大數(shù)據(jù)在航空系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

孔祥芬，蔡峻青，張利寒，唐杰，侯晨光

1.中國民航大學(xué) 航空工程學(xué)院，天津 300300 2.中國航空綜合技術(shù)研究所，北京 100028

當(dāng)今世界正在產(chǎn)生越來越多的數(shù)據(jù)，這些迅猛增長的數(shù)據(jù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越常規(guī)軟件工具所能處理的范疇。作為大規(guī)模數(shù)據(jù)的有效處理手段[1]，大數(shù)據(jù)技術(shù)自問世以來，就得到了廣泛關(guān)注[2-3]并已經(jīng)在電力、水利、醫(yī)療、氣象[4-7]等領(lǐng)域獲得了迅猛的發(fā)展。美國政府、英國政府及歐盟委員會(huì)等[8-11]已紛紛將大數(shù)據(jù)提升至戰(zhàn)略高度，中國也相繼出臺(tái)大數(shù)據(jù)白皮書[12]與行動(dòng)綱要[13]以引導(dǎo)和鼓勵(lì)各領(lǐng)域在大數(shù)據(jù)分析方法及關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)等方面開展探索研究。

航空系統(tǒng)生來擁有大數(shù)據(jù)基因[14]。作為由眾多系統(tǒng)及零部件構(gòu)成的復(fù)雜產(chǎn)品，現(xiàn)代化飛機(jī)裝載的傳感器能夠記錄數(shù)以千計(jì)的飛行參數(shù)，每次飛行，僅僅是發(fā)動(dòng)機(jī)就能產(chǎn)生1 TB數(shù)據(jù)[15]。除了這些飛行數(shù)據(jù)，維修基地、庫存系統(tǒng)以及各種監(jiān)管機(jī)構(gòu)也產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這形成了航空系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)爆炸。大數(shù)據(jù)技術(shù)為解決當(dāng)前航空系統(tǒng)面臨的問題帶來了新的機(jī)遇，航空大數(shù)據(jù)可以集成多部門、多源、多尺度的結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，借助云計(jì)算、人工智能等新型分析手段，實(shí)現(xiàn)集成分析和信息挖掘，有助于提高飛行安全性、減少運(yùn)行延誤、更好地管理備件、預(yù)測各種設(shè)備的維護(hù)情況以及提高機(jī)隊(duì)的燃油經(jīng)濟(jì)性等，包括設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)和運(yùn)營在內(nèi)的整個(gè)航空產(chǎn)業(yè)鏈都將從中獲利。此外由于信息化基礎(chǔ)、業(yè)內(nèi)競爭和市場開放的要求，航空系統(tǒng)也必須與大數(shù)據(jù)分析結(jié)合[16]。

目前已有不少專家學(xué)者以及原始設(shè)備制造商(Original Equipment Manufacturer，OEM)、運(yùn)營商(Maintenance, Repair & Operations，MRO)等企業(yè)對(duì)大數(shù)據(jù)在航空系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了研究，并且實(shí)驗(yàn)成果正逐步轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，但由于航空系統(tǒng)屬于保護(hù)性行業(yè)以及數(shù)據(jù)的保密性，整體的研究依舊以企業(yè)作為主導(dǎo)。本文將于第1節(jié)介紹學(xué)術(shù)界研究現(xiàn)狀，第2節(jié)分別介紹航空工業(yè)界在大數(shù)據(jù)采集、傳輸與存儲(chǔ)、分析平臺(tái)以及行業(yè)內(nèi)應(yīng)用的研究現(xiàn)狀，第3節(jié)指出當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢，第4節(jié)為結(jié)論。

1 學(xué)術(shù)界的研究現(xiàn)狀

1.1 大數(shù)據(jù)定義及特征

從定義看，數(shù)據(jù)是對(duì)客觀世界進(jìn)行量化和記錄的結(jié)果[17]。這種記錄的粒度越來越細(xì)、維度越來越多、頻度越來越密，形成了“大數(shù)據(jù)”。大數(shù)據(jù)一般被認(rèn)為是指無法在一定時(shí)間范圍內(nèi)用常規(guī)軟件工具進(jìn)行捕捉、管理和處理的數(shù)據(jù)集合[18]。要想讓大數(shù)據(jù)在面對(duì)規(guī)模龐大、高速增長和形態(tài)多樣的信息資產(chǎn)時(shí)具有更高的決策力、洞察力以及流程優(yōu)化能力，必須開發(fā)新的處理模式[19]。

相對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)集合，將大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)概括為“5V特性”[20]：規(guī)模性(Volume)、高速性(Velocity)、多樣性(Variety)、價(jià)值性(Value)、真實(shí)性(Veracity)。規(guī)模性是指數(shù)據(jù)量龐大，數(shù)據(jù)洪流已經(jīng)從GB、TB級(jí)上升到PB、EB、ZB級(jí)。高速性有兩層含義，一是數(shù)據(jù)量增長快，數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)流的形態(tài)快速、動(dòng)態(tài)地產(chǎn)生；二是數(shù)據(jù)處理速度快[21]。多樣性是指數(shù)據(jù)類型繁多，并且包含結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。價(jià)值性一方面是說價(jià)值密度稀疏，另一方面是指潛在價(jià)值高，合理運(yùn)用大數(shù)據(jù)，可以用低成本創(chuàng)造高價(jià)值。而真實(shí)性是對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求[22]。

1.2 大數(shù)據(jù)研究整體環(huán)境

學(xué)術(shù)界對(duì)于新事物的出現(xiàn)一直保持著高度的敏感，大數(shù)據(jù)發(fā)展早期階段，《Nature》《Science》就已經(jīng)推出?？痆23-24]深入討論了數(shù)據(jù)洪流所帶來的挑戰(zhàn)，并指出如果能夠更有效地組織和利用，這些海量數(shù)據(jù)將帶來巨大利益。

當(dāng)前大數(shù)據(jù)發(fā)展較為迅猛的領(lǐng)域主要集中在計(jì)算機(jī)、醫(yī)療、電力、水利等領(lǐng)域。廖湘科等[25]針對(duì)大數(shù)據(jù)處理對(duì)計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算設(shè)計(jì)帶來的挑戰(zhàn)，介紹了天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所采用的多種優(yōu)化措施，為大數(shù)據(jù)時(shí)代的超級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)提供參考。薛付忠[26]創(chuàng)建了涵蓋健康/疾病檢測、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與干預(yù)的“大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的健康/疾病管理學(xué)理論方法體系”，并以此大力推進(jìn)健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。Kalam等[27]采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)過電壓、低電壓事件與環(huán)境溫度、事件發(fā)生時(shí)刻、電壓幅值等數(shù)據(jù)之間的關(guān)系進(jìn)行研究，分析了住宅光伏發(fā)電裝置和氣溫變化等因素對(duì)配電網(wǎng)低壓供電點(diǎn)的影響。Li等[28]研究基于超閾值廣義帕累托(Peak Over Threshold/Generalized Pareto, POT/GP)模型的水流大數(shù)據(jù)分析方法，并利用該方法對(duì)丹江口水庫的洪水進(jìn)行預(yù)測。

同時(shí)，相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也在逐步跟進(jìn)。歐美等發(fā)達(dá)國家由于技術(shù)的領(lǐng)先地位，率先將大數(shù)據(jù)運(yùn)用于醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域，并建立了專門的技術(shù)中心以及數(shù)據(jù)處理中心，以支持大數(shù)據(jù)的研究與應(yīng)用[29-31]。國內(nèi)許多高等院校和研究所也開始成立大數(shù)據(jù)的研究機(jī)構(gòu)，同時(shí)有關(guān)大數(shù)據(jù)的學(xué)術(shù)組織和活動(dòng)也紛紛成立和開展。從2012年起，中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)、中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)以及中國通信學(xué)會(huì)等各大學(xué)會(huì)逐步組建專門的大數(shù)據(jù)委員會(huì)[32]，并以論壇、大賽、會(huì)議等形式進(jìn)行大數(shù)據(jù)的交流，教育部也開始對(duì)各高校大數(shù)據(jù)技術(shù)的研究進(jìn)行了更多關(guān)注[33]。

1.3 航空大數(shù)據(jù)可視化

為了有效地利用大數(shù)據(jù)，有必要開發(fā)和使用可視化方法和計(jì)算工具。Park等[34]表示，有必要利用航空領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)以及各種數(shù)據(jù)分析與可視化技術(shù)來收集和積累系統(tǒng)數(shù)據(jù)。Qin[35]介紹了一種使用飛行記錄器數(shù)據(jù)的工業(yè)大數(shù)據(jù)可視化研究方法以發(fā)現(xiàn)影響飛機(jī)燃油效率的因素，并將數(shù)據(jù)處理和可視化的方法歸納為5個(gè)部分：靈活的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、交互式探索、大數(shù)據(jù)可視化、統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證和報(bào)表自動(dòng)化。然而整個(gè)數(shù)據(jù)可視化過程皆由R語言實(shí)現(xiàn)，尚無法得知該方法在Python等語言上的適用性及其與其他組件和語言的交互性。

