CN111563689A - 一种飞行器操作评分方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞行器操作评分方法，所述的方法包括：S1：建立考核场地的三维模型，在考核空域内生成平面内的标准操作轨迹；S2：记录飞行器的实际飞行轨迹；S3：生成实际飞行轨迹的正投影，作为考核飞行轨迹；S4：计算标准操作轨迹和考核飞行轨迹的相似率，利用满分值乘以相似率，即为考核评分。该发明通过合理的轨迹比对，实现评价的有效量化。此外，本发明还提供了一种飞行器操作评分系统。

Description

一种飞行器操作评分方法及系统

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，具体涉及一种飞行器操作评分方法及系统。

背景技术

目前，飞行器的数量越来越多，也更加广泛的应用到人们的日常生活中，特别是对于政府管理部门，利用飞行器进行航拍和管理已经成为一种城市管理的有效手段。对于飞行器来说，目前的大多数应用环境下，都是以个人来进行操控，这就对操控人员的操作提出了更高的要求。但是，目前对于操作人员的考核，大多依靠考核人员通过肉眼观看判定考核成绩的方式，缺乏合理有效的评价标准。

现有的技术方案中，也提供了一些用于评价飞行器操作的系统或方法，比如申请号为2018103950057的专利就公开了一种飞行器虚拟比赛的辅助方法、系统、设备及存储介质，但是，该专利的技术方案，是利用虚拟技术模拟飞行器的比赛环境，并针对操作进行评分，本质上可以认为是体感类游戏的一种，并不是针对现实场景实际操作的评价。因此，针对在现实场景中飞行器的实际操作，仍然缺乏一种行之有效的评价方法。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种飞行器操作评分方法及系统，针对操控者在实际场景下的操控过程，通过合理的轨迹比对，实现评价的有效量化。

本发明公开了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种飞行器操作评分方法，所述的方法包括：

S1：建立考核场地的三维模型，在考核空域内生成标准操作轨迹；

S2：记录飞行器的实际飞行轨迹；

S3：生成实际飞行轨迹的正投影，作为考核飞行轨迹；

S4：计算标准操作轨迹和考核飞行轨迹的相似率，利用满分值乘以相似率，即为考核评分。

进一步的，所述的方法还包括：

在考核场地的三维模型中建立考核空域，将实际飞行轨迹中超出考核空域的部分作为扣分项，得到第一扣分，利用考核评分减去第一扣分，即为第一考核评分。

进一步的，所述的方法还包括：

根据雨雪等级和风速风向建立加分项，得到第一加分，利用考核评分加上第一加分，得到第二考核评分。

进一步的，所述的方法还包括：

根据建立的标准操作轨迹，生成包含标准按键操作顺序及时长的标准操作手势，然后从飞行器操控器中提取操作数据，得到包含操作人员实际按键操作顺序及时长的实际操作手势，根据标准操作手势和实际操作手势之间的差别作为扣分项，得到第二扣分，利用考核评分减去第二扣分，得到第三考核评分。

