基于人工智能技术的飞机飞行辅助驾驶系统及控制方法

摘要

一种基于人工智能技术的飞机飞行辅助驾驶系统及控制方法。系统包括行为识别模块、飞行指令与动作标准数据库模块、告警模块和辅助决策单元；其中，行为识别模块和飞行指令与动作标准数据库模块相连接，辅助决策单元分别和飞行指令与动作标准数据库模块及告警模块相连接。本发明效果：不直接接入飞行控制系统，因此不直接进行飞机操纵，减少了对飞机其他系统的安全性影响，降低了系统的安全性评估成本和装机取证成本；通过语音识别和动作识别，可以对飞行员的口令、动作不规范，口令、操作不一致等驾驶隐患给出提示，保证飞行安全；基于可更新数据库方式进行飞行指令和操作动作辨识，利于系统的升级，适应飞行驾驶技术和飞机操作技术的更新。

说明书

技术领域

本发明属于飞机驾驶舱驾驶系统技术领域，具体涉及一种基于人工智能技术的飞机飞行辅助驾驶系统及控制方法。

背景技术

目前，飞机上的飞行机组通常依靠自身能力应对不同航空环境和飞行条件，对飞机的飞行安全起着至关重要的作用。一直以来，运输类飞机都采用多人制机组，通过多人协同、交叉确认等技术保证飞行控制指令的正确判断和执行。随着技术的发展，越来越多的辅助决策系统开始在飞机上适用，飞行机组的成员数量也从20世纪50年代的5人逐步减少，目前双人制机组成为大部分运输类飞机的常规配置，然而随着经济的不断发展，飞行员数量的不足成为限制航空运输业高速发展的瓶颈性问题，因此单一飞行员驾驶模式(SinglePilot Operation,SPO)开始受到关注，如文献“张炯,曾锐.商用飞机单一飞行员驾驶模式设计及测试[J].航空科学技术,2020,31(06):42-49”提出了一种基于机上和地面联合操作的SPO模式，但这种操作模式对于飞机与地面通信的实时性要求极高，对于洋区和偏远地区等陆空通信设施不足的地区难以实现。文献“刘世前,周光锐,桑元俊.民用飞机辅助驾驶控制方法、系统及飞行品质评估方法[P].上海市：CN111142550A,2020-05-12.”提出了民机辅助驾驶系统，直接介入了飞行舵面的控制，对于飞行员对整机的操控带来了不确定因素。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于人工智能技术的飞机飞行辅助驾驶系统及控制方法。

为了达到上述目的，本发明提供的基于人工智能技术的飞机飞行辅助驾驶系统设置在飞机驾驶仓内，包括行为识别模块、飞行指令与动作标准数据库模块、告警模块和辅助决策单元；其中，行为识别模块和飞行指令与动作标准数据库模块相连接，辅助决策单元分别和飞行指令与动作标准数据库模块及告警模块相连接。

所述的行为识别模块包括动作捕获单元和语音拾取单元；其中，动作捕获单元采用图像采集装置、带有位置和动作反馈信息装置的手套、带有位置和动作反馈信息装置的鞋中的任一种。

所述的飞行指令与动作标准数据库模块包括标准动作数据库和标准喊话口令数据库；其中，标准动作数据库分别与动作捕获单元和辅助决策单元相连接，该数据库中记录有飞行员所驾驶飞机型号飞行手册中所有的标准操作动作数据；标准喊话口令数据库分别与语音拾取单元和辅助决策单元相连接，该数据库中记录有飞行员所驾驶飞机型号飞行手册中所有的标准口令文本。

所述的告警模块包括无效动作告警单元、无效口令告警单元和口令动作不一致告警单元；其中，无效动作告警单元、无效口令告警单元和口令动作不一致告警单元分别与辅助决策单元相连接，并且无效动作告警单元、无效口令告警单元和口令动作不一致告警单元上均带有黄色警示灯。

本发明提供的基于人工智能技术的飞机飞行辅助驾驶系统的控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)开启本系统而开始进行工作；

