基于趨勢(shì)預(yù)警的飛機(jī)安全智能化監(jiān)控設(shè)計(jì)探討

摘 要：飛機(jī)安全監(jiān)控是第一時(shí)間獲取試飛數(shù)據(jù)的有效通道，也是掌握飛行安全和飛行質(zhì)量主動(dòng)權(quán)的最佳途徑.本文根據(jù)新型飛機(jī)的試飛特點(diǎn)，提出了基于趨勢(shì)預(yù)警的飛機(jī)安全智能化監(jiān)控設(shè)計(jì)思想，在原有監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)下，以最直觀的方式顯示，及時(shí)掌握飛行中危及試飛安全的測(cè)試參數(shù)或結(jié)果，實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)預(yù)警，為指揮員提供最直接的決策信息，及時(shí)糾正試飛員飛行操縱信息，高效地保證試飛科目的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：趨勢(shì)；預(yù)警；智能化；安全監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TP333

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展應(yīng)用，飛行試驗(yàn)安全實(shí)時(shí)監(jiān)控取得了長(zhǎng)足的發(fā)展和完善，它是第一時(shí)間獲取試飛數(shù)據(jù)的有效通道，是掌握飛行安全和飛行質(zhì)量主動(dòng)權(quán)的最佳途徑[1]。航空工業(yè)的不斷發(fā)展，飛機(jī)結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，新型飛機(jī)設(shè)計(jì)中大量新技術(shù)和新材料的應(yīng)用，使得試飛風(fēng)險(xiǎn)陡增，對(duì)試飛安全監(jiān)控提出了新的挑戰(zhàn)。為滿足試飛新技術(shù)特點(diǎn)和安全的需要，有必要增加監(jiān)控界面的顯示參數(shù)和形式，優(yōu)化界面的顯示效果，提高安全監(jiān)控性能。

本文根據(jù)飛行試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，在總結(jié)多年試飛安全監(jiān)控的基礎(chǔ)上，提出了基于趨勢(shì)預(yù)警的飛機(jī)安全智能化監(jiān)控設(shè)計(jì)思想。以傳統(tǒng)安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，完成對(duì)物理量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)計(jì)算、可視化顯示、安全預(yù)警、應(yīng)急處置輔助決策、語(yǔ)音告警、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、監(jiān)控顯示等功能的設(shè)計(jì)開發(fā)，制定安全監(jiān)控設(shè)計(jì)規(guī)范，最終將地面監(jiān)控系統(tǒng)作為信息全面、顯示直觀、決策依據(jù)準(zhǔn)確的地面重要的試飛指揮平臺(tái)。

1 設(shè)計(jì)方法及技術(shù)

目前，常用的試飛安全監(jiān)控主要以遙測(cè)數(shù)據(jù)處理技術(shù)為主，并配套地面試飛數(shù)據(jù)事后預(yù)處理系統(tǒng)來(lái)滿足常規(guī)性的飛行試驗(yàn)需要[2]。但是，現(xiàn)有的安全監(jiān)控軟件只能對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常告警，還未實(shí)現(xiàn)預(yù)警，對(duì)于突發(fā)事件沒(méi)有預(yù)留充分的處理時(shí)間；事后預(yù)處理無(wú)法滿足準(zhǔn)實(shí)時(shí)評(píng)估的需求，紙質(zhì)應(yīng)急處置手冊(cè)也無(wú)法滿足突發(fā)故障應(yīng)急處置信息快速查詢的需求。

基于趨勢(shì)預(yù)警的飛機(jī)安全智能化監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)避了以上問(wèn)題，可在統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)下，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)獨(dú)具特色的顯示格式和畫面，以最直觀的方式顯示各類飛機(jī)信息，及時(shí)掌握飛行中危及試飛安全的測(cè)試參數(shù)或結(jié)果，實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)預(yù)警，為指揮員提供最直接的決策信息，及時(shí)糾正試飛員飛行操縱信息，高效地保證試飛科目的順利進(jìn)行。

本系統(tǒng)擬從以下幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)：

1.1 包含參數(shù)、專業(yè)覆蓋面齊全

系統(tǒng)需包含目前飛行試驗(yàn)中所涉及的絕大部分專業(yè)，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，需要監(jiān)控24個(gè)專業(yè)，遙測(cè)4000多參數(shù)，設(shè)計(jì)38個(gè)畫面，包含1000余條故障判據(jù)，數(shù)據(jù)量巨大。

1.2 飛機(jī)狀態(tài)直觀顯示

采用三維動(dòng)畫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)機(jī)體關(guān)鍵部位、可動(dòng)部件及主要系統(tǒng)的狀態(tài)信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，以突出的形式監(jiān)控顯示飛機(jī)重要信息的變化過(guò)程，為保證安全試飛提供了又一道重要的防線。

1.3 提前判斷故障趨勢(shì)，安全關(guān)口前移

設(shè)置故障判斷標(biāo)準(zhǔn)和門限，特別針對(duì)關(guān)鍵系統(tǒng)的某些故障在發(fā)展初期就設(shè)置不同的參數(shù)門限，提早發(fā)現(xiàn)和預(yù)警，為應(yīng)急處置留出盡可能多的時(shí)間。

