一種基于管制語(yǔ)音的沖突告警方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種基于管制語(yǔ)音的沖突告警方法，包括：對(duì)管制員與飛行員的無(wú)線(xiàn)電語(yǔ)音信息進(jìn)行采集，通過(guò)管制席位聲卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別功能把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為文本信息，統(tǒng)一發(fā)送給系統(tǒng)服務(wù)器；系統(tǒng)服務(wù)器對(duì)文本信息進(jìn)行管制指令的提取；基于管制指令判斷航空器未來(lái)一段時(shí)間的運(yùn)行軌跡；結(jié)合空管系統(tǒng)中各航空器當(dāng)前位置信息、運(yùn)動(dòng)參數(shù)信息和未來(lái)運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)可能發(fā)生的航空器之間的危險(xiǎn)沖突進(jìn)行判別，給出告警提示。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)把管制員管制指令與空管系統(tǒng)相結(jié)合，把管制指令語(yǔ)音信息和自動(dòng)化監(jiān)視手段充分融合，為航空器之間可能發(fā)生的危險(xiǎn)沖突提供一種有效告警手段。

A conflict warning method based on controlled speech

The invention discloses a conflict warning method based on voice control, including: radio voice information to controllers and pilots were collected, converted to digital signal by controlling the seat sound card; through voice recognition function to convert the digital signal into the text information sent to the server, unified system; system control commands to the server to extract text information trajectory control; command determining aircraft the next period of time based on the air traffic management system in the aircraft; the current location information, motion information and future trajectory parameters, to determine the risk of conflict between aircraft may occur, given the alarm. The controllers command and air traffic control system by combining the control instruction speech information and automation monitoring means full integration, to provide an effective means for risk warning the potential conflicts between aircraft.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于管制語(yǔ)音的沖突告警方法
本專(zhuān)利技術(shù)屬于空中交通管理領(lǐng)域，特別涉及一種基于管制語(yǔ)音的沖突告警方法。
技術(shù)介紹
空中交通管理系統(tǒng)一般都具備判別航空器之間的危險(xiǎn)沖突并給出告警提示功能，具體為如果系統(tǒng)判斷兩個(gè)飛機(jī)的航跡當(dāng)前間隔小于間隔標(biāo)準(zhǔn)，則認(rèn)為兩架飛機(jī)己構(gòu)成沖突，系統(tǒng)向管制員發(fā)出告警信號(hào)，如果系統(tǒng)判斷兩架飛機(jī)當(dāng)前位置外推一段時(shí)間的位置存在危險(xiǎn)接近的可能，但尚未構(gòu)成沖突，則系統(tǒng)認(rèn)為兩架飛機(jī)潛在飛行沖突，系統(tǒng)向管制員發(fā)出預(yù)警信號(hào)。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于沖突探測(cè)的一些方法主要有基于遺傳算法的沖突探測(cè)、基于Kalman濾波的飛行沖突探測(cè)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的沖突探測(cè)、確定型沖突探測(cè)、概率型沖突探測(cè)和基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格沖突探測(cè)等，這些方法各有特點(diǎn)，并取得一定效果。