飞机操作差错探测方法和系统与流程

本发明涉及航空器领域，尤其涉及飞机操作差错探测方法和系统。

背景技术：

飞机驾驶员在从起飞到降落整个飞行剖面中承担重要的驾驭飞机和管理飞行的任务，对于安全性要求非常高的设备或功能来说，操纵过程中一旦出现人为操作差错，其后果将会非常严重，甚至会出现航空灾难事故。

近年来，随着民机自动化水平的提高，机械设备及自动化系统因素导致的民机事故逐渐减少，同时，民机驾驶员的不当操作原因占事故比例逐年增高。统计资料显示，人为操作差错导致的事故在飞行事故中占据非常大的比例。一般认为，在民航事故中，人为差错导致的事故占事故总数的比例不低于70％。尽管现在飞机的操作设置自动化水平较高，由于机械设备及自动化系统因素导致的民机事故逐渐降低，但飞行操作仍需要飞行员的人为介入，长时间的注意力集中、轮班工作引起的飞行员感知能力下降以及人为失误的存在就意味着事故、事件的发生。众多周知，人在本质上会出错，期望人不出错来保证飞行安全的想法是不现实的。我们只能寄希望于改进飞机系统本身的防错和容错功能来大幅度控制和降低人为差错。

目前，针对飞机飞行员人为差错的研究立足于以理论研究为主，在避免人为差错行为上采用的措施主要包括机载设备的防差错设计、系统的冗余设计以及涉及安全的飞行包线保护等针对可能使飞行员出错的设备和系统施加保护措施，而不能直接从飞行员的操作行为上识别潜在的风险。人为因素是一项复杂的系统工程，而人的行为是不可控的。按照NASA的研究，人是不可控的飞机监控者，如何在其操作失误前识别其操作行为特性成为业界研究的重点，也是本发明所要解决的技术问题。

因此，为了提高飞机的安全运行水平，必须探测、控制和/或减少飞机驾 驶员的不当操作行为。

技术实现要素：

本发明针对飞机人为操作因素进行研究，并设计针对飞机飞行员人为操作差错行为进行识别、探测和管理的机载系统或设备/方法。本发明设计了一种航空飞行员在值勤期间的机上基本操作行为探测系统和方法。本发明的主要功能包括：飞行员操作行为编码、飞行员操作行为探测、人为差错的自动识别与管理、人为差错告警与提示。本发明能较好地解决人为失误问题：对飞机驾驶员基本操作行为的量化描述，即建立飞机驾驶员基本操作行为编码规则，在编码规则的基础之上建立标准操作程序的数字化编码库，形成基准操作序列；对驾驶员操作行为进行实时监测，形成实时操作码，两者对比，可以及时发现驾驶员的错误操作，并设计一种探测系统，通过系统及时提醒飞行员，避免其在错误操作后仍然不知，最终导致飞行员失去对情景意识的准确判断。

在根据本发明的一个实施例中，提供了一种飞机操作差错探测系统，包括：信息采集组件，用于采集飞机参数；操作编码组件，用于根据由所述信息采集组件采集的飞机参数来估计所执行的操作并根据预定操作编码方案对每个操作进行编码以形成操作序列；操作分析组件，用于根据基准序列来评估所述操作序列是否包括错误操作并基于错误操作确定是否产生告警。

在一方面，所述操作分析组件将所述操作序列与所述基准序列作比较以确定所述操作序列是否包括与所述基准序列不符的错误操作。

在一方面，所述操作分析组件根据飞机所处的飞行状态来选择恰当的基准序列以评估所述操作序列。

在一方面，每个操作与预定义的事故概率相关联，所述操作分析组件统计与所述操作序列中的错误操作相关联的事故概率以生成累积事故概率，并且在所述累积事故概率超过危险阈值时确定要产生告警。

在一方面，所述操作分析组件计算与所述操作序列中的错误操作相关联的事故概率的加权值来生成累积事故概率。

在一方面，所述操作分析组件基于PDA模型来评估所述操作序列可能造成事故的事故概率，所述PDA模型包括关于感知P、决策D、和动作A的认 知。

在一方面，所述操作分析组件建立所述基准序列与所述操作序列的关联矩阵，并使用所述PDA模型来评估所述操作序列是否包括错误操作以及所述错误操作可能造成事故的事故概率。

在一方面，所述PDA模型模拟导致所述错误操作的行为生成路径，所述行为生成路径包括使飞行员执行操作的多个影响因素PIF，所述PDA模型评估所述行为生成路径上的多个影响因素PIF造成事故的量化评估值，并对所述量化评估值进行加权总和以生成累积事故概率，并且在所述累积事故概率超过危险阈值时确定要产生告警。

在一方面，所述多个影响因素PIF包括以下至少一者：飞行员身体因素、飞行员心智状态、飞行员记忆信息、飞行员个性因素、机组相关因素、环境因素、组织相关因素。

在一方面，所述告警包括警告、注意、提示、状态等级中的至少一者。

在一方面，所述飞机操作差错探测系统还包括：告警组件，其在所述操作分析组件确定要产生告警时产生音频告警、信息显示告警、灯光显示告警中的至少一者。

在一方面，所述飞机操作差错探测系统还包括机载维护系统以记录告警信息。

在一方面，所述飞机参数包括以下至少一者：操纵杆的偏移量、行程；飞行参数；操作部件的当前状态；操作部件变化时间；以及飞机部件的当前数据。

在一方面，所述操作序列和基准序列中的每一个操作被编码成包括以下一者或多者：表示操作主体和动作的缩略码；表示动作次序的顺序码；表示操作属性的特征码；表示操作对象位置的位置码；表示操作时间的时间码；以及用于验证操作编码是否正确的校验码。

