构框图；

图5为本发明的网络传输子系统的结构框图；

图6为本发明的台站现场沉浸式感知支持子模块的结构框图；

图7为本发明的支援指令标示及互动模块的结构框图；

图8为本发明的专家端远程协同管理模块的结构框图；

图9为本发明的数据库子系统的结构框图；

图10为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提出的空管台站设备应急排故抢修远程支援系统，基于高速通信网络完成值守人员与后方专家的远程排故抢修支援交互，从而快速高效故障设备的定位抢修。该系统需要实现值守人员子系统001、网络传输子系统002、后方专家子系统003、数据库子系统004。

1.值守人员子系统001

负责将空管台站现场的情况，尤其是设备的故障状况以及排故抢修过程设备的动态通过摄像头实时采集，并显示传递给后方专家；另一方面，还负责将后方专家子系统制定的排故抢修决策，以直观、清晰、易于理解的方式呈现给台站值守人员；

为实现将台站现场工作场景、设备实况准确采集并回传至后方专家子系统300，值守人员子系统001由台站工作场景采集子模块101、专家支援指令显示及交互子模块102、值守人员远程协同管理子模块103构成。具体实现方式如下：

(1)台站工作场景采集子模块101

如图2所示，主要包含值守人员头戴式高清摄像机104、台站现场布置的全景摄像机105或多个普通摄像机组106。其中，值守人员头戴式高清摄像机104主要完成故障设备参数面板或监控系统窗口实时图像采集，使得远程专家能够实时了解排故动作实施之后的设备或零部件工作状态的动态变化；全景摄像机105或多个普通摄像机组106负责完成台站设备现场视频图像采集。

(2)专家支援指令显示及交互子模块102

如图3所示，该模块首先利用远程支援协同控制子模块109建立台站值守人员与后方专家之间的通信联系，用于获取后方专家的排故抢修支援指令和语音交互数据；视景同步呈现子模块107获取后方专家子系统呈现的虚拟视景及排故维修指令标示，便于值守人员准确直观查看专家维修建议；同时，第一语音交互子模块108支持台站值守人员与后方专家子系统300进行实时语音交互。

(3)值守人员远程协同管理子模块103

如图4所示，值守人员远程协同管理子模块103支持值守人员启动远程支援系统，并邀请相关专业的远程专家进入场景开展支援，主要由第一数据库交互子模块110和第一网络连接管理子模块111构成。其中，第一数据库交互子模块110主要供值守人员从数据库子系统400中调取台站故障抢修历史记录数据或设备基础资料数据；第一网络连接管理子模块111则主要负责网络连接管理，支持在后方专家远程协同之前的网络连接测试、端口测试以及网络连接状态(比如数据传输速度)的实时监控。

2.网络传输子系统200

如图5所示，网络传输子系统200主要完成值守人员子系统100和后方专家子系统300之间的协同交互数据传输。其实施方式为：将值守人员子系统100产生的协同交互数据(主要包括台站现场视频数据、语音交互数据等)传送至容错收发器201，然后通过其输出端口分别传送至路由器A202和路由器B203，以保证当任一台路由器出现故障时，均可以切换至另外一个备份路由器；将路由器A202与协同数据传输模块A204和协同数据传输模块B205连接，并进一步连接5G网络208，保障任一数据传输模块出现故障时，均可切换至另一传输模块；将路由器B203与协同数据传输模块C206和协同数据传输模块D207连接，并进一步连接民航通信专用网络209；通过上述连接方式，并通过交换机A210和交换机B211实现了值守人员子系统100与后方专家子系统300之间数据的网络冗余连接。

网络传输子系统200为软/硬件冗余配置，采用5G网络和民航专用通信网双重网络传输方式，使得部分模块出现故障时，系统可能够自动切换到备份模块，而且网络传输带宽能满足系统工作需要。

3.后方专家子系统300

通过调取台站现场环境及设备的虚拟三维模型，并结合设备故障状态的视频图像进行场景融合，让后方专家产生等同于抵达故障现场的效果；同时，让后方专家基于场景进行排故抢修决策，并在虚拟场景中进行具体排故抢修动作标示，使得值守人员能够及时获得技术指导。

后方专家子系统300在专家登陆进入系统后，接收由远程台站值守人员子系统100发来的协同邀请，建立相应的网络连接通路，并由此展开台站设备排故抢修工作。具体涉及如下模块：台站现场沉浸式感知支持模块301、支援指令标示及互动模块302、专家端远程协同管理模块303。具体实施过程如下：

(1)台站现场沉浸式感知支持模块301

如图6所示，在专家子系统300建立与远程台站值守人员子系统100的网络连接后，台站现场沉浸式感知支持模块301按以下步骤来完成台站现场虚拟视景的构建。第一步：通过网络传输子系统200，从数据库子系统400中的台站场景三维视景模型数据库401中获取台站设备三维模型；第二步，通过网络传输子系统200获取值守人员子系统回传的台站场景视频数据图像；第三步，利用前两步获得的基础数据，调用台站三维虚拟视景构建算法模块304来构建台站现场三维虚拟视景；第四步，将三维虚拟视景、台站场景视频图像在视景呈现模块305中同步呈现，以供支援专家准确、直观感知现场台站现场工作环境。视景呈现模块305包括虚拟现实头盔、PC电脑、IPAD等，同时被要求开展远程协同支援的专家可以仅有一个专家，也可以有多个专家。

