模拟机飞行训练数据采集及质量评估系统技术方案

本发明专利技术属于航空训练领域，涉及到模拟机飞行训练数据采集及质量评估系统及其技术解决方案，特别是涉及到对模拟机训练系统显示器中的飞行数据进行视频采集，应用图像处理技术对视频分帧后的图像进行预处理，通过模式识别技术识别出图像中的飞行数据，对模拟机训练过程中的飞行轨迹进行三维仿真进而进行教学评估，并针对典型性问题归纳总结附带飞行训练视频一并上传到视频服务器，提供共享和学习平台。在与模拟机系统保持完全隔离，不与模拟机本身系统有数据连接通道的情况下，准确采集飞行数据，再现飞行员训练过程并对其进行质量评估的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航空训练领域，涉及到模拟机飞行训练数据采集及质量评估系统及其 技术解决方案，特别是涉及到对模拟机训练系统显示器中的飞行数据进行视频采集，应用 图像处理技术对视频分帧后的图像进行预处理，通过模式识别技术识别出图像中的飞行数 据，对模拟机训练过程中的飞行轨迹进行三维仿真进而进行教学评估，并针对典型性问题 归纳总结附带飞行训练视频一并上传到视频服务器，提供共享和学习平台。
技术介绍
飞行员培训是民航业事业蓬勃发展和保持更高安全水平的基础性工作，其教学工 作以学习的渐进原理为设计依据，注重将知识积累和飞行技能实践相结合。该行业特有的 严谨性和复杂性迫切需要相应的软件产品为其飞行训练教学工作提供技术支持和保证。加 大飞行员训练投入、加快成才速度、提高训练质量是摆在各航空公司面临的重要课题。同 时，国内飞行员飞行时间较短，实战训练较少，模拟真实飞行的飞行训练系统显得格外重 要，因此模拟机训练器教学在训练体系中占有相当重要的地位，是整体训练大纲的一个重 要组成部分，而重飞机训练轻模拟机训练器带飞的观点是制约提高教学质量的一个重要因ο用于训练飞行员的飞行模拟机和飞行训练设备有许多种类，从可模拟各种飞机通 用系统的部分功能训练器(Part-Task Trainer, PTT)，练习操作与仪表检查的驾驶舱程序 训练器(Cockpit Procedures Trainer，CPT)，到最复杂的全功能飞行模拟机(Full Flight Simulator, FFS)。较高等级的全功能飞行模拟机可以做出有6个自由度的全方位移动，同 时也有广角高传真的视觉系统来模拟窗外的景色。包含了拟真的驾驶舱与视觉系统的模拟 器座舱是装在由6支起重轴支撑的运动平台上，借由电脑的控制可以提供三个轴线的线性 运动与旋转，就如同一个真实的自由物体在空间的运动状况。三种旋转分别是俯仰(机头 朝上或下)、滚转(某一面机翼朝上或下)与偏转(机头朝左或右)；而三种线性运动分别 是起伏(上下移动)、横移(左右移动)以及纵移(向前加速或减速)。飞行模拟器也用于训练机组成员的正常和紧急作业程序。所以使用模拟器可训练 飞行员处理各种飞机在有问题或不安全的情况下，诸如发动机故障、液压或电气系统失灵、 仪表失常等等。现代的飞行模拟器，集计算机、机械、电气、电子、自动控制、液压、光学等技术于一 身，是一种十分复杂、精密的高科技设备。自2007年起，飞行模拟机制造公司-加拿大CAE 公司提出了一种模拟机新技术-SimXXI，该技术的提出是对传统模拟机生产技术的挑战，主 要从以下几个方面定义(1)模块化设计；(2)基于windows的计算机结构；(3) —对一的接 口设计；⑷维护导向设计；(5)连接CAE文档体系的树状诊断系统；(6)部件集成化高，数 量减少；(7)较轻的模拟机结构。其中模块化设计就是将整台飞行模拟机分解为一个个典 型的模块式结构，可以根据不同的机型要求进行灵活组合，安装成适合需要的模拟机整体， 便于实现产品的批量化和标准化，有利于后期的维护和使用；基于windows的计算机结构打破了传统模拟机采用小型机+AIX操作系统的旧模式，采用基于windows和PC计算机的 分布式结构，可以更加方便的操纵模拟机；一对一的接口设计采用Super C总线控制结构， 模块化控制各种电子设备，实现了 一块接口卡控制一个电子设备，同时采用了相对集中、标 准化的接口卡，从而大大方便了模拟机的维护和使用；树状诊断系统和维护导向设计基于 计算机结构和一对一的接口设计使SimXXI实现对系统的软硬件的自动诊断，维护工程人 员还可以通过模拟机厂家建立的强大的模拟机维护信息网站迅速了解模拟机的维护信息， 按照网站的维护导向一步步解决问题，给维护工作带来极大地方便；较轻的模拟机结构使 整个模拟机重量减轻，能够给迅速的响应运动；同时CAE的模拟机开始采用电动式运动系 统代替传统的液压式运动系统，使模拟机的电能消耗减少了三分之二，减少了液压工作站、 水冷却循环系统带来的问题，增强了使用寿命，也提高了模拟机的训练质量。