SR20飛機(jī)FDR數(shù)據(jù)批量分析算法實(shí)現(xiàn)

孟現(xiàn)召

摘 要：在EGView軟件輔助下分析FDR數(shù)據(jù)是SR20飛機(jī)健康狀況監(jiān)控和故障診斷的必要手段，但對(duì)機(jī)隊(duì)而言，每天將會(huì)產(chǎn)生大量的待分析FDR數(shù)據(jù)，單靠人工無(wú)法完成。采用計(jì)算機(jī)對(duì)大量FDR數(shù)據(jù)進(jìn)行初步篩選后再進(jìn)行人工重點(diǎn)分析將是提高監(jiān)控效率的有效手段。為此，用VB.NET編寫了客戶端程序調(diào)用客戶機(jī)上安裝的Excel軟件對(duì)FDR數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀和初步分析，工程師僅重點(diǎn)關(guān)注篩選出的需要再次進(jìn)行人工分析確認(rèn)的數(shù)據(jù)文件即可，提高監(jiān)控效率。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：SR20飛機(jī)；FDR數(shù)據(jù)；批量分析；vb.net；監(jiān)控效率

DOIDOI：10.11907/rjdk.161945

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2016）008-0147-03

0 引言

通用航空領(lǐng)域受成本等諸多因素的限制，航空器上機(jī)載設(shè)備相對(duì)較為簡(jiǎn)單[1]，在維修實(shí)踐中維修人員對(duì)航空器故障的判斷只能依靠飛行員的口頭描述和地面測(cè)試等，容易受到信息傳遞質(zhì)量的影響，特別是對(duì)那些在地面測(cè)試中難以重現(xiàn)的故障，給工程技術(shù)人員排故帶來(lái)許多不便。

某飛行學(xué)院引進(jìn)的Cirrus SR20飛機(jī)上裝備的Cirrus Perspective Avionics系統(tǒng)能夠?qū)w行中的相關(guān)參數(shù)實(shí)時(shí)記錄在FDR（Flight Data Recorder）數(shù)據(jù)文件中[2-3]，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件在專用的EGView軟件窗口界面中能以曲線圖的形式詳細(xì)展現(xiàn)出各參數(shù)的變化過(guò)程[4]，為工程技術(shù)人員事后研判故障提供了更加直觀的數(shù)據(jù)重現(xiàn)。及時(shí)分析每天的FDR數(shù)據(jù)是對(duì)SR20飛機(jī)進(jìn)行健康狀況監(jiān)控和故障診斷的必要手段。

但對(duì)該飛行學(xué)院40架SR20飛機(jī)的機(jī)隊(duì)而言，每天都會(huì)產(chǎn)生大量的待分析FDR數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)如果全部都由人工逐一分析的話工作量大且難以保證分析結(jié)果的時(shí)效性，從而使對(duì)飛機(jī)的健康狀況監(jiān)控失去意義。

本文討論基于vb.net[5-6]的Microsoft Windows平臺(tái)對(duì)SR20飛機(jī)FDR數(shù)據(jù)進(jìn)行批量分析的軟件編譯實(shí)現(xiàn)方法。

1 編譯過(guò)程

1.1 方案設(shè)計(jì)

FDR數(shù)據(jù)文件為逗號(hào)分隔值文件（.csv），可以使用Microsoft Office Excel軟件打開(kāi)，這些FDR數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)在飛機(jī)Perspective 系統(tǒng)SD卡上。由于分析數(shù)據(jù)需要占用一定時(shí)長(zhǎng)，故將數(shù)據(jù)收集與數(shù)據(jù)分析分開(kāi)，批量分析方案分為上傳和分析兩個(gè)部分。上傳環(huán)節(jié)從飛機(jī)上取出SD卡并用手持機(jī)將數(shù)據(jù)文件上傳至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)[7-8]，執(zhí)行邏輯如圖1。

批量分析時(shí)，軟件數(shù)據(jù)庫(kù)下載FDR數(shù)據(jù)文件[7-8]并調(diào)用客戶機(jī)上的Microsoft Office Excel軟件打開(kāi)該文件，按單元格解讀所需的數(shù)據(jù)并執(zhí)行預(yù)定的判斷算法以確定對(duì)應(yīng)的飛機(jī)是否存在參數(shù)異常，如是則將數(shù)據(jù)文件上傳至指定文件夾中，以備人工介入作進(jìn)一步分析；如否，則將文件名稱寫入存檔清單后上傳文件至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)。批量分析環(huán)節(jié)的執(zhí)行邏輯如圖2所示。