相對(duì)而言，學(xué)術(shù)界在航空大數(shù)據(jù)可視化的研究主要集中于機(jī)場方面。Sang等[36]利用清州國際機(jī)場的大數(shù)據(jù)分析了創(chuàng)造需求的方式，但是可視化的內(nèi)容不夠充分，分析工具沒有經(jīng)過獨(dú)立驗(yàn)證證明是可靠的。Hwang[37]利用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的大數(shù)據(jù)對(duì)襄陽國際機(jī)場用戶的服務(wù)趨勢進(jìn)行定量和可視化分析，明確客戶對(duì)機(jī)場服務(wù)的不同意見所導(dǎo)致的影響，從而給供應(yīng)商提出建議。該研究在大數(shù)據(jù)信息提取中采取的關(guān)鍵詞方法簡潔高效，但是可視化分析結(jié)果與關(guān)鍵詞的選取高度相關(guān)。Rehm等[38]討論了兩種最近的高維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，將航空數(shù)據(jù)和天氣數(shù)據(jù)可視化，從而進(jìn)行運(yùn)營優(yōu)化，并展示了在歐洲主要機(jī)場的實(shí)際應(yīng)用。兩種技術(shù)都可以很好地將歐洲機(jī)場的航空數(shù)據(jù)和天氣數(shù)據(jù)可視化，目前主要的局限性在于運(yùn)算速度。此外，鑒于歐洲各國多為地中海氣候，而世界各國機(jī)場所處氣候帶不同，天氣狀況存在差異，在使用過程中需針對(duì)性調(diào)整。Rathod等[39]對(duì)機(jī)場等待時(shí)間進(jìn)行了探索性分析，從美國最繁忙的前三名機(jī)場(亞特蘭大、芝加哥和洛杉磯)采集數(shù)據(jù)，應(yīng)用了多種數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，討論了這些機(jī)場在各種可視化方面的比較。該可視化分析結(jié)果將有助于預(yù)測旅客等待時(shí)間，可利用該方法結(jié)合各機(jī)場空間布局對(duì)等待時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。

1.4 航空大數(shù)據(jù)輔助技術(shù)

大數(shù)據(jù)應(yīng)用于航空系統(tǒng)，很大程度上將用來提升旅客滿意度以及自身的運(yùn)營收益。通過了解機(jī)場乘客的動(dòng)態(tài)流量，大數(shù)據(jù)分析有助于規(guī)劃機(jī)場系統(tǒng)的進(jìn)度。隨著社交網(wǎng)絡(luò)的普及，航空系統(tǒng)正逐步利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)一步提升旅客服務(wù)和競爭力。意識(shí)到這種大數(shù)據(jù)分析的新趨勢，Chen等[40]提出了基于社交媒體平臺(tái)的乘客價(jià)值模型，并以新浪微博中的中國南方航空為例，表明大數(shù)據(jù)分析能夠幫助航空公司更好地了解乘客并改善客戶關(guān)系管理。Tom等[41]使用大數(shù)據(jù)來預(yù)測希思羅機(jī)場的乘客流量，以改善移民、安全系統(tǒng)滲透、登機(jī)和離境的情況。

對(duì)于航空大數(shù)據(jù)輔助運(yùn)營，Clemons等[42]使用大數(shù)據(jù)技術(shù)來描述1998—2014年間的美國航空運(yùn)輸系統(tǒng)，通過將這一層次上發(fā)生的變化與外部事件相關(guān)聯(lián)來分析行為驅(qū)動(dòng)因素以及航空公司運(yùn)營指標(biāo)，并基于歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建了一個(gè)數(shù)據(jù)挖掘工具箱以指導(dǎo)對(duì)未來系統(tǒng)特征的預(yù)測。Kasturi等[43]基于多種啟發(fā)式方法對(duì)大規(guī)模航空數(shù)據(jù)執(zhí)行大數(shù)據(jù)分析，提出航空公司航線盈利能力優(yōu)化模型，實(shí)際效果證明該方法分析簡便，有助于優(yōu)化決策過程。Kim等[44]將大數(shù)據(jù)分析中的文本挖掘方法應(yīng)用于航空業(yè)，對(duì)每年潛在的主題文章內(nèi)容進(jìn)行分析，提取并確定航空業(yè)的趨勢和前景，但研究僅限于包含航空相關(guān)關(guān)鍵詞的文章。

此外，在健康管理領(lǐng)域，陳金等[45]基于現(xiàn)在可用的數(shù)據(jù)和可預(yù)見的未來，為民航飛機(jī)健康管理提供了一個(gè)大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用平臺(tái)的設(shè)計(jì)。雖然并不完善，但可以滿足當(dāng)前的需求。Li等[46]提出了一種飛機(jī)健康管理的大數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)，為世界各地運(yùn)營的飛機(jī)提供管理和分析服務(wù)，以此解決故障覆蓋率低、故障隔離率低、誤報(bào)率高以及維護(hù)效率低等問題。Li等[47]還提出了一個(gè)便于民航發(fā)展的民航飛機(jī)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，從多種數(shù)據(jù)源收集數(shù)據(jù)，為民用飛機(jī)提供決策支持及應(yīng)用系統(tǒng)。Xu和Kumar[48]介紹了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的大數(shù)據(jù)分析框架，并將其用于提高輔助電源單元健康監(jiān)測服務(wù)的質(zhì)量和性能，目前已將準(zhǔn)確度提高到60%。此外，文中指出：為互聯(lián)網(wǎng)公司以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序所開發(fā)和使用的許多機(jī)器學(xué)習(xí)算法不能直接應(yīng)用于航空領(lǐng)域，并且大數(shù)據(jù)技術(shù)可能不易用于工業(yè)領(lǐng)域。這兩條意見需引起相關(guān)專家學(xué)者重視。

1.5 航空大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

國內(nèi)外學(xué)者在大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域也進(jìn)行了有意義的探索。Singh和Kaushik[49]為了從大數(shù)據(jù)中獲取有價(jià)值的預(yù)測信息，定義大數(shù)據(jù)中間層體系結(jié)構(gòu)來執(zhí)行查詢分析和大數(shù)據(jù)評(píng)估。提出以元數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集的所有方面，以使用戶查詢將在選擇性數(shù)據(jù)集而不是整個(gè)數(shù)據(jù)集上執(zhí)行，并提供一個(gè)優(yōu)化的方法來執(zhí)行數(shù)據(jù)清理以及數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和分類，但該方法在效率上仍存在問題。Athan等[50]描述了一種新穎的分析系統(tǒng)，可以對(duì)大型航空數(shù)據(jù)流進(jìn)行查詢處理和預(yù)測分析。然而該系統(tǒng)必須與航班數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)才能分析，且目前硬件僅由3臺(tái)物理服務(wù)器組成，若擴(kuò)大使用需考慮兼容性問題。Anandavel等[51]介紹了開發(fā)和使用大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)分析航空數(shù)據(jù)的方法，并利用大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的最新工具和技術(shù)來改進(jìn)維修決策。不過研究中使用案例較為簡單，還需要復(fù)雜航空數(shù)據(jù)對(duì)該大數(shù)據(jù)分析架構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 航空工業(yè)界的研究現(xiàn)狀

本節(jié)主要介紹航空系統(tǒng)中大數(shù)據(jù)采集、傳輸與存儲(chǔ)，航空大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面的現(xiàn)狀，同時(shí)也對(duì)航空系統(tǒng)中典型的大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)進(jìn)行簡要闡述。

大數(shù)據(jù)技術(shù)的核心價(jià)值在于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘分析，提取有意義的信息從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行增值。美國聯(lián)合航空公司[52]曾表示航空系統(tǒng)在數(shù)據(jù)收集上一直做得很好，而在數(shù)據(jù)利用上卻并不很擅長。C919總設(shè)計(jì)師吳光輝[53]也認(rèn)為迄今為止航空大數(shù)據(jù)的潛能仍然沒有得到很好挖掘。國泰航空董事長John Slosar、印度尼西亞鷹航首席執(zhí)行官Wiobowo以及澳洲航空首席執(zhí)行官Alan都曾指出[54]：從數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢看，航空公司必須不斷發(fā)展挖掘大數(shù)據(jù)的技術(shù)手段，建立強(qiáng)大的IT根基，未來市場將淘汰今天不肯在大數(shù)據(jù)挖掘和分析領(lǐng)域投入的航空公司。目前為止，所有發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商，從普拉特·惠特尼公司(P&W，簡稱普惠)到GE以及CFM集團(tuán)[55]都在通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)，改善提供給航空公司的產(chǎn)品，而各航空公司及維修基地也立足自己的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行大數(shù)據(jù)平臺(tái)的開發(fā)。

2.1 航空大數(shù)據(jù)采集、傳輸與存儲(chǔ)