2)利用识别模块中的动作捕获单元对目标飞行员的当前操作动作进行捕获、识别，利用识别模块中的语音拾取单元识取目标飞行员的口令，并进行转化、识别；

3)利用飞行指令与动作标准数据库模块中的标准动作数据库对上述动作捕获单元捕获的当前操作动作与标准操作动作进行比对，以判断当前操作动作是否为标准操作动作；利用标准喊话口令数据库对上述语音拾取单元获取的口令与标准口令进行比对，以判断该口令是否为标准口令；

4)辅助决策单元根据飞行指令与动作标准数据库模块的输出进行如下智能决策：

情况1:目标飞行员的口令和当前操作动作均为非标准口令和标准操作动作时，判断为目标飞行员在进行非飞行操作行为，系统进入下一个监视环节；

情况2:目标飞行员的口令为标准口令，当前操作动作均为非标准操作动作时，判断为目标飞行员的操作动作不标准，控制无效动作告警单元给出告警提示，系统进入下一个监视环节；

情况3:目标飞行员的口令为非标准口令，当前操作动作均为标准操作动作时，判断为目标飞行员的口令不标准，控制无效口令告警单元给出告警提示，系统进入下一个监视环节；

情况4:目标飞行员的口令为标准口令，当前操作动作均为标准操作动作，但口令和当前操作动作对应不同的飞行动作时，判断为目标飞行员的口令和当前操作动作不一致，控制口令动作不一致告警单元给出告警提示，系统进入下一个监视环节；

情况5:目标飞行员的口令为标准口令，当前操作动作均为标准操作动作，口令和当前操作动作对应同一飞行动作时，飞行员操作标注，系统进入下一个监视环节。

本发明提供的基于人工智能技术的飞机飞行辅助驾驶系统及控制方法具有如下有益效果：

(1)不直接接入飞行控制系统，因此不直接进行飞机操纵，减少了对飞机其他系统的安全性影响，降低了系统的安全性评估成本和装机取证成本，有利于在不同型号飞机上进行推广加装；

(2)通过语音识别和动作识别，可以对飞行员的口令、动作不规范，口令、操作不一致等驾驶隐患给出提示，可以使飞行员了解所有的飞行控制指令，保证了飞行安全；

(3)基于可更新数据库方式进行飞行指令和操作动作辨识，利于系统的升级，适应飞行驾驶技术和飞机操作技术的更新。

附图说明

图1为本发明提供的基于人工智能技术的飞机飞行辅助驾驶系统结构示意图；

图2为本发明提供的基于人工智能技术的飞机飞行辅助驾驶系统工作流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供的基于人工智能技术的飞机飞行辅助驾驶系统设置在飞机驾驶仓内，包括行为识别模块1、飞行指令与动作标准数据库模块2、告警模块3和辅助决策单元4；其中，行为识别模块1和飞行指令与动作标准数据库模块2相连接，辅助决策单元4分别和飞行指令与动作标准数据库模块2及告警模块3相连接。

所述的行为识别模块1包括动作捕获单元101和语音拾取单元102；其中，动作捕获单元101采用图像采集装置、带有位置和动作反馈信息装置的手套、带有位置和动作反馈信息装置的鞋中的任一种；在运输类飞机的双人制机组使用时，机长负责操纵飞机，动作捕获单元101用于对机长的操作动作进行捕获，在用于运输类飞机单一飞行员驾驶模式时，用于对飞行员的操作动作进行捕获，获取机长或飞行员的当前操作动作，并以格式化的方式对其动作进行记录；在运输类飞机的双人制机组使用时，语音拾取单元102用于对副驾驶的口令进行拾取、转化和识别，在用于运输类飞机单一飞行员驾驶模式时，用于对飞行员的口令进行拾取、转化和识别，并将副驾驶或飞行员的口令转变为文本。上述机长、副驾驶或飞行员统称为目标飞行员。

所述的飞行指令与动作标准数据库模块2包括标准动作数据库201和标准喊话口令数据库202；其中，标准动作数据库201分别与动作捕获单元101和辅助决策单元4相连接，该数据库中记录有飞行员所驾驶飞机型号飞行手册中所有的标准操作动作数据，这些数据是采用对飞行教员的操作动作进行记录，然后由飞行专家进行评审的方式获取的，以保证各操作动作的标准性；标准喊话口令数据库202分别与语音拾取单元102和辅助决策单元4相连接，该数据库中记录有飞行员所驾驶飞机型号飞行手册中所有的标准口令文本。