随着科学技术的进步，飞行模拟机也变得越来越先进，越来越逼真，但是应用在模 拟机训练过程中的教学评估手段却没有得到及时的更新，而目前国内民航训练用模拟机依 赖进口，国外公司对其系统进行一定的技术保护，限制在模拟器使用计算机上安装任何软 件，并对系统的维护和升级都收取非常高的费用。在与模拟机系统保持完全隔离的条件下，开发模拟机的辅助训练系统，需要取得 准确的飞行模拟训练数据，在国外公司的限制下，较难自行设计系统。这也成为了民航训练 行业发展的一个瓶颈，突破国外的技术封锁，开发自己的具有针对性的模拟机飞行数据采 集与质量评估系统显得尤为重要。据专家介绍类似的开发项目在国内还没有研制成功的记 录，有少数国家的航空公司拥有类似的系统，但价格昂贵，增加了模拟机训练费用。
技术实现思路
本专利技术的目的是在与模拟机系统保持完全隔离的条件下，提供一种方法准确采集 到模拟机训练过程的各种飞行数据，在此基础上对模拟机飞行轨迹进行三维仿真，重现飞 行员的飞行状态，用于教学点评，并提供视频共享与学习平台。解决了在不与模拟机本身系 统有数据连接通道的情况下，准确采集飞行数据，再现飞行员训练过程并对其进行质量评 估的问题。本专利技术的技术解决方案如下本系统直接针对计算机屏幕上显示的模拟机数据， 应用图像处理技术和模式识别技术，识别出模拟飞行训练过程中的各参数，并记录到数据 库中，基于采集到的各种飞行数据，运用三维仿真技术，对训练过程中的飞行数据、飞行动 作、操作流程以及仪表显示进行再现，对于典型问题评估将与对应视频一并上传到视频服 务器。一、飞行数据的采集及识别过程(一)数据采集数据采集系统的种类主要分为两类设备类和网络类。本系统中数据采集子系统 为设备类，数据采集来源于模拟机飞行训练系统中飞行数据的显示设备，并没有关联到外 界的网络数据库，主要包括1、两个分频设备分频设备将模拟机主机柜中的飞行数据流的VGA信号一分为二，一路直接传送到 显示器中，另一路经过信号转换设备转换成AV信号，传送到8路视频服务器中。2、信号转换设备VGA视频信号的带宽及信息要求量太大，为了方便后期数据识别过程，信号转换设 备用于将模拟机中的VGA信号转换成AV信号。3、3个摄像头(含声音)3个摄像头其中一个用于采集模拟机训练室内的飞行员训练的视频和音频信息， 另外两个分别采集模拟机上仪表的两个侧面的视频信息，用于后面的图像校正和融合。4、8路视频服务器视频服务器中包含两块数据采集卡，用来接收摄像头传送的视频信息及从模拟机 机柜中传送过来的飞行数据视频信息，并且能够同时显示8路视频信息，把飞行员飞行训 练过程、飞行数据、模拟机中的仪表显示、甚至后期的三维再现视频等视频流集成到同一平 台中，实现各视频的同时播放，方便教员及检查员对受训队员的飞行过程从各个角度进行 评估，真正意义上提高训练质量。(二)数据识别1、视频分帧视频是由一系列连续变化的静态图像经过一定的技术处理而形成，通常所说的帧 数是1秒内变化的图像数，帧则是变化中的某一副静止图像。视频分帧就是把视频分离为 一幅幅的静态图像，存储到专门的文件夹内，方便之后识别其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟机飞行训练数据采集与质量评估系统，包括数据采集、三维仿真与质量评估、视频共享与学习平台，其特征是对模拟机训练系统显示器中的飞行数据进行视频信息采集，利用图像处理和模式识别技术识别数据，进行三维仿真，方便质量评估和视频共享学习。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，种法锋，
申请(专利权)人：刘宇，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]