CN103617749B - 一种机载陆空指令管理系统及其管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机载陆空指令管理系统，包含指令记录模块、指令识别模块、标准指令数据库、指令存贮库、指令配置模块、飞行计划模块和指令比较模块，通过话音识别技术，对陆空话音通信进行自动化的指令识别，由此筛选出有用的指令性数据，通过记录和显示功能，帮助陆空双方正确理解通话意图，有效提高话音通信质量；以及自动化地将指令转变为机器可执行的数据指令，减少了人为输入差错；进而，通过计算机技术，实现指令性数据与飞行计划的自动化配置和修改，全面提升话音通信的安全水平和操作效率。本发明通过自动化手段，完成话音和字符各种指令的识别、校验、配置和监控飞行机组人员操作失误等一系列应用，有利于增强飞行安全，提高空域效益。

Description

一种机载陆空指令管理系统及其管理方法

技术领域

本技术涉及自动飞行系统范畴，具体涉及利用话音识别技术，实现自动化陆空指令甄别能力，实现自动化指令应用管理功能，减少飞行机组人员劳动强度和操作错误的方法和装置。

背景技术

当代飞机的自动飞行功能通过飞行管理系统、飞行控制系统和自动油门系统的联合作用实现。其中，由飞行机组人员通过键盘或者旋钮对飞行管理系统进行飞行任务的初始化工作，飞行管理系统根据飞行人员的输入，例如天气、航线、高度、速度和燃油等数据，计算和优化飞行任务，生成从起飞着陆的全程飞行计划，并将此飞行计划的相关指令提供给飞行控制系统操作飞机，提供个给自动油门系统操纵动力装置，由此实现自动化飞行。

飞行机组人员通常具有三大类飞行任务指令。一是航空公司调度中心签派的飞行任务；二是在飞行过程中空中交通管理人员下达的交通管理指令；三是飞行机组人员根据天气等实际情况做出的操作决定。

飞行机组人员获得指令的途径有三种。一是空中交通管理部门批复的飞行计划即书面指令；二是利用航空无线电台建立陆空之间的空地数据通信链传达的电子指令即字符指令；三是通过航空无线电台的话音通信，即话音指令。

在现有技术水平和设备条件下，话音通信是地面与飞行机组人员最便捷的通信手段，其次为空地数据通信链的字符信息。因此，现有的通信方式分工是，话音通信传递飞行安全直接相关的即刻、重要或需要对方直接响应的指令；其他方式例如纸质或者空地数据通信链通信方式，用于传递非飞行安全直接相关信息，诸如飞行计划、航行情报和航空公司运营需求。

由于无线通信技术自身的缺陷，例如容易被其他设备、甚至天气变化干扰，通话人员地方口音、表达能力参差不齐，尤其是外语水平，加之当代机场越来越繁忙的空中交通压力，话音通信造成的理解错误一直是导致航空事故的一个重要因素。

1977年3月27日，两架波音747飞机在西班牙相撞，造成两机共583名旅客与机组人员罹难，是迄今为止世界上最大的空难事件，直接原因就是飞行机组人员误解了空中交通管理人员的指令。

30多年过去了，各种技术得以全面进步，但是，航空运输飞行中的语言障碍导致空难或者险情发生的局面，至今并未改变。

2013年7月6日，韩亚一架波音777飞机在执行韩国首尔-美国旧金山的OZ214航班着陆前失事，导致三名中国女学生罹难，数十人受伤，飞机损毁。在本次事故里，因为旧金山机场的仪表着陆系统处于维修状态，没有仪表下滑道的指引，即不能自动着陆，飞行机组人工操作下降，要求及时有效地陆地沟通。舱音记录仪录音表明，在关键时刻，韩国飞行员无法与旧金山空中交通管理人员进行有效的英语沟通。为此，美国联邦航空局紧急宣布，外国航空公司在旧金山必须使用仪表进近程序，减少语言交流需求。

2013年8月31日，中国民用航空西北地区管理局官网公告：2013年8月19日，大韩航空有限公司韩国青州至西安KAL9831航班在西安咸阳国际机场降落时，未按管制指令执行进近程序，后由雷达引导落地。局方要求大韩航空采取措施，加强飞行机组业务能力，特别是英语水平，执行此次航班的飞行机组一年内禁飞西安。

2013年9月3日，大韩航空公关部发送书面材料称，当时大韩机组人员误将西安管制区域西安管制指令的左跑道05L理解为右跑道05R，确实出现不安全事件。大韩航空承认，由于英文中左右跑道指称L与R有一定相似性，双方沟通出现问题。