基于機(jī)載傳感器[56]的大數(shù)據(jù)獲取技術(shù)主要分為民航領(lǐng)域普遍應(yīng)用的快速存儲(chǔ)記錄器(Quick Access Recorder， QAR)，航空裝備制造商普遍使用的遠(yuǎn)程診斷(Remote Diagnosis， RD)數(shù)據(jù)采集技術(shù)，以及軍用航空裝備領(lǐng)域普遍應(yīng)用的基于飛行數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(Flight Data Management System， FDMS)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。QAR飛參數(shù)據(jù)獲取技術(shù)通過機(jī)載快速存取裝置，可同時(shí)采集包括飛機(jī)飛行姿態(tài)、機(jī)上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、燃油使用量在內(nèi)的數(shù)百種數(shù)據(jù)。RD數(shù)據(jù)采集技術(shù)則通過飛機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)上的傳感器采集發(fā)動(dòng)機(jī)在起飛和降落階段的各種關(guān)鍵參數(shù)?；贔DMS的數(shù)據(jù)采集技術(shù)則是通過軍用飛機(jī)內(nèi)部的飛行數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，收集的數(shù)據(jù)類型涉及飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)、飛控、導(dǎo)航和供電等機(jī)載系統(tǒng)的各項(xiàng)信息。

現(xiàn)在，有不少制造商都在如何采集、傳輸和存儲(chǔ)飛機(jī)傳感器數(shù)據(jù)方面開展工作，提出相應(yīng)的解決方案?；裟犴f爾公司[57]開發(fā)了JetWave高速通信系統(tǒng)，可以將飛機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到地面，提高飛行效率和安全。波音公司[58]研發(fā)出飛機(jī)狀況管理系統(tǒng)，不但可以采集并傳輸飛行數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析預(yù)測故障，從而實(shí)現(xiàn)維修預(yù)測。ARINC公司[59]開發(fā)完成了飛機(jī)狀態(tài)分析和管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以采集分析飛機(jī)上多個(gè)來源的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行故障診斷，并評(píng)估故障部件對(duì)飛行的影響，使維修技術(shù)人員可以提前準(zhǔn)備好航材備件及拆裝工具，降低航班延誤的風(fēng)險(xiǎn)。聯(lián)合技術(shù)航空系統(tǒng)(UTAS)公司開發(fā)出飛機(jī)接口裝置(Aircraft Interface Device， AID)用來收集和利用來自飛機(jī)的各種數(shù)據(jù)。該裝置作為預(yù)測飛機(jī)健康的數(shù)據(jù)中心，無論是在飛行過程中或是在地面都可以通過多種方法將數(shù)據(jù)傳送給飛行員或者工程技術(shù)人員，AID還可收集來自于飛機(jī)外場可更換件的數(shù)據(jù)并進(jìn)行視情診斷。除了AID，UTAS公司還在開發(fā)新的系統(tǒng)用于飛機(jī)內(nèi)部的傳感器、作動(dòng)器和數(shù)據(jù)處理網(wǎng)點(diǎn)之間的無線通信，其中的一個(gè)目標(biāo)是可以收集更多的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷。

而普惠在航空大數(shù)據(jù)采集、傳輸與存儲(chǔ)上都已有相應(yīng)成果。普惠推出了[60]用于在線收集各飛行階段發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的先進(jìn)診斷與發(fā)動(dòng)機(jī)管理(Advanced Diagnostics and Engine Management， ADEM)工具，對(duì)在役的7 000多臺(tái)普惠發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的專家分析。與此同時(shí)，為提高數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和計(jì)算能力，普惠與IBM、麻省理工全球運(yùn)營領(lǐng)袖項(xiàng)目及聯(lián)合技術(shù)研究中心等[61]展開合作，將商務(wù)、工程和制造系統(tǒng)都通過IBM云進(jìn)行管理，憑借IBM的支持以增強(qiáng)其對(duì)4 000多臺(tái)在役商用發(fā)動(dòng)機(jī)的性能監(jiān)控能力，為客戶提供更長的在翼時(shí)間、更強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)隊(duì)管理和健康解決方案。普惠加拿大公司的基于飛機(jī)聯(lián)通性的飛行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、傳輸(Flight data Acquisition， Storage， Transmission， FAST)解決方案，是用無線方式采集和傳送飛行過程中的飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)。FAST將分析數(shù)百個(gè)與性能相關(guān)的數(shù)據(jù)，如速度、溫度、壓力，以提供接近實(shí)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)健康、使用和性能趨勢的監(jiān)控。

此外，羅爾斯·羅伊斯(簡稱羅羅)正收集和分析[62]發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、機(jī)隊(duì)和運(yùn)行方面的數(shù)據(jù)，以及了解天氣條件、機(jī)場設(shè)施、飛機(jī)滑行情況和周轉(zhuǎn)時(shí)間等方面的數(shù)據(jù)與微軟合作開發(fā)“智能發(fā)動(dòng)機(jī)”。中國東方航空機(jī)務(wù)系統(tǒng)[63]也在全面整合與統(tǒng)一整個(gè)機(jī)隊(duì)數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步擴(kuò)大對(duì)飛機(jī)各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與分析的覆蓋范圍，為后續(xù)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)全面保障機(jī)隊(duì)的持續(xù)、穩(wěn)定、高水平運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。澳洲航空公司、中國國際航空股份有限公司、深圳航空有限責(zé)任公司也都引入了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并收集了大量的數(shù)據(jù)，為大數(shù)據(jù)技術(shù)的全面應(yīng)用做出充分的準(zhǔn)備[64]。

2.2 航空大數(shù)據(jù)平臺(tái)

2.2.1 航空大數(shù)據(jù)平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)

當(dāng)前接納程度較高的航空大數(shù)據(jù)平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)主要思想是利用分布式文件處理系統(tǒng)作為航空大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)框架，利用分布式計(jì)算技術(shù)作為航空大數(shù)據(jù)的處理框架。架構(gòu)中包含數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理、數(shù)據(jù)倉庫、大數(shù)據(jù)訪問框架等模塊，整體上可以分為數(shù)據(jù)層、分析層與應(yīng)用層三大塊。其中航空大數(shù)據(jù)生成和采集是一切工作的前提，而航空大數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)是完成工作的保障。

1) 采集和預(yù)處理。航空數(shù)據(jù)的采集，即指使用某種技術(shù)或者手段獲得原始數(shù)據(jù)的過程。數(shù)據(jù)采集不僅要考慮數(shù)據(jù)源的物理性質(zhì)，還要考慮數(shù)據(jù)分析的目標(biāo)。為使數(shù)據(jù)記錄做到全方位、全過程、全納和非干預(yù)的采集，不會(huì)造成結(jié)構(gòu)性短缺，除結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的采集，圖片、視頻、語音等非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)也屬于采集對(duì)象。

由于數(shù)據(jù)來源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采集的原始數(shù)據(jù)中常常會(huì)存在與數(shù)據(jù)分析目標(biāo)相關(guān)性不大的成分。再加上不同的系統(tǒng)擁有不同的標(biāo)準(zhǔn)，而這會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的冗余和不完整，形成大量模糊信息，因此需要對(duì)采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。數(shù)據(jù)的預(yù)處理以實(shí)現(xiàn)互操作為基礎(chǔ)。此外，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)主要針對(duì)規(guī)模較小且語義清楚的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，而大數(shù)據(jù)的融合和質(zhì)量控制仍然是一個(gè)需要深入研究的問題，需要結(jié)合大數(shù)據(jù)的異構(gòu)性、冗余性和相關(guān)性等特性深入分析?？傊?，數(shù)據(jù)預(yù)處理過程是重要環(huán)節(jié)，通過數(shù)據(jù)預(yù)處理，為大數(shù)據(jù)分析的順利進(jìn)行開辟了道路，也是高效率完成大數(shù)據(jù)分析的前提和基礎(chǔ)。

2) 存儲(chǔ)和共享。大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)框架構(gòu)建在通用的設(shè)備上，可以使該架構(gòu)所需的硬件具有低成本和高擴(kuò)展性的特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備即可成為該架構(gòu)的終端構(gòu)成單元。目前Hadoop逐漸被互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)廣泛接納,Hadoop分布式文件系統(tǒng)(Hadoop Distributed File System， HDFS)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的高吞吐率，其可以部署在大規(guī)模廉價(jià)硬件集群上的特點(diǎn)使其特別適合于大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

