基于智能耳麦的空中交通管制员安全能力自动监控系统

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基于智能耳麦的空中交通管制员安全能力自动监控系统
申请号	CN201510367436.9	申请日	2015-06-29	公开(公告)号	CN104992280A	公开(公告)日	2015-10-21
申请人	中国民用航空厦门空中交通管理站;			发明人	黄俊祥; 张战波; 陈晓光; 施和平;
摘要	本发明涉及空中交通安全管理领域，具体的是，是一种基于智能耳麦的空中交通管制员安全能力自动监控系统。本发明公开了基于智能耳麦的空中交通管制员安全能力自动监控系统，它包括采集人体生理心理状态数据的状态数据量化模块，存储人员生理心理状态的历史数据以及实时数据的状态信息数据库模块，评估管制员生理心理要素的安全能力评价模块，安全能力实时监视模块对人体状态数据及对应的安全能力进行实时监视，和管制员生理心理数据进行统计分析的安全能力管理模块。本发明可应用于民用航空的空中交通管制。
权利要求	1.基于智能耳麦的空中交通管制员安全能力自动监控系统，其特征在于：它包括状态数据量化模块、状态信息数据库模块、安全能力评价模块、安全能力实时监视模块及安全能力管理模块；所述状态数据量化模块，用以采集管制员生理心理状态数据，传输到状态信息数据库模块；所述状态信息数据库模块，用于存储管制员生理心理状态的历史数据、实时数据和状态场景库，与安全能力评价模块、安全能力监视模块和安全能力管理模块分别连接；所述安全能力评价模块，通过该模块设定的安全能力评价模型，对管制员生理心理要素导致的安全能力动态地进行识别、判断，并实现对管制员安全能力的综合评价；所述安全能力实时监视模块，依据安全能力评价模块提供的状态评价数据、动态评价基准值和安全能力容忍区间，对管制员安全能力进行实时监视并自动告警；所述安全能力管理模块，对管制员生理心理数据进行统计分析，建立和规范提升管制员安全能力的管理策略，并提供空中交通管制班组人力资源管理建议；其中，所述管制员生理心理要素的安全能力评价模型为：其中Ri为i的实时采样值，Pi为i的安全能力评价值，i为体温、血压、脉率、心电、脑电、血氧含量、血液流速等生理心理要素，为管制场景修正值(由状态信息数据库模块的状态场景库提供)；管制员安全能力综合评价模型为：其中为特定生理心理要素的相对安全权重，m为生理心理要素的个数，P为管制员安全能力综合评价值。 2.如权利要求1所述的空中交通管制员安全能力自动监控系统，其特征在于：所述状态数据量化模块包括智能耳麦。 3.如权利要求2所述的空中交通管制员安全能力自动监控系统，其特征在于：所述智能耳麦检测人体状态特征包括体温、血压、脉率、心电、脑电、血氧含量、血液流速。 4.如权利要求1所述的空中交通管制员安全能力自动监控系统，其特征在于：所述状态数据量化模块与状态信息数据库模块之间通过无线通信方式(蓝牙、WiFi、移动通信)通讯。 5.如权利要求1所述的空中交通管制员安全能力自动监控系统，其特征在于：所述状态场景库包括动态评价基准值和安全能力容忍区间，所述动态评价基准值为均值，所述安全能力容忍区间为最大值和最小值之差。 6.如权利要求1所述的空中交通管制员安全能力自动监控系统，其特征在于：所述安全能力监视模块包括安全能力监视和安全自动告警，安全能力监视实时获取管制员安全能力评价值和综合评价值并分别与其对应安全能力容忍区间进行比较。
说明书全文	基于智能耳麦的空中交通管制员安全能力自动监控系统技术领域 [0001] 本发明涉及空中交通安全管理领域，具体的是，是一种基于智能耳麦的空中交通管制员安全能力自动监控系统。背景技术 [0002] 事故致因理论表明，造成事故的直接原因不外乎人的不安全行为和物的不安全状态两种因素。实践证明，在空中交通管理活动中，物的不安全因素具有相对的客观性和稳定性，而人的生理心理状态因容易受到自身及外界的影响，具有相当大的主观性和偶然性，是激发不安全事件的主要因素。 [0003] 在空中交通管理活动中，人是决策和控制主体，人的行为对空中交通安全有着决定性的影响。因此，空中交通管制员(以下简称：管制员)在管制现场的生理心理状态对飞行安全至关重要。 [0004] 大量空中交通管理不安全案例表明，疲劳是导致空管安全事故发生的重要因素。管制员的疲劳如长时间得不到消除，就会发生疲劳积累效应，造成过度疲劳，从而导致一系列心理、生理功能的变化，致使各种差错增多。生理和心理疲劳的状态体征，主要表现为血压、心率不稳定，且数值偏离正常区间。 [0005] 此外，安全实践证明，人在工作、生活中遇到困难、挫折或不幸时，容易产生慌乱、愤怒、忧愁、焦虑、悲哀等不良情绪。在这些情绪影响下，管制员极易出现意识混乱、注意范围狭窄、精神难以集中、自控能力下降等状况，从而导致安全事故的发生。因此，应避免管制员带着不良情绪上岗，防止引发不安全行为。 [0006] 科学实验表明，人在不同的环境下具有不同的生理心理状态，这种状态将通过人的身体直接表现出来，比如体温、血压、心率等等，这些信息形成了一种特有的状态数据，一旦掌握了这些数据，就可以深入解读每个人的实时状态。对于空中交通管理系统来说，获取这些数据，就可以为科学动态配备空中交通管制班组的人力资源提供依据，从而有效降低安全风险。然而传统的安全管理由于缺乏对此类数据的采集手段和评价模型，实时监测管制员的生理心理状态是十分困难的，因此只能依靠人工(主要是带班)现场判断，不仅缺乏客观依据，影响公正性和透明度，同时还存在判断和决策的滞后性，极易触发安全问题。发明内容 [0007] 针对目前对管制员现场安全能力判定缺乏科学手段和评价模型，极易影响飞行安全的现状，本发明公开了一种基于智能耳麦的空中交通管制员安全能力自动监控系统。 [0008] 本发明采用如下技术方案： [0009] 基于智能耳麦的空中交通管制员安全能力自动监控系统，它包括状态数据量化模块、状态信息数据库模块、安全能力评价模块、安全能力实时监视模块及安全能力管理模块；所述状态数据量化模块，用以采集管制员生理心理状态数据，传输到状态信息数据库模块； [0010] 所述状态信息数据库模块，用于存储管制员生理心理状态的历史数据、实时数据和状态场景库，与安全能力评价模块、安全能力监视模块和安全能力管理模块分别连接； [0011] 所述安全能力评价模块，通过该模块设定的安全能力评价模型，对管制员生理心理要素导致的安全能力动态地进行识别、判断，并实现对管制员安全能力的综合评价； [0012] 所述安全能力实时监视模块，依据安全能力评价模块提供的状态评价数据、动态评价基准值和安全能力容忍区间，对管制员安全能力进行实时监视并自动告警； [0013] 所述安全能力管理模块，对管制员生理心理数据进行统计分析，建立和规范提升管制员安全能力的管理策略，并提供空中交通管制班组人力资源管理建议； [0014] 其中，所述管制员生理心理要素的安全能力评价模型为：其中Ri为i的实时采样值，Pi为i的安全能力评价值，i为体温、血压、脉率、心电、脑电、血氧含量、血液流速等生理心理要素，为管制场景修正值(由状态信息数据库模块的状态场景库提供)； [0015] 管制员安全能力综合评价模型为：其中为特定生理心理要素的相对安全权重，m为生理心理要素的个数，P为管制员安全能力综合评价值。 [0016] 进一步的，状态数据量化模块包括智能耳麦。 [0017] 更进一步的，智能耳麦检测人体状态特征包括体温、血压、脉率、心电、脑电、血氧含量、血液流速。 [0018] 进一步的，状态数据量化模块与状态信息数据库模块之间通过无线通信方式(蓝牙、WiFi、移动通信)通讯。 [0019] 进一步的，状态场景库包括动态评价基准值和安全能力容忍区间，所述动态评价基准值为均值，所述安全能力容忍区间为最大值和最小值之差。 [0020] 进一步的，安全能力监视模块包括安全能力监视和安全自动告警，安全能力监视实时获取管制员安全能力评价值和综合评价值并分别与其对应的安全能力容忍区间进行比较。 [0021] 中国民航空管系统要求，空中交通管制员在对空管制中，必须佩戴管制专用耳麦，耳麦已经成为管制员对空管制的必要装备。本项发明，就是在管制专用耳麦上集成人体状态体征测量传感器，使其具备人体状态体征测量的功能，使其为动态量化管制员生理心理状态数据，提供了便捷且可靠的途径。 [0022] 本发明通过采集管制员的生理心理状态数据，动态分析管制员的生理心理状态，实时判断管制员的安全能力，确定其是否适合在特定管制岗位上工作，避免出现因上岗管制员状态不好引发的不安全行为。