民航飛機(jī)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(yáng)鑫

（四川省成都市四川航空股份有限公司，貴州貴陽(yáng) 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(lái)越先進(jìn)，如何采用創(chuàng)新技術(shù)對(duì)民航飛機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)甚至預(yù)先監(jiān)控飛機(jī)健康狀況是各航空公司關(guān)注的問(wèn)題?，F(xiàn)代飛機(jī)多數(shù)具有中央維護(hù)系統(tǒng)，但是部分傳統(tǒng)型飛機(jī)由于沒(méi)有集成中央維護(hù)系統(tǒng)，在維護(hù)運(yùn)行上和現(xiàn)代新型飛機(jī)相比存在很大的劣勢(shì)，故障通報(bào)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(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控和健康管理系統(tǒng)可改變傳統(tǒng)型飛機(jī)的維護(hù)現(xiàn)狀，提高民航飛機(jī)飛行的安全性。民航飛機(jī)運(yùn)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(wú)縫飛機(jī)位置監(jiān)控和雙向數(shù)據(jù)/語(yǔ)音通信，促進(jìn)各方態(tài)勢(shì)知曉和空地協(xié)同決策能力。

1 民航飛機(jī)的狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

民航飛機(jī)運(yùn)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(jī)運(yùn)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(shì)監(jiān)控等。

飛機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中的賬號(hào)管理模塊主要負(fù)責(zé)用戶對(duì)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(wèn)權(quán)限。設(shè)備管理模塊提供系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)用戶對(duì)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(gè)用戶針對(duì)不同的設(shè)備的行程進(jìn)行新增、修改、刪除等功能。運(yùn)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(guó)外的銥星數(shù)據(jù)服務(wù)器上將相關(guān)設(shè)備的運(yùn)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(kù)，為態(tài)勢(shì)監(jiān)控提供數(shù)據(jù)服務(wù)。運(yùn)行態(tài)勢(shì)監(jiān)控模塊也是飛機(jī)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(shì)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(tái)上動(dòng)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(gè)設(shè)備歷史的起點(diǎn)時(shí)間和終點(diǎn)時(shí)間，回放模塊將通過(guò)WebGIS平臺(tái)將該時(shí)間區(qū)域內(nèi)設(shè)備的飛行軌跡回放顯示。

通過(guò)對(duì)飛機(jī)系統(tǒng)原理和故障模式的深入分析，已逐步實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛控、引氣、空調(diào)、通信、液壓、發(fā)動(dòng)機(jī)和APU等重要系統(tǒng)的實(shí)時(shí)故障監(jiān)控功能。根據(jù)監(jiān)控結(jié)果和故障特點(diǎn)，持續(xù)優(yōu)化、完善和補(bǔ)充新的故障監(jiān)控邏輯和對(duì)象，同時(shí)開(kāi)展對(duì)部件性能趨勢(shì)分析監(jiān)控的探索。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的飛機(jī)健康管理系統(tǒng)是基于空地?cái)?shù)據(jù)鏈通信的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和運(yùn)行數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，通過(guò)將飛機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)與健康診斷模型進(jìn)行分析對(duì)比后，能夠及時(shí)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(jī)隊(duì)運(yùn)行效率和安全品質(zhì)。飛機(jī)健康管理系統(tǒng)就像是飛機(jī)的“健康檢測(cè)儀”，實(shí)時(shí)地獲知每一架飛機(jī)的“健康狀況”，可以提前獲知飛機(jī)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(shí)獲取飛機(jī)故障信息的功能，提高了故障處理的響應(yīng)速度。能夠即時(shí)獲取飛行中的飛機(jī)系統(tǒng)故障信息，以便維修部門有充足的時(shí)間針對(duì)故障做出響應(yīng)，并制定詳細(xì)的維修計(jì)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(jì)算機(jī)信息技術(shù)為基礎(chǔ)的飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)是基本的信息單元，對(duì)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(jī)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(yùn)行超限事件等多個(gè)重要系統(tǒng)、事件的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并能夠成功檢測(cè)到飛機(jī)存在的隱性故障，從而極大提高機(jī)隊(duì)運(yùn)行的品質(zhì)和安全運(yùn)行水平。