航空相關(guān)企業(yè)已經(jīng)收集了滿足自身的數(shù)據(jù)，但這些航空大數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)在不同的地方、不同的系統(tǒng)中，造成了服務(wù)目標(biāo)單一、數(shù)據(jù)利用效率不高等問題，且大多無法處理和分析海量、多源、異構(gòu)的信息資源。同時(shí)數(shù)據(jù)庫之間存在著缺乏統(tǒng)一、有效的數(shù)據(jù)管理和共享機(jī)制等問題，形成了諸多“信息孤島”。此外，航空數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)在各自系統(tǒng)中，容易造成數(shù)據(jù)的安全漏洞，因此需要研究如何實(shí)現(xiàn)分散存儲(chǔ)數(shù)據(jù)之間的融合及同步處理分析技術(shù)，對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。首先，需要對(duì)已經(jīng)存在的航空信息系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解各類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)之間存在的邏輯關(guān)系。在此基礎(chǔ)上制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和共享標(biāo)準(zhǔn)，通過統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)和集成方法，有效降低數(shù)據(jù)交換和共享的復(fù)雜度，提高數(shù)據(jù)使用效率。繼而制定航空大數(shù)據(jù)的資源目錄，對(duì)數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)格式以及數(shù)據(jù)編碼進(jìn)行統(tǒng)一定義。然后，需要定義數(shù)據(jù)整合規(guī)則及策略，并建立嚴(yán)格的數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制和數(shù)據(jù)共享機(jī)制。最后，開發(fā)分布式云平臺(tái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于云平臺(tái)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)和共享。

3) 大數(shù)據(jù)分析。大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)框架之上是通過網(wǎng)絡(luò)層連接的大數(shù)據(jù)訪問框架與大數(shù)據(jù)調(diào)度框架，大數(shù)據(jù)調(diào)度框架實(shí)現(xiàn)了對(duì)大數(shù)據(jù)的組織與調(diào)度，為數(shù)據(jù)分析提供了必要條件。大數(shù)據(jù)分析是航空大數(shù)據(jù)平臺(tái)的核心，是指對(duì)海量類型多樣、增長快速、內(nèi)容真實(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而找出可以幫助決策的隱藏模式、未知的相關(guān)關(guān)系以及其他有用信息的過程。

大數(shù)據(jù)分析一般利用分布式計(jì)算集群對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析、數(shù)據(jù)挖掘算法、預(yù)測性分析能力語義引擎等?？梢暬治鍪菍?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析并做出分析圖表，使數(shù)據(jù)直接展現(xiàn)在用戶面前。數(shù)據(jù)挖掘是從數(shù)據(jù)中提取隱含在其中、人們事先不知道、但又潛藏有用的信息和知識(shí)的過程。預(yù)測性分析能力是指應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，根據(jù)可視化分析和數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果來對(duì)未來發(fā)展進(jìn)行預(yù)測的手段。語義引擎指的是對(duì)用戶的查詢關(guān)鍵字進(jìn)行處理，引申語義含義從而更加準(zhǔn)確、全面實(shí)現(xiàn)用戶檢索。

航空大數(shù)據(jù)分析主要有批處理和流處理兩種方式。在批處理研究方面，MapReduce是常用的批處理引擎，然而MapReduce雖然能夠有效解決大數(shù)據(jù)處理中性能不足的難題，卻無法高效地支持算法邏輯運(yùn)算。而類MapReduce的通用并行框架Spark具有更高的效率和數(shù)據(jù)獨(dú)立性，以及更高的執(zhí)行效率。在流處理方面，Storm是較為常用的流式處理系統(tǒng)，其采用消息流的處理模型，消息一旦產(chǎn)生就開始傳遞和處理。

4) 其他。大數(shù)據(jù)調(diào)度框架之上是智能應(yīng)用系統(tǒng)。在應(yīng)用層面，需要針對(duì)航空相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，深入開展大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用需求分析、場景設(shè)計(jì)、分析模型、專業(yè)方法的研究，催生具體應(yīng)用。航空系統(tǒng)是一種高維非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，對(duì)其中的子信息源而言，一方面可以單獨(dú)應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，提升其價(jià)值，另一方面可以融合不同的子信息源，在更高的層面上構(gòu)建大數(shù)據(jù)平臺(tái)。此外，大數(shù)據(jù)的管理、安全和備份恢復(fù)框架用來幫助進(jìn)行大數(shù)據(jù)的治理和保護(hù)。

2.2.2 典型航空大數(shù)據(jù)平臺(tái)

事實(shí)上，整個(gè)航空系統(tǒng)已有不少企業(yè)將其大數(shù)據(jù)分析技術(shù)綜合利用形成大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。較為出名的有GE推出的Predix平臺(tái)，波音推出的AnalytX平臺(tái)，普惠推出的Engine Wise平臺(tái)，空客Skywise平臺(tái)，法荷航Prognos平臺(tái)以及漢莎旗下的Condition Analytics與AVIATAR兩大平臺(tái)。

1) GE Predix平臺(tái)。早在2013年，GE便已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)的廣闊前景，并開發(fā)出一個(gè)基于云計(jì)算的軟件平臺(tái)Predix。此后幾年，圍繞Predix平臺(tái)，GE進(jìn)行了大量的動(dòng)作。2014年，GE已經(jīng)將各種工業(yè)設(shè)備的管理方案，整合成了四十余種數(shù)據(jù)與分析解決方案。2015年，GE成立了“GE Digital”，并宣布將Predix全面對(duì)外開放[65]。2016年初，Predix平臺(tái)正式開始運(yùn)行，成為首個(gè)面向全球工業(yè)領(lǐng)域、專為工業(yè)數(shù)據(jù)分析開發(fā)的云服務(wù)平臺(tái)。

一開始的Predix只是一個(gè)GE飛機(jī)引擎的配套軟件服務(wù)，用來對(duì)飛機(jī)引擎進(jìn)行預(yù)見性維護(hù)，借此避免設(shè)備停機(jī)。而后，Predix的應(yīng)用擴(kuò)大到GE旗下的其他工業(yè)業(yè)務(wù)。最后，基于戰(zhàn)略需要，Predix被GE重新定義為在工業(yè)應(yīng)用中基于云的操作系統(tǒng)。Predix平臺(tái)以連接工業(yè)資產(chǎn)設(shè)備和合作供應(yīng)商各類信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，提供端到端的安全連接、實(shí)時(shí)性的設(shè)備資產(chǎn)監(jiān)控以及云端大數(shù)據(jù)分析，還能夠按行業(yè)客戶需要，按照Predix開發(fā)規(guī)則進(jìn)行個(gè)性化、定制化的軟件開發(fā)和部署。Predix結(jié)合自身的層次化技術(shù)構(gòu)架，包含3個(gè)層次的服務(wù)：包括“數(shù)字雙胞胎”、預(yù)集成的標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)數(shù)據(jù)挖掘和分析工具等在內(nèi)的應(yīng)用層；包括應(yīng)用開發(fā)服務(wù)以及資產(chǎn)、分析、數(shù)據(jù)、安全、運(yùn)營服務(wù)六大核心服務(wù)在內(nèi)的工具庫；通過軟件和互聯(lián)網(wǎng)的方式，提供物聯(lián)網(wǎng)邊緣的設(shè)備接入、管理、應(yīng)用服務(wù)的Predix邊緣服務(wù)。

作為全球第1個(gè)專為工業(yè)數(shù)據(jù)與分析而開發(fā)的操作系統(tǒng)，它能夠快速獲取、分析海量高速運(yùn)行的工業(yè)數(shù)據(jù)，做到對(duì)機(jī)器的實(shí)時(shí)監(jiān)測、調(diào)整和優(yōu)化，提升運(yùn)營效率。此外，相比于傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，航空大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)需要有專門的工業(yè)解析協(xié)議來解析收集的航空數(shù)據(jù)，GE開發(fā)的Predix工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可支持7種工業(yè)通信協(xié)議，并具備相關(guān)工業(yè)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸與解析能力，可以與各種云環(huán)境中的應(yīng)用和服務(wù)進(jìn)行無縫銜接，將其用于發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控，幫助發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控團(tuán)隊(duì)捕捉更多的數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)分析變得更精確、更快捷。同時(shí)，結(jié)合GE自身在運(yùn)營安全和信息安全領(lǐng)域數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)，大數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)問題也將得到保證。

2) 波音AnalytX平臺(tái)。2017年第52屆巴黎航展期間，波音宣布啟動(dòng)AnalytX，將全公司800多名分析專家匯聚在一起，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的見解和客戶解決方案。直至MRO歐洲會(huì)議和展覽會(huì)結(jié)束，AnalytX解決方案已為波音公司帶來223份分析合同。

該平臺(tái)是將波音現(xiàn)有分析服務(wù)和產(chǎn)品聯(lián)合在一起的企業(yè)能力，提供量身定制的分析驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和服務(wù)組合。AnalytX應(yīng)用科學(xué)流程，通過先進(jìn)的數(shù)據(jù)收集和處理能力，然后將其與航空專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，提供智能解決方案，幫助客戶做出數(shù)據(jù)決策，從而在飛行任務(wù)優(yōu)化、維護(hù)和工程優(yōu)化、供應(yīng)鏈和庫存優(yōu)化、機(jī)隊(duì)性能和可靠性分析、降低燃油成本、降低風(fēng)險(xiǎn)、提高效率以及預(yù)測性維護(hù)等領(lǐng)域提供產(chǎn)品和服務(wù)，所有這些產(chǎn)品和服務(wù)都旨在加強(qiáng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和MRO價(jià)值提升。目前，AnalytX已開發(fā)出一系列新服務(wù)，這些新服務(wù)能以更快的流動(dòng)時(shí)間，更低的運(yùn)營成本和更高的端到端可靠性形式推動(dòng)著創(chuàng)新生命周期，隨著這些工具的引入，AnalytX平臺(tái)將能更高效、更經(jīng)濟(jì)地為客戶提供大量規(guī)定性、預(yù)測性和描述性解決方案。