进一步的，所述的方法还包括：

利用得到的考核评分、第一考核评分、第二考核评分、第三考核评分，通过取平均值或加权求和的方式计算综合考核评分。

本发明实施例还提供了一种飞行器操作评分系统，该系统用于实现上述的方法，所述的系统包括：

模型生成模块，用于建立考核场地的三维模型，在考核空域内生成标准操作轨迹；

轨迹记录模块，设置在飞行器上，利用定位系统记录飞行器的实际飞行轨迹；

轨迹处理模块，用于生成实际飞行轨迹各方位坐标的正投影，作为考核飞行轨迹；

评分计算模块，用于计算标准操作轨迹和考核飞行轨迹的相似率，利用满分值乘以相似率，即为考核评分；

现场记录模块，利用摄像头和存储服务器，飞行器位移信息感知采集器记录考核的场景。

进一步的，所述的系统还包括：

第一评分模块，根据雨雪等级和风速风向建立加分项，得到第一加分，利用考核评分加上第一加分，得到第二考核评分。

进一步的，所述系统还包括：

第二评分模块，根据雨雪等级和风速风向建立加分项，得到第一加分，利用考核评分加上第一加分，得到第二考核评分。

进一步的，所述的系统还包括：

第三评分模块，根据建立的标准操作轨迹，生成包含标准按键操作顺序及时长的标准操作手势，然后从飞行器操控器中提取操作数据，得到包含操作人员实际按键操作顺序及时长的实际操作手势，根据标准操作手势和实际操作手势之间的差别作为扣分项，得到第二扣分，利用考核评分减去第二扣分，得到第三考核评分。

进一步的，所述的系统还包括：

综合评分模块，根据利用得到的考核评分、第一考核评分、第二考核评分、第三考核评分，通过取平均值或加权求和的方式计算综合考核评分。

该发明的有益效果为：

首先，本发明对于飞行轨迹的计算相似度，基于的是实际飞行轨迹的正投影，而标准操作轨迹也是一个二维平面轨迹，因此两者之间的比对上，相比于直接对实际操作轨迹的分析，由于评价对象的转变，评分难度上较低，评分效率上明显提高，大大提升了评分的操作可行性。

其次，基于不同的评分对象或要求，本发明提供了不同的评分方法，例如，第一考核评分中设定了一个考核空域，可以初步用于评价操作人员操作的稳定性和操控性；第二考核评分中考虑了考核场地内环境对于考核的影响，用于补足操作人员由于外界环境不同导致的缺分，提高了评分的准确性和完整性；第三考核评分，对于操作人员的操作过程进行了评价，实现了对操作人员稳定性和操控性的精细化评价。

附图说明

图1为本发明实施例方法的流程图；

图2为本发明实施例系统的原理框图；

图3为本发明一种用于远程监考的原理示意图；

图4为本发明另一种用于远程监考的原理示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而该些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。

实施例

如图1所示，本发明实施例提供了一种飞行器操作评分方法，方法实现的途径，是通过GPS全球定位系统、北斗全球定位系统、RTK精确定位功能系统等测算飞行器位置移动来实现飞行技能的监测。实现方式是操控者在参加飞行器操作技能考核或训练时，通过参考人员操作飞行器进行飞行科目飞行时的实际轨迹和飞行器考试系统内预设的标准飞行轨迹进行实时自动比对；根据航线的重合度和偏移度进行测算来判断得分。

所述的方法包括以下操作步骤：

S1：首先，需要利用三维建模软件，建立考核场地的三维模型，然后，根据考核项目在考核空域内生成平面内的标准操作轨迹。可预设用于比较的飞行轨迹有：原地360定点旋转、四方位平移、水平8字、水平圆形轨迹、垂直圆形轨迹、垂直8字、水平三角形、垂直三角形、水平S形、垂直S形、水平矩形、垂直矩形、水平直线加横滚、垂直直线加横滚、水平直角、垂直直角、正飞、倒飞、锥形轨迹等。

在实际的执行时，由于一般情况下考核场地都是固定的，因此在不更换场地的情况下，该步骤只需要设置一次就可以。此外，需要注意的是，为了便于评分，标准操作轨迹都是水平平面或竖直平面上的二维平面轨迹，具体平面及轨迹的选择，根据考试场地及考核项目为准。

S2：操作人员进行飞行轨迹的考核，在考核空域内完成飞行操作，记录飞行器的实际飞行轨迹。该过程中，飞行器实时位置获取既可通过飞行器本身定位系统获取飞行器定位信息，也可通过加装定位设备获取。获得位置信息种类采用GPS全球定位系统、北斗全球定位系统、RTK精确定位系统等位移数据获取手段。

S3：生成实际飞行轨迹的正投影，作为考核飞行轨迹。该过程的原理在于，实际飞行轨迹均为立体空间内的三维轨迹，且该三维轨迹是不规则的，如果直接利用实际飞行轨迹进行评分，评价标准很难建立，实现的成本会非常大，不利于推广应用。因此，该过程将实际飞行轨迹，在一个平面上生成正投影，变成一个二维平面的轨迹，作为考核飞行轨迹。

