CN117914879A - 基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统，包括数据采集设备、机载服务系统、机上控制端、地面控制端、数据通讯链路。所述数据采集设备用于实时采集四舱监测数据；所述机载服务系统用于数据存储、处理和智能分析计算；所述机上控制端用于发送控制信号，展示四舱监控视频、视频清晰化处理结果和异常事件检测结果；所述地面控制端用于实时接收异常事件物联数据；所述数据通讯链路用于建立各模块间的通讯联系。本发明能够实现民航飞机飞行全过程、全舱室的立体监测，可以有效弥补飞行数据记录器和驾驶舱话音记录器的应用短板，实现民航安全事故智能检测和告警，为民航安全事件“事中干预、事后取证”提供技术新手段。

Description

基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统

技术领域

本申请涉及基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统。

背景技术

当前国内民航飞机已安装了飞行数据记录器和驾驶舱话音记录器，尚未安装机舱立体监控系统，仅能记录飞机状态、环境状况等数据，无法实现安全事故智能检测和告警，无法直观、全面反映或还原民航飞机四舱(驾驶舱、客舱、货舱和轮舱)情况。

民航安全事故存在“事中干预难、事后难取证”的重大安全问题。在此背景下，机载监控系统已成为继飞行数据记录器和驾驶舱话音记录器之后民航安全监控的新手段。当前的智能监控系统已在高铁、公交车、出租车等地面交通出行工具上广泛应用，但受限于应用背景，民航机载智能安全监控系统面临机载资源受限、异常情况复杂、获取视频不清晰等挑战，现有系统无法满足民航安全监控应用需求，仍然存在以下问题：

(1)目前的监控手段无法满足民航飞机立体安全监测需求

当前对民航安全事故的调查仍以飞行数据记录器和驾驶舱话音记录器为主。此类系统只能在发生事故后被动地进行分析，当民航飞行过程中发生异常情况时，无法将有效信息与地面管理指挥中心进行空地互联传输，无法及时掌握情况并进行有效干预，并且数据存储在本地，存在损坏的风险。同时缺少事故发生画面，仅依赖语音和飞机状态信息，导致取证周期长。且现有的视频监控系统只适用于地面等环境较为稳定的场景，无法适应民航飞行过程中各类恶劣环境，系统的安全性和可靠性也达不到航空安全要求。

(2)目前的机载监控系统无法获取清晰的监控视频

民航飞行全阶段成像环境复杂，民航飞机舱内监测系统需要覆盖滑行、起飞、爬升、巡航、下降、着陆等飞行全阶段，监测区域需要覆盖驾驶舱、客舱、货舱、轮舱全舱室。存在逆光环境获取的视频明暗分布不均匀、暗光条件下获取的视频不清晰、飞机起降或遭遇湍流产生剧烈颠簸时获取的视频画面模糊等问题。复杂的外部环境导致监测系统获取的数据多、有用信息少，易引起系统后续视频判读分析的错判漏判，制约了民航飞机监测系统效用的发挥。

(3)目前的异常事件检测方法无法在资源受限条件下保证精度

民航飞机四舱异常情况多样，包括：飞行员违规操作和疲劳状态、乘客异常行为、货舱货物和轮舱异常状态等，现有异常事件检测算法依赖训练数据，而在实际应用中飞机四舱异常情况相比正常情况发生频率低，且类型不可预知，导致无法实现视频异常准确检测。同时受飞机载重平衡和供电负载等限制，无法使用大功率智能处理设备，机载计算资源非常受限，进一步制约了系统异常事件智能分析的效能。

发明内容

针对现有系统存在的上述问题，本发明提供一种基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统，旨在实现民航飞机飞行全过程、全舱室的立体监测，为民航安全提供新技术手段。