在一方面，所述操作属性包括操作重叠性、连接性、可读取性中的至少一者。

在一方面，所述操作时间包括操作的开始时间、持续时间、和/或与先前/后续操作的时间间隔。

在根据本发明的另一实施例中，提供了一种飞机操作差错探测方法，包括： 采集飞机参数；根据所采集的飞机参数来估计所执行的操作并根据预定操作编码方案对每个操作进行编码以形成操作序列；根据基准序列来评估所述操作序列是否包括错误操作；以及基于错误操作确定是否产生告警。

在一方面，所述飞机操作差错探测方法还包括：将所述操作序列与所述基准序列作比较以确定所述操作序列是否包括与所述基准序列不符的错误操作。

在一方面，所述飞机操作差错探测方法还包括：根据飞机所处的飞行状态来选择恰当的基准序列以评估所述操作序列。

在一方面，每个操作与预定义的事故概率相关联，所述方法还包括：统计与所述操作序列中的错误操作相关联的事故概率以生成累积事故概率，并且在所述累积事故概率超过危险阈值时产生告警。

在一方面，所述飞机操作差错探测方法还包括：计算与所述操作序列中的错误操作相关联的事故概率的加权值来生成累积事故概率。

在一方面，所述飞机操作差错探测方法还包括：基于PDA模型来评估所述操作序列可能造成事故的事故概率，所述PDA模型包括关于感知P、决策D、和动作A的认知。

在一方面，所述飞机操作差错探测方法还包括：建立所述基准序列与所述操作序列的关联矩阵；以及使用所述PDA模型来评估所述操作序列是否包括错误操作以及所述错误操作可能造成事故的事故概率。

在一方面，所述PDA模型模拟导致所述错误操作的行为生成路径，所述行为生成路径包括使飞行员执行操作的多个影响因素PIF，所述PDA模型评估所述行为生成路径上的多个影响因素PIF造成事故的量化评估值，并对所述量化评估值进行加权总和以生成累积事故概率，并且在所述累积事故概率超过危险阈值时产生告警。

在一方面，所述多个影响因素PIF包括以下至少一者：飞行员身体因素、飞行员心智状态、飞行员记忆信息、飞行员个性因素、机组相关因素、环境因素、组织相关因素。

在一方面，所述告警包括警告、注意、提示、状态等级中的至少一者。

在一方面，所述飞机操作差错探测方法还包括：在确定要产生告警时产生音频告警、信息显示告警、灯光显示告警中的至少一者。

在一方面，所述飞机操作差错探测方法还包括：通过机载维护系统记录告警信息。

在一方面，所述飞机参数包括以下至少一者：操纵杆的偏移量、行程；飞行参数；操作部件的当前状态；操作部件变化时间；以及飞机部件的当前数据。

在一方面，所述操作序列和基准序列中的每一个操作被编码成包括以下一者或多者：表示操作主体和动作的缩略码；表示动作次序的顺序码；表示操作属性的特征码；表示操作对象位置的位置码；表示操作时间的时间码；以及用于验证操作编码是否正确的校验码。

在一方面，所述操作属性包括操作重叠性、连接性、可读取性中的至少一者。

在一方面，所述操作时间包括操作的开始时间、持续时间、和/或与先前/后续操作的时间间隔。

本发明可应用于飞机飞行员在飞行操作过程中产生差错时及时告警并提示飞行员注意，从而避免或减少因人为差错造成的飞机事故和事件。本发明所提出的方法、体系和设计方案将为国际飞机人为因素研究提供良好的实践基础，也将广泛应用到飞机飞行员人为差错探测设备和系统的开发中。本发明同样适用于需要人为操作的其他航空器。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的航空飞行员操作行为编码方法。

图2示出了根据本发明的一个实施例的飞机爬升阶段操作流程图。

图3示出了飞机一级位置特征示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的飞机操作差错探测系统的框图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的告警示意图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的PDA模型框架示意图。

图7示出了根据本发明的一个实施例的飞机操作差错探测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

根据本发明的一个方面，为了能较好地解决人为操作失误问题，可以对飞机驾驶员基本操作行为进行量化描述，即建立飞机驾驶员基本操作行为编码规则，在编码规则的基础之上建立基准操作程序的数字化编码库，形成基准操作序列。该操作行为编码可例如由飞机制造商、航空公司或第三方等完成，并且所形成的基准操作序列可被广泛地应用于相同机型的所有飞机，或者可以针对某些机型或任务定制特殊的基准操作序列，本发明在这方面不受限制。

根据本发明的进一步方面，在飞机飞行操作期间可以对驾驶员操作行为进行实时监测，形成实时操作序列，将实时操作序列与预先编制/加载的基准操作序列进行对比，可以及时发现驾驶员的错误操作。在检测到操作差错的情况下，本发明的飞机操作差错探测方法和系统可以及时提醒飞行员或采取恰当的补救措施，避免飞行员在错误操作后仍然不知，最终导致飞行员失去对情景意识的准确判断。

以下分别针对操作行为编码和操作差错探测进行详细描述。

操作行为编码

根据本发明的一个方面，从系统设计角度预防操作错误的措施主要有：

1、系统设备的有效信息反馈：在设计上采用提醒标志以使错误操作不会继续进行下去，即一旦发生人为操作差错时，系统本身会提供明确的反馈信息，提醒操作者纠正错误。

2、联锁设计：当机器状态不允许采取某种操作时，用适当的电路或机构控制，避免由于人为操作失误而导致故障。

3、“唯一性”设计：指系统操作只有一种状态(即要求正确位置)才能被接受，其它状态都是排斥的，这就能从根本上消除错误操作。

4、“允许差错”设计：人为操作差错中的相当一部分是遗忘和失误造成的，“允许差错”设计是指允许上述差错存在，而不危及飞机的安全。例如， 采用顺序控制的方法，完全由操作程序(即只有在前一程序完毕后才能进行后一程序的操作)进行控制就可以防止差错的出现。