客戶僅需要配置機(jī)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(shí)機(jī)載地面人員采用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器可實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)飛行的無(wú)縫監(jiān)控。其中機(jī)載子系統(tǒng)可以生成與民航飛機(jī)飛行參數(shù)相關(guān)的報(bào)文數(shù)據(jù)，并可以接收地面人員發(fā)送的報(bào)文，是民航飛機(jī)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(yùn)算任務(wù)，包括對(duì)飛行數(shù)據(jù)的采集、形成報(bào)文進(jìn)行發(fā)送等，是機(jī)載子系統(tǒng)的核心部分。二是控制顯示單元，該單元是機(jī)組想數(shù)控庫(kù)系統(tǒng)發(fā)生數(shù)據(jù)或者將數(shù)據(jù)在機(jī)組顯示屏上進(jìn)行顯示的關(guān)鍵單元。通過(guò)控制顯示單元，可以使得機(jī)組能夠及時(shí)接受飛行指令的控制，調(diào)整飛機(jī)的飛行狀態(tài)。三是通信設(shè)備。民航飛機(jī)在空中飛行的過(guò)程中，離不開(kāi)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(jī)載子系統(tǒng)中的各個(gè)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(guò)高頻通信對(duì)空中飛行中的飛機(jī)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(gè)節(jié)點(diǎn)之間可以通過(guò)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。同時(shí)，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(jī)飛行的日志、警告等內(nèi)容。各個(gè)用戶終端也可以與飛機(jī)上的機(jī)組人員進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信，并且支持語(yǔ)音通信功能。

3 飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

飛機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)數(shù)據(jù)、飛機(jī)著陸飛行系統(tǒng)數(shù)據(jù)和飛機(jī)機(jī)組氧氣系統(tǒng)數(shù)據(jù)。發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)是保證飛機(jī)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(shí)間長(zhǎng)和難度大成為長(zhǎng)期以來(lái)困擾機(jī)務(wù)維護(hù)工作的一大難題。目前，常規(guī)的方法無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確的處理數(shù)據(jù)，使得排故不及時(shí)，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(shí)間達(dá)600 h，可以同時(shí)采集數(shù)百個(gè)數(shù)據(jù)，涵蓋了飛行運(yùn)行品質(zhì)的絕大部分參數(shù)。實(shí)施飛行品質(zhì)監(jiān)控以來(lái)，譯碼數(shù)據(jù)中顯示出多起飛機(jī)著陸載荷過(guò)大的情況，逐漸引起了飛行人員對(duì)硬或重著陸事件的重視，相關(guān)事件報(bào)告的數(shù)量呈上升趨勢(shì)，但是由于目前飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)（AMM）中硬或重著陸處理過(guò)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(wèn)題?，F(xiàn)代飛機(jī)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(shí)驗(yàn)表明，人暴露在100 00 m高空的有效意識(shí)是1 min左右，而在14 000 m以上有效意識(shí)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(jī)不需要使用專門的供氧設(shè)施，它通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)將空氣增壓后壓入機(jī)艙，即使在萬(wàn)米高空，機(jī)艙內(nèi)環(huán)境也和海拔1500 m左右相似。一旦座艙失壓，會(huì)采用機(jī)載氧氣系統(tǒng)中的氧氣供乘客呼吸，并且飛機(jī)會(huì)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(shí)刻檢測(cè)機(jī)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(cè)機(jī)載氧氣中，通常采用人工的方式對(duì)機(jī)載氧氣系統(tǒng)的壓力進(jìn)行記錄，按硬時(shí)限更換氧氣瓶或是當(dāng)機(jī)載氧氣系統(tǒng)的壓力低于設(shè)定值時(shí)飛機(jī)系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)進(jìn)行更換氧氣瓶，提高了航空公司的運(yùn)營(yíng)成本，若機(jī)載氧氣系統(tǒng)存在較小泄漏，無(wú)法及時(shí)排故，導(dǎo)致飛機(jī)的運(yùn)行安全得不到保證。

因此有必要采用一種飛機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的方法，對(duì)飛機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。該飛機(jī)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(shí)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(shí)間。該飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的主要特征在于通過(guò)觸發(fā)器分別對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)、飛機(jī)著陸飛行系統(tǒng)和飛機(jī)機(jī)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(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法中，所述的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，是在飛機(jī)起飛、爬升和下降3個(gè)階段中，通過(guò)觸發(fā)器每秒1次對(duì)左、右發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)冷器的出口溫度進(jìn)行探測(cè)。在該飛機(jī)機(jī)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(guò)觸發(fā)器采集飛機(jī)飛航一次的機(jī)載氧氣系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)并形成氧氣報(bào)文，之后將所述的氧氣報(bào)文通過(guò)空地?cái)?shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)降孛婀ぷ髡?，再通過(guò)地面工作站將氧氣報(bào)文通過(guò)報(bào)文解碼器進(jìn)行解碼獲取數(shù)據(jù)，再通過(guò)運(yùn)算得到機(jī)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(jī)載氧氣系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力值進(jìn)行機(jī)載氧氣性能的判斷。

4 結(jié)論

對(duì)民航飛機(jī)應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)故障預(yù)測(cè)技術(shù)，可在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障隱患并及時(shí)處理，有效避免故障對(duì)航班運(yùn)行造成影響，同時(shí)通過(guò)飛機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)采集故障參數(shù)，可實(shí)時(shí)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(jī)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。