本发明提供如下技术方案：一种基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统，包括数据采集设备、机载服务系统、机上控制端、地面控制端、数据通讯链路。所述数据采集设备的输出端通过所述数据通讯链路连接所述机载服务系统和所述机上控制端的输入端，所述数据采集设备用于实时采集四舱(驾驶舱、客舱、货舱和轮舱)监测数据。所述机载服务系统的输出端通过所述数据通讯链路连接所述机上控制端和所述地面控制端的输入端，所述机载服务系统用于存储所述数据采集设备采集到的四舱监测数据，依据所述数据进行数据处理和智能分析计算，并存储数据处理结果和智能分析计算结果。所述机上控制端的输出端通过所述数据通讯链路连接所述数据采集设备和所述机载服务系统的输入端，所述机上控制端用于展示数据采集设备采集到的四舱监控视频、机载计算单元计算得到的视频清晰化处理结果和异常事件检测结果，根据飞行任务对机载服务系统的功能进行主动选择。所述地面控制端用于实时接收所述机载服务系统监测到的异常事件物联数据。所述数据通讯链路用于建立所述数据采集设备、所述机载服务系统、所述机上控制端、所述地面控制端之间的通讯联系，建立基于机载多源异构传感器的机上实时通信链路，实现民航飞机机上数据实时可靠稳定传输；建立带宽自适应的空地高动态链路，实现所述机载服务系统监测到的异常事件物联数据与所述地面控制端的空地实时传输。所述基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统用于对民航飞机驾驶舱、客舱、轮舱、货舱同时进行立体监测，所述立体监测系统也能够拆分使用，单独使用在驾驶舱、客舱、轮舱、货舱中的任一舱室或者任意组合舱室。

优选的，所述数据采集设备包括驾驶舱音频传感器、驾驶舱视频传感器、客舱音频传感器、客舱视频传感器、货舱视频传感器、货舱温湿度传感器、轮舱视频传感器、轮舱温湿度传感器、数据交换设备。所述数据采集设备采集到的数据包括四舱音频数据、视频数据、物联数据。

优选的，所述机载服务系统包括机载计算单元和机载存储单元。所述机载计算单元用于对所述数据采集设备采集到的四舱监测数据进行数据处理和智能分析计算，所述数据处理表示对所述数据采集设备采集到的四舱监控视频进行实时视频清晰化处理，所述智能分析计算表示对所述数据采集设备采集到的四舱监测数据进行资源受限条件下异常事件准确检测。所述机载存储单元用于存储所述数据采集设备采集到的四舱监测数据，包括音频数据、视频数据、物联传感器数据；同时所述机载存储单元用于存储所述机载计算单元输出的视频清晰化处理结果和异常事件检测结果。

优选的，所述机上控制端包括事件选择模块和事件显示模块。所述事件选择模块用于通过所述数据通讯链路向所述机载计算单元发送包括监控区域切换和场景功能选择的控制信号。所述事件显示模块用于显示所述数据采集设备采集到的四舱监控视频、所述机载计算单元运算得到的视频清晰化处理结果和异常事件检测结果。

优选的，所述数据通讯链路包括机上实时通信链路和空地高动态链路。所述机上实时通信链路用于建立所述数据采集设备、所述机载服务系统、所述机上控制端之间的通讯联系，实现民航飞机机上数据实时可靠稳定传输。所述空地高动态链路用于建立所述机载服务系统和所述地面控制端之间的通讯联系，实现所述机载计算单元监测到的异常事件物联数据与所述地面控制端的空地实时传输。

优选的，所述机载服务系统的机载计算单元对所述数据采集设备采集到的四舱监测数据进行数据处理，具体为：所述机载服务系统的机载计算单元对所述数据采集设备采集到的四舱监控视频进行实时视频清晰化处理，包括：强光视频清晰化处理、暗光视频清晰化处理、颠簸视频实时稳像处理。

优选的，所述机载服务系统的机载计算单元对所述数据采集设备采集到的四舱监测数据进行智能分析计算，具体为：所述机载服务系统的机载计算单元对所述数据采集设备采集到的四舱监测数据进行资源受限条件下异常事件检测，包括：驾驶舱异常行为检测、客舱异常事件检测、轮舱异常状态监测、货舱异常状态监测。