5、提高机器的工作自动化程度：机器的自动化程度愈高，操作的数量和程序就愈少、愈简单，对操作者的技能要求也愈低，因此出错的可能性也就愈少。

根据本发明，可以通过一种实现方式来达成以上5个方面的预防操作错误的措施，即对标准操作程序建立数字化编码库，形成基准操作序列。在飞机操作过程中，可以将针对驾驶员操作所检测和形成的实时操作码与该基准操作序列进行对比，以发现驾驶员是否进行了错误操作。

做这项工作的前提是对飞机驾驶员基本操作行为的量化描述，即建立飞机驾驶员基本操作行为编码规则。为此，本方面对飞机驾驶员基本操作行为特征进行研究，并试图将驾驶员的动作进行编码，实现其规范化表达和量化描述，为计算机自动探测和识别人为差错提供一种新的解决思路，充实完善现有告警和提醒功能，降低驾驶员发现错误操作的难度，为差错预防和风险规避提供参考，从根本上提高飞行安全水平。

图1示出了根据本发明的一个实施例的航空飞行员操作行为编码方法。该操作行为编码方法通过将复杂的操作过程逐步加以分解剖析以保证驾驶员操作行为正确，并且可包括以下几个步骤：

步骤102：对驾驶员程序和操作进行全面记录。

例如，可观察飞行员使飞机状态发生改变所进行的一系列操作的集合。可采用操作流程图来记录程序，采用人机操作图来记录操作，从而记录直接观察到的驾驶员从第一个操作到最后一个操作的每一事件，从第一个动作到最后一个动作的每一步骤，从而更清晰地描绘整个操作流程。此外，还可以对所记录的每一件事情的目的、发生的地点、完成的顺序、当事人、采用的方法等等逐项进行考察。

步骤110：通过5W1H分析法(Five Ws and one H，也称六何分析法)和ECRS分析原则对所记录的驾驶员程序和操作进行分析，然后按照ECRS分析原则来建立最简洁的操作流程。

步骤110具体可包括子步骤112(任务分析)、子步骤114(规则分析)、 子步骤116(统计动作的使用频度)、以及子步骤118(得出动素)。以下分别进行说明。

子步骤112：任务分析

任务分析是以整个操作流程为对象进行宏观分析，分析目的是查找所记录的操作流程的缺漏以及多余重复之处，从而获得最完善的流程。作为示例，以下参照图2来对任务分析进行说明。

图2是根据本发明的一个实施例的飞机爬升阶段操作流程图。爬升阶段是指由起飞端终止高度爬升至巡航高度的阶段。为了更清楚的介绍程序和操作分析过程，我们以爬升阶段为例记录驾驶员操作过程并与标准操作手册比较，借助分析原则进行分析。作为示例而非限制，针对爬升阶段操作流程的任务分析如下表1所示。

表1爬升阶段操作步骤

如上任务分析可以获得针对每种任务的完整流程，同时能找出所记录的操作流程的缺漏以及多余重复之处。以上针对爬升阶段操作流程的任务分析仅仅是一个示例，本领域技术人员在本发明的教导下可以针对其他飞行任务(例如但不限于，改变速度、调节巡航高度、着陆等)进行操作流程分析，而不脱离本发明的范围。

回到图1，在执行步骤112的任务分析之后，可以继续执行规则分析114。

子步骤114：规则分析

按照5W1H法对所记录的事实采用提问技术逐项提问，以获得5W1H的内容。此处仅以爬升过程中的一小部分为例，假如存在积冰情况且静压空气温度低于零下40度，接下来的操作是打开发动机防冰，可采用的提问如下：

