Il racconto di un’esperienza ATRES Air Traffic Environment Simulator: Innovazioni nell’interazione uomo-macchina per l’addestramento dei Controllori Il racconto di un’esperienza Ing. Nicola Zaffina Dott. Sebastiano Di Nuzzo

Riconoscimento e sintesi vocale: fantascienza… Gli astronauti di “2001 Odissea nello spazio” parlano con HAL9000, il computer di bordo L’equipaggio di Star Trek, tornato indietro nel tempo ai giorni nostri, cerca di interagire verbalmente con il computer utilizzando il mouse, scontrandosi con le limitazioni della tecnologia attuale. 2

Riconoscimento e sintesi vocale: …e realtà Ormai tutti gli smartphone supportano la “voice recognition” per le ricerche su internet o nella rubrica telefonica L’abilità nel riconoscimento del linguaggio naturale è uno dei fattori chiave nello sviluppo di Intelligenze Artificiali 3

tecnologia almeno potenzialmente abilitante? Riconoscimento e sintesi vocale Siamo di fronte a una tecnologia almeno potenzialmente abilitante? Sicuramente SI E’ matura abbastanza? Probabilmente non ancora E’ applicabile al settore aerospaziale? Vogliamo raccontarvi la nostra esperienza nell’ambito dei sistemi di simulazione e addestramento ATC 4

Il mondo ATC (Air Traffic Control) Il mondo ATC è estremamente complesso e può essere definito come quell’insieme di regole, organismi e persone che contribuiscono a rendere sicuro, spedito e ordinato il flusso degli aeromobili sia al suolo che nei cieli di tutto il mondo attraverso l'uso della moderna tecnologia. 5

Centri di controllo ATC I centri di controllo regionale o ACC (Area Control Center) si occupano del controllo delle aree geografiche di loro competenza; in Italia ne esistono quattro: Roma, Milano, Padova (Abano Terme) e Brindisi. 6

Centri di controllo ATC In ultima analisi uno degli elementi centrali è il Controllore di volo che si occupa della gestione effettiva dei singoli voli attraverso l’utilizzo di postazioni radar (Controller Working Position) ed il contatto continuo in frequenza (cuffia e microfono) con tutti i piloti dei voli di sua competenza. 7

Addestramento: ATRES (Air Traffic Environment Simulator) Simulation Platform L’addestramento dei Controllori è svolto in appositi centri come l’ENAV Academy di Forlì Per l’addestramento vengono impiegati sistemi complessi come la piattaforma di simulazione ATRES che permette l’esecuzione fino a sei esercizi contemporaneamente e l’addestramento di classi di più di 16 controllori. 8

Centri di controllo ATC Il numero dei voli assistiti nell’anno 2011 negli spazi aerei di responsabilità dell’ENAV è stato di 1,6 milioni (in media quasi 4.400 al giorno). Le previsioni, nonostante la crisi mondiale, erano e restano di crescita almeno nel medio e lungo termine. In questo scenario, anche per l’affermazione di nuove tecnologie, si avvertiva l’esigenza da una parte di garantire un sempre più continuo addestramento dei controllori senza dall’altra aumentare eccessivamente i costi dovuti ai trasferimenti da e per i centri di addestramento. Addestramento continuo 9

Addestramento continuo: ATRES Light (1/2) Quattro anni fa nasce ATRES Light, un sistema di auto-addestramento che permette al controllore di continuare ad addestrarsi in maniera autonoma utilizzando un sistema molto simile a quello dei centri di addestramento ma capace di girare su un singolo PC o addirittura su di un notebook. Addestramento continuo: ATRES Light (1 di 2) 10

Addestramento continuo: ATRES Light (2/2) Data la potenza dei computer moderni e grazie alla modularità del sistema di simulazione nella versione classica (ATRES), condensare in una singola postazione una piattaforma di simulazione pressoché completa non ha comportato particolari problemi né da un punto di vista hardware né da quello software. Erano però da risolvere due problematiche legate alle modalità di esecuzione degli esercizi di addestramento. 11

ATRES Light: coordinamento Durante il suo ciclo di vita, ciascun volo è generalmente seguito da più controllori che ne assumono la responsabilità sulla base di criteri principalmente geografici applicando le opportune procedure di coordinamento. La soluzione è stata prevedere una modalità di funzionamento a postazione doppia. 12

ATRES Light: lo Pseudo-Pilot Normalmente durante un’esercitazione sono coinvolti più controllori che comunicano in frequenza con delle figure, chiamate pseudo-pilot, il cui scopo è di far “navigare” i voli virtuali inseriti nella simulazione. 13