3) 普惠Engine Wise平臺(tái)。2017年4月25日，普惠于弗羅里達(dá)州奧蘭多市宣布推出商用發(fā)動(dòng)機(jī)服務(wù)平臺(tái)Engine Wise。Engine Wise依托大數(shù)據(jù)技術(shù)，采用尖端的數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)信息輔助決策、高速靈活的響應(yīng)等，能夠提供智能解決方案，可以更好地代表普惠所提供的服務(wù)，展示其為客戶機(jī)隊(duì)的可預(yù)測性、可靠性及健康做出的不斷改進(jìn)，同時(shí)還能夠不斷改善與客戶的溝通，推動(dòng)與客戶之間更加透明、更加緊密聯(lián)系的工作方式。目前該數(shù)字化分析平臺(tái)的服務(wù)對(duì)象已從PW4000發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)展至V2500發(fā)動(dòng)機(jī)，并已實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵過程的自動(dòng)化[66]。通過Engine Wise，普惠正在統(tǒng)一其售后服務(wù)產(chǎn)品組合并將推出新的服務(wù)來支持客戶不斷發(fā)展的需求，該服務(wù)品牌旗下的主要服務(wù)包括機(jī)隊(duì)管理計(jì)劃、發(fā)動(dòng)機(jī)大修服務(wù)以及材料解決方案等，同時(shí)普惠還與客戶合作開發(fā)整個(gè)生命周期的新產(chǎn)品。

在Engine Wise服務(wù)品牌下，普惠正在拓展電子飛行數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)與傳輸(eFAST)系統(tǒng)[67]的可用性。這套近實(shí)時(shí)的機(jī)載數(shù)據(jù)抓取與傳輸裝置能夠在整個(gè)飛行周期內(nèi)捕捉幾萬個(gè)預(yù)定義的飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，并自動(dòng)傳輸至客戶網(wǎng)站進(jìn)行分析以優(yōu)化運(yùn)營與維護(hù)。目前eFAST系統(tǒng)的服務(wù)范圍已從龐巴迪C系列飛機(jī)擴(kuò)展至空客A320neo等機(jī)型，在這些飛機(jī)上應(yīng)用eFAST的全面數(shù)據(jù)訪問和準(zhǔn)確性，更快地識(shí)別和驗(yàn)證根本原因和糾正措施，從而對(duì)事件做出更快、更好的響應(yīng)，加快了技術(shù)解決方案并減少了發(fā)動(dòng)機(jī)和部件的計(jì)劃外維護(hù)。普惠正在努力在不久的將來將Engine Wise平臺(tái)擴(kuò)展到其他飛機(jī)型號(hào)。此外，普惠正大幅投資全新技術(shù)與資源以提升響應(yīng)速度與靈活度，并結(jié)合運(yùn)營商的需求及提出的建議開發(fā)數(shù)據(jù)獲取與預(yù)測分析工具以幫助運(yùn)營商制定減少運(yùn)營干擾并增加飛機(jī)使用的建議，運(yùn)營商屆時(shí)可更好地了解有關(guān)其機(jī)隊(duì)與整體運(yùn)營的情況。

4) 空客Skywise平臺(tái)。作為波音的老對(duì)手，第52屆巴黎航空展期間，空客與大數(shù)據(jù)集成和先進(jìn)分析的先驅(qū)Palantir Technologies公司合作推出了Skywise航空數(shù)據(jù)平臺(tái)。Skywise旨在成為所有主要航空公司使用的參考平臺(tái)，以提高其運(yùn)營績效和業(yè)務(wù)成果，并支持其自身的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。Skywise可以為所有用戶提供一個(gè)單一入口，將來自各個(gè)渠道的豐富的航空數(shù)據(jù)以及運(yùn)營方以前跟空客在獨(dú)立服務(wù)器上分享的數(shù)據(jù)資源整合到一個(gè)安全的云平臺(tái)上，幫助運(yùn)營商通過全面的數(shù)據(jù)來進(jìn)行他們自己的分析和決定。更重要的是，通過將運(yùn)營、維護(hù)和飛機(jī)數(shù)據(jù)整合到一個(gè)安全并開放的平臺(tái)上，航空公司可以在無需更多設(shè)備投資的情況下儲(chǔ)存、提取、管理和分析選定的空客數(shù)據(jù)以及他們自己的數(shù)據(jù)并和全球基準(zhǔn)數(shù)據(jù)作比較，這所創(chuàng)造的價(jià)值很快會(huì)給空客的用戶提供關(guān)于飛機(jī)、機(jī)隊(duì)、公司和全球航空業(yè)的更好的見解。

通過數(shù)據(jù)平臺(tái)的知識(shí)、全球數(shù)據(jù)和航空航天經(jīng)驗(yàn)的獨(dú)特組合，Skywise將在以下關(guān)鍵領(lǐng)域幫助用戶提供服務(wù)：減少飛行中斷、預(yù)測性維護(hù)、降低成本、運(yùn)營優(yōu)化、飛行操作優(yōu)化、改造機(jī)艙和機(jī)坪運(yùn)營以及針對(duì)突發(fā)情況的快速?zèng)Q策。此外，Skywise還提供分析業(yè)務(wù)、API和應(yīng)用程序等延伸性服務(wù)，并可以根據(jù)客戶需求量身定制，從而確保整個(gè)數(shù)據(jù)鏈的連續(xù)性以及整個(gè)價(jià)值鏈的優(yōu)勢。支持平臺(tái)的技術(shù)能夠與客戶現(xiàn)有的IT基礎(chǔ)架構(gòu)無縫協(xié)作，并提供超越標(biāo)準(zhǔn)開源軟件所能實(shí)現(xiàn)的功能，而其核心技術(shù)能幫助用戶更好管理復(fù)雜的大數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以讓用戶在商業(yè)成果中獲得更多數(shù)據(jù)。

5) 法荷航Prognos平臺(tái)。自2015年起，法荷航維修工程公司(AFI KLM E&M)就擁有了自己內(nèi)部的大數(shù)據(jù)平臺(tái)[68]。2016年，法荷航通過連接到所有客戶數(shù)據(jù)源信息，獲得了客戶的全方位了解，并依此開發(fā)了許多個(gè)性化的服務(wù)。2017年，法荷航推出Prognos平臺(tái)，該平臺(tái)是由一系列從飛機(jī)各系統(tǒng)挖掘數(shù)據(jù)的軟件解決方案組成的一整套完善的預(yù)測性維修數(shù)據(jù)分析工具。Prognos中包括發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控軟件，可為該公司保障范圍內(nèi)的所有發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，并通過利用大數(shù)據(jù)技術(shù)提前識(shí)別出即將發(fā)生故障的部件，為運(yùn)營商降低成本。當(dāng)前，法荷航正在測試Prognos中關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)健康監(jiān)控的產(chǎn)品，以及針對(duì)A380飛機(jī)的Prognos應(yīng)用，其中A380飛機(jī)的數(shù)據(jù)來源于空客的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。此外，法荷航維修工程公司還表示目前正在開發(fā)用于波音747和787的非發(fā)動(dòng)機(jī)部件的分析平臺(tái)以成為OEM支持服務(wù)的有益補(bǔ)充，新服務(wù)將集中在可能引起大部分航班取消和延誤、且已擁有大部分?jǐn)?shù)據(jù)的監(jiān)控系統(tǒng)。

6) 漢莎Condition Analytics及AVIATAR平臺(tái)。德國漢莎技術(shù)公司意識(shí)到，主要的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商都在研究大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，以加強(qiáng)預(yù)測性維護(hù)，因此，2017年第一季度，漢莎發(fā)布了一款將狀態(tài)監(jiān)控與維修預(yù)測兩項(xiàng)功能合二為一的狀態(tài)分析平臺(tái)——Condition Analytics。該平臺(tái)引入了航空公司的運(yùn)營數(shù)據(jù)和專業(yè)工程知識(shí)，而且結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，使零部件的維護(hù)修理更具預(yù)測性。漢莎力圖通過這一工具，逐漸以預(yù)測性維修工作替代原來以故障排除和狀態(tài)監(jiān)控為主導(dǎo)的維修方式。更為重要的是，漢莎可以依據(jù)各家航空公司的要求配置定制化的Condition Analytics平臺(tái)，短期可預(yù)見的是這一工具能夠幫助航空公司降低成本、提高飛機(jī)可靠性和安全性。

