民航飛機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用技術(shù)

鄧陽鑫

（四川省成都市四川航空股份有限公司，貴州貴陽 610202）

0 引言

隨著民航科技的迅猛發(fā)展，民航安全的保障手段也越來越先進(jìn)，如何采用創(chuàng)新技術(shù)對民航飛機進(jìn)行實時監(jiān)控，及時甚至預(yù)先監(jiān)控飛機健康狀況是各航空公司關(guān)注的問題。現(xiàn)代飛機多數(shù)具有中央維護(hù)系統(tǒng)，但是部分傳統(tǒng)型飛機由于沒有集成中央維護(hù)系統(tǒng)，在維護(hù)運行上和現(xiàn)代新型飛機相比存在很大的劣勢，故障通報存在一定的滯后性，地面故障診斷也有很大的局限性。當(dāng)前較為先進(jìn)的飛機狀態(tài)實時監(jiān)控和健康管理系統(tǒng)可改變傳統(tǒng)型飛機的維護(hù)現(xiàn)狀，提高民航飛機飛行的安全性。民航飛機運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)可基于現(xiàn)行的通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星和地面通信網(wǎng)絡(luò)，可為民航飛行員、民航公司和民航管制員提供無縫飛機位置監(jiān)控和雙向數(shù)據(jù)/語音通信，促進(jìn)各方態(tài)勢知曉和空地協(xié)同決策能力。

1 民航飛機的狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

民航飛機運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)可支持多種通航飛行監(jiān)視技術(shù)，如基于GPS/北斗二代導(dǎo)航、銥星通信的飛行監(jiān)視方式，以及基于廣播式相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）技術(shù)的飛行監(jiān)視方式。飛機運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊主要包括用戶管理、設(shè)備管理和態(tài)勢監(jiān)控等。

飛機運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中的賬號管理模塊主要負(fù)責(zé)用戶對自己賬戶內(nèi)的子賬戶的添加、刪除、修改、授權(quán)等功能，可以根據(jù)需要配置不同子賬戶擁有不同設(shè)備的訪問權(quán)限。設(shè)備管理模塊提供系統(tǒng)內(nèi)各個用戶對自己所屬的設(shè)備進(jìn)行管理。行程管理模塊提供系統(tǒng)內(nèi)各個用戶針對不同的設(shè)備的行程進(jìn)行新增、修改、刪除等功能。運行數(shù)據(jù)采集解析模塊主要提供當(dāng)前系統(tǒng)服務(wù)器從國外的銥星數(shù)據(jù)服務(wù)器上將相關(guān)設(shè)備的運行數(shù)據(jù)的采集工作，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行格式化解析，存入數(shù)據(jù)庫，為態(tài)勢監(jiān)控提供數(shù)據(jù)服務(wù)。運行態(tài)勢監(jiān)控模塊也是飛機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，它將提供所有設(shè)備的態(tài)勢監(jiān)控的服務(wù)，用戶根據(jù)自己的需要，選擇所監(jiān)控的設(shè)備，在WebGIS 平臺上動態(tài)的看到設(shè)備的飛行狀態(tài)和了解當(dāng)前設(shè)備的飛行參數(shù)。歷史行程數(shù)據(jù)回放模塊可提供行程回放功能，用戶根據(jù)自己需求，選擇某個設(shè)備歷史的起點時間和終點時間，回放模塊將通過WebGIS 平臺將該時間區(qū)域內(nèi)設(shè)備的飛行軌跡回放顯示。

