電子飛行包系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

張 序* ，陳 琳，鄧 豪，郝 帥，譚 力，陳 彬

(1.中國國際航空股份有限公司 a.西南分控中心;b.西南分公司飛行部 成都 610202;2.中國民用航空大學(xué) 空中交通管理學(xué)院，天津 300300)

電子飛行包系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

張 序1a* ，陳 琳2，鄧 豪1a，郝 帥1a，譚 力1b，陳 彬1b

(1.中國國際航空股份有限公司 a.西南分控中心;b.西南分公司飛行部 成都 610202;2.中國民用航空大學(xué) 空中交通管理學(xué)院，天津 300300)

在介紹國內(nèi)外航空公司使用電子飛行包的歷史和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，闡述電子飛行包的定義和頂層設(shè)計要素，在電子飛行包文檔查看程序地面部分管理流程圖、CAT打包流程圖、WMI結(jié)構(gòu)示意圖、CMS結(jié)構(gòu)圖等方面分析了典型航空公司的先進(jìn)理念，對電子飛行包技術(shù)方面的安全性、高效性、可擴(kuò)展性、一致性和兼容性進(jìn)行探討。

電子飛行包;內(nèi)容管理系統(tǒng);數(shù)據(jù)通信;性能計算

隨著航空科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，如何提高航空公司的運(yùn)行控制管理水品，提升公司的市場競爭力已經(jīng)成為航空公司發(fā)展的重點(diǎn)，電子飛行包(Electronic Fight Bag，EFB)很好地解決了這個問題。EFB通過綜合模塊的應(yīng)用，將飛機(jī)駕駛艙的數(shù)字信息傳輸與管理提高到一個新高度。研究EFB將幫助航空公司降低飛行和維護(hù)成本，改善滑行和駕駛艙的安全，通過精確的計算降低油耗和提高性能，實(shí)現(xiàn)電子文件的存取和閱讀功能。國外大部分航空公司已經(jīng)將EFB運(yùn)用到實(shí)際飛行過程中，效果明顯。國內(nèi)對于電子飛行包的應(yīng)用還處于起步階段，因此應(yīng)開發(fā)公司所需的EFB應(yīng)用程序，建立適合公司自身的EFB的發(fā)展規(guī)劃，增強(qiáng)公司的競爭力。

1 電子飛行包的簡介

中國民用航空飛行標(biāo)準(zhǔn)司頒布的咨詢通告［1］對EFB的定義是:包含用于支持一定功能的軟硬件，用于駕駛艙或客艙的電子顯示系統(tǒng)。EFB能顯示多種航空信息數(shù)據(jù)或進(jìn)行基本的計算(如性能數(shù)據(jù)、燃油計算等)。

最早的EFB可以追溯到20世紀(jì)80年代，當(dāng)時飛機(jī)的一些配平計算還需要飛行員在駕駛艙內(nèi)用筆算，一些飛行員用自己的個人便攜式電腦設(shè)計一些簡單的計算程序進(jìn)行載重平衡計算，這一方法之后得到了肯定，有公司開始研究EFB。1991年，聯(lián)邦快遞開始使用早期的電子飛行包Airport Performance Laptop Computer進(jìn)行性能計算。90年代中期，聯(lián)邦快遞部署Pilot Access Terminals，使用支架和機(jī)上電源、數(shù)據(jù)接口，這是最早的二類EFB;到1996年德國Aero Lloyd公司開發(fā)了FMD系統(tǒng)，用來進(jìn)行性能計算和查看文檔，維珍航空公司將一些文件、資料轉(zhuǎn)化成電子版本放入便攜式電腦內(nèi)閱讀。2003年FAA對電子飛行包進(jìn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，頒布咨詢通告將電子飛行包進(jìn)行定義、分類等?，F(xiàn)在，Boeing公司、Jeppesen公司等多家公司推出了電子飛行包產(chǎn)品和相關(guān)解決方案。