針對(duì)航空業(yè)務(wù)的技術(shù)和運(yùn)營，2017年初，漢莎還推出了一個(gè)獨(dú)立、開放且模塊化的數(shù)字平臺(tái)——AVIATAR，該平臺(tái)的出現(xiàn)為不同數(shù)字化機(jī)隊(duì)管理的應(yīng)用軟件提供了一個(gè)綜合化的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。AVIATAR的開放和模塊化架構(gòu)不僅可以安全地存儲(chǔ)航空公司的運(yùn)營數(shù)據(jù)，而且可以將數(shù)據(jù)用于預(yù)測維護(hù)方案、狀態(tài)監(jiān)測和故障分析。此外，航空業(yè)的運(yùn)營商和其他參與者可以通過AVIATAR降低后續(xù)成本，實(shí)現(xiàn)航空公司運(yùn)營優(yōu)化以及更安全、更可靠的機(jī)隊(duì)管理，為世界各地的乘客提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。AVIATAR提供各種應(yīng)用程序供用戶選擇并可以根據(jù)用戶的技術(shù)要求進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)，漢莎還將該平臺(tái)作為應(yīng)用程序的中央連接樞紐，允許合作伙伴、客戶、開發(fā)商的應(yīng)用程序連接到AVIATAR，共同為航空業(yè)提供數(shù)字產(chǎn)品和服務(wù)。目前，AVIATAR平臺(tái)已經(jīng)加載了交互式世界地圖，以提供更為細(xì)致、實(shí)時(shí)的服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)更為簡便、高效的人機(jī)交互。

相比于國外知名航空大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，中國部分航空企業(yè)也已建立了大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，但目前僅限于自身內(nèi)部使用。南航的大數(shù)據(jù)平臺(tái)分為兩個(gè)部分，分別是大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)和大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，其中大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)基于Hadoop建立，已成功解決南航的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問題。隨著空客A380、波音787等機(jī)型的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)模塊的正式完成，2016年，“飛機(jī)遠(yuǎn)程診斷實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)”第4代原型面世，這標(biāo)志著南航對(duì)于飛行大數(shù)據(jù)的研究全面進(jìn)入工程應(yīng)用階段。中國航空Ameco工程部憑借廣泛的合作研究以及多年飛機(jī)維修的管理經(jīng)驗(yàn)和監(jiān)控技術(shù)的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，已建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的飛機(jī)狀態(tài)預(yù)測和維修作業(yè)管理平臺(tái)。該平臺(tái)已經(jīng)在國航的數(shù)百架飛機(jī)上累計(jì)完成了500多萬飛行小時(shí)的試驗(yàn)驗(yàn)證，未來將會(huì)在國航全機(jī)隊(duì)中逐步推廣和應(yīng)用。海航建立了飛機(jī)健康管理大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)，該平臺(tái)通過對(duì)飛機(jī)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和健康管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱性故障、運(yùn)行不正常事件，優(yōu)化機(jī)隊(duì)維修和工程管理水平，能夠有效提升機(jī)隊(duì)安全運(yùn)行品質(zhì)和維修效率，為航空公司維修控制、工程管理、航線維護(hù)部門帶來極大的便利。海南航空也正在利用新的大數(shù)據(jù)分析工具Amadeus預(yù)訂分析系統(tǒng)，幫助公司掌握在更大市場范圍內(nèi)的營運(yùn)狀況，制定更切合實(shí)際的有效業(yè)務(wù)戰(zhàn)略。

2.3 航空大數(shù)據(jù)應(yīng)用

相比于專家學(xué)者，航空系統(tǒng)相關(guān)企業(yè)對(duì)于大數(shù)據(jù)輔助決策、預(yù)測維修、輔助運(yùn)營等方面的功能擁有更高的熱情以及更為現(xiàn)實(shí)的需求。相關(guān)航空企業(yè)早已將大數(shù)據(jù)分析技術(shù)應(yīng)用于自身的生產(chǎn)運(yùn)營實(shí)踐中。

2.3.1 航空大數(shù)據(jù)輔助決策

羅羅是首先使用發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行革新的原始設(shè)備制造商之一，在大數(shù)據(jù)被炒得火熱之前就已經(jīng)采用大數(shù)據(jù)分析了。早在2006年，羅羅就已經(jīng)通過衛(wèi)星，實(shí)時(shí)監(jiān)測3 000多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。特別是通過行業(yè)首創(chuàng)的發(fā)動(dòng)機(jī)健康監(jiān)測系統(tǒng)，羅羅早已成為航空制造業(yè)大數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用的領(lǐng)軍者。羅羅在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的制造和維護(hù)過程中，也采用了大數(shù)據(jù)分析[69]。羅羅發(fā)動(dòng)機(jī)中配備了大量傳感器用來采集發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部件及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，通過專門的算法導(dǎo)入引擎健康模塊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可以幫助羅羅提前發(fā)現(xiàn)故障并幫助客戶更及時(shí)有效地安排發(fā)動(dòng)機(jī)檢測和維修，因此一些業(yè)內(nèi)人士也將其發(fā)動(dòng)機(jī)稱為“大數(shù)據(jù)引擎”。

由于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理工具已經(jīng)無法滿足航空業(yè)越來越極致精細(xì)準(zhǔn)確的要求，空客公司2014年開始投入資金與Oracle共同建立基于Hadoop技術(shù)的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及飛行模擬數(shù)據(jù)分析軟件，空客公司內(nèi)部隨之成立了“數(shù)據(jù)處理與試飛集成中心”收集并分析來自事先安裝在飛行樣機(jī)上的傳感器在試飛過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并決定使用Google公司的MapReduce技術(shù)來提高數(shù)據(jù)訪問和處理的效率。一旦整個(gè)流程成熟固化后，很多真機(jī)飛行試驗(yàn)可通過數(shù)據(jù)模擬預(yù)先進(jìn)行甚至替代，同時(shí)可保證飛機(jī)的安全可靠性，這幫助空客公司大大降低了研發(fā)成本，也保證了交付周期。

2015年，波音與卡耐基梅隆大學(xué)的計(jì)算科學(xué)學(xué)院進(jìn)行合作，利用其先進(jìn)的人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)波音飛機(jī)進(jìn)行全面升級(jí)[70]，用數(shù)據(jù)來指導(dǎo)設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營及維修預(yù)測等方面的工作，同時(shí)雙方組建了航空數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)室。2016年7月19日，波音與微軟公司簽署合作協(xié)議，把波音的航空分析應(yīng)用轉(zhuǎn)移至微軟Azure云平臺(tái)，結(jié)合波音自身專業(yè)且豐富的航空數(shù)據(jù)資源以及微軟的云技術(shù)，加速實(shí)現(xiàn)維修預(yù)測以及優(yōu)化飛行，使航空公司降低成本并提高運(yùn)營效率[71]。2016年8月11日，波音宣布開設(shè)一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)室，專注于數(shù)據(jù)分析驅(qū)動(dòng)的軟件解決方案，采用快速構(gòu)思、構(gòu)建和擴(kuò)展解決方案的方式幫助航空公司和其他航空器運(yùn)營商提高效率并降低其業(yè)務(wù)成本。在2016年法恩伯勒國際航空展上，波音宣布為6家客戶提供先進(jìn)的分析解決方案，使航空公司能夠做出更好的決策并顯著提高地面和空中的性能。

NASA根據(jù)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的環(huán)境，將其大數(shù)據(jù)的發(fā)展分為“大科學(xué)”與“大事業(yè)”兩個(gè)階段，而NASA對(duì)大數(shù)據(jù)的研究正處于過渡階段[72]。NASA現(xiàn)在已擁有專門的故障預(yù)測中心進(jìn)行復(fù)雜航空航天裝備故障預(yù)測方面的研究，其中一項(xiàng)成果便是由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備剩余壽命預(yù)測技術(shù)。NASA在大數(shù)據(jù)技術(shù)領(lǐng)域的專長在于航空安全領(lǐng)域，利用先進(jìn)的算法，NASA可以從飛機(jī)當(dāng)中收集大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，提取相關(guān)信息以發(fā)現(xiàn)各類能夠幫助商業(yè)航空公司改進(jìn)現(xiàn)有維護(hù)流程的安全隱患，同時(shí)預(yù)見并避免各類設(shè)備故障。同時(shí)，NASA的先進(jìn)信息系統(tǒng)技術(shù)能夠采用成熟的大數(shù)據(jù)能力，以減少信息系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)和成本，從而提高科學(xué)數(shù)據(jù)的獲取和實(shí)用性。

GE曾通過故障數(shù)據(jù)的采集與分析發(fā)現(xiàn)中國發(fā)動(dòng)機(jī)故障的主要原因并試圖利用新型材料與新型設(shè)計(jì)方案開發(fā)更適合于中國環(huán)境的發(fā)動(dòng)機(jī)，這成為應(yīng)用大數(shù)據(jù)為發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供決策的典型案例[73]。2014年4月，GE中國航空工程技術(shù)部新設(shè)立航空大數(shù)據(jù)分析和數(shù)字化解決方案部專門解決運(yùn)用大數(shù)據(jù)來預(yù)測飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)在何時(shí)需要檢修的問題。2017年，GE部署數(shù)字雙胞胎模型，其本質(zhì)上是一種基于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)傳感數(shù)據(jù)、數(shù)字化發(fā)動(dòng)機(jī)物理模型以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的綜合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，GE據(jù)此可以使得維護(hù)計(jì)劃更有針對(duì)性[74]。目前，GE正在建立分析模型，綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、客戶期望以及技術(shù)目標(biāo)等相關(guān)影響因素，對(duì)維修維護(hù)工作進(jìn)行優(yōu)化。