问：完成了什么？

答：打开了上顶板防冰面板上的发动机1、2电门。

问：为什么？

答：如果推荐的防冰程序没有使用，可能会致使发动机失速、超温，或发动机损伤。

问：何处做？

答：驾驶舱。

问：为何在此处？

答：驾驶舱是驾驶员工作的场所。

问：什么时候打开？

答：有或预计有积冰条件的情况。

问：为何在此时打开？

答：延迟打开发动机防冰可导致发动机损坏或者熄火。

问：由谁来打开？

答：驾驶员。

问：为何需要驾驶员来操作？

答：驾驶舱不可能有其他人。

问：如何做？

答：驾驶员伸出一只手，用食指分别按压上顶板防冰面板上的发动机1、2电门使其打开，收回手。

问：他为何要这样打开？

答：驾驶舱内再无其他适合按压电门的东西。

打开发动机防冰后下一个动作是调节TILT旋钮，可采用的提问如下：

问：完成了什么？

答：调节了TILT旋钮。

问：为什么？

答：随着飞机飞行垂直高度的改变，危险气象情况位置与飞机所成角度发生变化，为了更全面的掌握气象情况，则需要调整气象雷达角度。

问：何处做？

答：驾驶舱。

问：为何在此处？

答：驾驶舱是驾驶员工作的场所。

问：什么时候调整？

答：飞机飞行垂直高度改变时。

问：为何在此时调整？

答：此时不改变调整TILT旋钮可能会导致对危险气象信息的接收不完全。

问：由谁来打开？

答：驾驶员。

问：为何需要驾驶员来操作？

答：驾驶舱不可能有其他人。

问：如何做？

答：驾驶员伸出一只手，用拇指和食指持住TILT旋钮，根据导航显示选择范围，收回手。

问：他为何要这样打开？

答：驾驶舱内再无其他适合旋转的东西。

到达10000英尺后第一个操作是关闭着陆灯，可采用的提问如下：

问：完成了什么？

答：关闭了上顶板外部照明面板上的左、右着陆灯选择开关。

问：为什么？

答：飞机飞行到一定高度后不再需要外部照明，节约能源。

问：何处做？

答：驾驶舱。

问：为何在此处？

答：驾驶舱是驾驶员工作的场所。

问：什么时候关闭？

答：飞行高度超过10000ft之后。

问：为何在此时关闭？

答：10000ft以下最好不要进行需要花费时间的操作辅助设施工作。

问：由谁来关闭？

答：驾驶员。

问：为何需要驾驶员来操作？

答：驾驶舱不可能有其他人。

问：如何做？

答：驾驶员伸出一只手，用食指按压上顶板外部照明面板上的左、右着陆灯选择开关使其关闭，收回手。

问：他为何要这样关闭？

答：驾驶舱内再无其他适合按压开关的东西。

爬升阶段操作流程中的其他操作的提问如上。

通过以上规则分析，可以清楚每个任务/操作的5W1H。

子步骤116：统计动作的使用频度

通过对所记录的操作进行分析可以了解到驾驶员的操作动作，并对动作使用频度进行统计(例如，可利用人机交互方式)。此外，还可以对统计结果进行筛选，剔除极端数据。

子步骤118：得出动素。

基于以上执行的程序和操作记录、任务分析、规则分析、动作使用频度统计，可以确定基本动作(即，动素)特征集。驾驶员在飞行过程中的操作虽然千变万化，但是其完成任务的一系列动作，可以由一些基本动作构成，这些基本动作可被用作动素。

步骤120：验证动素可靠性。

对于基于执行飞行操作得出的动素，可以多方面验证总线动素可靠性。例如，每个动素适用的范围、应用于不同机型的可靠性等。作为示例，本发明以飞机驾驶员的基本操作行为作为参考进行分析，在经过六大原则和ECRS分析操作流程和操作步骤之后，确定了19个基本动作，这19个基本动作又称为19个动素。以下采用的基本动素的名称和定义仅作为示例而非限制，本领域技术人员可以基于本发明的原理针对其他航空器的基本操作行为来定义相应的动素，而不脱离本公开的范围。

动素名称、定义

(1)伸出(Reach-Rh)

定义：空手或脚移动，伸向目标。

起点：当手或脚开始朝向目的物的瞬间开始。

终点：当手或脚抵达目的物的瞬间结束。

分析：

①手或脚朝向目的物时、或在某一动素完成后手或脚须伸回时，发生“伸出”动素。

②“伸出”途中常有“预定位”伴生。

③“伸出”常在“放开”之后发生，或者在“握取”、“按压”或“踩”之前发生。

(2)握取(Grasp-Gp)

定义：利用手指或手掌充分控制物体。

起点：当手指或手掌环绕一物体，欲控制该物体的瞬间开始。

终点：当物体已充分被控制的瞬间结束。

分析：

①物体已被充分控制后之连续握取称为“持住”。

②此动素的定义的重点在于以手指或手掌围绕物体，戴手套握取也应归于“握取”，因为手套的目的在于保护手。

③“握取”常发生在“伸出”和“持住”之间。

(3)旋转(Whirl-Wl)

定义：物体围绕一中心轴运转。

起点：对物体施加沿半径指向圆心的力使其沿圆周开始运动的瞬间开始。

终点：物体恢复静止状态的瞬间结束。

分析：

①此动素常发生在“握取”与“放开”之间，其后常跟“检查”。

②操作愈熟练，此动素时间愈短。

(4)按压(Press-Ps)

定义：利用手指或手掌对物体施以力的作用来改变物体所处状态。

起点：当手指或手掌接触物体，欲对该物体施加力的瞬间开始。

终点：对物体施加力的过程结束的瞬间。

分析：

①“按压”通常包括下列三种情形：

A.由静止开始，此时所受合力最大。

B.物体速度达到最大，所受合力为零。

C.手指或手掌对物体施力结束，物体恢复静止。

②“按压”常发生在“伸出”之后。

(5)拔出(Pull Out-PO)

定义：对物体施加力以使物体向力来源的方向移动。

起点：开始对物体施加力的作用的瞬间。

终点：力的作用结束的瞬间。

分析：

①此动素后可跟“按压”。

②“拔出”所需时间常与物体的连接情况及松紧程度有关。

(6)踩(Tread-Td)

定义：利用脚充分控制物体。

起点：当脚触碰物体，欲控制该物体的瞬间开始。

终点：当物体已充分被控制的瞬间结束。

分析：

①此动素不能取消。

②与“握取”类似，踩常发生在“伸出”和“持住”之间。

(7)放开(Release-Re)

定义：将所控制物体放开。

起点：手或脚开始离开物体的瞬间开始。

终点：手或脚完全离开物体的瞬间结束。

分析：

①为“握取”“持住”的相反动素，是所有动素中费时最少的。

②“放开”在驾驶员操作过程中主要表现形式为触取放开。

③广义解释，身体的某部位控制物体状态的解除，亦可以视为“放开”。

(8)检查(Inspect-It)

定义：检验事物是否合乎标准。

起点：开始检查试验事物的瞬间。

终点：结果是否可接受被决定的瞬间。

分析：

①此动素为眼注视一物，而脑正在判断是否合格。

②此动素的重点是心理的反应。

③检验时，按照操作情况常用视觉、听觉、触觉等官能。

(9)报出(Report-Rt)

定义：通过语言表达方式作出对当前情况的简要说明。

起点：开始说明情况的瞬间。

终点：情况说明结束的瞬间。

分析：

①此动素常在“检查”之后。

②此动素的重点是脑和嘴的一致性。

③“报出”所需时间由人的精神状态、光线条件等确定。

(10)寻找(Search-Sh)

定义：眼睛或手摸索项目的位置。

起点：眼睛开始致力于寻找的瞬间。

终点：项目已被发现的瞬间。

分析：

①着重于心理活动的动素。

②操作愈复杂，记忆愈不稳定，寻找费时愈多。

(11)选择(Select-St)

