[發明專利]一種飛機座艙飛行員動作特征識別系統及方法

在審

• 申請號: 201610072577.2
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105760823A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 孫有朝;張燕軍;談衛;劉璐
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 黃成萍

1.一種飛機座艙飛行員動作特征識別系統，其特征在于包括：情境設定模塊、情境顯示模塊、硬件編碼功能模塊、動作特征點標記功能模塊、動作數據傳感模塊和動作特征監控與辨識模塊；其中，

情境設定模塊向情境顯示模塊提供飛機在不同飛行階段中的艙外場景設置數據和艙內儀表顯示方式設置數據，以及設定情境顯示模塊對于艙外場景的顯示順序；所述飛行階段包括：滑行和起飛階段、爬升階段、巡航階段、下降階段、進場和著陸階段；

情境顯示模塊根據艙外場景設置數據、艙內儀表顯示方式設置數據以及預先設定的顯示順序，向飛行員顯示不同飛行階段對應的艙外場景和艙內儀表數據信息，作為飛行員做出相應操作動作的判斷基礎；

硬件編碼功能模塊為飛行員提供適用于不同飛機設計方案的座艙內操控設備布局并記錄操控設備布局信息；操控設備布局信息包括：操控設備種類編碼數據、操控設備位置數據、操控設備間距數據和操控設備排列順序數據；

動作數據傳感模塊采集飛行員的動作行為數據并實時發送給動作特征監控與辨識模塊；動作行為數據包括：飛行員在操作每個操控設備時各活動關節的位置、活動方向和速度數據；

動作特征點標記功能模塊記錄飛行員的動作特征數據并發送給動作特征監控與辨識模塊；所述動作特征數據包括：針對每個操作設備飛行員所做動作的起始點、終止點、動作持續時間，飛行員進行操作動作的間隔時間，以及在不同飛行階段中對于操作設備的動作順序；

動作特征監控與辨識模塊根據動作行為數據和動作特征數據將飛行員操作動作執行過程基于虛擬人體模型進行動作實時重現及動作幅度范圍的辨識。

2.根據權利要求1所述的一種飛機座艙飛行員動作特征識別系統，其特征在于，所述動作數據傳感模塊包括分布于飛行員各活動部位的傳感器，傳感器采集飛行員的動作行為數據并通過無線傳輸方式發送給動作特征監控與辨識模塊；所述活動部位包括頭部、胸部、腹部、肩部及四肢。

3.根據權利要求1所述的一種飛機座艙飛行員動作特征識別系統，其特征在于，所述操控設備包括駕駛桿(盤)、油門桿、腳蹬、按鈕、撥鈕、旋鈕、手輪。

4.一種飛機座艙飛行員動作特征識別方法，其特征在于包括：

步驟1：根據飛機座艙設計方案和試驗分析需求，為飛行員操縱預先排定動作順序流程，包括艙外場景的設定及內部儀表信息數據變化方式；

步驟2：飛行員根據情境顯示模塊提供的艙外場景和艙內儀表數據信息以及硬件編碼功能模塊提供的操控設備布局信息做出相應操作執行動作；

步驟3：將操作執行過程分解為在不同飛行階段、針對不同操控設備的多個動作；通過動作數據傳感模塊采集飛行員的動作行為數據并實時發送給動作特征監控與辨識模塊；通過動作特征點標記功能模塊記錄飛行員的動作特征數據并發送給動作特征監控與辨識模塊；

步驟4：動作特征監控與辨識模塊建立虛擬飛行員人體模型，根據動作行為數據和動作特征數據將飛行員操作動作執行過程基于虛擬人體模型進行動作實時重現及動作幅度范圍的辨識。

5.根據權利要求4所述的一種飛機座艙飛行員動作特征識別方法，其特征在于，所述步驟3中通過動作數據傳感模塊采集飛行員的動作行為數據的過程包括：

以各活動部位為原點分別建立坐標系，動作數據傳感模塊采集每個坐標系中活動部位的動作行為數據；

所述步驟4中動作特征監控與辨識模塊基于虛擬人體模型進行動作實時重現的過程包括：

定義飛機座艙為參考坐標，并定義旋轉參考矢量μ，將以各活動部位為坐標原點的動作行為數據通過繞旋轉參考矢量μ轉動轉化為以飛機座艙為參考坐標的數據；將飛行員各活動部位的動作方向用一個四元數q表示：

q＝a+ib+jc+kd

q=abcd=cos(μ/2)μx/μsin(μ/2)μy/μsin(μ/2)μz/μsin(μ/2)]]>

其中，a、b、c、d為q的四個分量；μ_x、μ_y、μ_z為矢量μ的分量，μ為矢量μ的大小值。