2 電子飛行包的組成

電子飛行包主要由機(jī)載EFB、內(nèi)容管理系統(tǒng)(CMS)和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)組成［2］。機(jī)載EFB系統(tǒng)，根據(jù)EFB的級別不同，主要包含EFB終端顯示設(shè)備、機(jī)載數(shù)據(jù)管理與維護(hù)系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)通信接口管理系統(tǒng)。CMS是地面與飛機(jī)間雙向數(shù)據(jù)傳輸與交換的接口系統(tǒng)，直接負(fù)責(zé)機(jī)載應(yīng)用資料的管理和發(fā)布，在EFB系統(tǒng)中有著重要的作用。機(jī)載電子飛行包與內(nèi)容管理系統(tǒng)的信息傳輸，除了通過USB從機(jī)載EFB拷貝數(shù)據(jù)，以及向EFB拷貝數(shù)據(jù)的方式實(shí)現(xiàn)電子資料的轉(zhuǎn)移外，電子飛行包的數(shù)據(jù)更新與傳輸主要通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)完成。

根據(jù)航空公司使用EFB系統(tǒng)時的應(yīng)用內(nèi)容和應(yīng)用區(qū)域的情況，不同級別的EFB系統(tǒng)所使用數(shù)據(jù)更新方式和數(shù)據(jù)傳輸方式有一定的區(qū)別。主要的數(shù)據(jù)傳輸方式如表1所示。

表1 各類電子飛行包通信方式

3 電子飛行包系統(tǒng)的設(shè)計

相對于電子飛行包，程序管理器和內(nèi)容管理系統(tǒng)都是電子飛行包上必備的整體管理程序［3］，下面分析7類應(yīng)用程序的設(shè)計:

3.1 航圖查看程序

航圖查看程序可以在平板電腦技術(shù)上建立多級子目錄組織管理航圖，設(shè)置航圖所屬機(jī)場、生效時間等數(shù)據(jù)并保證其基本編輯功能，建立機(jī)場數(shù)據(jù)庫、航圖資料庫等，保證數(shù)據(jù)的時效性。該程序能兼容FAA、Jeppesen和公司自制的航圖，支持中、英文航圖的顯示與查閱，支持pdf格式，支持航圖的縮放和旋轉(zhuǎn)，航圖間的快速切換，自動導(dǎo)入航圖更新包，基于生效時間選擇航圖。航圖查看程序還能夠?qū)w機(jī)的位置和航向由GPS和IRS設(shè)備描繪在滑跑圖上，即滑跑位置預(yù)警功能(TPA)。飛行員利用TPA和外部參照物確定飛機(jī)相對于跑道、滑行?？奎c(diǎn)、轉(zhuǎn)彎點(diǎn)或廊橋門的位置，提高了飛行員對跑道和滑跑環(huán)境的警覺性，飛機(jī)滑跑更準(zhǔn)確、安全，同時減少滑跑時間。

3.2 電子文檔查看程序

文檔查看程序與航圖查看程序類似，需建立具有時效性的數(shù)據(jù)庫和文檔的管理系統(tǒng)。該程序支持中英文文檔的查閱、檢索與瀏覽，兼容pdf和html(xml)格式，可擴(kuò)展jpeg格式和word格式，具有旋轉(zhuǎn)、縮放、導(dǎo)航、搜索、錄入能力，并能建立書簽，允許在全屏下顯示文件，且EFB之間的內(nèi)容可以通過網(wǎng)絡(luò)推送［4］。

圖1為EFB文檔查看程序地面部分管理的流程圖。航空公司和廠商的控制端口會頒布pdf格式和紙質(zhì)版修復(fù)說明，發(fā)布交互式的xml格式文檔資料，通過資料分別建立html格式和xml格式的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)包，并通過互聯(lián)網(wǎng)傳播。EFB生產(chǎn)商會將xml格式的電子數(shù)據(jù)包運(yùn)用到其通用管理工具(CAT)和計算機(jī)輔助制造(CAM)程序中，一方面通過品質(zhì)控制傳送到EFB飛機(jī)電子中央監(jiān)控數(shù)據(jù)手冊，另一方面EFB生產(chǎn)商還會通過數(shù)據(jù)分發(fā)管理工具(DDM)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將其裝入電子飛行包內(nèi)。