优选的，所述事件选择模块用于通过所述数据通讯链路向所述机载计算单元发送包括监控区域切换和场景功能选择的控制信号，具体为：所述事件选择模块用于通过所述数据通讯链路向所述机载计算单元发送监控区域切换控制信号，所述监控区域切换包括驾驶舱、客舱、轮舱、货舱。所述事件选择模块用于通过所述数据通讯链路向所述机载计算单元发送场景功能选择控制信号，所述场景功能选择包括视频清晰化处理和异常事件准确检测，所述视频清晰化处理包括强光视频清晰化、暗光视频清晰化、视频实时稳像，所述异常事件准确检测包括驾驶舱异常行为检测、客舱异常事件检测、轮舱异常状态监测、货舱异常状态监测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明实现了民航飞机飞行全过程、全舱室的立体监测，实现四舱视频清晰化获取、异常事件准确检测，在紧急状态下实现机载物联数据可靠传输，实现安全事故智能检测和告警，解决传统监测系统无法满足民航飞机立体安全监测需求的问题，有效弥补飞行数据记录器和驾驶舱话音记录器的应用短板，为民航安全事件取证提供技术新手段。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统的整体结构示意图。

图2为根据本发明的一个实施例的基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统的机载计算单元的功能框图。

图3为根据本发明的一个实施例的基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统的事件选择模块的功能框图。

图中：1-数据采集设备、2-驾驶舱音频传感器、3-驾驶舱视频传感器、4-客舱音频传感器、5-客舱视频传感器、6-货舱视频传感器、7-货舱温湿度传感器、8-轮舱视频传感器、9-轮舱温湿度传感器、10-数据交换设备、11-机载服务系统、12-机载计算单元、13-机载存储单元、14-机上控制端、15-事件选择模块、16-事件显示模块、17-地面控制端、18-数据通讯链路、19-机上实时通信链路、20-空地高动态链路。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的一个实施例的基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统包括数据采集设备1、机载服务系统11、机上控制端14、地面控制端17、数据通讯链路18。所述数据采集设备1包括驾驶舱音频传感器2、驾驶舱视频传感器3、客舱音频传感器4、客舱视频传感器5、货舱视频传感器6、货舱温湿度传感器7、轮舱视频传感器8、轮舱温湿度传感器9、数据交换设备10。所述机载服务系统11包括机载计算单元12和机载存储单元13。所述机上控制端14包括事件选择模块15和事件显示模块16。所述数据通讯链路18包括机上实时通信链路19和空地高动态链路20。

数据采集设备1用于实时采集四舱(驾驶舱、客舱、货舱和轮舱)监测数据。数据交换设备10通过数据通讯链路18中的机上实时通信链路19连接机载服务系统11和机上控制端14。数据采集设备1包括驾驶舱音频传感器2、驾驶舱视频传感器3、客舱音频传感器4、客舱视频传感器5、货舱视频传感器6、货舱温湿度传感器7、轮舱视频传感器8、轮舱温湿度传感器9、数据交换设备10，采集到的数据包括四舱音频数据、视频数据、物联数据。其中，驾驶舱视频传感器3、客舱视频传感器5、货舱视频传感器6、轮舱视频传感器8均为红外可见光双光传感器，驾驶舱视频传感器3和货舱视频传感器6为水平视角场360°的鱼眼相机，客舱视频传感器5为170°广角相机，轮舱视频传感器8为90°广角相机。数据交换设备10用于数据转发和交换。通过在民航飞机各舱室内部署多种物联传感器，能够对飞机进行全方位的立体监控。

机载服务系统11用于存储数据采集设备1采集到的四舱监测数据，以进一步进行数据处理和智能分析计算，存储数据处理结果和智能分析计算结果。机载服务系统11通过机上实时通信链路19连接机上控制端14、通过空地高动态链路20连接地面控制端17，同时接收来自机上控制端14的控制信号。机载服务系统11包括机载计算单元12和机载存储单元13。

请参阅图2，机载计算单元12用于对所述数据采集设备1采集到的四舱监测数据进行数据处理和智能分析计算，所述数据处理包括对所述数据采集设备1采集到的四舱监控视频进行实时视频清晰化处理，包括强光视频清晰化处理、暗光视频清晰化处理、颠簸视频实时稳像处理。所述智能分析计算包括对所述数据采集设备1采集到的四舱监测数据进行资源受限条件下异常事件准确检测，包括：驾驶舱异常行为检测、客舱异常事件检测、轮舱异常状态监测、货舱异常状态监测。机载计算单元12进行数据处理或智能分析计算，随后数据处理的结果和智能分析计算的结果被传入机载存储单元13中进行存储，同时通过机上实时通信链路19被传入机上控制端14的事件显示模块16进行显示。机载计算单元12在智能分析计算时，如监测到异常事件，通过空地高动态链路20传送给地面控制端17，实现异常事件物联数据与地面控制端17的空地实时传输。