但現(xiàn)有研究一般只是基于空中交通管理系統(tǒng)對(duì)監(jiān)視信息和飛行意向信息的掌握，監(jiān)視信息一般使用場(chǎng)面監(jiān)視、空管雷達(dá)等信息源的處理結(jié)果，飛行意向信息一般使用航空器的飛行計(jì)劃、ACARS信息等。管制員的管制指令也是一個(gè)重要的不可或缺的因素，它決定航空器當(dāng)前及未來(lái)的飛行意向，特別是在機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面，沒(méi)有具體的飛行計(jì)劃信息，航空器的運(yùn)行主要依賴(lài)于管制員的指揮，所以對(duì)航空器之間危險(xiǎn)沖突的判斷應(yīng)更依賴(lài)于管制員的語(yǔ)音指令，管制員和飛行員的無(wú)線(xiàn)電通話(huà)信息正包含了管制指令。目前空中交通管理系統(tǒng)尚缺少在這方面的研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專(zhuān)利技術(shù)目的：本專(zhuān)利技術(shù)預(yù)計(jì)應(yīng)用于空中交通管理領(lǐng)域，解決的主要問(wèn)題是，當(dāng)管制員錯(cuò)誤判斷當(dāng)前航空器態(tài)勢(shì)，給出錯(cuò)誤指令時(shí)，可能會(huì)使航空器之間發(fā)生危險(xiǎn)接近。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種基于管制語(yǔ)音的沖突告警方法，可應(yīng)用于空中交通管理系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)管制語(yǔ)音的采集和語(yǔ)音識(shí)別，把管制指令轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)航空器未來(lái)運(yùn)行軌跡信息，輔助沖突告警的計(jì)算，具體包括如下步驟：步驟1，采集管制員和待處理航空器飛行員無(wú)線(xiàn)電通話(huà)時(shí)的語(yǔ)音信息，使用可變系統(tǒng)參數(shù)VSP(VariableSystemParameter)設(shè)置分隔時(shí)間(一般為2秒)，確定語(yǔ)音信息是否為一段管制指令，如果是，將一段管制指令通過(guò)語(yǔ)音通信單元VCU(VoiceControlUnit)的記錄輸出端口輸入到管制席位聲卡的語(yǔ)音輸入口(linein)，否則丟棄該段語(yǔ)音信息；聲卡把語(yǔ)音模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)發(fā)送給PC總線(xiàn)；步驟2，利用步驟1采集的數(shù)字信號(hào)，使用語(yǔ)音識(shí)別軟件，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為文本信息，將所有管制席位的文本信息統(tǒng)一發(fā)送給管制系統(tǒng)服務(wù)器；步驟3，利用步驟2生成的文本信息，根據(jù)管制系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中已建的管制指令關(guān)鍵字集對(duì)文本信息內(nèi)容進(jìn)行檢索，檢索出有效管制指令，有效管制指令包括航空器呼號(hào)(或稱(chēng)航班號(hào)、批號(hào))、指令動(dòng)作和動(dòng)作狀語(yǔ)；步驟4，根據(jù)步驟3提取出的管制指令，結(jié)合管制系統(tǒng)服務(wù)器中已有的航空器信息，關(guān)聯(lián)相關(guān)航空器，推測(cè)待處理航空器當(dāng)前至未來(lái)VSP時(shí)間(如3分鐘)的運(yùn)行軌跡，形成預(yù)測(cè)軌跡；步驟5，根據(jù)步驟4得到的預(yù)測(cè)軌跡，結(jié)合管制系統(tǒng)內(nèi)其他航空器的當(dāng)前位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或預(yù)測(cè)軌跡，判斷待處理航空器與其他航空器是否存在沖突，如存在沖突則在相關(guān)管制席位給出告警提示。本專(zhuān)利技術(shù)步驟3中所述航空器呼號(hào)包括航空公司名稱(chēng)和航班編號(hào)，航班編號(hào)由三位或四位數(shù)字表示。航空公司如國(guó)航(CCA)、東方(CES)、德國(guó)漢莎航空(DLH)等。管制指令主要由“航空器呼號(hào)”+“指令動(dòng)作”+“動(dòng)作狀語(yǔ)”等信息組成，也可能由“航空器呼號(hào)”+“指令動(dòng)作”等信息組成。有效的動(dòng)作狀語(yǔ)主要有跑道編號(hào)XX、滑行道編號(hào)XX、高度XX、保持XX等。有效的指令動(dòng)作主要有進(jìn)滑行道、進(jìn)跑道、可以起飛等。