(2)支援指令标示及互动模块302

如图7所示，专家通过台站沉浸式感知支持模块301查看了解故障现场情况后，利用支援指令标示及互动模块302开展远程协同支援，具体方式如下：

一方面，专家利用指令标示子模块306在台站虚拟三维视景或视频图像中标示应开展排故抢修的设备或零件，并通过第二语音交互子模块307指导值守人员开展具体操作；同步地，该具体标示动作也在台站值守人员的专家支援指令显示及互动模块102中显示出来；同时，专家支援协同控制子模块308对交互过程中的标示及语音互动进行管理；另一方面，台站值守人员执行专家提供的指令，并通过头戴式高清摄像机104来获取设备工作状态参数面板或监控系统窗口参数的实时图像，并将图像回传至专家子系统的视景呈现模块305中，以供专家判明故障状态及动态调整排故策略。

(3)专家端远程协同管理模块303

如图8所示，专家端远程协同管理模块303主要对协同过程网络连接状态、台站设备基础数据等进行管理，具体方式如下：第二网络连接管理子模块308根据协同请求，生成并维护与台站值守人员子系统100之间的网络连接需求；第二数据库交互子模块309支持专家根据需要对数据库子系统中相关台站资料的获取，同时，支持专家子系统对数据库子系统400中台站场景三维视景模型库401的调用，以迅速完成台站三维场景的搭建。

4.数据库子系统400

主要包括三类数据库模块，一类是台站现场场景、设备及相关元件的三维模型数据库模块；一类是空管台站设备的手册和维修历史记录数据库模块；一类是排故抢修过程语音和数据通信记录数据库模块。

如图9所示，依据台站设备排故抢修远程协同需要，数据库子系统400主要包括台站场景三维视景模型数据库401、排故抢修过程记录数据库402、台站设备手册资料数据库403。其中，台站场景三维视景模型数据库401主要存储各台站房间和典型设备的虚拟三维模型、以及零件级别的精细化虚拟三维模型，以供实时生成台站三维虚拟视景所用；排故抢修过程记录数据库402主要负责自动记录故障设备远程维修支援中的交互数据，形成历史记录以供备查或二次开发利用；台站设备手册资料数据库403主要存储各台站、各设备的数字化资料或手册，以备值守人员或远程专家及时调用查看，以便制定有效的排故维修策略。

如图10所示，本发明方法包括以下步骤：

a)值守人员子系统通过架设在台站故障现场的全景摄像机、值守人员头戴式高清摄像头以及多摄像机组，获取台站设备现场的场景情况、相关设备状态(比如设备工作状态指示灯、仪表面板显示参数，等)、相关零件的工作状态；

b)将步骤a中收集的台站现场情况，通过5G网络或民航专用通信网络传送至后方专家子系统；

c)利用步骤b得到的台站现场场景视频图像，后方专家子系统调取数据库子系统中台站设备虚拟三维模型，并利用台站虚拟三维视景构建算法得到虚拟视景并在视景呈现模块中提供给后方专家，支持专家实时沉浸式感知台站故障现场；在此基础上，值守人员与后方专家基于沉浸式环境开展排故抢修过程的动态交互。

d)对步骤a～c中传递的数据信息，利用数据库子系统基于类别及时存储，以形成台站设备的维修历史记录备查。

Claims (9)

1.一种空中交通管制台站设备应急抢修远程支援系统，其特征在于，包括值守人员子系统、网络传输子系统、后方专家子系统和数据库子系统；

所述值守人员子系统用于采集现场工作场景和设备实时状况，并通过所述网络传输子系统将采集到的所述现场工作场景和设备实时状况传输至所述后方专家子系统；

所述网络传输子系统用于完成所述值守人员子系统和所述后方专家子系统之间的协同交互数据传输；

所述后方专家子系统用于在专家登陆进入系统后，接收由所述值守人员子系统发来的协同邀请，建立相应的网络连接通路，并进行台站设备排故抢修支援工作；

所述数据库子系统用于台站设备虚拟三维模型和历史数据的存储。

2.根据权利要求1所述的空中交通管制台站设备应急抢修远程支援系统，其特征在于，所述值守人员子系统包括台站工作场景采集子模块、专家支援指令显示及交互子模块和值守人员远程协同管理子模块；

所述台站工作场景采集子模块包括用于采集故障设备参数面板或监控系统窗口实时图像的头戴式高清摄像机、和用于采集台站设备现场视频图像的全景摄像机或多个普通摄像机组；

所述专家支援指令显示及交互子模块包括用于获取后方专家子系统呈现的虚拟视景及排故维修指令标示的视景同步呈现子模块、用于所述值守人员子系统与所述后方专家子系统进行实时语音交互的第一语音交互子模块和用于对视景同步呈现子模块和第一语音交互子模块进行管理的远程支援协同控制子模块；