机载存储单元13用于存储数据采集设备1采集到的四舱监测数据，包括音频数据、视频数据、物联传感器数据；同时用于存储机载计算单元12输出的视频清晰化处理结果和异常事件检测结果。机载存储单元13具有冗余存储和容灾备份功能。

机上控制端14包括事件选择模块15和事件显示模块16；事件显示模块16用于展示数据采集设备1采集到的四舱监控视频、机载计算单元12计算得到的视频清晰化处理结果和异常事件检测结果；事件选择模块15根据飞行任务对机载服务系统11的功能进行主动选择。机上控制端14通过机上实时通信链路19连接机载服务系统11，向机载服务系统11发送控制信号。

请参阅图3，事件选择模块15用于通过机上实时通信链路19向机载计算单元12发送包括监控区域切换和场景功能选择的控制信号，所述监控区域切换包括驾驶舱、客舱、轮舱、货舱；所述场景功能选择包括视频清晰化处理和异常事件准确检测，所述视频清晰化处理包括强光视频清晰化、暗光视频清晰化、视频实时稳像，所述异常事件准确检测包括驾驶舱异常行为检测、客舱异常事件检测、轮舱异常状态监测、货舱异常状态监测。

事件显示模块16用于显示数据采集设备1采集到的四舱监控视频、机载计算单元12计算得到的视频清晰化处理结果和异常事件检测结果。机载计算单元12接收到来自事件选择模块15的控制信号后，根据接收到指令进行处理，并将数据处理结果和智能分析计算结果通过机上实时通信链路19传入事件显示模块16进行显示。

地面控制端17用于接收机载计算单元12监测到的异常事件物联数据。

数据通讯链路18用于建立数据采集设备 1、机载服务系统 11、机上控制端14、地面控制端17之间的通讯联系。数据通讯链路18包括机上实时通信链路19和空地高动态链路20。

机上实时通信链路19用于建立数据采集设备 1、机载服务系统 11、机上控制端14之间的通讯联系，基于机载多源异构传感器建成通信链路，实现民航飞机机上数据实时可靠稳定传输。民航飞机飞行时的监测数据来源于多个感知节点，包括数据采集设备1中的多种物联传感器，传感器按照需要分布在飞机不同的物理空间，形成舱内多源异构的物联传输网络。

空地高动态链路20用于建立机载服务系统11和地面控制端17之间的通讯联系，建立带宽自适应的空地高动态链路，实现机载计算单元12监测到的异常事件物联数据与地面控制端17的空地实时传输，确保四舱出现异常情况时，地面控制端17能够及时收到提醒。

基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统用于对民航飞机驾驶舱、客舱、轮舱、货舱同时进行立体监测，所述立体监测系统也能够拆分使用，单独使用在驾驶舱、客舱、轮舱、货舱中的任一舱室或者任意组合舱室。

Claims (8)

1.基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统，四舱包括驾驶舱、客舱、货舱和轮舱，其特征在于包括：

数据采集设备(1)，其包括驾驶舱音频传感器(2)、驾驶舱视频传感器(3)、客舱音频传感器(4)、客舱视频传感器(5)、货舱视频传感器(6)、货舱温湿度传感器(7)、轮舱视频传感器(8)、轮舱温湿度传感器(9)、数据交换设备(10)，