步驟3包括如下步驟：步驟3-1，管制系統(tǒng)服務(wù)器啟動(dòng)管制指令識(shí)別程序讀取文本信息內(nèi)容，在文本信息中檢索管制指令關(guān)鍵字集中的航空公司名稱(chēng)，檢索出航空公司后，后面的4位數(shù)字為航班編號(hào)。如檢索出“東方”，查找后面的4個(gè)數(shù)字為“洞兩三四”，可以得出航空器呼號(hào)為“CES0234”；如果檢索出航空公司名稱(chēng)，執(zhí)行步驟3-2，否則判定為無(wú)效管制指令；步驟3-2，在文本信息中檢索指令動(dòng)作，檢索出指令動(dòng)作后，前面或后面的字母、數(shù)字、單位為動(dòng)作狀語(yǔ)，如檢索出“進(jìn)滑行道”，后面的指令狀語(yǔ)為“L35”，可以得出整條指令為“CES0234進(jìn)滑行道L35”；如果檢索出航空器呼號(hào)、指令動(dòng)作和動(dòng)作狀語(yǔ)的組合或航空器呼號(hào)和指令動(dòng)作的組合，判定管制指令有效，否則判定為無(wú)效管制指令。步驟4包括如下步驟：步驟4-1，從管制指令中提取出目標(biāo)標(biāo)識(shí)(如航班號(hào))，使用該標(biāo)識(shí)與系統(tǒng)所有航跡進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過(guò)匹配目標(biāo)標(biāo)識(shí)，在系統(tǒng)目標(biāo)中找到管制指令所指的目標(biāo)，對(duì)該目標(biāo)進(jìn)行軌跡預(yù)測(cè)；步驟4-2，未來(lái)運(yùn)行軌跡推測(cè)：采用直接外推法和結(jié)合空管基礎(chǔ)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)未來(lái)VSP時(shí)間(如三分鐘)的運(yùn)行軌跡。步驟4-2中，如果管制指令是運(yùn)動(dòng)位置的改變，采用航跡外推的方法預(yù)測(cè)未來(lái)VSP時(shí)間的運(yùn)行軌跡，如果與計(jì)劃軌跡一致，則按實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與計(jì)劃軌跡融合推測(cè)運(yùn)動(dòng)軌跡，具體包括：考慮目標(biāo)在二維平面中的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)如下二維目標(biāo)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程組計(jì)算其中為橫軸方向速度，為縱軸方向速度，為目標(biāo)切向加速度，為目標(biāo)轉(zhuǎn)彎加速度：其中，(x,y)為目標(biāo)的位置，v(t)為目標(biāo)的切向速度，為目標(biāo)航向改變的角度，aq(t)和af(t)分別為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的切向加速度和法向加速度，t表示相對(duì)于開(kāi)始狀態(tài)的秒數(shù)，取值范圍是0到65535；假設(shè)aq(t)＝0，af(t)為常數(shù)，則目標(biāo)運(yùn)動(dòng)包含以下兩種形式：當(dāng)af(t)＝0時(shí)，目標(biāo)做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)af(t)≠0時(shí)，目標(biāo)做曲線(xiàn)勻速運(yùn)動(dòng)，設(shè)即ω代表目標(biāo)的轉(zhuǎn)彎角速度，通過(guò)如下公式計(jì)算目標(biāo)k+1時(shí)刻的的轉(zhuǎn)彎角速度ω：其中，ωk為目標(biāo)k時(shí)刻的轉(zhuǎn)彎角速度，T為采樣間隔，τω為角速度的時(shí)間相關(guān)常數(shù)，wω,k為白噪聲；目標(biāo)外推模型如下式所示：Xk+1＝A(ω)Xk+Bwk，其中Xk＝[xk,vxk,yk,vyk]T，xk,vxk,yk,vyk分別為目標(biāo)k時(shí)刻的橫軸位置、橫軸向速度、縱軸位置和縱軸向速度，wk為白噪聲，噪聲陣B如下式所示：轉(zhuǎn)移矩陣A(ω)由二維目標(biāo)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程離散化得到，具有兩種形式：當(dāng)ω＝0時(shí)：當(dāng)ω≠0時(shí)：通過(guò)矩陣計(jì)算，得到外推軌跡k時(shí)刻的橫軸位置xk、橫軸向速度vxk、縱軸位置yk和縱軸向速度vyk。步驟4-2中，如果管制指令包含了機(jī)場(chǎng)跑道、跑道等待點(diǎn)、滑行道、起飛程序、降落程序、停機(jī)位、航路航線(xiàn)、走廊口點(diǎn)、導(dǎo)航點(diǎn)信息，使用這些信息預(yù)測(cè)未來(lái)VSP時(shí)間的運(yùn)行軌跡。