通過對飛機系統(tǒng)原理和故障模式的深入分析，已逐步實現(xiàn)了對飛控、引氣、空調(diào)、通信、液壓、發(fā)動機和APU 等重要系統(tǒng)的實時故障監(jiān)控功能。根據(jù)監(jiān)控結(jié)果和故障特點，持續(xù)優(yōu)化、完善和補充新的故障監(jiān)控邏輯和對象，同時開展對部件性能趨勢分析監(jiān)控的探索。近年來發(fā)展起來的飛機健康管理系統(tǒng)是基于空地數(shù)據(jù)鏈通信的實時監(jiān)測和運行數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，通過將飛機實時運行數(shù)據(jù)與健康診斷模型進(jìn)行分析對比后，能夠及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，并制定前置性維修方案，從而有效提高機隊運行效率和安全品質(zhì)。飛機健康管理系統(tǒng)就像是飛機的“健康檢測儀”，實時地獲知每一架飛機的“健康狀況”，可以提前獲知飛機的某些“生理指標(biāo)”是否處于“亞健康狀態(tài)”，有目的地采取預(yù)防性手段將其恢復(fù)至“健康水平”。此外，該系統(tǒng)還具備即時獲取飛機故障信息的功能，提高了故障處理的響應(yīng)速度。能夠即時獲取飛行中的飛機系統(tǒng)故障信息，以便維修部門有充足的時間針對故障做出響應(yīng)，并制定詳細(xì)的維修計劃和方案。

2 狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)

在以計算機信息技術(shù)為基礎(chǔ)的飛機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)是基本的信息單元，對狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理，是狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。民航飛機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)空調(diào)引氣、液壓飛控、導(dǎo)航記錄以及運行超限事件等多個重要系統(tǒng)、事件的實時監(jiān)控，并能夠成功檢測到飛機存在的隱性故障，從而極大提高機隊運行的品質(zhì)和安全運行水平。

客戶僅需要配置機載航跡跟蹤器硬件即可，系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)、短信息和話音通信，飛行員可以發(fā)送短信和撥打電話，同時機載地面人員采用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器可實現(xiàn)對飛機飛行的無縫監(jiān)控。其中機載子系統(tǒng)可以生成與民航飛機飛行參數(shù)相關(guān)的報文數(shù)據(jù)，并可以接收地面人員發(fā)送的報文，是民航飛機監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵設(shè)備。在該系統(tǒng)中，管理單位中的CPU 承擔(dān)了大部分的數(shù)據(jù)處理及運算任務(wù)，包括對飛行數(shù)據(jù)的采集、形成報文進(jìn)行發(fā)送等，是機載子系統(tǒng)的核心部分。二是控制顯示單元，該單元是機組想數(shù)控庫系統(tǒng)發(fā)生數(shù)據(jù)或者將數(shù)據(jù)在機組顯示屏上進(jìn)行顯示的關(guān)鍵單元。通過控制顯示單元，可以使得機組能夠及時接受飛行指令的控制，調(diào)整飛機的飛行狀態(tài)。三是通信設(shè)備。民航飛機在空中飛行的過程中，離不開通信系統(tǒng)的信息支持，一般是采用高配通信系統(tǒng)，并具備接受通信衛(wèi)星數(shù)據(jù)的功能。機載子系統(tǒng)中的各個功能子單元，都圍繞這管理單元緊密協(xié)調(diào)工作。

此外，在地面子系統(tǒng)中，需要通過高頻通信對空中飛行中的飛機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，在地面子系統(tǒng)中存在通信數(shù)據(jù)網(wǎng)，該通信數(shù)據(jù)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)共享，網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點之間可以通過通信協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。同時，在地面系統(tǒng)中還設(shè)立了網(wǎng)絡(luò)通信管理中心，負(fù)責(zé)處理飛機飛行的日志、警告等內(nèi)容。各個用戶終端也可以與飛機上的機組人員進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信，并且支持語音通信功能。

3 飛機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

飛機系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括飛機發(fā)動機引氣系統(tǒng)數(shù)據(jù)、飛機著陸飛行系統(tǒng)數(shù)據(jù)和飛機機組氧氣系統(tǒng)數(shù)據(jù)。發(fā)動機引氣系統(tǒng)是保證飛機空調(diào)、增壓、大翼防冰、液壓等系統(tǒng)安全可靠工作的前提。但是由于發(fā)生率高、重復(fù)率高、排除時間長和難度大成為長期以來困擾機務(wù)維護(hù)工作的一大難題。目前，常規(guī)的方法無法及時準(zhǔn)確的處理數(shù)據(jù)，使得排故不及時，有可能導(dǎo)致飛行中斷，甚至出現(xiàn)飛行中的重大不安全事件。