对于空中交通管制来说，采用本发明对人的生理心理状态进行测量和动态量化，及时发现并化解人的生理心理突变对安全的干扰，对于巩固民航空管的安全管理基础，促进安全可持续发展具有重要的作用。附图说明 [0023] 图1是基于智能耳麦的空中交通管制员安全能力自动监控系统的结构图； [0024] 图2是基于智能耳麦的空中交通管制员安全能力自动监控系统的安全能力容忍区间。具体实施方式 [0025] 为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。 [0026] 现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。 [0027] 参阅图1所示，本发明优选一实施例的基于智能耳麦的空中交通管制员安全能力自动监控系统，它包括状态数据量化模块1、状态信息数据库模块2、安全能力评价模块3、安全能力监视模块4及安全能力管理模块5。 [0028] 状态数据量化模块1，用智能耳麦采集人体生理心理状态，并这些数据动态量化，通过无线通信方式(如蓝牙、WiFi或移动通信等)，将相关数据传输至状态信息数据库模块2，并对数据库进行动态更新。 [0029] 中国民航空管系统要求，空中交通管制员对空管制中，必须佩戴管制专用耳麦。在该实施例中管制员使用的是智能耳麦，智能耳麦上装有集成的体征传感器，用以检测人体状态特征。 [0030] 智能耳麦上集成的体征传感器包括：1、体温传感器，实时感知管制员的体温变化；2、热通量传感器，用来监测热量消耗情况；3、脉搏传感器，测量血压，脉率等数据；4、生物电传感器，可用于心电、脑电数据采集；5、光学传感器，推算血氧含量，血流速。通过管制员智能耳麦上集成的传感器，动态量化管制员的生理心理状态基础数据，并以无线通信的方式对状态信息数据库模块2进行实时存储及更新，为管制员安全能力评价和监视提供数据支持。 [0031] 需要说明的是，智能耳麦的体征传感器不仅包括上述传感器，根据需要，还可集成其他的传感器，如呼吸频率传感器等。此外，该实施例状态数据量化模块1采用的是智能耳麦检测人体状态特征，也可采用其他具有相同功能的设备检测人体状态特征。 [0032] 状态信息数据库模块2用于存储管制人员的个人信息，以及每个人生理心理状态的历史数据和实时数据，为安全能力评价模块3、安全能力监视模块4和安全能力管理模块5提供数据支持。状态信息数据库模块2接收状态数据量化模块1输送来的相关数据，存储在指定位置，并实时更新相关数据。 [0033] 安全能力评价模块3是基于智能耳麦的空中交通管制员安全能力自动监控系统的核心模块。安全能力评价模块3由安全能力评价模型和状态场景库两部分组成。通过该模块设定的安全能力评价模型，对管制员各种生理心理状态带来的安全能力动态地进行识别、分析和综合评价。 [0034] 管制员生理心理要素的安全能力评价模型的表达式为： [0035] [0036] 其中Ri为i的实时采样值，Pi为i的安全能力评价值，i为体温、血压、脉率、心电、脑电、血氧含量、血液流速等生理心理要素，为管制场景修正值(由状态信息数据库模块的状态场景库提供)。系统根据上述不同的生理心理要素，结合管制员所处运行环境，识别其对应的生理心理安全状态Pi。当Pi值突破该要素的安全能力容忍区间时，判定该生理心理要素处于不安全状态。 [0037] 该实施例的管制员安全能力综合评价模型表达为： [0038] [0039] 其中为特定生理心理要素的相对安全权重，系统针对上述不同的生理心理要素，确定相应的安全管理要求。m为生理心理状态要素的个数，P为管制员安全能力综合评价值。当P值突破安全能力容忍区间时，判定管制员整体生理心理处于不安全状态。 [0040] 状态场景库根据不同的场景提供不同的管制员状态的动态评价基准值和安全能力容忍区间，安全能力容忍区间的宽窄影响着安全能力监视模块4和安全能力管理模块5，决定了管制员安全能力的许可范围。 [0041] 不同的管制班组、同一班组中的不同管制员、甚至同一管制员在不同环境下面临的生理和心理状态都不同，因此面临的安全风险也不同。