除了進(jìn)行自主研究，GE還在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域開展了廣泛的合作。2014年3月，GE與中國東方航空簽署了一份戰(zhàn)略合作協(xié)議以分享各自掌握的大數(shù)據(jù)，GE將利用這些信息對(duì)中國東方航空使用的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析，讓飛機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程體檢[75]，從而預(yù)測飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)在何時(shí)需要維修。目前預(yù)測的準(zhǔn)確率達(dá)到了80%以上，而GE的團(tuán)隊(duì)正在對(duì)現(xiàn)有分析模型的準(zhǔn)確性進(jìn)一步驗(yàn)證，融入趨勢性分析程序開發(fā)新一代的遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)。2016年11月，GE宣布與Teledyne技術(shù)公司的子公司Teledyne控制建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，用Teledyne的無線數(shù)據(jù)采集和管理技術(shù)加上GE的Predix云平臺(tái),對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)健康監(jiān)控的數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)的分析，幫助開展維修預(yù)測，提升運(yùn)營效率。同月，GE還與Capgemini以及凱捷管理顧問公司合作，分別推出用于解決平臺(tái)和格式差異的“構(gòu)型數(shù)據(jù)交換”計(jì)劃以及跨軟件數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)。

中國東方航空機(jī)務(wù)系統(tǒng)開展了基于自身運(yùn)行特點(diǎn)的大數(shù)據(jù)技術(shù)分析與應(yīng)用，依托Airman、AHM等系統(tǒng)的支持，以自身運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過加強(qiáng)與空客、波音、GE等重要廠商的合作，對(duì)諸多監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的閥值參數(shù)進(jìn)行了本地化修正。隨著對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，中國東方航空開始自行開發(fā)軟件程序，以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)重要系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。

2017年10月18日，在“數(shù)字護(hù)航，比翼未來”數(shù)字科技高峰論壇上，中國南方航空展示了基于大數(shù)據(jù)的飛行大數(shù)據(jù)應(yīng)用、飛機(jī)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)、集合海量數(shù)據(jù)分析的最新一代機(jī)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)等最新科技成果，并表示將與GE合作進(jìn)一步推進(jìn)數(shù)字化領(lǐng)域的深度交流與合作，在飛行大數(shù)據(jù)平臺(tái)功能提升等方面，創(chuàng)建大數(shù)據(jù)時(shí)代下的機(jī)務(wù)維修新模式，共建互利共贏的數(shù)字化維修智能生態(tài)圈。同時(shí)，中國南方航空與中國民航大學(xué)合作成立了南航工程技術(shù)中心，將在飛行大數(shù)據(jù)應(yīng)用等方向長期開展工程化研究。

海南航空集團(tuán)歷經(jīng)25年的發(fā)展，已從單一的地方航空運(yùn)輸企業(yè)發(fā)展成為以航空旅游、現(xiàn)代物流、現(xiàn)代金融服務(wù)為核心主業(yè)的大型企業(yè)集團(tuán)，作為在航旅市場上擁有強(qiáng)大線下資源以及豐富運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)的大型運(yùn)營商，海南航空正將大數(shù)據(jù)用于高效整合線上線下資源。同時(shí)，海南航空試圖通過收購擴(kuò)張的方式，加強(qiáng)在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的技術(shù)儲(chǔ)備，為打造數(shù)據(jù)開放平臺(tái)、數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈與生態(tài)圈提供助力。

2.3.2 航空大數(shù)據(jù)輔助運(yùn)營

在航空大數(shù)據(jù)輔助運(yùn)營領(lǐng)域，2016年，羅羅與微軟展開合作，建立全新的數(shù)字化功能應(yīng)用到微軟Azure云平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量航空運(yùn)行數(shù)據(jù)的匯總、整合，之后利用微軟Cortana智能套件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，提出個(gè)性化的解決方案，進(jìn)一步降低航空公司能源消耗，全面提升運(yùn)營效率。2017年，羅羅成立了一個(gè)數(shù)字化部門R2數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室，以加快旗下航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和操控效率。中國東方航空借著自身管理信息系統(tǒng)整合與工程維修信息管理系統(tǒng)建設(shè)的契機(jī)，將大數(shù)據(jù)的應(yīng)用擴(kuò)展至航材管理、工程管理、維修管理、質(zhì)量管理、培訓(xùn)管理、供應(yīng)商選擇等業(yè)務(wù)上。同時(shí)，中國東方航空利用西雅圖Tableau軟件公司的系統(tǒng)進(jìn)行市場研究、優(yōu)化航線，以期增加收入。

中小型航企由于自身資金周轉(zhuǎn)等問題，對(duì)于航空大數(shù)據(jù)輔助運(yùn)營擁有更為迫切的需要。亞洲航空作為一家低成本航空公司，對(duì)于大數(shù)據(jù)技術(shù)的需求在于利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)捕捉和分析技術(shù)來保持低票價(jià)并盡可能的節(jié)省燃油消耗，公司正在使用GE的航班效率服務(wù)系統(tǒng)實(shí)施精準(zhǔn)導(dǎo)航服務(wù)、航班數(shù)據(jù)分析和燃油管理服務(wù)。這一建立在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的服務(wù)系統(tǒng)降低了成本，提高了飛機(jī)利用率。澳洲航空還利用大數(shù)據(jù)分析，對(duì)運(yùn)營不正常狀況做出快速反應(yīng)，降低航班延誤數(shù)量，并已將航班延誤數(shù)量降低了60%。新加坡航空于2015年與羅羅簽訂了一個(gè)為期5年的合同，使用羅羅大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)以降低公司燃油消耗。2017年初，新加坡航空又與Amadeus合作，使用其Altea網(wǎng)絡(luò)收益管理系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)定價(jià)系統(tǒng)和Altea集團(tuán)管理人員解決方案系統(tǒng)加強(qiáng)其運(yùn)營能力。

2.3.3 航空大數(shù)據(jù)旅客分析

除此之外，旅客分析也是航空大數(shù)據(jù)輔助服務(wù)的一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容。法荷航集團(tuán)開發(fā)了一款適用于移動(dòng)設(shè)備的免費(fèi)應(yīng)用，使用公司追蹤獲取的數(shù)據(jù)為旅客提供行李追蹤服務(wù)，以減少行李遺失等旅行中不必要的困擾。日本航空公司認(rèn)為對(duì)于航空公司而言，分析大數(shù)據(jù)以保持旅客忠誠度是大數(shù)據(jù)所提供的重要機(jī)會(huì)之一，于2017年首次對(duì)其進(jìn)行改造，投入8.28億美元建設(shè)新的云服務(wù)系統(tǒng)以提升客戶體驗(yàn)。日本航空還計(jì)劃通過對(duì)旅客數(shù)據(jù)的處理，來確定具體航線和航班上旅客的餐食偏好，從而有針對(duì)性地制定菜單，滿足旅客需求。在中國，中國南方航空也在對(duì)客戶信息做大量分析，用于精準(zhǔn)營銷和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

3 航空大數(shù)據(jù)面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢

作為新興領(lǐng)域且實(shí)際應(yīng)用迫切需求，航空大數(shù)據(jù)的應(yīng)用前景非常廣闊。大數(shù)據(jù)技術(shù)在航空系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)走過了早期階段，并且航空公司和維修企業(yè)已切身感受到大數(shù)據(jù)技術(shù)所帶來的可靠性增長以及維修成本的降低，但想讓大數(shù)據(jù)在航空系統(tǒng)發(fā)揮出更多的價(jià)值依然存在重重挑戰(zhàn)。這其中有理念上不夠重視導(dǎo)致的，有方法不當(dāng)引起的，還有技術(shù)及人員不足帶來的挑戰(zhàn)，但這些挑戰(zhàn)中又隱含了航空大數(shù)據(jù)未來的發(fā)展趨勢，故本節(jié)對(duì)這些挑戰(zhàn)與趨勢進(jìn)行梳理。

3.1 理念問題

民用航空是一個(gè)保護(hù)性行業(yè)。而保護(hù)性產(chǎn)業(yè)在接受新事物時(shí)具有沉穩(wěn)性。2016年，中國南方航空是首個(gè)加入國家綜合交通運(yùn)輸出行大數(shù)據(jù)開放云平臺(tái)的航空企業(yè)。打造“互聯(lián)網(wǎng)+航空”領(lǐng)域的新型“粉絲經(jīng)濟(jì)”。同時(shí)，中國南方航空在公司內(nèi)部深度利用大數(shù)據(jù)挖掘企業(yè)流程再造，實(shí)現(xiàn)“提質(zhì)增效”。這在一定程度上利用大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)跨越式增長。但同時(shí)，也相應(yīng)發(fā)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的局限性。