所述的飞行指令与动作标准数据库模块2可根据飞机的不同型号、飞行技术的发展、飞行手册的更新进行动态更新，以保证数据库信息满足技术和飞行模式的发展。

所述的告警模块3包括无效动作告警单元301、无效口令告警单元302和口令动作不一致告警单元303；其中，无效动作告警单元301、无效口令告警单元302和口令动作不一致告警单元303分别与辅助决策单元4相连接，并且无效动作告警单元301、无效口令告警单元302和口令动作不一致告警单元303上均带有黄色警示灯。当动作捕获单元101捕获到的当前操作动作在标准动作数据库201中无匹配的标准操作动作时，在辅助决策单元4的控制下，触发无效动作告警单元301，以黄色灯光闪烁的方式进行提示，并语音告警“无法识别飞行动作，请确认操作”；当语音拾取单元102识别得到的口令在标准喊话口令数据库202中无匹配的标准口令时，在辅助决策单元4的控制下，触发无效口令告警单元302，以黄色灯光闪烁的方式进行提示，并语音告警“无法识别口令，请确认”；当动作捕获单元101捕获到的当前操作动作在标准动作数据库201中可找到匹配的标准操作动作，但该标准操作动作与语音拾取单元102识别得到的口令在标准喊话口令数据库202中匹配的标准口令不一致时，比如，动作捕获单元101捕获到的当前操作动作在标准动作数据库201中识别为“推油门杆”，语音拾取单元102识别得到的口令在标准喊话口令数据库202中匹配的标准口令为“收起襟翼”，在辅助决策单元4的控制下，触发口令动作不一致告警单元303，以黄色灯光闪烁的方式进行提示，并语音告警“口令动作不一致，请确认”。

所述的辅助决策单元4用于判断目标飞行员的口令、动作是否为标准操作动作，口令动作是否为统一的飞行操作，当动作、口令不标准、动作口令不一致时，控制告警模块3发出告警指令。

如图2所示，本发明提供的基于人工智能技术的飞机飞行辅助驾驶系统的控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)开启本系统而开始进行工作；

2)利用识别模块1中的动作捕获单元101对目标飞行员的当前操作动作进行捕获、识别，利用识别模块1中的语音拾取单元102识取目标飞行员的口令，并进行转化、识别；

3)利用飞行指令与动作标准数据库模块2中的标准动作数据库201对上述动作捕获单元101捕获的当前操作动作与标准操作动作进行比对，以判断当前操作动作是否为标准操作动作；利用标准喊话口令数据库202对上述语音拾取单元102获取的口令与标准口令进行比对，以判断该口令是否为标准口令；

4)辅助决策单元4根据飞行指令与动作标准数据库模块2的输出进行如下智能决策：

情况1:目标飞行员的口令和当前操作动作均为非标准口令和标准操作动作时，判断为目标飞行员在进行非飞行操作行为，如巡航阶段的用餐或休息，系统进入下一个监视环节；

情况2:目标飞行员的口令为标准口令，当前操作动作均为非标准操作动作时，判断为目标飞行员的操作动作不标准，控制无效动作告警单元301给出告警提示，系统进入下一个监视环节；

情况3:目标飞行员的口令为非标准口令，当前操作动作均为标准操作动作时，判断为目标飞行员的口令不标准，控制无效口令告警单元302给出告警提示，系统进入下一个监视环节；

情况4:目标飞行员的口令为标准口令，当前操作动作均为标准操作动作，但口令和当前操作动作对应不同的飞行动作时，判断为目标飞行员的口令和当前操作动作不一致，控制口令动作不一致告警单元303给出告警提示，系统进入下一个监视环节；

情况5:目标飞行员的口令为标准口令，当前操作动作均为标准操作动作，口令和当前操作动作对应同一飞行动作时，飞行员操作标注，系统进入下一个监视环节。