近年隨著QAR（快速存取記錄器）的記錄容量已經(jīng)達(dá)到較大的容量，連續(xù)記錄時間達(dá)600 h，可以同時采集數(shù)百個數(shù)據(jù)，涵蓋了飛行運行品質(zhì)的絕大部分參數(shù)。實施飛行品質(zhì)監(jiān)控以來，譯碼數(shù)據(jù)中顯示出多起飛機著陸載荷過大的情況，逐漸引起了飛行人員對硬或重著陸事件的重視，相關(guān)事件報告的數(shù)量呈上升趨勢，但是由于目前飛機維護(hù)手冊（AMM）中硬或重著陸處理過程不夠明確，如何正確處理此類事件，避免航班延誤成為了亟需解決的問題?，F(xiàn)代飛機一般都在（7000～150 00）m 高空飛行，空氣中氧分壓只有十幾千帕，難以維持常態(tài)飛行?？茖W(xué)實驗表明，人暴露在100 00 m 高空的有效意識是1 min 左右，而在14 000 m 以上有效意識只有（12～15）s。因此，需要給飛行員和乘客提供氧氣保證安全。通常情況，飛機不需要使用專門的供氧設(shè)施，它通過發(fā)動機將空氣增壓后壓入機艙，即使在萬米高空，機艙內(nèi)環(huán)境也和海拔1500 m 左右相似。一旦座艙失壓，會采用機載氧氣系統(tǒng)中的氧氣供乘客呼吸，并且飛機會盡快落地或者下降到艙內(nèi)人員可以適應(yīng)的高度。因此需要時刻檢測機載氧氣的性能狀態(tài)以保證乘客的安全。然而，在常規(guī)的檢測機載氧氣中，通常采用人工的方式對機載氧氣系統(tǒng)的壓力進(jìn)行記錄，按硬時限更換氧氣瓶或是當(dāng)機載氧氣系統(tǒng)的壓力低于設(shè)定值時飛機系統(tǒng)發(fā)出警報進(jìn)行更換氧氣瓶，提高了航空公司的運營成本，若機載氧氣系統(tǒng)存在較小泄漏，無法及時排故，導(dǎo)致飛機的運行安全得不到保證。

因此有必要采用一種飛機系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的方法，對飛機的運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控。該飛機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)不僅能準(zhǔn)確處理數(shù)據(jù)，保證能及時排故和飛行安全，而且可節(jié)約航空公司成本，節(jié)約數(shù)據(jù)處理時間。該飛機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的主要特征在于通過觸發(fā)器分別對飛機發(fā)動機引氣系統(tǒng)、飛機著陸飛行系統(tǒng)和飛機機組氧氣系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理完成后下傳到地面工作站。在該飛機系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法中，所述的飛機發(fā)動機引氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，是在飛機起飛、爬升和下降3 個階段中，通過觸發(fā)器每秒1 次對左、右發(fā)動機預(yù)冷器的出口溫度進(jìn)行探測。在該飛機機組氧氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，是按以下步驟進(jìn)行。首先通過觸發(fā)器采集飛機飛航一次的機載氧氣系統(tǒng)運行狀態(tài)并形成氧氣報文，之后將所述的氧氣報文通過空地數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)降孛婀ぷ髡?，再通過地面工作站將氧氣報文通過報文解碼器進(jìn)行解碼獲取數(shù)據(jù)，再通過運算得到機載氧氣系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力值，并保存到數(shù)據(jù)服務(wù)器中，最后根據(jù)機載氧氣系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力值進(jìn)行機載氧氣性能的判斷。

4 結(jié)論

對民航飛機應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，通過故障預(yù)測技術(shù)，可在第一時間發(fā)現(xiàn)故障隱患并及時處理，有效避免故障對航班運行造成影響，同時通過飛機運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)自動采集故障參數(shù)，可實時捕捉到相關(guān)數(shù)據(jù)，并準(zhǔn)確判斷出了故障原因，可有效減輕機組的負(fù)擔(dān)，也減少了不正常延誤事件的發(fā)生，保證了旅客的正常出行。