飞机在起降过程中的操作最为繁忙而复杂，需要话音通信，以便快捷沟通和响应。同时，为使得其他飞行机组了解实际交通情况，任何飞行机组人员可以通过专用频道收听其他飞机与空中交通管理人员的通话，检查是否与自己的飞行任务冲突或者相关，这个工作称之为“守听”。此外，飞行机组人员还需持续收听前方机场气象和航路信息。这些机场气象和航行信息通过机场所在地的公共频率广播，称之为“通播”。

如今，大型机场、尤其是枢纽机场的空中交通流量越来越大，迫切需要陆空通话简单明了，快速而准确，避免反复询问和纠正，节省无线电频道资源，以便其他陆空通话者使用；同时，作为保障飞行安全和航班效益的重要环节，飞行机组人员必须认真“守听”和时刻核对“通播”信息。但是，国际行业的调查统计数据证明，通过守听获得的飞行消息仅有20%与本机的飞行任务相关，这是造成飞行机组人员劳动强度过高的重要因素。

国际民航组织把飞行机组人员的飞行疲劳以及飞机在机场附近运行时与其他飞行活动的冲突确认为是当代航空运输飞行的一个危险因素。飞行人员的“守听”工作以及在异国他乡的有效话音通信是飞行机组人员和空中交通管理人员的工作负担，尤其是在遇到天气恶劣等条件时，通信联络任务激增。此外，在现有交通管理体系下，飞机从地面到空中的起飞过程，以及从空中到地面的着陆过程，分别由地面指挥、机场指挥和空中交通指挥三个专用话音频率组成，通话量特别集中，频道切换频繁，容易造成操作和语言理解的失误。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种机载陆空指令管理系统，通过话音识别技术，对陆空话音通信进行自动化的指令识别，由此筛选出有用的指令性数据，通过记录和显示功能，帮助陆空双方正确理解通话意图，有效提高话音通信质量；通过话音识别技术，自动化地将指令转变为机器可执行的数据指令，减少了人为输入差错；同时，通过计算机技术，筛选和收集空地数据通信链的字符指令信息，确保所有指令均被接收和识别；进而，通过计算机技术，实现指令性数据与飞行计划的自动化配置和修改，全面提升话音通信的安全水平和操作效率。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种机载陆空指令管理系统，包含：

指令记录模块1，用于采集来自于航空电台2的话音通信信息，航行情报通播3的话音信息和来自于空地数据通信链4的字符指令数据信息；

指令识别模块5，用于通过话音识别技术，将话音转变为数据信息，加上字符指令数据信息，通过调用标准指令数据库7的信息，进行比对，并送往发动机指示和机组告警系统13及空地数据通信链，由飞行机组人员及地面空中交通管理人员进行初步确认以及送往指令存贮库6存贮；

标准指令数据库7，设有国际民航组织规定的《英语无线电陆空对话用语标准手册》数据库及空中交通服务的计算机指令格式数据库；

指令存贮库6，用于记录识别的话音通信信息、航行情报通播、空地数据通信链的话音和字符信息，以便飞行机组人员随时检查这些通信的历史；

指令配置模块8，用于根据飞行计划模块9中的飞行计划，识别与本机相关的任务，完成对其相应参数的自动化配置，以便飞行人员采纳执行，并将相关指令送到指令比较模块10中；

飞行计划模块9，用于记录飞行管理系统11和电子飞行仪表12正在执行的飞行计划；它还可以利用飞行管理系统中的飞行计划修改功能，或者自身加载相应的飞行计划修改应用程序，进行指令修改之后的预算和预演，使得飞行人员全局性地理解这些指令对本机执行的飞行任务影响，有利于陆空人员的高效协调；以及

指令比较模块10，用于将指令配置模块8所配置的指令与飞行人员输入的指令自动校对和检查飞行人员的输入值，如果有差错，则发出告警。

进一步，所述指令比较模块10还用于对指令配置模块8所配置的指令检查，一旦发现该指令未能执行，则发出告警。

进一步，所述指令比较模块10还用于将指令配置模块8所配置的指令与最终执行结果进行自动检查，一旦因为种种原因而发生偏差，则发出告警。

本发明的另一目的是提供一种机载陆空指令管理系统的管理方法，包含以下步骤：

步骤一、指令记录模块1采集和记录来自于航空电台2的话音通信信息、航行情报通播3的话音信息和来自于空地数据通信链4的字符指令数据信息。

步骤二、指令记录模块1将这些信息送往指令识别模块5进行数据处理，完成话音识别和字符识别，并发送到指令存贮库6将此记录下来，以便飞行机组人员随时检查这些通信的历史。

