一種基于管制語音的沖突告警方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種基于管制語音的沖突告警方法，包括：對管制員與飛行員的無線電語音信息進行采集，通過管制席位聲卡轉換為數(shù)字信號；通過語音識別功能把數(shù)字信號轉換為文本信息，統(tǒng)一發(fā)送給系統(tǒng)服務器；系統(tǒng)服務器對文本信息進行管制指令的提取；基于管制指令判斷航空器未來一段時間的運行軌跡；結合空管系統(tǒng)中各航空器當前位置信息、運動參數(shù)信息和未來運動軌跡，對可能發(fā)生的航空器之間的危險沖突進行判別，給出告警提示。本發(fā)明專利技術把管制員管制指令與空管系統(tǒng)相結合，把管制指令語音信息和自動化監(jiān)視手段充分融合，為航空器之間可能發(fā)生的危險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.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于管制語音的沖突告警方法
本專利技術屬于空中交通管理領域，特別涉及一種基于管制語音的沖突告警方法。
技術介紹
空中交通管理系統(tǒng)一般都具備判別航空器之間的危險沖突并給出告警提示功能，具體為如果系統(tǒng)判斷兩個飛機的航跡當前間隔小于間隔標準，則認為兩架飛機己構成沖突，系統(tǒng)向管制員發(fā)出告警信號，如果系統(tǒng)判斷兩架飛機當前位置外推一段時間的位置存在危險接近的可能，但尚未構成沖突，則系統(tǒng)認為兩架飛機潛在飛行沖突，系統(tǒng)向管制員發(fā)出預警信號。目前國內外關于沖突探測的一些方法主要有基于遺傳算法的沖突探測、基于Kalman濾波的飛行沖突探測、基于神經網(wǎng)絡的沖突探測、確定型沖突探測、概率型沖突探測和基于非結構網(wǎng)格沖突探測等，這些方法各有特點，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)視信息一般使用場面監(jiān)視、空管雷達等信息源的處理結果，飛行意向信息一般使用航空器的飛行計劃、ACARS信息等。管制員的管制指令也是一個重要的不可或缺的因素，它決定航空器當前及未來的飛行意向，特別是在機場場面，沒有具體的飛行計劃信息，航空器的運行主要依賴于管制員的指揮，所以對航空器之間危險沖突的判斷應更依賴于管制員的語音指令，管制員和飛行員的無線電通話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。
技術實現(xiàn)思路
專利技術目的：本專利技術預計應用于空中交通管理領域，解決的主要問題是，當管制員錯誤判斷當前航空器態(tài)勢，給出錯誤指令時，可能會使航空器之間發(fā)生危險接近。為了解決上述技術問題，本專利技術公開了一種基于管制語音的沖突告警方法，可應用于空中交通管理系統(tǒng)，通過對管制語音的采集和語音識別，把管制指令轉化為系統(tǒng)內航空器未來運行軌跡信息，輔助沖突告警的計算，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線電通話時的語音信息，使用可變系統(tǒng)參數(shù)VSP(VariableSystemParameter)設置分隔時間(一般為2秒)，確定語音信息是否為一段管制指令，如果是，將一段管制指令通過語音通信單元VCU(VoiceControlUnit)的記錄輸出端口輸入到管制席位聲卡的語音輸入口(linein)，否則丟棄該段語音信息；聲卡把語音模擬信號轉換為數(shù)字信號，將數(shù)字信號發(fā)送給PC總線；步驟2，利用步驟1采集的數(shù)字信號，使用語音識別軟件，將數(shù)字信號轉換為文本信息，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)服務器數(shù)據(jù)庫中已建的管制指令關鍵字集對文本信息內容進行檢索，檢索出有效管制指令，有效管制指令包括航空器呼號(或稱航班號、批號)、指令動作和動作狀語；步驟4，根據(jù)步驟3提取出的管制指令，結合管制系統(tǒng)服務器中已有的航空器信息，關聯(lián)相關航空器，推測待處理航空器當前至未來VSP時間(如3分鐘)的運行軌跡，形成預測軌跡；步驟5，根據(jù)步驟4得到的預測軌跡，結合管制系統(tǒng)內其他航空器的當前位置、運動狀態(tài)或預測軌跡，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管制席位給出告警提示。本專利技術步驟3中所述航空器呼號包括航空公司名稱和航班編號，航班編號由三位或四位數(shù)字表示。航空公司如國航(CCA)、東方(CES)、德國漢莎航空(DLH)等。管制指令主要由“航空器呼號”+“指令動作”+“動作狀語”等信息組成，也可能由“航空器呼號”+“指令動作”等信息組成。