雖然航空企業(yè)高層思想上比較重視大數(shù)據(jù)的推廣及應(yīng)用，但是在龐大的航空企業(yè)內(nèi)部實(shí)施還具有一定阻力。目前某些公司的工作重心仍放在對(duì)傳統(tǒng)IT系統(tǒng)的升級(jí)以及基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)上。此外，在開發(fā)階段，大數(shù)據(jù)軟件、系統(tǒng)與平臺(tái)的開發(fā)都需要投入大量的人力、物力、財(cái)力。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理階段，分布式云平臺(tái)的建立與維護(hù)以及整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的能源消耗也需要大量的資金成本。在航空企業(yè)內(nèi)部阻力以及沉穩(wěn)性的影響下，由此引發(fā)的資金不足問題很容易成為大數(shù)據(jù)研究發(fā)展的制肘。

因此，為使數(shù)據(jù)的力量有效地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，航空公司必須首先從思想層面接納大數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)由大數(shù)據(jù)帶來的思維方式的轉(zhuǎn)變。然后由公司首席數(shù)據(jù)官作為發(fā)起者，結(jié)合大數(shù)據(jù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)建立一個(gè)專門的大數(shù)據(jù)規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)營組織，以這個(gè)上行下效、溝通流暢的組織作為大數(shù)據(jù)研究的堅(jiān)強(qiáng)后盾。繼而在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上制定出符合自身目前所處狀態(tài)的簡潔、全面、明確、現(xiàn)實(shí)的大數(shù)據(jù)發(fā)展戰(zhàn)略，為公司大數(shù)據(jù)研究指明方向。

3.2 方法問題

當(dāng)前大數(shù)據(jù)處理方法主要分為批處理模式和流處理模式。其中批處理主要用于處理大容量靜態(tài)數(shù)據(jù)，但處理速度相對(duì)較慢，較為偏向于大數(shù)據(jù)“5V特性”中的規(guī)模性。而流處理方式無需針對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)集執(zhí)行操作，而是對(duì)通過系統(tǒng)傳輸?shù)拿總€(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)執(zhí)行操作，可以做到近實(shí)時(shí)處理，偏重于高速性。兩種處理方式各有所長，而航空大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)決定了其兩方面皆有需求，既需要對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，又需要對(duì)不斷產(chǎn)生的航空數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。此外，航空大數(shù)據(jù)中復(fù)雜的圖表、音頻、視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)也對(duì)當(dāng)前的大數(shù)據(jù)處理方法提出了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

因此，將批處理和流處理混合，以相同或相關(guān)組件為紐帶，在同一處理框架中同時(shí)實(shí)現(xiàn)批處理和流處理將是大勢所趨。不僅能夠滿足具體數(shù)據(jù)集的處理需求，還能夠成為航空大數(shù)據(jù)處理的通用解決方法。當(dāng)前已有Apache Spark以及Apache Flink在這種混合化方面做出了嘗試，但都在兼容性方面陷入瓶頸。因此處理模式混合化依然有一段長路需要走，而實(shí)現(xiàn)這樣的功能重點(diǎn)在于兩種不同處理模式如何和諧統(tǒng)一，以及對(duì)固定和不固定數(shù)據(jù)集之間的關(guān)系進(jìn)行何種假設(shè)。

3.3 技術(shù)問題

盡管數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)一向是航空系統(tǒng)關(guān)注的重點(diǎn)，但技術(shù)問題依然是限制大數(shù)據(jù)在航空系統(tǒng)發(fā)展的重大難題。在數(shù)據(jù)傳輸上，目前主流的做法是在飛機(jī)降落后統(tǒng)一采集，雖然也有技術(shù)實(shí)現(xiàn)了航空數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，但現(xiàn)階段傳輸成本較高，性價(jià)比較低。降低實(shí)時(shí)傳輸成本以及實(shí)時(shí)傳輸與事后獲取之間的平衡問題將是航空工業(yè)界亟需解決的問題。而隨著航空市場的發(fā)展，機(jī)隊(duì)規(guī)模的增加，當(dāng)前大數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)的技術(shù)能否應(yīng)對(duì)持續(xù)增長的航空大數(shù)據(jù)也是各大企業(yè)需面對(duì)的挑戰(zhàn)。此外，對(duì)航空大數(shù)據(jù)復(fù)雜性內(nèi)在機(jī)理及物理意義了解不足，對(duì)航空大數(shù)據(jù)相互作用規(guī)律缺乏認(rèn)識(shí)，缺少面向航空大數(shù)據(jù)的新型高效算法等一系列問題都在技術(shù)上向大數(shù)據(jù)在航空系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)出了挑戰(zhàn)。

因此，分析平臺(tái)柔性化將成為之后航空大數(shù)據(jù)平臺(tái)的發(fā)展趨勢。雖說已有不少航空企業(yè)研發(fā)了自己的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)或平臺(tái)，并且能夠很好地服務(wù)于現(xiàn)在產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，但目前的航空大數(shù)據(jù)，在不久的將來還只會(huì)是小數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)增長率不斷增加，航空大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)應(yīng)該能夠支持現(xiàn)在以及將來產(chǎn)生的巨大的數(shù)據(jù)集，系統(tǒng)必須不斷演化，組件也要能擴(kuò)展以適應(yīng)日益變化的需求。柔性化的平臺(tái)能夠支持不斷發(fā)展的配套組件，能夠使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)自適應(yīng)地進(jìn)行預(yù)測并確保模型的準(zhǔn)確性，將成為航空大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)未來發(fā)展的方向。

3.4 人的問題

從用戶的角度講，航空大數(shù)據(jù)平臺(tái)不是個(gè)性平臺(tái)，而是一種與電力系統(tǒng)等行業(yè)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)有諸多共同之處，但更偏重于航空應(yīng)用的平臺(tái)。美國產(chǎn)業(yè)研究中心支持的研究機(jī)構(gòu)就為全球包括航空業(yè)在內(nèi)提供了諸多成功案例。成功的平臺(tái)來自于第三方的專業(yè)技術(shù)人員和航空領(lǐng)域工作人員的協(xié)同與配合。

從航空企業(yè)內(nèi)部角度講，由于大數(shù)據(jù)發(fā)展本身時(shí)間尚短以及企業(yè)專業(yè)人才儲(chǔ)備不足等因素，航空企業(yè)自己研發(fā)包含大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)和云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)的解決方案頗為困難。而第三方企業(yè)缺乏航空專業(yè)知識(shí)，盡管具備廣義上的大數(shù)據(jù)處理手段，但在航空大數(shù)據(jù)這種具體行業(yè)，具體需求的問題上缺乏針對(duì)性。自身能力不足與外界協(xié)助困難正是廣大航空企業(yè)面臨的一大困境。

因此，進(jìn)行資源整合是必然選擇。當(dāng)前已有部分企業(yè)采用企業(yè)間合作、收購數(shù)字化分析企業(yè)、成立新部門、建立實(shí)驗(yàn)室等方案進(jìn)行大數(shù)據(jù)開發(fā)，如羅羅與微軟之間的合作，普惠與IBM建立合作關(guān)系，F(xiàn)light Global航空數(shù)據(jù)集團(tuán)收購航班時(shí)刻數(shù)據(jù)商Innovata，GE成立航空大數(shù)據(jù)分析和數(shù)字化解決方案部，空客建立A3實(shí)驗(yàn)室。為應(yīng)對(duì)未來更加復(fù)雜、更為龐大的數(shù)據(jù)，航空業(yè)必將進(jìn)行更高層次的資源整合。在這種大趨勢下，缺乏大數(shù)據(jù)競爭力的小型航空企業(yè)將在航空大數(shù)據(jù)研究領(lǐng)域慢慢邊緣化，只能使用其他航空企業(yè)成熟的技術(shù)與分析平臺(tái)。

4 結(jié) 論

美國工程院院士史建軍指出，大數(shù)據(jù)是方法，不是目的。本文簡述了學(xué)術(shù)界對(duì)航空大數(shù)據(jù)的理論研究，介紹了航空工業(yè)界在航空大數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、分析平臺(tái)以及應(yīng)用方面的實(shí)踐情況，同時(shí)指出目前面臨的挑戰(zhàn)以及可能的發(fā)展趨勢。盡管面臨種種難題，但大數(shù)據(jù)方法已在航空系統(tǒng)生根發(fā)芽。隨著國產(chǎn)大飛機(jī)的成功研制、“兩機(jī)專項(xiàng)”的提出以及“中國制造2025”的逐步實(shí)施，大數(shù)據(jù)這種方法在具有優(yōu)秀基因的航空系統(tǒng)擁有旺盛的生命力，期待這種生命力能綻放出美麗的青春。