所述值守人员远程协同管理子模块包括用于供值守人员从所述数据库子系统中调取台站故障抢修历史记录数据或设备基础资料数据的第一数据库交互子模块和用于台站值守人员启动远程支援系统的网络连接管理的第一网络连接管理子模块。

3.根据权利要求1所述的空中交通管制台站设备应急抢修远程支援系统，其特征在于，所述网络传输子系统包括容错收发器、路由器A、路由器B、协同数据传输模块A、协同数据传输模块B、协同数据传输模块C、协同数据传输模块D、5G网络、民航通信专用网络、交换机A和交换机B；

所述容错收发器用于接收所述值守人员子系统产生的协同交互数据，并通过输出端口分别传送至所述路由器A和所述路由器B；

所述路由器A连接所述协同数据传输模块A和所述协同数据传输模块B；所述协同数据传输模块A和所述协同数据传输模块B均连接所述5G网络；所述5G网络连接所述交换机A和交换机B；

所述路由器B连接所述协同数据传输模块C和所述协同数据传输模块D；所述协同数据传输模块C和所述协同数据传输模块D均连接所述民航通信专用网络；所述民航通信专用网络连接所述交换机A和交换机B。

4.根据权利要求1所述的空中交通管制台站设备应急抢修远程支援系统，其特征在于，所述后方专家子系统包括台站现场沉浸式感知支持模块、支援指令标示及互动模块和专家端远程协同管理模块；

所述台站现场沉浸式感知支持模块用于完成台站现场虚拟视景的构建；

所述支援指令标示及互动模块用于开展远程协同支援；

所述专家端远程协同管理模块用于对协同过程网络连接状态、台站设备基础数据进行管理。

5.根据权利要求4所述的空中交通管制台站设备应急抢修远程支援系统，其特征在于，所述支援指令标示及互动模块包括指令标示子模块、第二语音交互子模块和专家支援协同控制子模块；

所述指令标示子模块用于在台站虚拟三维视景或视频图像中标示应开展排故抢修的设备或零件；

所述第二语音交互子模块用于所述后方专家子系统和所述值守人员子系统之间的语音交互；

所述专家支援协同控制子模块用于对所述标示及所述语音互动进行管理。

6.根据权利要求4所述的空中交通管制台站设备应急抢修远程支援系统，其特征在于，所述专家端远程协同管理模块包括第二网络连接管理子模块和第二数据库交互子模块；

所述第二网络连接管理子模块用于根据协同请求，生成并维护与所述值守人员子系统之间的网络连接需求；

所述第二数据库交互子模块用于专家根据需要对所述数据库子系统中相关台站资料的获取。

7.根据权利要求1所述的空中交通管制台站设备应急抢修远程支援系统，其特征在于，所述数据库子系统包括台站场景三维视景模型数据库、排故抢修过程记录数据库和台站设备手册资料数据库；

所述台站场景三维视景模型数据库用于存储各台站房间和典型设备的虚拟三维模型、以及零件级别的精细化虚拟三维模型，以供实时生成台站三维虚拟视景所用；

所述排故抢修过程记录数据库用于自动记录故障设备远程维修支援中的交互数据，形成历史记录以供备查或二次开发利用；

所述台站设备手册资料数据库用于存储各台站、各设备的数字化资料或手册，以备值守人员或远程专家及时调用查看。

8.一种空中交通管制台站设备应急抢修远程支援方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)值守人员子系统通过架设在台站故障现场的全景摄像机、值守人员头戴式高清摄像头/多摄像机组，获取台站设备现场的场景情况、相关设备状态、相关零件的工作状态；

b)将步骤a中收集的台站设备现场的场景情况、相关设备状态、相关零件的工作状态，通过5G网络或民航专用通信网络传送至后方专家子系统；

c)后方专家子系统调取数据库子系统中台站设备虚拟三维模型，并利用台站虚拟三维视景构建算法得到虚拟视景并在视景呈现模块中提供给后方专家；在此基础上，所述值守人员子系统与后方专家子系统基于沉浸式环境进行排故抢修过程的动态交互；

d)对步骤a～c中传递的数据信息，利用数据库子系统基于类别及时存储，以形成台站设备的维修历史记录备查。

9.根据权利要求8所述的空中交通管制台站设备应急抢修远程支援方法，其特征在于，所述利用台站虚拟三维视景构建算法得到虚拟视景并在视景呈现模块中提供给后方专家，包括以下步骤：

第一步，通过网络传输子系统从数据库子系统中的台站场景三维视景模型数据库中获取台站设备三维模型；

第二步，通过网络传输子系统获取值守人员子系统回传的台站场景视频数据图像；

第三步，利用前两步获得的基础数据，调用台站三维虚拟视景构建算法来构建台站现场三维虚拟视景；

第四步，将三维虚拟视景、台站场景视频图像在视景呈现模块中同步呈现。

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