有效的動作狀語主要有跑道編號XX、滑行道編號XX、高度XX、保持XX等。有效的指令動作主要有進滑行道、進跑道、可以起飛等。步驟3包括如下步驟：步驟3-1，管制系統(tǒng)服務器啟動管制指令識別程序讀取文本信息內容，在文本信息中檢索管制指令關鍵字集中的航空公司名稱，檢索出航空公司后，后面的4位數(shù)字為航班編號。如檢索出“東方”，查找后面的4個數(shù)字為“洞兩三四”，可以得出航空器呼號為“CES0234”；如果檢索出航空公司名稱，執(zhí)行步驟3-2，否則判定為無效管制指令；步驟3-2，在文本信息中檢索指令動作，檢索出指令動作后，前面或后面的字母、數(shù)字、單位為動作狀語，如檢索出“進滑行道”，后面的指令狀語為“L35”，可以得出整條指令為“CES0234進滑行道L35”；如果檢索出航空器呼號、指令動作和動作狀語的組合或航空器呼號和指令動作的組合，判定管制指令有效，否則判定為無效管制指令。步驟4包括如下步驟：步驟4-1，從管制指令中提取出目標標識(如航班號)，使用該標識與系統(tǒng)所有航跡進行關聯(lián)，通過匹配目標標識，在系統(tǒng)目標中找到管制指令所指的目標，對該目標進行軌跡預測；步驟4-2，未來運行軌跡推測：采用直接外推法和結合空管基礎數(shù)據(jù)預測法預測未來VSP時間(如三分鐘)的運行軌跡。步驟4-2中，如果管制指令是運動位置的改變，采用航跡外推的方法預測未來VSP時間的運行軌跡，如果與計劃軌跡一致，則按實時運動狀態(tài)與計劃軌跡融合推測運動軌跡，具體包括：考慮目標在二維平面中的運動，根據(jù)如下二維目標運動學方程組計算其中為橫軸方向速度，為縱軸方向速度，為目標切向加速度，為目標轉彎加速度：其中，(x,y)為目標的位置，v(t)為目標的切向速度，為目標航向改變的角度，aq(t)和af(t)分別為目標運動的切向加速度和法向加速度，t表示相對于開始狀態(tài)的秒數(shù)，取值范圍是0到65535；假設aq(t)＝0，af(t)為常數(shù)，則目標運動包含以下兩種形式：當af(t)＝0時，目標做直線運動，當af(t)≠0時，目標做曲線勻速運動，設即ω代表目標的轉彎角速度，通過如下公式計算目標k+1時刻的的轉彎角速度ω：其中，ωk為目標k時刻的轉彎角速度，T為采樣間隔，τω為角速度的時間相關常數(shù)，wω,k為白噪聲；目標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k時刻的橫軸位置、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：轉移矩陣A(ω)由二維目標運動學方程離散化得到，具有兩種形式：當ω＝0時：當ω≠0時：通過矩陣計算，得到外推軌跡k時刻的橫軸位置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場跑道、跑道等待點、滑行道、起飛程序、降落程序、停機位、航路航線、走廊口點、導航點信息，使用這些信息預測未來VSP時間的運行軌跡。步驟5包括如下步驟：步驟5-1，設置判斷參數(shù)，包括預測時間、水平間隔標準和垂直間隔標準，預測時間是判斷沖突時系統(tǒng)向前推測的時間，水平間隔標準是航空器之間需要滿足的最小水平間隔，垂直間隔標準是航空器之間需要滿足的最小垂直間隔；步驟5-2，對沖突進行預判，排除與待處理航空器正在遠離的航空器，排除與待處理航空器之間的距離超過一定范圍(一般為100公里)的航空器；步驟5-3，對待處理航空器與其他所有航空器進行沖突判斷：以設置的間隔時間(如3秒)為間隔進行沖突判斷，到設置的最大預測時間(如3分鐘)結束為止，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準，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準，只要有一次同時違背水平和垂直間隔標準，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自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種基于管制語音的沖突告警方法，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線電通話時的語音信息，使用可變系統(tǒng)參數(shù)VSP設置分隔時間，確定語音信息是否為一段管制指令，如果是，將一段管制指令通過語音通信單元VCU的記錄輸出端口輸入到管制席位聲卡的語音輸入口，否則丟棄該段語音信息；聲卡把語音模擬信號轉換為數(shù)字信號，將數(shù)字信號發(fā)送給PC總線；步驟2，將步驟1采集的數(shù)字信號轉換為文本信息，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)服務器數(shù)據(jù)庫中已建的管制指令關鍵字集對文本信息內容進行檢索，檢索出有效管制指令，有效管制指令包括航空器呼號、指令動作和動作狀語；步驟4，根據(jù)步驟3提取出的管制指令，結合管制系統(tǒng)服務器中已有的航空器信息，關聯(lián)相關航空器，推測待處理航空器當前至未來VSP時間的運行軌跡，形成預測軌跡；步驟5，根據(jù)步驟4得到的預測軌跡，結合管制系統(tǒng)內其他航空器的當前位置、運動狀態(tài)或預測軌跡，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。