3.3 電子檢查單

電子檢查單用來檢查飛機(jī)狀態(tài)［5］，特別是非正?；蚓o急檢查單，其中更多的是飛行員要參照完成的標(biāo)準(zhǔn)操作程序，使飛行員在非標(biāo)準(zhǔn)狀況下減少思考時間，完成推薦的操作程序，避免已知的危險，最大限度地恢復(fù)對飛機(jī)的控制。所以電子檢查單除了具有電子文檔查看程序的功能外，還應(yīng)具備自動檢測、錯誤告警提示的功能。電子檢查單處理問題的基礎(chǔ)來源于各式各樣的傳感器，傳感器將飛機(jī)各部件運(yùn)行狀態(tài)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行一個收集匯總，再傳到程序里，應(yīng)用程序根據(jù)預(yù)先的設(shè)定進(jìn)行自動檢測分析，當(dāng)出現(xiàn)錯誤時，會自動發(fā)出告警，提示機(jī)組注意。使用電子檢查單來幫助機(jī)組更直觀地判斷和處理故障。

3.4 性能計算OPT

對飛行管理計算機(jī)的安全需求包括:滿足系統(tǒng)一次故障工作，二次故障安全(FO/FS)的設(shè)計要求;對于任何故障，造成飛行管理計算機(jī)失效的概率小于10-9次/飛行小時;對于任何單個故障，不會造成飛行管理計算機(jī)任何功能的喪失;對于任何單個故障，不會導(dǎo)致在沒有任何故障指示的情況下，將一個錯誤信號輸出;對于任何單個故障，不會導(dǎo)致超過一個LRU功能的喪失。飛機(jī)性能OPT模塊提前裝載數(shù)據(jù)包括:輸入飛機(jī)尾號配合發(fā)動機(jī)型號;從開發(fā)商得到飛機(jī)SCAP性能數(shù)據(jù)庫;機(jī)場、標(biāo)高、跑道數(shù)據(jù)、不全跑道入口信息、障礙物數(shù)據(jù)、發(fā)動機(jī)減推力設(shè)置、襟翼設(shè)置、MEL/CDL、載重平衡數(shù)據(jù)、重心、公司運(yùn)行政策;機(jī)場數(shù)據(jù)包括Jeppesen提供和公司自己總結(jié)數(shù)據(jù)。

圖2為OPT模塊CAT打包流程圖，首先人工設(shè)置性能計算OPT的數(shù)據(jù)，再提高無線接入點(diǎn)智能緩存，然后制定數(shù)據(jù)和配置選項(xiàng)，創(chuàng)建數(shù)據(jù)定義，再輸入機(jī)場數(shù)據(jù)信息，設(shè)置數(shù)字顯示發(fā)生器，從各傳感器接收離散的數(shù)字量信息進(jìn)行性能計算，最后得到飛行優(yōu)化軌跡和相關(guān)數(shù)據(jù)并打包傳送。

3.5 視頻監(jiān)視

EFB通過攝像機(jī)接口單元接收數(shù)字視頻信號，通過數(shù)據(jù)線路傳輸?shù)綀D形顯示屏上，形成圖像，使得機(jī)組可以對客艙人員活動情況、駕駛艙門情況、駕駛艙內(nèi)人員活動情況和貨艙內(nèi)貨物情況等飛機(jī)狀態(tài)進(jìn)行獨(dú)立實(shí)時監(jiān)控顯示。

