塔台管制模拟训练系统、语音管制指令识别及报读方法技术方案

本发明专利技术公开了塔台管制模拟训练系统、语音管制指令识别及报读方法。系统包括至少一个训练单元、教员席位组、交换机以及云仿真平台；其中训练单元教员席位组和云仿真平台之间通过交换机进行数据交换；训练单元包括模拟机长席、塔台飞行管制员席以及设置于塔台飞行管制员席的塔台三维视景系统，用于进行训练模拟；教员席位组包括教员席、监控席和设置于监控席的塔台三维视景系统，用于模拟教员操作。云仿真平台包括模拟仿真服务器、语音服务器、综合应用服务器和数据存储服务器，用于为塔台管制训练提供各类服务。基于该系统还给出了相应的语音管制指令识别以及报读方法。采用本系统可以进行更加真实高效的塔台管制员训练。

【技术实现步骤摘要】
塔台管制模拟训练系统、语音管制指令识别及报读方法
本专利技术涉及空管自动化系统
，具体涉及塔台管制模拟训练系统、语音管制指令识别及报读方法。
技术介绍
塔台管制模拟训练系统作为一种专门提供给塔台飞行管制员训练使用的仿真模拟训练系统，采用计算机模拟仿真技术实时逼真模拟塔台管制指挥的工作场景，拥有定制训练计划、保存训练结果、进行训练考核评估等功能，可用于塔台管制教学实践、管制员岗前培训、在职技能强化培训、管制技能考核等场景。原有的塔台管制模拟训练系统主要由管制员席、机长席、教员席三部分组成，训练过程中由教员在机长席担任飞行员角色，管制员在管制席发出的管制指令必须通过教员在机长席借助键盘手动输入管制指令以控制飞机的动作，再进行人工机长应答才能完成训练。随着训练人数和训练次数的增多，教员的工作量增大，不仅要与管制员进行必要的航空管制对话，还要听从管制员的调度，做好虚拟飞行目标的操作，当训练流量较大时，教员操作起来更是繁琐不堪，人工操作的缺陷逐渐凸显出来。随着塔台指挥模式的改革，塔台管制教学要求更加逼真的训练环境，更高的训练质量。因此，在系统中结合语音识别和语音合成技术建立智能虚拟机长，由智能虚拟机长代替教员在机长席自动响应管制指令并作出应答，可以减轻教员的训练负担，减少训练成本，增强训练环境的真实性，提高训练效率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了塔台管制模拟训练系统、语音管制指令识别及报读方法，该系统具备智能虚拟机长功能，通过话音识别和语音合成技术，自动响应飞行管制员语音管制指令，进行目标状态模拟，并自动将模拟飞行员的报告内容进行音频合成，实时报读给飞行管制员。采用本系统在进行塔台管制员训练时，无需教员担任飞行员角色，大大简化的塔台教员的教学工作，训练更加真实和高效。为达到上述目的，本专利技术提供了塔台管制模拟训练系统，其特征在于，包括至少一个训练单元、教员席位组、交换机以及云仿真平台；其中训练单元、教员席位组和云仿真平台之间通过交换机进行数据交换。云仿真平台包括模拟仿真服务器、语音服务器、综合应用服务器和数据存储服务器。模拟仿真服务器，部署供塔台管制训练的模拟仿真服务。语音通讯服务器，部署语音识别服务以及语音合成服务。综合应用服务器部署想定制作服务、时钟同步服务。数据存储服务器部署数据库服务，用于存储塔台管制训练中产生的数据。训练单元包括模拟机长席、塔台飞行管制员席以及设置于塔台飞行管制员席的塔台三维视景系统。