定义：从同类项目中，选取其中一个。

起点：寻找的重点即为选择的起点。

终点：项目被选出。

分析：

①一般在“伸出”和“握取”之间发生。

②常与“握取”复合发生

③项目愈小，选择愈费时。

(12)计划(Plan-Pn)

定义：操作进行中，为决定下一步骤所做的考虑。

起点：开始考虑的瞬间。

终点：决定行动的瞬间。

分析：

①在操作中，此动素完全为心理的思考时间，甚难正确地观测出来。

②常与其他动素复合发生。

③操作愈熟练，此动素的时间愈短。

(13)持住(Hold-Hd)

定义：手指或手掌连续握取物体并保持静止状态。

起点：用手开始将物件定置于某一方位上之瞬间。

终点：当物体不必再定置于某一方位上，而开始次一动素之瞬间。

分析：

①连续的“握取”中途突然停止。

②维护身体与对角的不平衡亦应视为“持住”。

(14)定位(Position-Ps)

定义：将物体摆置于特定方位为目的而进行的动作。

起点：开始扭转或滑动物体至一定方位的瞬间。

终点：物体已被安置于正确方位的瞬间。

分析：

①对准有下列之各处情形：

A.按照一定对的方向对准。

B.数种方向均可。

C.任何方向均可。

②此动素后常跟“放开”。

(15)预定位(Pre-Position-PP)

定义：将物体在对准之前，先摆置于预备对准位置。

起点与终点：与“定位”起终点相同。

分析：

①很少单独发生，几乎都与其他动素复合发生。

②其起终点甚难正确区分。

(16)休息(Rest-Rt)

定义：驾驶员停止工作。

起点：停止工作之瞬间。

终点：恢复工作之瞬间。

分析：

①通常在操作周期与操作周期之间发生。

②休息时间之长短视飞行情况而定。

(17)迟延(Unavoidable Delay-UD)

定义：在操作过程中，因无法控制的因素而发生不可避免之迟延，使工作中断。

起点：开始等候的瞬间。

终点：等候结束，继续恢复工作的瞬间。

分析：

①因为程序需要，而等待设备或他人的工作，或等待检验等。

②驾驶员未熟练或个人习惯而引起迟延。

(18)故延(Avoidable Delay-AD)

定义：在操作程序中，因驾驶员的事故(故意或疏忽)而使工作中断。

起点：开始停顿的瞬间。

终点：开始工作的瞬间。

分析：

①此种“故延”发生时，不必顾及更改整个操作程序。

②“故延”通常由于驾驶员工作方法错误，不注意或怠慢所致。

(19)发现(Find-Fd)

定义：事物已找到的瞬间动作。

起点：眼睛开始寻找到事物的瞬间。

终点：眼睛已经找到事物的瞬间。

以上动素汇总得到下表2。

表2动素表

步骤122：确定编码规则。

在进行驾驶员基本操作行为编码之前，要制定一些基本原则，例如：唯一性、开放性、简洁性、规范性、一致性、适应性、广义性、稳定性、可识别性以及可操作性，编码时严格遵守以上原则。

步骤124：编制代码。

编码规则建立以后，对于驾驶员每个操作动作都可以分别进行编码，确定其唯一的标识，从而可以通过代码简洁清晰地表明行员操作的基准动作。完整的代码结构包括操作主体、动作、操作对象、地点以及防差错设计，通过缩略码、顺序码、特征码、位置码、时间码和校验码表示，这几个码的位置可以互换。

代码作为编码对象的唯一标识，除了能够准确定义主体、动作、操作对象、时间，提供编码对象的有关信息，反映编码对象的类别、属性、特征等内容外，还可包含有减少人为差错的措施代码以及避免代码传输遗漏的冗余码。

(1)缩略码

由于驾驶员实际操作过程中涉及到的操作主体——人的身体部位较少，且驾驶员基本操作动素较少(例如，本发明作为示例提供的19个动素)，因此可以采用助记码形式，便于掌握。助记码是缩略码中最常用的一种，它通过将编码对象的名称、规格等经选择提取几个关键的字母，缩编后作为代码或代码中的一部分，借助联想的方式帮助记忆，便于理解。借助缩略码来表示操作主体和基本动作，身体部位和基本动作缩略码及其二进制表示如下表3所示。

表3身体部位和基本动作缩略码及其二进制表示

(2)顺序码

在飞机的某一飞行阶段中，可能涉及到多次操作同一对象，或在一次操作某对象过程中多次重复同一基本动作，因此需要用顺序码来对动作的次序进行精确定位，从而表现出过程差异。顺序码是一种最简单、最常用的代码，它是将顺序的自然数字或字母赋予编码对象的。编码简单，使用方便，易于管理，易于添加，对编码对象的顺序无任何规定。

(3)特征码

为了保持动作的连贯性，避免驾驶员操作过程中的动作遗漏，减少或避免人为差错，我们将基本动作的属性分为以下三类，并用特征码加以表示，使用时根据需要选择合适代码并按预先确定的面的排列顺序组合而成。

特征码(特征组合码)常用于分面分类体系，它是将编码对象分类时按其同一逻辑特征或属性分成若干面，每个面内类目按其规律分别进行编码，使用时根据需要选其各面中的代码并按预先确定的面的排列顺序组合而成。代码结构具有较好的柔性，可以是单项，也可以是多项组合。由于特征码是按分面分类，则更换扩充方便，一条特征码既可以反映全记录的信息特征，又可以分开使用反映信息局部特性，使用非常灵活，特别适应于动态组合快速查询、求和等操作，在信息管理系统的设计中特征码的使用价值特别大。但是特征码的代码容量利用率低。