Soluzione ideale: riconoscimento e sintesi vocale ATRES Light – Il problema PseudoPilot La soluzione: Riconoscimento e sintesi vocale Soluzioni iniziali: Immissione da parte del controllore anche degli ordini di navigazione; non permette all’allievo di esercitarsi anche nel colloquio in fonia con i piloti introducendo una sostanziale differenza tra la realtà operativa e quella di addestramento Prevedere una postazione doppia in cui fosse presente anche lo “pseudo-pilot”. più fedele alla realtà operativa ma l’obbligo della presenza fisica di uno pseudo-pilot rappresentava un passo nella direzione opposta a quella di un sistema per l’auto-addestramento e la riduzione dei costi di gestione. Soluzione ideale: riconoscimento e sintesi vocale 14

ATRES Light – Riconoscimento e sintesi vocale (1/3) In questa soluzione, il controllore è dunque dotato di una cuffia con microfono attraverso la quale comunica con i piloti degli aeromobili simulati. Lo pseudo-pilot è sostituito completamente da una funzionalità software per permette il riconoscimento vocale degli ordini impartiti dal controllore e la conseguente sintesi dei messaggi di risposta o delle comunicazioni di routine (ad esempio report di attraversamento di fix). 15

ATRES Light – Riconoscimento e sintesi vocale (2/3) Questa soluzione ci ha consentito di arricchire la funzionalità di autovalutazione che permette così di avere un feedback sulla bontà dell’esercitazione condotta anche in merito alla terminologia utilizzata dal controllore e correttamente riconosciuta dal sistema. 16

ATRES Light – Riconoscimento e sintesi vocale (3/3) La lingua utilizzata è l’inglese. La fraseologia è quella standard ICAO: <CALLSIGN> RUNWAY <id runway> CLEARED FOR TAKE OFF “AZA100 runway 34R cleared for take off” <CALLSIGN> TAKE OFF IMMEDIATELY “AZA100 take off immediately” <CALLSIGN> TURN LEFT (or RIGHT) HEADING <3 digits> “AZA100 turn right heading 150“ <CALLSIGN> CLIMB (or DESCEND) TO FLIGHT LEVEL <level> (or <number> FEET) "AZA100 climb to flight level 120“ <CALLSIGN> RUNWAY <id runway> CLEARED TO LAND "AZA100 runway 34r cleared to land“ <CALLSIGN> CLEARED TO <fix> VIA <route and/or fix> "AZA100 cleared to Tarquinia via Grosseto A1" 17

ATRES Light – Riconoscimento vocale I principali problemi Il numero di frasi ammissibili è molto elevato e usare una grammatica che le riconosca tutte riduce le probabilità di riconoscimento corretto Alcuni dei termini (es. i nomi dei FIX) presentano delle sequenze fonetiche più difficili da riconoscere. A volte si utilizzano parole che pur non essendo comprese nello standard divengono una prassi riconosciuta. L’inglese parlato in Italia o in generale in un paese non anglosassone non è quello accademico 18

ATRES Light – Riconoscimento vocale TUNING Il numero di frasi ammissibili è molto elevato e usare una grammatica che le riconosca tutte riduce le probabilità di riconoscimento corretto Alcuni dei termini (es. i nomi dei FIX) presentano delle sequenze fonetiche più difficili da riconoscere A volte si utilizzano parole che pur non essendo comprese nello standard divengono una prassi riconosciuta L’inglese parlato in Italia o in generale in un paese non anglosassone non è quello accademico Tuning Tuning Tuning Tuning Selezionare il sottoinsieme di frasi realmente usate ai fini addestrativi Implementazione alfabeto fonetico NATO (Alfa, Bravo, Charlie,…). Istruire il sistema sulla corretta pronunzia dei singoli FIX Raccogliere informazioni sulle espressioni comuni utilizzate e ampliare la grammatica di conseguenza Fare delle campagne di rilevazione su campioni di popolazione 19

ATRES Light – Riconoscimento e sintesi vocale ATC Global Quattro anni fa siamo stati i primi a presentare, in occasione dell’ATC Global ad Amsterdam , questa soluzione di impiego del riconoscimento vocale. La platea è stata vasta e variegata. Le impressioni sono state in generale sempre positive. 20

tecnologia almeno potenzialmente abilitante? ATRES Light – Riconoscimento e sintesi vocale Siamo di fronte a una tecnologia almeno potenzialmente abilitante? Sicuramente SI E’ matura abbastanza? Non ancora E’ applicabile al settore aerospaziale? La nostra esperienza ci dice che probabilmente lo sarà anche al di fuori dell’ambito dei sistemi di simulazione e addestramento ATC 21

Progetti, studi & e ricerche in Vitrociset Vitrociset è impegnata in vari progetti, studi e sperimentazioni nell’ambito della HMI: Grafica 3D Ricostruzione scenari 3D Immersive Virtual Reality Ricostruzione scenari realtà immersiva utili nel PLM e nell’addestramento Automatic Speech Recognition Implementazione di interfacce vocali per altri impieghi nel settore consumer Tavoli multi-touch Fruizione contenuti su schermo tattile per più persone contemporaneamente Augmented Reality Realtà aumentata per fornire informazioni aggiuntive georeferenziate o inquadrando dei tag

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