完成初步篩選后工程師只需要重點(diǎn)關(guān)注需進(jìn)行人工分析核實(shí)的FDR數(shù)據(jù)文件即可，提高監(jiān)控效率。

1.2 創(chuàng)建工程項(xiàng)目

啟動(dòng)Microsoft Visual Studio 2008，配置開(kāi)發(fā)環(huán)境為Visual Basic，使用Windows窗體應(yīng)用程序模板創(chuàng)建具有Windows用戶界面的應(yīng)用程序項(xiàng)目，選擇.NET Framework版本為3.5。由于需要調(diào)用Excel，故需要在工程項(xiàng)目建立后對(duì)項(xiàng)目添加Microsoft Excel 12.0 Object Library的COM引用，方法是在“添加引用”的“COM”選項(xiàng)卡中找到Microsoft Excel 12.0 Object Library后“確定”，然后

Microsoft Excel 12.0 Object Library

Microsoft Office 12.0 Object Library

Microsoft Visual Basic for Applications Extensibility 5.3等3個(gè)COM引用會(huì)被自動(dòng)添加。然后在窗體代碼窗口導(dǎo)入命名空間：

Imports System.Data

Imports Microsoft.VisualBasic

Imports System.IO

Imports System.Data.SqlClient

Imports Microsoft.Office.Interop

最后，按照?qǐng)D2的執(zhí)行邏輯在設(shè)計(jì)器窗口窗體容器內(nèi)添加Label、ComboBox、OpenFileDialog、Button等控件。

1.3 算法編譯

1.3.1 上、下載文件算法編譯

為防止數(shù)據(jù)丟失，對(duì)FDR數(shù)據(jù)文檔采用二進(jìn)制數(shù)據(jù)流形式存入數(shù)據(jù)庫(kù)varbinary（max）數(shù)據(jù)類型字段中[9]。為操作方便，將數(shù)據(jù)文檔與二進(jìn)制流之間的互轉(zhuǎn)封裝為兩個(gè)函數(shù)以便調(diào)用，其中數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)二進(jìn)制流函數(shù)為：

Private Function returnbinarydata（ByVal fileurl As String） As Byte（）

'返回流數(shù)據(jù)

If fileurl <> "" Then

Dim myfilestream As New System.IO.FileStream（fileurl，IO.FileMode.Open）

Dim streamdata（myfilestream.Length - 1） As Byte

myfilestream.Read（streamdata，0，myfilestream.Length）

myfilestream.Close（）

returnbinarydate = streamdata

Else

returnbinarydata = Nothing

End If

End Function

二進(jìn)制流轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)文檔函數(shù)為：

Private Function returnfile（ByVal userdata As Byte（），ByVal filename As String，ByVal savepath As String） As Integer

'返回文檔

If Directory.Exists（savepath） = False Then

Directory.CreateDirectory（savepath）

End If

If userdata.Length > 0 Then

Dim myfilestream As New System.IO.FileStream（savepath & filename，IO.FileMode.Create）

myfilestream.Write（userdata，0，userdata.Length）

myfilestream.Close（）

returnfile = 1

Else

returnfile = 0

End If

End Function

采用流數(shù)據(jù)存取的操作方式，避免將數(shù)據(jù)文檔直接存放在網(wǎng)絡(luò)文件夾中因誤修改文件夾路徑等原因造成后期調(diào)取文檔時(shí)出現(xiàn)“找不到文件”的錯(cuò)誤，在數(shù)據(jù)庫(kù)與WinForm客戶端程序之間交互數(shù)據(jù)非常方便。

1.3.2 FDR數(shù)據(jù)解讀算法編譯

首先需打開(kāi)FDR數(shù)據(jù)文件。在Button的Click事件中定義OpenFileDialog屬性并聲明相關(guān)變量。

OpenFileDialog1.FileName = ""

OpenFileDialog1.Filter = "Excel文件（*.csv；*.xlsx）|*.csv；*.XLSX"

OpenFileDialog1.Title = "請(qǐng)選擇擬上傳的文件"