模拟机长席，用于模拟塔台管制训练中的机长操作，包括加载教员席发来的训练想定；发送控制指令和特情指令至塔台飞行管制员席对训练过程进行控制和干预，控制指令用于触发塔台管制训练控制，包括触发训练开始、训练结束、训练冻结、训练继续和更改训练速度；特情指令用于触发特情场景，特情是模拟飞行中的特殊情况，系统模拟特情场景，特情包括飞行特情、气象特情、跑道特情以及设备特情；通过内话终端接收塔台管制员席发来的管制命令，用于模拟机长进行飞行指挥操作，完成对飞机的控制，模拟仿真服务器中提供的模拟仿真服务依据控制指令和训练想定生成相应的仿真信息，即飞行航迹，将仿真信息在训练单元中进行发布；模拟机长席根据飞机当前所处的飞行状态生成文字形式的飞行员请求和飞行员报告，通过语音通讯服务器中的语音合成服务合成语音形式的飞行员请求和飞行员报告，并报读给塔台飞行管制员席。塔台飞行管制员席，用于模拟塔台飞行管制员的真实管制环境，包括：加载教员席发来的训练想定，用于初始化当前训练环境；接收模拟机长席发来的控制指令和特情指令，接收到控制指令和特情指令后，塔台飞行管制员通过设置于塔台飞行管制员席的塔台三维视景系统获取机场周边空中交通状况以及塔台管制区内空中和地面交通状况；塔台飞行管制员席通过语音通讯服务器接收模拟机长席发来的飞行员请求和飞行员报告，塔台飞行管制员根据飞行员请求和飞行员报告进行管制调配，通过麦克风下达语音管制指令；塔台飞行管制员下达语音管制指令，语音管制指令经语音通讯服务器的语音识别服务解析成文字管制指令，并发送至模拟机长席。设置于塔台飞行管制员席的塔台三维视景系统，用于提供塔台的三维视景，再现机场周边空中交通状况以及塔台管制区内空中和地面交通状况。教员席位组包括教员席、监控席和设置于监控席的塔台三维视景系统。教员席，用于教员通过综合应用服务器中的想定制作服务制作塔台管制训练的训练想定，并将训练想定发布至塔台管制员席和模拟机长席。监控席，用于通过设置于监控席的塔台三维视景系统监控塔台管制训练过程、通过内话终端监听教员席与塔台飞行管制员席之间的语音通讯信息；通过综合应用服务器中部署的时钟同步服务为全部训练单元提供统一的时钟同步。设置于监控席的塔台三维视景系统，用于提供塔台的三维视景，再现机场周边空中交通状况以及塔台管制区内空中和地面交通状况。本专利技术还提供了塔台管制模拟训练系统的语音管制指令识别方法，采用上述塔台管制模拟训练系统模拟塔台管制训练，语音管制指令经语音通讯服务器的语音识别服务解析成文字管制指令具体包括如下步骤：步骤一，塔台飞行管制员席将语音管制指令转化成PCM音频流，语音管制指令以PCM视频流的形式传输至语音通讯服务器。步骤二，语音通讯服务器接收到语音管制指令后，通过语音识别服务解析成文字管制指令，具体包括步骤201～步骤204的操作。步骤201、对语音管制指令进行端点检测，提取出所需识别的关键词的起始点，并将语音信号从背景噪声和静音中分割出来，得到适合进行语音识别的语音信号。步骤202、对语音信号进行语音特征提取，从而去除冗余信息，从语音信号的波形中提取出按时间顺序变化的语音特征序列，形成特征矢量序列。步骤203、构建基于连续隐马尔科夫模型CHMM的声学模型γ：γ＝(π，A，B)，其中，π为初始时刻概率分布，A为状态转移概率矩阵，B为观测过程概率密度向量。建立关于塔台管制训练中语音管制指令的语音训练样本集：O＝(o1，o2...，oT)，其中o1～oT分别为第1～T个语音训练样本。采用o1～oT对声学模型γ进行训练，调整模型参数，当出现的概率P(O|γ)最大时对应的声学模型γ即为鲁棒性最佳声学模型。采用鲁棒性最佳声学模型对步骤202中得到的特征矢量序列进行语音识别获得语音识别后的字符串。步骤204、根据已有的塔台管制训练中的空管指令句型和空管通话语法词汇库构建语言模型。利用语言模型对步骤203得到的语音识别后的字符串进行语义分析，生成文字管制指令。进一步地，步骤202中，在进行语音特征提取时，选取Mel频率倒谱系数即MFCC参数C(n)为特征参数；其中，S(m)为Mel频谱进行对数能量处理后得到的对数频谱；L为MFCC系数阶数；M为在语音特征提取过程中所使用的三角滤波器个数；N为傅里叶变换的点数；0＜＝m＜M。