驾驶员基本操作行为属性分类及其具体含义如下表4所示。如果驾驶员操作动作不符合特征码要求，可以考虑用警报引起其注意。

表4行为属性分类及其二进制表示

(4)位置码

由于操作对象是指某个特定飞行阶段中使用的对象，对操作对象位置编码需要考虑两方面的内容：飞行阶段和使用对象。飞机飞行阶段较为细化、驾驶舱设备较多，如果只是将所有阶段及设备从1开始进行简单编码，反而会增加代码的杂乱程序，因此可以借助层次码采用从整体到部分逐层拆分的方式编写代码。

层次码一种用于线性分类体系的常用代码，它是按分类对象的从属、层次关系为排列顺序的一种代码。编码时将代码分成若干层次，与编码对象的分类层次相对应。能够明确表明分类对象的类别，代码本身有严格的隶属关系，各层次代码都具有一定的含义，结构简单、容量大，便于计算机求和汇总。设计这种代码时需先分类，后编码并制定分类说明。

此外，对于驾驶舱设备，为了能够从编码上体现出设备的外形特征，制约动作类型，可以对其外形属性用一种特征值加以定义，故驾驶舱设备位置码实际上是由层次码和表述位置特征的值(位置特征根据飞机构型确认，如图3示出了飞机一级位置特征示意图，其他2、3级可根据不同位置进行细化)共同表示的，这种表示方式是一种复合码。复合码是由两个或两个以上完整独立的代码组成的，具有较大的柔性，易于扩充，标识部分使用灵活。

因此，通过层次码和特征码组成的复合码可以得到及驾驶员飞行操作过程中使用到的操作对象位置的清晰表达。飞行阶段层次码以及操作设备特征值如 表5和表6所示。

表5飞行阶段层次码及其二进制表示

表6外形属性特征值及其二进制表示

(5)时间码

一般认为，在民航的事故中，人为差错导致的事故占事故总数的比例不低于70％。一旦操纵过程中出现动作缺失，其后果将会非常严重，甚至会出现重大航空灾难事故。为了避免驾驶员操作动作的遗漏，我们通过特征码规定了驾驶员必须在规定时间内连接某项动作来从根本上避免动作缺失，而对于这其中涉及到的时间包括动作本身持续的时间，以及该动作完成瞬间到下一动作开始的时间。通过借助时间码来对时间加以表示，也就是在编码中加入时间属性，时间码格式为：xxHxxMxxS，其中的xx代表数字。

(6)校验码

校验码一般是由编码结构中的校验位来表征。这种代码是有意识地在原代码的结构设计中，通过事先规定的数学方法，计算出校验码附加在原代码中，使用时与原代码一起输入，此时计算机会用同样的数学运算方法，按输入的代码数字计算出校验位，并将它与输入校验位进行比较，以检验输入的操作代码是否有错。

以爬升阶段涉及到的基本动作为例，对每个动作进行编码，得到如表7所示的基准操作序列。

表7爬升阶段代码

注：

1.以上操作代码的位数和具体数值仅为示例，在实践中可根据需要来设计。

2.校验码将每个动作码通过计算机CRC算法进行计算，形成5位校验码，以上通过XXXXX表示，具体值在编码生成中通过计算机自动生成。

3.位置码中的后8位是根据设备在飞机构型下的唯一标识，可通过层次分解法逐层分解，本专利以A320飞机为蓝本进行的所有设备的编码。

4.时间码分为动作前和动作持续时间这2个时间。

飞行操作差错探测

根据本发明的一个方面，提供了飞行员操作差错探测的解决方案和实现步骤，如以下详细描述的。

图4示出了根据本发明的一个实施例的飞机操作差错探测系统的框图。该差错探测系统可包括：信息采集组件410，用于采集飞机参数；操作编码组件420，用于根据由信息采集组件410采集的飞机参数来估计所执行的操作并根据预定操作编码方案对每个操作进行编码以形成操作序列；操作分析组件430，用于基于基准序列来评估操作序列是否包括错误操作并基于错误操作确定是否产生告警。该差错探测系统还可任选地包括告警组件440，用于在操作分析组件430确定要产生告警时生成告警。以下具体描述各个组件的操作。

信息采集组件410可通过飞机内的总线和数据接口采集操纵相关设备的输出数据，包括但不限于：操纵杆的偏移量、行程；飞行参数(包括姿态、速度、加速度、高度等基本飞行数据)；操作部件的当前状态(包括指示灯、按 钮、旋钮位置)；操作部件变化时间(包括GPS时间、操作数据变化时间)；飞机主要系统和设备当前数据(包括发动机、燃油、起落架等)。例如，信息采集组件410可包括：AFDX采集卡，用于采集通过ARINC664总线传输的飞机位置、姿态、航电参数、发动机参数、燃油参数、告警参数等飞机参数；ARINC429采集卡，用于采集通过ARINC429总线传输的系统参数，诸如起落架、液压、燃油等动力系统参数；离散量采集卡，用于采集飞机刹车、起落架、发动机等控制信息；操作通道模拟量采集卡，用于采集操纵设备(包括侧杆、脚蹬、油门台、控制板等)的操作产生的模拟量信号并进行数字化。

操作编码组件420可根据飞机状态的变化(例如，由信息采集组件410采集的飞机参数)来估计飞行员所采取的动作，根据预定操作编码方案形成操作序列。具体而言，根据所估计的飞行员动作，操作编码组件420可按照如上文所描述的操作行为编码方案对飞行员执行的一系列动作依次进行编码，实时地形成操作序列。该操作序列可具有与如表7所示的基准序列相似的结构。