S4：计算标准操作轨迹和考核飞行轨迹的相似率，利用满分值乘以相似率，即为考核评分。该过程中，对于计算标准操作轨迹和考核飞行轨迹的相似率，既可以采用两段轨迹整体重合，然后利用图像处理技术，计算重合像素所占全部像素的比例，也可以将整个轨迹分段，然后分别比较每一分段的重合程度，当重合程度达到预先设定的阈值，比如95％时，判定该分段为重合，最终统计所有分段的重合情况，得到轨迹整体重合率。

需要注意的是，对于标准操作轨迹的建立，可以以标准操作轨迹为基础，通过放大或缩小标准操作轨迹，得到一个覆盖范围，该覆盖范围内的操作轨迹均属于标准操作轨迹，也就是说，标准操作轨迹并不仅仅指的是一条轨迹，而是用多条轨迹组成的一个集合。

上述的过程中，得到的评分是针对普通考核的，属于相对粗略的评分，下面几种评分，针对的是不同考核对象和考核目的。

1、针对稳定性和操控性的初步评价

为了实现稳定性和操控性的初步评价，需要在考核场地的三维模型中建立考核空域，该考核空域的建立，是以标准操作轨迹所在的平面为中心，向上下左右四个方向延伸形成边界，边界内的长方体空域即为考核空域。

由于实际飞行轨迹是由具体的坐标点组成的，考核空域在场地的三维模型里也是有着确定的坐标边界的，统计将实际飞行轨迹中超出考核空域的坐标点数量，既可以用不合格坐标点数量的多少作为扣分标准，既可以利用不合格坐标点在全部坐标点的占比作为扣分标准，得到第一扣分，利用考核评分减去第一扣分，即为第一考核评分。

该考核评分将考核区域进一步缩小，可以考察操作的稳定性和操控性，当操作环境包含障碍物，导致飞行区域受限时，操作人员应当接受此类考核。

2、针对不同外界环境评价

由于操作人员的实际工作或操控环境，大部分是在外界，因此受外界环境应县较大，常见的环境中，能够满足飞行条件的恶劣环境包括较小的雨雪天气以及较小的风速等，对于雨雪等级，根据实际的测评和实验，建立雨雪等级与操控难易程度的对应关系表，每一个难易程度设置相应的加分分值，同样的，通过测评和实验建立风速风向与操控难易程度的对应关系表，并设置对应的加分分值。

在实际评分过程中，利用天气预报数据再加上现场的风速仪，得到雨雪和风速等级，通过预先建立的表格查找得到第一加分，利用考核评分加上第一加分，得到第二考核评分。

3、针对稳定性和操控性的精细化评价

由于飞行器的正常飞行姿态与操作按键或手柄是唯一对应的，再加上可考核的是标准基础动作，因此，可以根据建立的标准操作轨迹，生成包含标准按键操作顺序及时长的标准操作手势，作为此次评分的进阶标准。

然后，从飞行器操控器或遥控器中，提取操作数据，对于该操作数据，可以从操控器或遥控器的控制芯片中提取，也可以单独设置一块芯片记录操作数据，得到的操作数据中包含操作人员实际按键操作顺序及时长，也就是实际操作手势。

最后，根据标准操作手势和实际操作手势之间的差别作为扣分项，得到第二扣分，利用考核评分减去第二扣分，得到第三考核评分。差别主要体现的按键顺序及按键时长上，例如对于任何一个操作手势，当按键顺序及时长均正确时，记为0分；当按键顺序或时长有一项错误时，记为1分；当按键顺序及时长均错误时，记为2分，最终统计得到第二扣分。