3.6 程序管理器

程序管理器為觸屏式，可以在Windows下基于WMI的數(shù)據(jù)建立。WMI是一個基于WBEM(Webbased EnterpriseManagement)和CIM(Common Information Model)的管理規(guī)范和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)［6］，通過它可以訪問、配置、管理和監(jiān)控幾乎所有的Windows資源。WMI采用一個統(tǒng)一的、基于標(biāo)準(zhǔn)的、可擴(kuò)展的面向?qū)ο蠼涌趤砉芾硐到y(tǒng)，提供了強(qiáng)大的功能，能夠管理電子飛行包上的所有程序，包括航圖查看程序、文檔瀏覽程序等，能夠快速高效地處理多項(xiàng)任務(wù)，支持應(yīng)用程序間的快速切換，基于角色的登錄，可為不同航空公司定制界面，可以同第三方應(yīng)用程序/數(shù)據(jù)集成等。

WMI將不同來源的數(shù)據(jù)用通用、標(biāo)準(zhǔn)且邏輯上有組織的方式映像出去，以便在管理數(shù)據(jù)之間建立相互關(guān)系和關(guān)聯(lián)，如圖3所示。WMI consumer可以是MMC插件、應(yīng)用程序、腳本程序等。

圖3 WMI結(jié)構(gòu)示意圖

3.7 內(nèi)容管理系統(tǒng)

程序管理器安裝于機(jī)載EFB上，是對機(jī)載EFB中的應(yīng)用程序進(jìn)行整體的管理，而內(nèi)容管理系統(tǒng)主服務(wù)器在地面，是地面與飛機(jī)間雙向數(shù)據(jù)傳輸與交換的接口系統(tǒng)，直接負(fù)責(zé)機(jī)載應(yīng)用資料的管理和發(fā)布，在EFB系統(tǒng)中占據(jù)著重要的作用［7］。旨在管理龐大、繁雜的后臺數(shù)據(jù)和信息，規(guī)范系統(tǒng)后臺信息管理流程，統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲格式，減少系統(tǒng)維護(hù)的投入，加強(qiáng)信息披露的權(quán)限管理。

CMS主要分為中央內(nèi)容管理系統(tǒng)與機(jī)場(區(qū)域)/航路內(nèi)容管理系統(tǒng)(地面內(nèi)容管理系統(tǒng))。中央內(nèi)容管理系統(tǒng)將航空公司或內(nèi)容服務(wù)提供商提交的數(shù)據(jù)傳輸要求進(jìn)行實(shí)時處理，直接負(fù)責(zé)各類情報、氣象、通告、航圖等資料的更新、分類、排版等管理［8］，識別飛機(jī)標(biāo)識與跟蹤方位，飛機(jī)數(shù)據(jù)更新管理，數(shù)據(jù)流量管理等，然后中央管理組件系統(tǒng)通過衛(wèi)星通訊系統(tǒng)將資料發(fā)布，以飛機(jī)的飛行計劃或飛行實(shí)況的形式轉(zhuǎn)發(fā)到CMS;機(jī)場內(nèi)容管理系統(tǒng)通過終端無線局域網(wǎng)/有線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)直接與飛機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，同時對飛機(jī)數(shù)據(jù)傳輸與加載狀況進(jìn)行記錄與統(tǒng)計，向服務(wù)提供商作內(nèi)容管理系統(tǒng)報告，并且與公司的性能計算系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)實(shí)時的飛機(jī)重量，提供更加準(zhǔn)確的計算，從而為公司節(jié)省資金，降低發(fā)動機(jī)的維護(hù)成本;機(jī)場內(nèi)容管理系統(tǒng)部署在機(jī)場或相關(guān)區(qū)域的無線/有線通信設(shè)施，根據(jù)飛機(jī)使用通信設(shè)備的不同情況采用不同的通信手段實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)間的數(shù)據(jù)交互，如圖4所示。