进一步地，步骤203中，构建的基于连续隐马尔科夫模型CHMM的声学模型γ包括三种：第一种为塔台指令声学模型，采用的语音训练样本为航空器在塔台管制区域中和管制人员的通信用语；第二种为数字声学模型，采用的语音训练样本为航班号、高度、速度、航向以及时间中的数字部分；第三种为字母声学模型，采用的语音训练样本为航线代号、飞行代号、标准离场航线名称、导航台名称以及跑道号中的由多位字母组成的名称。进一步地，步骤204本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.塔台管制模拟训练系统，其特征在于，包括至少一个训练单元、教员席位组、交换机以及云仿真平台；其中训练单元、教员席位组和云仿真平台之间通过交换机进行数据交换；所述云仿真平台包括模拟仿真服务器、语音服务器、综合应用服务器和数据存储服务器；所述模拟仿真服务器，部署供塔台管制训练的模拟仿真服务；所述语音通讯服务器，部署语音识别服务以及语音合成服务；综合应用服务器部署想定制作服务、时钟同步服务；数据存储服务器部署数据库服务，用于存储塔台管制训练中产生的数据；所述训练单元包括模拟机长席、塔台飞行管制员席以及设置于塔台飞行管制员席的塔台三维视景系统；所述模拟机长席，用于模拟塔台管制训练中的机长操作，包括加载教员席发来的训练想定；发送控制指令和特情指令至所述塔台飞行管制员席对训练过程进行控制和干预，所述控制指令用于触发塔台管制训练控制，包括触发训练开始、训练结束、训练冻结、训练继续和更改训练速度；所述特情指令用于触发特情场景，所述特情是模拟飞行中的特殊情况，系统模拟特情场景，特情包括飞行特情、气象特情、跑道特情以及设备特情；通过内话终端接收塔台管制员席发来的管制命令，用于模拟机长进行飞行指挥操作，完成对飞机的控制，模拟仿真服务器中提供的模拟仿真服务依据控制指令和训练想定生成相应的仿真信息，即飞行航迹，将所述仿真信息在训练单元中进行发布；模拟机长席根据飞机当前所处的飞行状态生成文字形式的飞行员请求和飞行员报告，通过语音通讯服务器中的语音合成服务合成语音形式的飞行员请求和飞行员报告，并报读给塔台飞行管制员席；所述塔台飞行管制员席，用于模拟塔台飞行管制员的真实管制环境，包括：加载教员席发来的训练想定，用于初始化当前训练环境；接收所述模拟机长席发来的控制指令和特情指令，接收到所述控制指令和特情指令后，塔台飞行管制员通过所述设置于塔台飞行管制员席的塔台三维视景系统获取机场周边空中交通状况以及塔台管制区内空中和地面交通状况；所述塔台飞行管制员席通过语音通讯服务器接收模拟机长席发来的飞行员请求和飞行员报告，所述塔台飞行管制员根据所述飞行员请求和飞行员报告进行管制调配，通过麦克风下达语音管制指令；塔台飞行管制员下达语音管制指令，所述语音管制指令经语音通讯服务器的语音识别服务解析成文字管制指令，并发送至所述模拟机长席；所述设置于塔台飞行管制员席的塔台三维视景系统，用于提供塔台的三维视景，再现机场周边空中交通状况以及塔台管制区内空中和地面交通状况；所述教员席位组包括教员席、监控席和设置于监控席的塔台三维视景系统；所述教员席，用于教员通过综合应用服务器中的想定制作服务制作塔台管制训练的训练想定，并将所述训练想定发布至所述塔台管制员席和所述模拟机长席；所述监控席，用于通过设置于监控席的塔台三维视景系统监控所述塔台管制训练过程、通过内话终端监听所述教员席与所述塔台飞行管制员席之间的语音通讯信息；通过综合应用服务器中部署的时钟同步服务为全部训练单元提供统一的时钟同步；所述设置于监控席的塔台三维视景系统，用于提供塔台的三维视景，再现机场周边空中交通状况以及塔台管制区内空中和地面交通状况。...