第三考核评分，已经将整个考核对象从最终结果向前延伸，涵盖了操作过程，属于特别精细化的评价，对于实际操作环境特别狭小的人员，可以使用此评价标准。

4、综合评价

利用得到的考核评分、第一考核评分、第二考核评分、第三考核评分，通过取平均值或加权求和的方式计算综合考核评分。此种方式是对评分的整合，可以考察每个操作人员的综合能力，其中，加权求和的方式，也可以根据操作人员的不同方向，计算或分配不同的权重，得到符合操作人员工作环境的综合考核评分。

实际上，基于的不同评分，以满分100分，合格分60分为例，考核机构完全可以建立被考核人员的等级制度如下：

考核评分定为N级，60-69分为A1；70-79为A2，80-89为A3，90-99为 A4，100为AP；N指的是英文normal,P指的是英文perfect。

第一考核评分定为E级，60-69分为E1；70-79为E2，80-89为E3，90-99 为E4，100为EP；E指的是英文excellent,P指的是英文perfect。

第二考核评分定为F级，60-69分为F1；70-79为F2，80-89为F3，90-99 为F4，100为FP；F指的是英文fine,P指的是英文perfect。

第三考核评分定为W级，60-69分为W1；70-79为W2，80-89为W3，90-99 为W4，100为WP；F指的是英文wonderful,P指的是英文perfect。

综合考核评分定为P级，60-69分为P1；70-79为P2，80-89为P3，90-99 为P4，100为P；P指的是英文perfect。

如图2所示，本发明实施例还提供了一种飞行器操作评分系统，该系统用于实现图1所述的方法，所述的系统对应方法的模块包括：模型生成模块，用于建立考核场地的三维模型，在考核空域内生成平面内的标准操作轨迹；轨迹记录模块，设置在飞行器上，利用定位系统记录飞行器的实际飞行轨迹；轨迹处理模块，用于生成实际飞行轨迹的正投影，作为考核飞行轨迹；评分计算模块，用于计算标准操作轨迹和考核飞行轨迹的相似率，利用满分值乘以相似率，即为考核评分。

此外，如图3所示，系统设置了现场记录模块，现场记录模块利用摄像头，记录考核的场景，并将考试录像远程发送至后台监控端，存储在存储服务器内，存储的影像资料可通过系统后期调阅，用于考核测评和解答考试成绩疑问。

为了能够实现远程考核，现场摄像头设置角度可监测到考场全貌、考试人员，对于图3中的远程监控端，可以为多屏显示的固定显示屏，也可以为连接摄像头的移动终端设备，即本系统监测考试过程数据和现场考试视频监控影像可远程在电脑或手机APP上进行实时观看；采集模块位移数据获取后随图像等数据通过有线或无线网络一起传输。

对于远程监控的架构，除了图3所示的系统外，也可以采用图4所示的系统，将存储的服务器设置在考试现场，仅仅通过远程端进行监控和查询。

除此之外，与方法相对应的，本系统还包括以下评分模块：

第一评分模块，根据雨雪等级和风速风向建立加分项，得到第一加分，利用考核评分加上第一加分，得到第二考核评分。

第二评分模块，根据雨雪等级和风速风向建立加分项，得到第一加分，利用考核评分加上第一加分，得到第二考核评分。

第三评分模块，根据建立的标准操作轨迹，生成包含标准按键操作顺序及时长的标准操作手势，然后从飞行器操控器中提取操作数据，得到包含操作人员实际按键操作顺序及时长的实际操作手势，根据标准操作手势和实际操作手势之间的差别作为扣分项，得到第二扣分，利用考核评分减去第二扣分，得到第三考核评分。

综合评分模块，根据利用得到的考核评分、第一考核评分、第二考核评分、第三考核评分，通过取平均值或加权求和的方式计算综合考核评分。

本发明适用于飞行器操作技能考核，用于飞行器驾驶员考核和日常飞行训练时使用，通过本方法及系统可自主评判动作完成的质量，同时可给分值和出合格不合格的判断。

本发明所指的飞行器狭义上包含常规意义上的中小型飞行器，包括但不限于多旋翼飞行器、固定翼飞行器、直升机等通过遥控或驾驶方式控制的飞行器。从广义上来说，凡是能够通过操作轨迹判断操控手法的飞行器，甚至是大型飞行器，也属于本技术方案所述飞行器。