步骤三、指令识别模块5将识别出的话音和字符与标准指令数据库7进行对比，从而甄别出真实有效的指令，生成指令发给空地数据通信链以及发动机指示和机组告警系统，由地面空中交通管理人员和飞行机组人员确认。

步骤四、当这些指令得到确认后，这些信息送往指令配置模块8。

步骤五、指令配置模块8根据飞行计划和飞行动态，完成所识别指令的自动配置，以便飞行人员采纳执行。

步骤六、指令比较模块10将指令配置模块8所配置的指令与飞行人员输入的指令自动校对和检查飞行人员的输入值，如果有差错，则发出告警。

步骤七、指令比较模块10将指令配置模块8所配置的指令与最终执行结果进行自动检查，一旦因为种种原因而发生偏差，则发出告警。

步骤八、指令比较模块10对指令配置模块8所配置的指令检查，一旦发现该指令未能执行，则发出告警。

步骤九、飞行计划模块9利用飞行管理系统中的飞行计划修改功能，或者自身加载相应的飞行计划修改应用程序，进行指令修改之后的预算和预演。

与相有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)通过自动话音识别技术，对陆空话音通信进行筛选和甄别；通过计算机技术，对空地数据通信链中的指令进行筛选和甄别；通过显示技术，可由通话人员进行目视确认；通过记录技术，保存这些指令，以便飞行机组人员随时调用参考。

2)通过信息处理技术，例如计算机，实现本发明提出的陆空指令管理系统。该装置可以将自动化甄别出来的指令，包括飞行机组人员的响应性话音信息，自动下传给地面的空中交通管理人员确认，提高通话效率，节约无线电频道资源，提高机场运行效率。

3)陆空指令管理系统对比现有飞行计划，自动筛选与本机飞行任务相关的指令，实现自动化“守听”功能，有效地减少飞行机组人员的劳动强度，减少飞行疲劳。

4)陆空指令管理系统对比现有飞行计划，实现指令的自动化更新和配置，通过显示界面，向飞行人员提示这些更新和配置。

5)陆空指令管理系统通过飞行计划修改功能，对这些新指令进行预算和预演，使得飞行人员全局性地理解这些指令对本机执行的飞行任务影响，有利于陆空人员的高效协调。

6)在飞行机组人员人工修改指令的情况下，通过自动化对比功能，陆空指令管理系统最大限度地减少飞行人员的输入差错，或是遗漏执行空中交通管理人员的指令问题。

附图说明

图1：是本发明机载陆空指令管理系统的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。

如图1所示，在标准指令库7中建有国际民航组织规定的《英语无线电陆空对话用语标准手册》数据库以及有国际民航组织规定的空中交通服务的计算机指令格式数据库，指令记录模块1用于采集来自于航空电台2的话音通信信息、航行情报通播3的话音信息和来自于空地数据通信链4的字符指令数据信息，指令识别模块5通过话音识别技术，基于《英语无线电陆空对话用语标准手册》数据库，对陆空人员的话音进行指令数据的自动识别，例如，当话音输入为“B-2301，MU5403航班，爬升到10000米，结束”时，识别软件即可识别出“飞机注册号B-2301”，“航班MU5403，上海-成都”，“爬升到10000米”这四条信息，显示在飞行显示器上，由飞行机组人员确认。同时，根据识别后的数字化处理，也可通过空地数据通信链自动将此信息发回给地面空中交通管理人员确认。

指令识别模块5通过字符指令识别功能，将空地数据通信链的数据采集和对比分析，及时识别其中的指令信息。

如果飞行机组人员，或者地面空中交通管理人员未确认所识别的指令，这些指令作为“未经确认”来处理。“未经确认”的标识可通过颜色或者字体差异来实现。这些未经确认的信息仅供飞行机组人员参考。

无论自动识别的指令是否经过确认，识别后的指令信息均放入指令存贮库6自动记录，以便飞行机组人员随时调出参考。

相关指令识别和确认后，陆空指令管理系统自动将飞行管理系统正在执行的飞行计划相关参数关联起来。例如，已经识别“飞机注册号B-2301”，“航班MU5403，上海-成都”，“爬升到10000米”这四条信息后，指令配置模块8立即自动化地对比飞行管理系理中的飞行计划模块9，通过“飞机注册号B-2301”，“航班MU5403”这两条指令，确认是本机执行的飞行任务；通过“爬升到10000米”这条指令，指令配置模块10自动化地配置在飞行管理系统的飞行计划中，即根据这个“10000米”的数字化指令的自动输入，飞行管理系统自动完成修改飞行计划，提请飞行机组人员检查和确认，最大程度地减少飞行机组人员手动输入的工作量，由此减少人为差错机会。