操作分析组件430可按照不同方式根据基准序列来评估操作序列是否包括错误操作并基于错误操作确定是否产生告警。在一个实施例中，操作分析组件430可将操作序列与基准序列作比较以确定操作序列是否包括与基准序列不符的错误操作。在进一步的实施例中，操作分析组件430可根据飞机所处的飞行状态来选择恰当的基准序列以与操作序列进行比较。例如，基准序列可以是包括索引表的数据库，从而操作分析组件430可以快速地从该数据库中定位恰当的基准序列以与操作序列作比较。在进一步的实施例中，操作分析组件430在发现错误操作时可以确定与该错误操作相关联的事故概率。操作分析组件430可以统计与操作序列中的错误操作相关联的事故概率以生成累积事故概率，并且在累积事故概率超过危险阈值时确定要产生告警。在累积事故概率低于危险阈值时可确定不产生告警，以避免不必要的虚警。

告警组件440可在操作分析组件430确定要产生告警时生成告警。例如，当操作分析组件430确定要产生告警时可以向告警组件440提供告警指令，告警组件440相应地生成告警。告警组件440可以是专用于该飞机操作差错探测系统的告警组件，也可以是与飞行系统共用的组件，例如机组警告系统、飞机控制显示屏等。操作分析组件430可根据危险程度(例如，事故概率)选择不 同的告警级别和/或事故告警模式，以使得告警组件440通过不同方式提出告警。告警级别可包括例如警告、注意、提示、状态等级中的至少一者。事故告警模式可包括例如通过CAS系统(机组警告系统)向机组人员告警和/或通过OMS系统(机载维护系统)记录告警信息。例如，可通过语音和CAS消息显示的方法，根据告警级别向飞行员提出告警。告警可通过语音、告警灯、页面提示等方式进行，具体告警级别需要不同机型在具体设计中定义。具体告警级别定义和告警提升定义将按照飞机总体告警理念来设计。作为人为差错的告警，例如可定义为Advise(提示)级以上。

图5示出了根据本发明一个实施例的告警示意图。正常情况下，飞机系统将飞行参数提供给显示控制器，从而在显示器上进行显示。例如，显示控制器将DF数据文件通过ARINC661总线发送给显示单元，显示器可以通过ARINC661协议解析DF文件，并按照协议约定进行画面显示(例如，PDF画面显示、ND画面显示、EICAS画面显示等)。相应地，在操作分析组件430确定要产生画面显示告警的情况下，操作分析组件430可将告警信息发送给飞机系统或显示控制器，从而相应地进行告警显示。如以上所描述的，飞机系统还可以通过其他方式来产生告警，例如音频告警、灯光告警等。

以下作为示例而非限定，说明了操作分析组件430确定错误操作导致事故的概率的一些实施例。

在根据本发明的一个实施例中，每个操作可以与预定义的事故概率相关联。在操作分析组件430发现错误操作时可以确定与该错误操作相关联的事故概率，并且在操作序列中发生多个错误操作时可以确定这些错误操作的累积事故概率。例如，操作分析组件430可通过计算与操作序列中的错误操作相关联的事故概率的加权值来生成累积事故概率。当累积事故概率超过危险阈值时，操作分析组件430使告警组件440产生告警。

在根据本发明的另一个实施例中，可以基于人工智能系统来实时地评估错误操作可能造成的事故概率。作为示例而非限定，该人工智能系统可以采取PDA(感知、决策、动作)模型来评估错误操作可能造成事故的概率。PDA模型是基于认知可靠性的驾驶舱人为差错分析模型，该模型根据人的信息处理理论并结合认知心理学及工程心理学理论，将飞行机组人员的认知过程分为信息 感知(P，Perception)、诊断并做出决策(D，Decision)和执行动作(A，Action)三个认知阶段。PDA模型可以模拟人类在执行动作时在感知、决策和动作认知阶段中经历的行为生成路径。根据本发明，操作分析组件430可建立基准序列与操作序列的关联矩阵，并使用PDA模型来评估操作序列是否包括错误操作以及错误操作可能造成事故的事故概率。具体地，PDA模型可以模拟造成该错误操作的行为生成路径，计算该行为生成路径上的多个影响因素PIF造成事故的量化评估值，对各量化评估值进行加权总和以生成累积事故概率并与危险阈值作比较以确定是否生成告警，如下文将进一步参照图6来描述的。

图6示出了根据本发明一个实施例的PDA模型框架。如以上所描述的，可使用PDA模型来评估错误操作可能造成事故的概率。该PDA模型框架具备两个特征：第一，飞行员的信息加工表现为一系列阶段，每一阶段的功能在于把信息转变成某种其它操作；第二，该模型底部的反馈回路表明信息加工的程序中没有固定的起始点，加工可以从左边的驾驶舱应激输入(例如，基准序列与检测到的操作序列的关联矩阵)开始，或者从飞行员想要启动的程序中间的某个地方开始。应激与人为差错通常以某种闭环的方式密切联系在一起：当差错发生(且被我们意识到)时，他们会诱发应激；当存在高水平的应激时，差错更容易发生。飞行机组人员的操作过程是许多子任务的集合，每一个子任务又是由许多操作动作组成。因此一项任务的完成是经过反复的P-D-A认知循环输出操作动作，然后组合完成操作任务的过程。