【技術特征摘要】
1.一種基于管制語音的沖突告警方法，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線電通話時的語音信息，使用可變系統(tǒng)參數(shù)VSP設置分隔時間，確定語音信息是否為一段管制指令，如果是，將一段管制指令通過語音通信單元VCU的記錄輸出端口輸入到管制席位聲卡的語音輸入口，否則丟棄該段語音信息；聲卡把語音模擬信號轉換為數(shù)字信號，將數(shù)字信號發(fā)送給PC總線；步驟2，將步驟1采集的數(shù)字信號轉換為文本信息，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)服務器數(shù)據(jù)庫中已建的管制指令關鍵字集對文本信息內容進行檢索，檢索出有效管制指令，有效管制指令包括航空器呼號、指令動作和動作狀語；步驟4，根據(jù)步驟3提取出的管制指令，結合管制系統(tǒng)服務器中已有的航空器信息，關聯(lián)相關航空器，推測待處理航空器當前至未來VSP時間的運行軌跡，形成預測軌跡；步驟5，根據(jù)步驟4得到的預測軌跡，結合管制系統(tǒng)內其他航空器的當前位置、運動狀態(tài)或預測軌跡，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中所述航空器呼號包括航空公司名稱和航班編號，航班編號由三位或四位數(shù)字表示。3.根據(jù)權利要求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)服務器啟動管制指令識別程序讀取文本信息內容，在文本信息中檢索管制指令關鍵字集中的航空公司名稱，如果檢索出航空公司名稱，執(zhí)行步驟3-2，否則判定為無效管制指令；步驟3-2，在文本信息中檢索指令動作，檢索出指令動作后，前面或后面的字母、數(shù)字、單位為動作狀語，如果檢索出航空器呼號、指令動作和動作狀語的組合或航空器呼號和指令動作的組合，判定管制指令有效，否則判定為無效管制指令。4.根據(jù)權利要求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標識，使用該標識與系統(tǒng)所有航跡進行關聯(lián)，通過匹配目標標識，在系統(tǒng)目標中找到管制指令所指的目標，對該目標進行軌跡預測；步驟4-2，未來運行軌跡推測：采用直接外推法和結合空管基礎數(shù)據(jù)預測法預測未來VSP時間的運行軌跡。5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟4-2中，如果管制指令是運動位置的改變，采用航跡外推的方法預測未來VSP時間的運行軌跡，如果與計劃軌跡一致，則按實時運動狀態(tài)與計劃軌跡融合推測運動軌跡，具體包括：考慮目標在二維平面中的運動，根據(jù)如下二維目標運動學方程組計算其中，其中為橫軸方向速度，為縱軸方向速度，為目標切向加速度，為目標轉彎加速度，(x,y)為目標的位置，v(t)為目標的切向速度，為目標航向改變的角度，aq(t)和af(t)分別為目標運動的切向加速度和法向加速度，t表示相對于開始狀態(tài)的秒數(shù)，取值范圍是0到65535；假設aq(t)＝0，af(t)為常數(shù)，則目標運動包含以下兩種形式：當af(t)＝0時，目標做直線運動，當af(t)≠0時，目標做曲線勻速運動，設即ω代表目標的轉彎角速度，通過如下公式計算目標k+1時刻的的轉彎角速度ω：其中，ωk為目標k時刻的轉彎角速度，T為采樣間隔，τω為角速度的時間相關常數(shù)，wω,k為白噪聲；目標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k時刻的橫軸位置、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：轉移矩陣A(ω)由二維目標運動學方程離散化得到，具有兩種形式：當ω＝0時：當ω≠0時：通過矩陣計算，...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：陳平，劉巖，嚴勇杰，鞠瑞林，徐善娥，王虎，肖雪飛，童明，李加慶，張陽，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第二十八研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32