指令比较模块10将实现以下功能：

自动化守听功能：通过自动化监控所有陆空人员的通话内容，利用与本航班飞行任务的相关信息作为基础，提炼与本航班飞行的相关指令。本飞行任务相关的信息是指飞行管理系统内正在执行的飞行计划中的航行信息，诸如预定使用航线、航路点、飞行速度、飞行高度、转弯点、预定使用空域、空中走廊、跑道和登基廊桥等信息。

自动化守听功能将自动把所有陆空通话指令与这些相关信息比较。一旦发现相关，则自动显示和提示给飞行机组人员注意。

在飞行机组人员确认的情况下，将这些指令信息自动与本航班飞行的预定信息关联起来。如果飞行机组人员确认修改，则自动进行修改，无需飞行机组人员通过键盘输入操作，提高效率，大大减少人为操作输入的失误。

自动化防错功能：利用自动化的比较功能，进行四个层次的防错检查。

第一层防错是，如果飞行机组人员通过键盘或者旋钮修改指令，例如飞行机组人员手工修改的高度值为238百英尺；但陆空通话话音识别的数字化指令为328百英尺。即通过这个功能应用，识别飞行机组人修改的指令与空中交通管理人员的指令可能存在矛盾。针对这个差异提出告诫，请飞行机组人员进行确认是否发生输入错误，或者理解错误。

在2013年8月19日大韩航空的KAL9831航班实例里，当韩国机组因为误解，而采取向西安咸阳国际机场05R跑道降落时，本装置因为话音识别是05L着陆，因此将立刻发现这个方位性错误，立刻提示，本装置所识别的地面指令是05L。

第二层防错是，如果飞行机组人员通过实际操作使得飞机飞向238千英尺，但陆空通话话音识别的指令为328千英尺，指令应用管理装置一旦探测出实际偏差过大，提出告诫信息，提请飞行机组人员检查确认。在2013年8月19日大韩航空的KAL9831航班实例里，当韩国机组因为误解，而采取向西安咸阳国际机场05R跑道降落时，本装置因为可以通过空地通信数据链中的数据，例如ADS-B的数据，及时识别前飞降落的飞机都是在05L跑道上着陆，因此将立刻发现这个方位性错误，立刻提示，本装置所识别的前飞飞机，都是在05L跑道、而并非05R跑道上着陆的。

类似地，在2013年7月6日，韩亚OZ214航班的波音777在美国旧金山着陆时的实例里，因为缺乏仪表下滑道的指引，缺乏对下降剖面的保护，必须人工操作下降。如果有本装置，本装置因为可以通过空地通信数据链中的数据，例如ADS-B的数据，及时识别前飞降落的飞机的实际下降剖面，通过对比可以发现，本飞机的下降剖面先是偏高，然后严重偏低。于是韩亚飞行机组就有可实际可参考的下降剖面指引，可避免本次事故的发生。

第三层防错是，飞行机组人员起初正确执行了指令，但是后来因为种种原因进行了修改，例如，为了规避前方雷雨而进行临时性的高度变化，然后忘记恢复指令要求的高度。根据系统设计的设置，在偏差达到一定时间后，指令应用管理装置提醒飞行机组人员检查和确认是否应该执行原有指令。

第四层防错是，飞行机组人员错误地使用了某种功能，导致某一指令未能得到执行。这时，可以及时发现这个遗漏项，立即加以提醒和告诫。2013年7月6日，韩亚OZ214航班的波音777在美国旧金山着陆时，飞行机组人员设定了137节为最低进近速度，但是错误地设置了自动油门的功能，并认为自动油门可以保持137节速度，疏于监控，导致飞机速度过低而撞毁。如果应用本装置，本装置自动对比飞机当前速度与预设值137节的偏差，一旦发现偏差超限，例如本事件中自动油门因飞行机组设置错误而未能响应，则可告警，挽救飞机。

自动化协调辅助功能：执行自动化指令配置应用功能时，飞行计划模块可以利用飞行管理系统中的飞行计划修改功能，或者自身加载相应的飞行计划修改应用程序，对修改指令的效果进行预算和预演，飞行机组人员由此可以科学评估地面交通管理人员要求修改当前飞行计划的可行性、合理性和安全性，及时充分地进行协调和协商。