步驟5包括如下步驟：步驟5-1，設(shè)置判斷參數(shù)，包括預(yù)測(cè)時(shí)間、水平間隔標(biāo)準(zhǔn)和垂直間隔標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)測(cè)時(shí)間是判斷沖突時(shí)系統(tǒng)向前推測(cè)的時(shí)間，水平間隔標(biāo)準(zhǔn)是航空器之間需要滿(mǎn)足的最小水平間隔，垂直間隔標(biāo)準(zhǔn)是航空器之間需要滿(mǎn)足的最小垂直間隔；步驟5-2，對(duì)沖突進(jìn)行預(yù)判，排除與待處理航空器正在遠(yuǎn)離的航空器，排除與待處理航空器之間的距離超過(guò)一定范圍(一般為100公里)的航空器；步驟5-3，對(duì)待處理航空器與其他所有航空器進(jìn)行沖突判斷：以設(shè)置的間隔時(shí)間(如3秒)為間隔進(jìn)行沖突判斷，到設(shè)置的最大預(yù)測(cè)時(shí)間(如3分鐘)結(jié)束為止，判斷待處理航空器與其他航空器之間的水平間隔是否符合水平間隔標(biāo)準(zhǔn)，并判斷待處理航空器與其他航空器之間的垂直間隔是否符合垂直間隔標(biāo)準(zhǔn)，只要有一次同時(shí)違背水平和垂直間隔標(biāo)準(zhǔn)，判定存在沖突；步驟5-4，給出告警提示，告警提示信息包本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于管制語(yǔ)音的沖突告警方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1，采集管制員和待處理航空器飛行員無(wú)線(xiàn)電通話(huà)時(shí)的語(yǔ)音信息，使用可變系統(tǒng)參數(shù)VSP設(shè)置分隔時(shí)間，確定語(yǔ)音信息是否為一段管制指令，如果是，將一段管制指令通過(guò)語(yǔ)音通信單元VCU的記錄輸出端口輸入到管制席位聲卡的語(yǔ)音輸入口，否則丟棄該段語(yǔ)音信息；聲卡把語(yǔ)音模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)發(fā)送給PC總線(xiàn)；步驟2，將步驟1采集的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為文本信息，將所有管制席位的文本信息統(tǒng)一發(fā)送給管制系統(tǒng)服務(wù)器；步驟3，利用步驟2生成的文本信息，根據(jù)管制系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中已建的管制指令關(guān)鍵字集對(duì)文本信息內(nèi)容進(jìn)行檢索，檢索出有效管制指令，有效管制指令包括航空器呼號(hào)、指令動(dòng)作和動(dòng)作狀語(yǔ)；步驟4，根據(jù)步驟3提取出的管制指令，結(jié)合管制系統(tǒng)服務(wù)器中已有的航空器信息，關(guān)聯(lián)相關(guān)航空器，推測(cè)待處理航空器當(dāng)前至未來(lái)VSP時(shí)間的運(yùn)行軌跡，形成預(yù)測(cè)軌跡；步驟5，根據(jù)步驟4得到的預(yù)測(cè)軌跡，結(jié)合管制系統(tǒng)內(nèi)其他航空器的當(dāng)前位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或預(yù)測(cè)軌跡，判斷待處理航空器與其他航空器是否存在沖突，如存在沖突給出告警提示。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于管制語(yǔ)音的沖突告警方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1，采集管制員和待處理航空器飛行員無(wú)線(xiàn)電通話(huà)時(shí)的語(yǔ)音信息，使用可變系統(tǒng)參數(shù)VSP設(shè)置分隔時(shí)間，確定語(yǔ)音信息是否為一段管制指令，如果是，將一段管制指令通過(guò)語(yǔ)音通信單元VCU的記錄輸出端口輸入到管制席位聲卡的語(yǔ)音輸入口，否則丟棄該段語(yǔ)音信息；聲卡把語(yǔ)音模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)發(fā)送給PC總線(xiàn)；步驟2，將步驟1采集的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為文本信息，將所有管制席位的文本信息統(tǒng)一發(fā)送給管制系統(tǒng)服務(wù)器；步驟3，利用步驟2生成的文本信息，根據(jù)管制系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中已建的管制指令關(guān)鍵字集對(duì)文本信息內(nèi)容進(jìn)行檢索，檢索出有效管制指令，有效管制指令包括航空器呼號(hào)、指令動(dòng)作和動(dòng)作狀語(yǔ)；步驟4，根據(jù)步驟3提取出的管制指令，結(jié)合管制系統(tǒng)服務(wù)器中已有的航空器信息，關(guān)聯(lián)相關(guān)航空器，推測(cè)待處理航空器當(dāng)前至未來(lái)VSP時(shí)間的運(yùn)行軌跡，形成預(yù)測(cè)軌跡；步驟5，根據(jù)步驟4得到的預(yù)測(cè)軌跡，結(jié)合管制系統(tǒng)內(nèi)其他航空器的當(dāng)前位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或預(yù)測(cè)軌跡，判斷待處理航空器與其他航空器是否存在沖突，如存在沖突給出告警提示。