在设计相关安全能力评价模型时，应充分考虑状态数据的复杂多变性，防止出现评价标准与运行实际不符的情况。因此，建立状态场景库是设计安全能力评价模块必不可少的环节。 [0042] 状态场景库是指根据不同的管制运行环境制定的管制员状态评价基准数据库和安全能力容忍区间库。状态场景库的设计是在运用大数据统计的基础上，以既定安全管理策略为依据。即根据安全管理的需要，将群体状态的某项统计特征值定义为状态评价基准值，如将群体状态的均值或特定比例值等，确定为管制员状态的动态评价基准值和安全能力容忍区间。 [0043] 如图2所示为安全能力容忍区间，安全管理接受的管制员状态上下极限值之间差异的范围称为安全能力容忍区间。安全能力容忍区间是一种安全风险的接受跨度，在这个接受跨度中认为安全风险是可以接受的，安全能力是适用的。管制员生理心理单个要素的安全能力容忍区间和管制员安全能力综合容忍区间的计算方式都依照图2所示的方法。 [0044] 依据安全能力评价模型3，对状态信息数据库模块2中的管制员的各种状态信息进行安全能力识别，即判断管制员的各种状态是否在相应安全能力容忍区间内。接着，在安全能力识别的基础上，若管制员的状态有不在容忍区间内，进一步对相关状态要素进行分析，查找原因。对于每种生理心理要素都有对应的权重，对安全影响越大的权重越高，从而自动实现管制员现场安全能力的综合评价。 [0045] 不同的管制环境对于管制员的要求不一样，因此，安全能力评价模块3根据不同的状态场景，实现管制员现场生理心理要素的安全评价，以及安全能力的综合评价，并由安全能力管理模块5决定管制员是否上岗工作。 [0046] 安全能力监视模块4依据安全能力评价模块3提供的安全能力评价数据，参照管制员上岗状态条件/要求(上级文件)，对管制员的安全能力进行实时监控。一旦管制员生理心理单个要素如脉率的安全能力评价值超出安全能力容忍区间，或者管制员安全能力综合评价值超出其安全能力容忍区间，则进行自动告警，并自动生成报告，发送给管理用户。安全能力管理模块5对管制员是否上岗工作向管理用户提出决策建议。 [0047] 对于安全能力容忍区间，容忍区间相对较窄,这意味着安全能力对人员心理和生理状态变化将高度敏感，班组人力资源管理的空间较小，在这种情况下,管制单位应有一定的机制来强化人员状态的实时监控,及时感知影响安全能力的不利因素；容忍区间相对较宽,这意味着只有在人员较为极端的状态下才能对安全能力构成影响，在这种情况下,即使管制人员的生理和心理状态在较大范围发生波动,不安全事件发生的概率也相对较小，因而班组人力资源管理的空间较大。因此应根据班组人力资源管理及现场运行的复杂程度，动态、合理地调整容忍区间，同时应及时识别、剔除那些可能对安全能力有消极影响的人为因素，避免不安全事件的发生。 [0048] 安全能力管理模块5包括人员状态分析、战术性人力资源管理策略和战略性人力资源管理策略。人员状态分析为人员与岗位的匹配性分析提供依据，战术性人力资源管理策略为管制员岗位实时调整提供建议，战略性人力资源管理策略为空管单位引进专业人才及人员培训、班组优化组合提供建议，管制员安全能力管理的根本目标是满足管制岗位工作对管制员安全能力的基本要求。 [0049] 安全能力管理模块5的主要功能是建立和规范管制员安全能力的管理措施。该模块依据管制员安全能力评价结果，以及安全管理体系(Safety Management System，简称SMS)或质量安全管理体系(Quality and Safety Management System，简称QSMS)的要求，自动完成数据的分类、统计和发布等一系列安全管理事务性工作，以及相关班组人力资源管理决策建议，满足飞行安全对管制员安全能力的基本要求。当管制人员生理心理状态，以及基于管制员状态因素的综合安全能力有一项处于容忍区间之外时，就必须适时进行班组人力资源调整，合理优化值班力量，以实现安全风险的实时控制；当管制人员生理、心理状态，或基于管制员状态因素的综合安全能力，长期处于接近容忍区间边缘(上、下限)或超出容忍区间时，应采取适当措施帮助其提升生理、心理状态，降低人因对安全风险的影响。 [0050] 尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。