OpenFileDialog1.ShowDialog（）

獲取擬上傳文件的文件名和擴(kuò)展名，對(duì)不符合的文件類型做出提醒并終止運(yùn)行。

Dim fileExtension As String

fileExtension=System.IO.Path.GetExtension（OpenFileDialog1.FileName）.ToLower（）

Dim openfilename As String

openfilename = OpenFileDialog1.FileName

調(diào)用客戶機(jī)系統(tǒng)內(nèi)安裝的Microsoft Excel 2007，并在后臺(tái)完成數(shù)據(jù)解讀：

Dim xlsapp As New Excel.Application

xlsapp.Visible = False

xlsapp.Workbooks.Open（openfilename）

Dim myTable As Excel.Worksheet

myTable = xlsapp.ActiveWorkbook.Sheets.Item（1）

Dim rowscount As Integer

rowscount = myTable.UsedRange.Rows.Count

Dim columncount As Integer

columncount = myTable.UsedRange.Columns.Count

Dim teststr As String

Dim r As Integer

For r = 1 To rowscount

teststr = myTable.Cells.Item（r，1）.text

Next

從FDR數(shù)據(jù)文件中獲取到的關(guān)鍵受控參數(shù)有：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速RPM、進(jìn)氣壓力MAP、燃油流量FF、排氣溫度EGT、氣缸頭溫度CHT、氣壓高度P.ALT等，這些參數(shù)記錄在.csv文件特定列的單元格中。以上算法列出了逐行在第1列中取得所需數(shù)據(jù)的方法，采用同樣的方法可實(shí)現(xiàn)獲取FDR數(shù)據(jù)文件中任意指定列的數(shù)據(jù)，即可完成在上傳FDR數(shù)據(jù)文件時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀。

1.3.3 判斷邏輯算法編譯

預(yù)置的發(fā)動(dòng)機(jī)狀況“異?！蹦Ｐ陀写筌囏氂?、中轉(zhuǎn)速貧油、過(guò)度調(diào)貧、爆震、氣門卡阻、以及氣門疑似燒蝕等，獲取到RPM、MAP、FF、EGT、CHT、P.ALT等關(guān)鍵參數(shù)后將這些參數(shù)與模型特征值進(jìn)行對(duì)比即可捕捉FDR數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵特征點(diǎn)。本文以“大車貧油”為例闡述判斷邏輯算法編譯的方法。首先聲明變量，

Dim RPM As Double

Dim MAP As Double

Dim FF As Double

Dim PALT As Double

當(dāng)?shù)貦C(jī)場(chǎng)的地面氣壓高度在200～1300英尺之間，故設(shè)置判斷閾值為1500英尺，當(dāng)PALT < 1500時(shí)判斷飛機(jī)在地面；此時(shí)推全油門發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)在2650RPM左右，對(duì)應(yīng)的全油門燃油流量FF應(yīng)大于16GPH，否則判斷為大車貧油，將變量isLean賦值為“True”否則為“False”，即完成對(duì)“大車貧油”特征的判斷。

Dim isLean As Boolean

If PALT < 1500 And RPM > 2600 And FF < 16 Then

isLean = True

Else

isLean = False

End If

其它各“異常”特征點(diǎn)的捕捉方法大致相同，均為將飛機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與特征閾值進(jìn)行組合對(duì)比判斷即可。

對(duì)捕捉到具有“異?！碧卣鞯腇DR數(shù)據(jù)在文件名中加入機(jī)號(hào)和特征描述后轉(zhuǎn)入對(duì)應(yīng)類別的文件夾中由工程師人工介入處理。

2 算例測(cè)試

編譯完成后，按照?qǐng)D2的邏輯對(duì)所編譯出的批量分析軟件進(jìn)行了實(shí)例測(cè)試，如圖3所示。

測(cè)試表明批量分析軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)文件夾中FDR數(shù)據(jù)文件進(jìn)行下載、分析和對(duì)存在“異?！钡臄?shù)據(jù)文件自動(dòng)修改文件名，軟件運(yùn)行正常；對(duì)批量分析后的結(jié)果進(jìn)行人工抽檢，分析表明該軟件分析的準(zhǔn)確性達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

數(shù)據(jù)分析類工具有可程序化的特點(diǎn)，通過(guò)合理的算法編譯能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助分析，從而在一定程度上解放人力。編譯出的批量分析軟件能夠完成對(duì)大量數(shù)據(jù)的初步篩選工作，使工程師能夠?qū)⒂邢薜木性陉P(guān)鍵數(shù)據(jù)分析上，保證對(duì)飛機(jī)健康狀況監(jiān)控的時(shí)效性，對(duì)更好地保障飛機(jī)系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。

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（責(zé)任編輯：陳福時(shí)）