机载服务系统(11)，其包括机载计算单元(12)和机载存储单元(13)，

机上控制端(14)，其包括事件选择模块(15)和事件显示模块(16)，

数据通讯链路(18)，其包括机上实时通信链路(19)和空地高动态链路(20)，

其中：

数据采集设备(1)用于实时采集驾驶舱、客舱、货舱和轮舱中的至少一个舱的监测数据，包括音频数据、视频数据、物联数据，

数据交换设备(10)通过数据通讯链路(18)中的机上实时通信链路(19)连接机载服务系统(11)和机上控制端(14)，

机载服务系统(11)包括机载计算单元(12)和机载存储单元(13)，

机载计算单元(12)用于对所述数据采集设备(1)采集到的监测数据进行数据处理和智能分析计算，

所述数据处理包括对所述视频数据进行实时的视频清晰化处理，

所述智能分析计算包括对所述数据采集设备(1)采集到的监测数据进行资源受限条件下的异常事件的准确检测，

数据处理的结果和智能分析计算的结果被传入机载存储单元(13)中进行存储，同时通过机上实时通信链路(19)被传入机上控制端(14)的事件显示模块(16)进行显示，

机载计算单元(12)在智能分析计算时，如监测到异常事件，通过空地高动态链路(20)传送给地面控制端(17)，实现异常事件物联数据与地面控制端(17)的空地实时传输，

机载存储单元(13)用于存储数据采集设备(1)采集到的监测数据，并用于存储机载计算单元(12)输出的视频清晰化处理结果和异常事件的检测结果，

机上控制端(14)包括事件选择模块(15)和事件显示模块(16)，

事件显示模块(16)用于展示所述视频数据、机载计算单元(12)计算得到的视频清晰化处理的结果和异常事件检测的结果，

事件选择模块(15)根据飞行任务对机载服务系统(11)的功能进行主动选择，

机上控制端(14)通过机上实时通信链路(19)连接机载服务系统(11)，向机载服务系统(11)发送控制信号，

事件选择模块(15)用于通过机上实时通信链路(19)向机载计算单元(12)发送包括监控区域切换和场景功能选择的控制信号，所述监控区域切换范围包括驾驶舱、客舱、轮舱、货舱，所述场景功能选择包括所述视频清晰化处理和异常事件准确检测，

机载计算单元(12)接收到来自事件选择模块(15)的控制信号后，根据接收到指令进行处理，并将数据处理结果和智能分析计算结果通过机上实时通信链路(19)传入事件显示模块(16)进行显示，

地面控制端(17)用于接收机载计算单元(12)监测到的异常事件物联数据，

数据通讯链路(18)用于建立数据采集设备(1)、机载服务系统(11)、机上控制端(14)、地面控制端(17)之间的通讯联系，

机上实时通信链路(19)用于建立数据采集设备(1)、机载服务系统(11)、机上控制端(14)之间的通讯联系，基于机载多源异构传感器建成通信链路，实现民航飞机机上数据实时可靠稳定传输，

民航飞机飞行时的监测数据来源于多个感知节点，包括数据采集设备(1)中的多种物联传感器，传感器按照需要分布在飞机不同的物理空间，形成舱内多源异构的物联传输网络，

空地高动态链路(20)用于建立机载服务系统(11)和地面控制端(17)之间的通讯联系，建立带宽自适应的空地高动态链路，实现机载计算单元(12)监测到的异常事件物联数据与地面控制端(17)的空地实时传输，确保驾驶舱、客舱、货舱和/或轮舱出现异常情况时，地面控制端(17)能够及时收到提醒。

2.根据权利要求1所述的基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统，其特征在于：

所述视频清晰化处理包括强光视频清晰化处理、暗光视频清晰化处理、颠簸视频实时稳像处理中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统，其特征在于：

所述异常事件的准确检测包括：驾驶舱异常行为检测、客舱异常事件检测、轮舱异常状态监测、货舱异常状态监测中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统，其特征在于：

所述基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统用于对民航飞机驾驶舱、客舱、轮舱、货舱同时进行立体监测。

5.根据权利要求1所述的基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统，其特征在于：

基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统单独使用在驾驶舱、客舱、轮舱、货舱中的任一舱室和/或这些舱室的任意组合。

6.根据权利要求1所述的基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统，其特征在于：

其中，驾驶舱视频传感器、客舱视频传感器、货舱视频传感器、轮舱视频传感器均为红外可见光双光传感器。

7.根据权利要求1或6所述的基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统，其特征在于：

驾驶舱视频传感器和货舱视频传感器为水平视角场360°的鱼眼相机，客舱视频传感器为170°广角相机，轮舱视频传感器为90°广角相机。

8.根据权利要求1所述的基于物联感知的民航飞机四舱立体监测系统，其特征在于：

机载存储单元具有冗余存储和容灾备份功能。