在PDA模型中每一个认知阶段都包含多个行为类型，飞行机组人员在特定的环境背景下通过使用正确的认知策略完成一个目标行为类型。PDA模型定义了人的各种不同行为类型，例如可以表现飞行员的行为特征，包括错误操作、疲劳、心理障碍等等。各行为类型存在多种行为失效模式，例如在飞行过程中产生的错误执行反应(即错误操作)。该模型可引入描述飞行机组人员行为和所处环境背景等影响因素(PIF，Performance Influence Factors)。作为示例而非限定，PIF因子可包括飞行员身体因素(例如，感觉、知觉)、飞行员心智状态(例如，注意力)、飞行员记忆信息(工作记忆、长时记忆)、飞行员个性因素、机组相关因素、环境因素(例如，驾驶舱环境、外界环境)、组织相关因素等。这些PIF因子共同影响飞行员的决策选择和执行反应(即， 操作)。因此，飞行员在完成任务时可能在这些自身或外界PIF影响因素干扰下做出错误的动作，即发生人为差错。每个PIF影响因素可具有相关联的预定义PIF量化评估值。例如，PIF量化评估值可以是基于先验飞行事故事件出现的频率进行预估的，比如飞行员出现疲劳或者在飞行操作红出现错误操作，在已发生的飞行事件中该操作是潜在因素，那么该PIF影响因子的PIF量化评估值就高。另一方面，在确定PIF量化评估值时可将统计和专家预测相结合，并且可以根据后续飞行事件事故的收集以及专家对相关因子的理解而更改PIF量化评估值。

飞行机组人员差错定量评价的过程是：

(1)根据飞行任务确定基准序列。例如，(如操作分析组件)可对飞行任务进行分析，分解航空事件，确定航空事件中应当使用的操作动作(即，基准序列)。

(2)建立基准序列与操作序列的关联矩阵。PDA模型可根据该关联矩阵来评估操作序列是否包括错误操作。

(3)模拟导致错误操作的行为生成路径。例如，PDA模型可选择飞行机组人员执行错误操作时使用的认知策略并确定行为生成路径。

(4)对该行为生成路径上存在的飞行机组人员操作环境和自身状况的PIF(飞行员评价因子)进行量化打分评价。每个PIF量化评估值可以基于相应的权重来增大或减小人为差错发生的概率。

(5)输出关于累积事故概率的定量化的评价结果。

PDA模型既可以用于回溯性仿真，也可以进行预测性仿真。在进行回溯性仿真时，可以通过分析飞行机组人员在P-D-A过程中发生的行为失效及使用的认知策略来确定行为生成路径和相应的PIF，对各个PIF进行量化评估，即可统计出飞行员发生人为差错造成飞行事故的概率(例如，对所有PIF量化评估值进行加权总和)；在进行预测性仿真时，研究人员通过组合P-D-A过程中不同的行为类型、失效模式及机组人员可能使用的认知策略来模拟飞行中人为差错发生的行为生成路径，并且通过对该行为生成路径涉及到的PIF进行量化评估，从而预测人为差错造成飞行事故的概率(例如，对所有PIF量化评估值进行加权总和)。当差错概率超过危险阈值时，告警组件440可以产生告警。

图7示出了根据本发明的一个实施例的飞机操作差错探测方法的流程图。

在步骤710，可采集飞机参数，根据所采集的飞机参数来估计所执行的操作并根据预定操作编码方案对每个操作进行编码以形成操作序列。

在步骤720，可根据基准序列来评估操作序列是否包括错误操作。例如，可将所述操作序列与来自标准库的基准序列作比较以确定操作序列是否包括与基准序列不符的错误操作。在一个实施例中，可根据飞机所处的飞行状态来选择恰当的基准序列以与操作序列进行比较。

在步骤730，可对错误操作进行分析。例如，每个操作可与预定义的事故概率相关联，步骤730可包括统计与操作序列中的错误操作相关联的事故概率以生成累积事故概率。在进一步实施例中，步骤730可包括通过计算与操作序列中的错误操作相关联的事故概率的加权值来生成累积事故概率。

在另一实施例中，步骤720和730可使用PDA(感知、决策、和动作)模型来执行，即使用PDA模型来评估操作序列是否包含错误操作以及可能造成事故的事故概率。具体而言，该PDA模型可以评估导致错误操作的行为生成路径上的多个影响因素PIF造成事故的量化评估值，并对各量化评估值进行加权总和以生成累积事故概率。

在步骤740，可基于错误操作确定是否产生告警。例如，可在错误操作的累积事故概率超过危险阈值时生成控制信号以产生告警。告警可以是音频告警、信息显示告警、灯光显示告警中的至少一者。在一方面，还可通过机载维护系统记录告警信息。

在可任选的步骤750，可确定告警级别(例如，基于累积事故概率产生不同级别的告警，例如警告、注意、提示、状态等级)。

如上，通过计算操作序列的累积事故概率并且在累积事故概率超过危险阈值时生成告警信号，可以减少虚警。例如，在发生基准序列以外的不影响飞机正常飞行的额外操作，或者基准序列中的某些操作按照不同方式、顺序执行但最终不影响飞机正常飞行的情况下，这些操作的累积事故概率低于危险阈值，从而不会产生虚警。

通过数据编码系统和采集系统将驾驶员的操作行为进行分析、归类、编码 后，通过与设定的标准编码库数据进行查询、比较以及时间线匹配后，查找出驾驶员操作动作的错误或失误，根据特征值比较计算，预估可能产生的人为差错事故和事件的概率，并通过告警显示功能，在EICAS(发动机指示和机组警告系统)信息中显示不同级别的告警。

系统仿真实施效果

本专利实施者根据国内外成熟机型驾驶员操作程序，将驾驶员操作行为进行编码，并与正确记录的编码进行智能化评估，确定操作者行为特征是否符合正确的操作行为，并对可能造成人为差错事故/事件征兆的行为进行预警，产生CAS消息。系统对C919型机部分操作行为和显示操作模式进行仿真、激励和监控。通过模拟驾驶员操作故障动作来验证了驾驶员的操作的人为差错能够被检测、被识别、被预警。

本发明可应用于飞机飞行员在飞行操作过程中产生差错时及时告警并提示飞行员注意，从而避免或减少因人为差错造成的飞机事故和事件。本发明所提出的方法、体系和设计方案将为国际飞机人为因素研究提供良好的实践基础，也将广泛应用到飞机飞行员人为差错探测设备和系统的开发中。本发明同样适用于需要人为操作的其他航空器。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。