圖4 CMS結(jié)構(gòu)圖

4 EFB設(shè)計原則與前景

4.1 原則

航空公司對于EFB的應(yīng)用，是為了更大的經(jīng)濟(jì)效益和更高的安全系數(shù)。一架飛機(jī)上一般安裝3～5臺電子飛行包，雖然一次性投入成本較大，但在使用EFB的過程中，它為公司帶來各種經(jīng)濟(jì)效益，如:減少紙質(zhì)文件從而節(jié)省燃油消耗，通過性能計算合理裝加燃油，通過飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控節(jié)約維護(hù)成本等。EFB的優(yōu)勢已被眾多航空公司認(rèn)同，尤其國內(nèi)航空業(yè)具有發(fā)展迅速、內(nèi)部需求大的特點(diǎn)，國內(nèi)航空公司如果利用好EFB，就能在競爭中占據(jù)優(yōu)勢。

在電子飛行包的設(shè)計過程中，在技術(shù)方面應(yīng)該滿足的幾點(diǎn)原則:1)安全性。對系統(tǒng)的安全性包括2個方面，一是能夠保證在存儲數(shù)據(jù)的磁盤等硬件設(shè)備損壞的情況下系統(tǒng)能夠繼續(xù)運(yùn)行;二是由于EFB數(shù)據(jù)傳輸大都通過網(wǎng)絡(luò)形式，所以要保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問的安全，避免非法干擾、訪問和修改。2)高效性。對于日常資料，如公司運(yùn)行手冊、MEL/CDL、飛行手冊等，其特點(diǎn)是數(shù)量大，并且遇到網(wǎng)絡(luò)繁忙時，系統(tǒng)的高效運(yùn)行才能保證EFB在短時間內(nèi)把數(shù)據(jù)傳輸完成的要求。在進(jìn)行大量繁瑣的性能計算時，把運(yùn)算量大的和復(fù)雜度高的業(yè)務(wù)處理設(shè)計為服務(wù)器后臺計算過程，充分利用了服務(wù)器運(yùn)算性能強(qiáng)，而且可以減少客戶端和服務(wù)器間信息傳遞的次數(shù)的優(yōu)勢。3)可擴(kuò)展性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求在系統(tǒng)設(shè)計時要有良好的擴(kuò)展性。系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)要完全按照IATA AHM和SSIM標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，確保在以后的擴(kuò)展中保持其現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。4)一致性。EFB數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大且種類繁雜，還會實(shí)時更新，這就要求數(shù)據(jù)在任何情況下要保持一致，也方便上級的檢查。5)兼容性。EFB的數(shù)據(jù)格式多種多樣，其應(yīng)用軟件使用的語言應(yīng)用系統(tǒng)也不一樣，這就要求EFB有良好的兼容性，以避免繁瑣的格式轉(zhuǎn)化工作和系統(tǒng)間的“摩擦”。

4.2 前景

EFB的建設(shè)需要系統(tǒng)設(shè)計人員與使用者在實(shí)際工作中不斷地進(jìn)行修改和升級，從而更好地為公司的發(fā)展服務(wù)。目前，EFB尚有不足，隨著飛機(jī)上地空數(shù)據(jù)鏈的開通、衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈帶寬的提高，以及運(yùn)行成本的降低，EFB還可以實(shí)現(xiàn)以下功能:1)實(shí)時氣象數(shù)據(jù)和實(shí)況圖像的傳輸，包括航空氣象網(wǎng)絡(luò)提供的衛(wèi)星播發(fā)的氣象圖，有利于機(jī)組對目的機(jī)場的天氣做出清晰判斷;2)可將實(shí)時航行通告(NOTAM)上傳至飛機(jī)，方便機(jī)組了解航路區(qū)域的限制動態(tài);3)可將實(shí)時飛機(jī)故障和狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)下傳至航空公司，使公司能夠更好地了解飛機(jī)狀態(tài)，提出合理建議;4)地空數(shù)據(jù)鏈上下傳的文字顯示(含中文字符)，實(shí)現(xiàn)地空通話，讓地面相關(guān)保障單位及時掌握飛行動態(tài)、機(jī)組情況;5)電子飛行記錄本數(shù)據(jù)下傳，利于公司掌握飛機(jī)的性能狀況，方便事故調(diào)查;6)進(jìn)一步利用GPS，完成航路、跑道、滑行道位置顯示，可以提高飛行員對航路、跑道和滑跑環(huán)境的警覺性。