例如，当上述要求爬升到10000米的指令输入后，本装置通过飞行管理系统的相关功能，立刻预演其爬升性能，并将爬升特性结果显示给飞行机组人员评估，有利于当即与地面空中交通管理人员协调此条爬升到10000米的指令的可行性与合理性。2013年7月6日，韩亚OZ214航班的波音777在美国旧金山着陆时，因为旧金山地面空中交通管理人员给出的进近许可条件较为苛刻，导致飞行机组人员操纵飞机从偏高偏快到偏低偏慢，最终撞毁。如果利用本装置的预演功能，飞行机组人员提前识别这种风险，与旧金山地面空中交通管理人员重新协调更合理和更安全的下降许可。

Claims (8)

1.一种机载陆空指令管理系统，包含：

指令记录模块(1)，用于采集来自于航空电台(2)的话音通信信息，航行情报通播(3)的话音信息和来自于空地数据通信链(4)的字符指令数据信息；

指令识别模块(5)，用于通过话音识别技术，将话音转变为数据信息，加上字符指令数据信息，通过调用标准指令数据库(7)的信息，进行比对，并送往发动机指示和机组告警系统(13)及空地数据通信链，由飞行机组人员及地面空中交通管理人员进行初步确认以及送往指令存贮库(6)存贮；

标准指令数据库(7)，设有国际民航组织规定的《英语无线电陆空对话用语标准手册》数据库及空中交通服务的计算机指令格式数据库；

指令存贮库(6)，用于记录识别的话音通信信息、航行情报通播和空地数据通信链的话音和字符信息，以便飞行机组人员随时检查这些通信的历史；

指令配置模块(8)，用于根据飞行计划模块(9)中的飞行计划，识别与本机相关的任务，完成对其相应参数的自动化配置，以便飞行人员采纳执行，并将相关指令送到指令比较模块(10)中；

飞行计划模块(9)，用于记录飞行管理系统(11)和电子飞行仪表(12)正在执行的飞行计划；以及

指令比较模块(10)，用于将指令配置模块(8)所配置的指令与飞行人员输入的指令自动校对和检查飞行人员的输入值，如果有差错，则发出告警。

2.根据权利要求1所述的一种机载陆空指令管理系统，其特征在于所述指令比较模块(10)还用于对指令配置模块(8)所配置的指令检查，一旦发现该指令未能执行，则发出告警。

3.根据权利要求1所述的一种机载陆空指令管理系统，其特征在于所述指令比较模块(10)还用于将指令配置模块(8)所配置的指令与最终执行结果进行自动检查，一旦因为种种原因而发生偏差，则发出告警。

4.根据权利要求1所述的一种机载陆空指令管理系统，其特征在于所述飞行计划模块(9)利用飞行管理系统中的飞行计划修改功能，或者自身加载相应的飞行计划修改应用程序，进行指令修改之后的预算和预演，使得飞行人员全局性地理解这些指令对本机执行的飞行任务影响。

5.根据权利要求1所述的一种机载陆空指令管理系统的管理方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一、指令记录模块(1)采集和记录来自于航空电台(2)的话音通信信息，航行情报通播(3)的话音信息和来自于空地数据通信链(4)的字符指令数据信息；

步骤二、指令记录模块(1)将这些信息送往指令识别模块(5)进行数据处理，完成话音识别和字符识别，并发送到指令存贮库(6)将此记录下来，以便飞行机组人员随时检查这些通信的历史；

步骤三、指令识别模块(5)将识别出的话音和字符与标准指令数据库(7)进行对比，从而甄别出真实有效的指令，生成指令发给空地数据通信链以及发动机指示和机组告警系统，由地面空中交通管理人员和飞行机组人员确认；

步骤四、当这些指令得到确认后，这些信息送往指令配置模块(8)；

步骤五、指令配置模块(8)根据飞行计划和飞行动态，完成所识别指令的自动配置，以便飞行人员采纳执行；

步骤六、指令比较模块(10)将指令配置模块(8)所配置的指令与飞行人员输入的指令自动校对和检查飞行人员的输入值，如果有差错，则发出告警。

6.根据权利要求5所述的一种机载陆空指令管理系统的管理方法，其特征在于还包含以下步骤：

步骤七、指令比较模块(10)将指令配置模块(8)所配置的指令与最终执行结果进行自动检查，一旦因为种种原因而发生偏差，则发出告警。

7.根据权利要求6所述的一种机载陆空指令管理系统的管理方法，其特征在于还包含以下步骤：

步骤八、指令比较模块(10)对指令配置模块(8)所配置的指令检查，一旦发现该指令未能执行，则发出告警。

8.根据权利要求7所述的一种机载陆空指令管理系统的管理方法，其特征在于还包含以下步骤：

步骤九、飞行计划模块(9)利用飞行管理系统中的飞行计划修改功能，或者自身加载相应的飞行计划修改应用程序，进行指令修改之后的预算和预演。