【技术特征摘要】
1.塔台管制模拟训练系统，其特征在于，包括至少一个训练单元、教员席位组、交换机以及云仿真平台；其中训练单元、教员席位组和云仿真平台之间通过交换机进行数据交换；所述云仿真平台包括模拟仿真服务器、语音服务器、综合应用服务器和数据存储服务器；所述模拟仿真服务器，部署供塔台管制训练的模拟仿真服务；所述语音通讯服务器，部署语音识别服务以及语音合成服务；综合应用服务器部署想定制作服务、时钟同步服务；数据存储服务器部署数据库服务，用于存储塔台管制训练中产生的数据；所述训练单元包括模拟机长席、塔台飞行管制员席以及设置于塔台飞行管制员席的塔台三维视景系统；所述模拟机长席，用于模拟塔台管制训练中的机长操作，包括加载教员席发来的训练想定；发送控制指令和特情指令至所述塔台飞行管制员席对训练过程进行控制和干预，所述控制指令用于触发塔台管制训练控制，包括触发训练开始、训练结束、训练冻结、训练继续和更改训练速度；所述特情指令用于触发特情场景，所述特情是模拟飞行中的特殊情况，系统模拟特情场景，特情包括飞行特情、气象特情、跑道特情以及设备特情；通过内话终端接收塔台管制员席发来的管制命令，用于模拟机长进行飞行指挥操作，完成对飞机的控制，模拟仿真服务器中提供的模拟仿真服务依据控制指令和训练想定生成相应的仿真信息，即飞行航迹，将所述仿真信息在训练单元中进行发布；模拟机长席根据飞机当前所处的飞行状态生成文字形式的飞行员请求和飞行员报告，通过语音通讯服务器中的语音合成服务合成语音形式的飞行员请求和飞行员报告，并报读给塔台飞行管制员席；所述塔台飞行管制员席，用于模拟塔台飞行管制员的真实管制环境，包括：加载教员席发来的训练想定，用于初始化当前训练环境；接收所述模拟机长席发来的控制指令和特情指令，接收到所述控制指令和特情指令后，塔台飞行管制员通过所述设置于塔台飞行管制员席的塔台三维视景系统获取机场周边空中交通状况以及塔台管制区内空中和地面交通状况；所述塔台飞行管制员席通过语音通讯服务器接收模拟机长席发来的飞行员请求和飞行员报告，所述塔台飞行管制员根据所述飞行员请求和飞行员报告进行管制调配，通过麦克风下达语音管制指令；塔台飞行管制员下达语音管制指令，所述语音管制指令经语音通讯服务器的语音识别服务解析成文字管制指令，并发送至所述模拟机长席；所述设置于塔台飞行管制员席的塔台三维视景系统，用于提供塔台的三维视景，再现机场周边空中交通状况以及塔台管制区内空中和地面交通状况；所述教员席位组包括教员席、监控席和设置于监控席的塔台三维视景系统；所述教员席，用于教员通过综合应用服务器中的想定制作服务制作塔台管制训练的训练想定，并将所述训练想定发布至所述塔台管制员席和所述模拟机长席；所述监控席，用于通过设置于监控席的塔台三维视景系统监控所述塔台管制训练过程、通过内话终端监听所述教员席与所述塔台飞行管制员席之间的语音通讯信息；通过综合应用服务器中部署的时钟同步服务为全部训练单元提供统一的时钟同步；所述设置于监控席的塔台三维视景系统，用于提供塔台的三维视景，再现机场周边空中交通状况以及塔台管制区内空中和地面交通状况。2.塔台管制模拟训练系统的语音管制指令识别方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的塔台管制模拟训练系统模拟塔台管制训练，所述语音管制指令经语音通讯服务器的语音识别服务解析成文字管制指令具体包括如下步骤：步骤一，所述塔台飞行管制员席将所述语音管制指令转化成PCM音频流，所述语音管制指令以PCM视频流的形式传输至所述语音...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家隆，董娜，卢爽，孙超，杨明涛，何文涛，张竹君，陈颖玲，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十五研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11