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3中所述航空器呼號(hào)包括航空公司名稱(chēng)和航班編號(hào)，航班編號(hào)由三位或四位數(shù)字表示。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟3包括如下步驟：步驟3-1，管制系統(tǒng)服務(wù)器啟動(dòng)管制指令識(shí)別程序讀取文本信息內(nèi)容，在文本信息中檢索管制指令關(guān)鍵字集中的航空公司名稱(chēng)，如果檢索出航空公司名稱(chēng)，執(zhí)行步驟3-2，否則判定為無(wú)效管制指令；步驟3-2，在文本信息中檢索指令動(dòng)作，檢索出指令動(dòng)作后，前面或后面的字母、數(shù)字、單位為動(dòng)作狀語(yǔ)，如果檢索出航空器呼號(hào)、指令動(dòng)作和動(dòng)作狀語(yǔ)的組合或航空器呼號(hào)和指令動(dòng)作的組合，判定管制指令有效，否則判定為無(wú)效管制指令。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟4包括如下步驟：步驟4-1，從管制指令中提取出目標(biāo)標(biāo)識(shí)，使用該標(biāo)識(shí)與系統(tǒng)所有航跡進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過(guò)匹配目標(biāo)標(biāo)識(shí)，在系統(tǒng)目標(biāo)中找到管制指令所指的目標(biāo)，對(duì)該目標(biāo)進(jìn)行軌跡預(yù)測(cè)；步驟4-2，未來(lái)運(yùn)行軌跡推測(cè)：采用直接外推法和結(jié)合空管基礎(chǔ)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)未來(lái)VSP時(shí)間的運(yùn)行軌跡。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟4-2中，如果管制指令是運(yùn)動(dòng)位置的改變，采用航跡外推的方法預(yù)測(cè)未來(lái)VSP時(shí)間的運(yùn)行軌跡，如果與計(jì)劃軌跡一致，則按實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與計(jì)劃軌跡融合推測(cè)運(yùn)動(dòng)軌跡，具體包括：考慮目標(biāo)在二維平面中的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)如下二維目標(biāo)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程組計(jì)算其中，其中為橫軸方向速度，為縱軸方向速度，為目標(biāo)切向加速度，為目標(biāo)轉(zhuǎn)彎加速度，(x,y)為目標(biāo)的位置，v(t)為目標(biāo)的切向速度，為目標(biāo)航向改變的角度，aq(t)和af(t)分別為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的切向加速度和法向加速度，t表示相對(duì)于開(kāi)始狀態(tài)的秒數(shù)，取值范圍是0到65535；假設(shè)aq(t)＝0，af(t)為常數(shù)，則目標(biāo)運(yùn)動(dòng)包含以下兩種形式：當(dāng)af(t)＝0時(shí)，目標(biāo)做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)af(t)≠0時(shí)，目標(biāo)做曲線(xiàn)勻速運(yùn)動(dòng)，設(shè)即ω代表目標(biāo)的轉(zhuǎn)彎角速度，通過(guò)如下公式計(jì)算目標(biāo)k+1時(shí)刻的的轉(zhuǎn)彎角速度ω：其中，ωk為目標(biāo)k時(shí)刻的轉(zhuǎn)彎角速度，T為采樣間隔，τω為角速度的時(shí)間相關(guān)常數(shù)，wω,k為白噪聲；目標(biāo)外推模型如下式所示：Xk+1＝A(ω)Xk+Bwk，其中Xk＝[xk,vxk,yk,vyk]T，xk,vxk,yk,vyk分別為目標(biāo)k時(shí)刻的橫軸位置、橫軸向速度、縱軸位置和縱軸向速度，wk為白噪聲，噪聲陣B如下式所示：轉(zhuǎn)移矩陣A(ω)由二維目標(biāo)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程離散化得到，具有兩種形式：當(dāng)ω＝0時(shí)：當(dāng)ω≠0時(shí)：通過(guò)矩陣計(jì)算，...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳平，劉巖，嚴(yán)勇杰，鞠瑞林，徐善娥，王虎，肖雪飛，童明，李加慶，張陽(yáng)，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇,32