EFB是航空運(yùn)輸機(jī)邁向電子化的重要一步。通過其綜合模塊的應(yīng)用，為飛機(jī)駕駛艙帶來了數(shù)字信息傳輸與管理的新階段。航空公司需要意識到電子飛行包在飛行和維護(hù)成本的降低、安全性的提高，以及對文件的可達(dá)性和配置控制的改善中起到的重要作用，充分利用好電子飛行包，為公司帶來更多效益。

［1］AC-121-FS—2009-31.電子飛行包(EFB)的適航和運(yùn)行批準(zhǔn)指南［S］.北京:中國民用航空飛行標(biāo)準(zhǔn)司，2009.

［2］王會來.新型機(jī)載電子設(shè)備電子飛行包［J］.中國民航學(xué)院學(xué)報，2004，22(6):120-123.

［3］呂小平.電子飛行包(EFB)系統(tǒng)介紹［J］.中國民用航空，2007(10):47-50.

［4］張序，陳琳，姚果，等.RNP運(yùn)行在蓉—拉航線上的優(yōu)勢研究［J］.長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012，12(3):57-62.

［5］路晶，何元清，劉曉東.基于iOS平臺的電子飛行包設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［J］.計算機(jī)與現(xiàn)代化，2013，4(212):223-227.

［6］馬存寶，王慶文，史浩山，等.FMCS自動測試系統(tǒng)的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)［J］.機(jī)械與電子，2008(4):20-30.

［7］張序，陳琳，楊世超，等.RNP運(yùn)行和常規(guī)運(yùn)行在雙—邦航線上的對比分析［J］.成都.成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013，29(2):49-51.

［8］陳琳，張序，劉雪濤，等.成都—拉薩高原航線發(fā)動機(jī)失效飄降和客艙釋壓供氧問題分析［J］.中國民航學(xué)院院報，2013，23(6):40-45.

［9］張序，張曉鈺，陳琳，等.事故鏈分析法在飛行簽派員培訓(xùn)中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012(30):252.

Design and Application of Electronic Flight Bag System

ZHANG Xu1a* ，CHEN Lin2，DENG Hao1a，HAO Shuai1a，TAN Li1b，CHEN Bin1b

(1.a.Southwest Sub-control Center，Operation Control Center;b.Flying Department，Southwest Branch Air China Limited，Chengdu 610202，China;2.Air Traffic Management College，Civil Aviation University of China，Tianjin 300300，China)

The history of EFB and current usage situation for domestic and foreign airlines are introduced in this paper，and then the definition of EFB and top layer design elements are described.The surface management flow chart of EFB，the CAT bale chart，the WMI construction schematic diagram，the CMS construction chart are elaborated to explain the advanced idea of airlines.And the safety，the efficiency，the expansibility and the compatibility of EFB are depicted and looked ahead.

Electronic Fight Bag(EFB);Connect Management System(CMS);data communication;performance computation

V247.5;V448.12

A

2095-5383(2014)02-0016-04

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2014.02.006

2014-01-23

張序(1982-)，男(漢族)，四川簡陽人，國航運(yùn)行類(簽派)教員，學(xué)士，研究方向:航空公司運(yùn)行管理，通信作者郵箱:zhangxulikeyou@126.com。

陳琳(1981-)，男(漢族)，山東泰安人，講師，碩士，研究方向:民航交通運(yùn)輸專業(yè)教育教學(xué)，航空公司運(yùn)行管理，民航簽派員壓力管理，航空公司運(yùn)行風(fēng)險管理與識別。