此外，对于本申请技术的应用，应当不限于考试或考核环节，也可以应用于教学演示、课程训练等环节或场景，对于其他场景的应用，可以同样记录或远程查询数据，用于获知学员平时的训练状况。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明的具体结构，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管说明书及附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种飞行器操作评分方法，其特征在于，所述的方法包括：

S1：建立考核场地的三维模型，在考核空域内生成标准操作轨迹；

S2：记录飞行器的实际飞行轨迹；

S3：生成实际飞行轨迹的正投影，作为考核飞行轨迹；

S4：计算标准操作轨迹和考核飞行轨迹的相似率，利用满分值乘以相似率，即为考核评分。

2.根据权利要求1所述的一种飞行器操作评分方法，其特征在于，所述的方法还包括：

在考核场地的三维模型中建立考核空域，将实际飞行轨迹中超出考核空域的部分作为扣分项，得到第一扣分，利用考核评分减去第一扣分，即为第一考核评分。

3.根据权利要求1所述的一种飞行器操作评分方法，其特征在于，所述的方法还包括：

根据雨雪等级和风速风向建立加分项，得到第一加分，利用考核评分加上第一加分，得到第二考核评分。

4.根据权利要求1所述的一种飞行器操作评分方法，其特征在于，所述的方法还包括：

根据建立的标准操作轨迹，生成包含标准按键操作顺序及时长的标准操作手势，然后从无人机操控器中提取操作数据，得到包含操作人员实际按键操作顺序及时长的实际操作手势，根据标准操作手势和实际操作手势之间的差别作为扣分项，得到第二扣分，利用考核评分减去第二扣分，得到第三考核评分。

5.根据权利要求2、3、4所述的一种飞行器操作评分方法，其特征在于，所述的方法还包括：

利用得到的考核评分、第一考核评分、第二考核评分、第三考核评分，通过取平均值或加权求和的方式计算综合考核评分。

6.一种飞行器操作评分系统，其特征在于，所述的系统包括：

模型生成模块，用于建立考核场地的三维模型，在考核空域内生成平面内的标准操作轨迹；

轨迹记录模块，设置在飞行器上，利用定位系统记录飞行器的实际飞行轨迹；

轨迹处理模块，用于生成实际飞行轨迹的正投影，作为考核飞行轨迹；

评分计算模块，用于计算标准操作轨迹和考核飞行轨迹的相似率，利用满分值乘以相似率，即为考核评分；

现场记录模块，利用摄像头和存储服务器，记录考核的场景。

7.根据权利要求6所述的一种飞行器操作评分系统，其特征在于，所述的系统还包括：

第一评分模块，根据雨雪等级和风速风向建立加分项，得到第一加分，利用考核评分加上第一加分，得到第二考核评分。

8.根据权利要求6所述的一种飞行器操作评分系统，其特征在于，所述系统还包括：

第二评分模块，根据雨雪等级和风速风向建立加分项，得到第一加分，利用考核评分加上第一加分，得到第二考核评分。

9.根据权利要求6所述的一种飞行器操作评分系统，其特征在于，所述的系统还包括：

第三评分模块，根据建立的标准操作轨迹，生成包含标准按键操作顺序及时长的标准操作手势，然后从无人机操控器中提取操作数据，得到包含操作人员实际按键操作顺序及时长的实际操作手势，根据标准操作手势和实际操作手势之间的差别作为扣分项，得到第二扣分，利用考核评分减去第二扣分，得到第三考核评分。

10.根据权利要求7-9任意一项所述的一种飞行器操作评分系统，其特征在于，所述的系统还包括：

综合评分模块，根据利用得到的考核评分、第一考核评分、第二考核评分、第三考核评分，通过取平均值或加权求和的方式计算综合考核评分。

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