1.4 分級(jí)故障，創(chuàng)新告警機(jī)制實(shí)現(xiàn)全方位立體化告警，實(shí)現(xiàn)自上而下集中式故障警示

設(shè)計(jì)了分級(jí)告警、綜合式告警相結(jié)合的新型告警機(jī)制，并設(shè)計(jì)了準(zhǔn)確嚴(yán)密的飛機(jī)離地距離算法。分級(jí)告警將安全關(guān)口前移，實(shí)現(xiàn)了提示、警示、告警三級(jí)故障警告方式[3]，提前判斷故障發(fā)展趨勢(shì)，為飛行試驗(yàn)空中特情處置爭(zhēng)取到更多的時(shí)間，顯著降低了突發(fā)故障對(duì)試飛員生命和飛機(jī)安全帶來(lái)的威脅，以及對(duì)試飛進(jìn)度的影響。綜合式告警設(shè)計(jì)了樹型告警結(jié)構(gòu)，達(dá)到監(jiān)控一點(diǎn)防范一片的效果。飛機(jī)離地距離算法是結(jié)合地形特點(diǎn)實(shí)時(shí)計(jì)算并顯示飛機(jī)到地面的相對(duì)距離，避免在高山地區(qū)和云層中高度表給飛行員帶來(lái)錯(cuò)覺(jué)和由此造成的重大飛行事故。

1.5 利用TTS[4]技術(shù)，使監(jiān)控軟件“開口說(shuō)話”

突破性的將文字識(shí)別與語(yǔ)音告警應(yīng)用于地面實(shí)時(shí)監(jiān)控，TTS能將任意文字信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)流暢的語(yǔ)音朗讀出來(lái)，相當(dāng)于給機(jī)器裝上了嘴巴。在飛機(jī)出現(xiàn)異?；蚋婢瘯r(shí)，將告警信息內(nèi)容通過(guò)中文語(yǔ)音進(jìn)行播報(bào)，通過(guò)視覺(jué)與聽覺(jué)相互結(jié)合，為試飛任務(wù)安全高效的進(jìn)行提供了全方位的立體保證。

1.6 首次在實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了試飛任務(wù)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)評(píng)估

在試飛安全監(jiān)控中引入嵌入技術(shù)[5]，將功能強(qiáng)大的Matlab嵌入到Labview中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作段的即時(shí)截取與準(zhǔn)實(shí)時(shí)處理，根據(jù)bode圖和相干函數(shù)曲線計(jì)算并評(píng)估系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，為下一個(gè)動(dòng)作的成功率提供技術(shù)依據(jù)和安全保證。

1.7 建立了試飛安全專家知識(shí)庫(kù)，建立應(yīng)急處置輔助決策機(jī)制

以飛行員應(yīng)急手冊(cè)、飛行手冊(cè)為依據(jù)，首次引入試飛安全專家?guī)斓睦砟睿瑯?gòu)建了大量的試飛安全模型，建立了應(yīng)急處置輔助決策機(jī)制，一旦出現(xiàn)告警安全監(jiān)控軟件自動(dòng)從專家?guī)熘兴阉餍畔⒘⒓葱纬蓱?yīng)急處置方案，縮短特情的應(yīng)急處置決策時(shí)間，提高空中特情的應(yīng)急處置成功率。

1.8 建立規(guī)范的安全監(jiān)控制度

通過(guò)規(guī)范各專業(yè)的安全監(jiān)控手冊(cè)，梳理完成的監(jiān)控流程，制定職責(zé)明確的安全職責(zé)分工，完善安全監(jiān)控制度，保證了飛行試驗(yàn)安全監(jiān)控的有序進(jìn)行。

2 應(yīng)用前景及結(jié)論

基于趨勢(shì)預(yù)警的飛機(jī)安全智能化監(jiān)控系統(tǒng)可全面監(jiān)控飛機(jī)狀態(tài)，將安全關(guān)口前移，實(shí)現(xiàn)了提示、警示、告警三級(jí)故障警告方式，提前判斷故障發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)飛行中的嚴(yán)重故障，輔助指揮員指揮決策，避免重大安全事故的發(fā)生，可有效保證試飛安全、提高試飛效率。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新型飛機(jī)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，試飛風(fēng)險(xiǎn)陡增，對(duì)試飛周期也提出更加嚴(yán)格的要求，智能化地面實(shí)時(shí)安全監(jiān)控技術(shù)其關(guān)鍵技術(shù)和先進(jìn)方法可在多種型號(hào)試飛中推廣應(yīng)用，可極大地提升型號(hào)綜合試飛設(shè)計(jì)水平、試飛技術(shù)狀態(tài)管控規(guī)范化程度和試飛安全保證能力，并有效地提高試飛效率，加快武器裝備形成戰(zhàn)斗力的進(jìn)程，從而產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]魯旭紅，劉永.新型飛行監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與實(shí)時(shí)處理技術(shù)研究[J].航空電子技術(shù)，2012（43）：34-38.

[2]袁炳南，于艷，張俊芳.飛行試驗(yàn)多目標(biāo)遙測(cè)監(jiān)控及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)[A].2008年航空試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)峰會(huì)論文集[C]，2008.

[3]晁海濤.飛行品質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行探索[J].科技資訊，2009（33）：197.

[4]宗思瑤，尚麗娜.TTS技術(shù)在飛行試驗(yàn)咽側(cè)監(jiān)控中的應(yīng)用[J].測(cè)控技術(shù)，2014（33）.

[5]張藝陽(yáng)，馬小軍，丁正洋.基于LabVIEW與嵌入式的重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，2012（39）：59-62.

作者簡(jiǎn)介：馮巧寧（1982-），女，陜西西安人，工程師，碩士，研究方向：飛行試驗(yàn)光電測(cè)試、圖像處理；吳立?。?984-），男，河北唐山人，工程師，碩士，研究方向：飛行試驗(yàn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)；劉茜（1972-），女，湖南人，工程師，研究方向：航空改裝，視頻信號(hào)處理。

作者單位：中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，西安 710089