數(shù)據(jù)技術(shù)在軍用航空裝備及體系中的應(yīng)用研究

趙清洲 劉華磊 喬文

摘要：分析了當前軍用航空裝備數(shù)據(jù)使用現(xiàn)狀及需求，提出以“飛參”為抓手，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)技術(shù)框架和編制體系，在建立航空客觀信息綜合應(yīng)用平臺、研制外場保障智能應(yīng)用終端、持續(xù)創(chuàng)新實現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用APP服務(wù)等方面，構(gòu)建數(shù)據(jù)應(yīng)用操作系統(tǒng)平臺，配套智能手機、平板等外設(shè)，開發(fā)部署APP，提供業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)的生態(tài)模式，加速推進數(shù)據(jù)技術(shù)在軍用航空裝備領(lǐng)域的深化應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)技術(shù)；航空裝備；數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺；數(shù)據(jù)生態(tài)

Keywords：data technology；aviation equipment；data application platform；data ecology

當今世界，百年未有之大變局。以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能為特征的數(shù)據(jù)技術(shù)正在引領(lǐng)新一輪軍事變革。黨的十九大發(fā)出全面推進國防和軍隊現(xiàn)代化建設(shè)的動員令，提出適應(yīng)世界新軍事革命發(fā)展趨勢的明確要求。信息化戰(zhàn)爭要求武器裝備、保障體系、作戰(zhàn)訓(xùn)練體系高度智能，數(shù)據(jù)技術(shù)是促進未來戰(zhàn)場智能化的核心技術(shù)[1]。通過先進的數(shù)據(jù)采集、傳輸、記錄和智能分析技術(shù)，加強對海量數(shù)據(jù)的挖掘和利用，戰(zhàn)場維護保障效率和作訓(xùn)評估水平將大幅提升。美軍正在實施的“第三次抵消戰(zhàn)略”，其重點之一就是數(shù)據(jù)技術(shù)的深化應(yīng)用。

軍用航空裝備在設(shè)計、生產(chǎn)、試飛、服役等過程中產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)為裝備設(shè)計驗證、維護保障、訓(xùn)練評估等提供了有效支撐。但總體來看，目前數(shù)據(jù)呈現(xiàn)碎片化、分裂化的特點，數(shù)據(jù)沒有得到充分利用。為適應(yīng)未來智能化作戰(zhàn)要求，軍用航空領(lǐng)域亟待深化數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用。通過加強數(shù)據(jù)收集和應(yīng)用，提升軍用航空裝備維護、訓(xùn)練、作戰(zhàn)的智能化水平，加速航空兵部隊戰(zhàn)斗力的生成。

1 應(yīng)用現(xiàn)狀及需求

1.1 航空裝備數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

航空工業(yè)具有先天的數(shù)據(jù)優(yōu)勢[2，3]。軍用航空裝備全壽命周期會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。除了設(shè)計制造數(shù)據(jù)、試飛數(shù)據(jù)[4，5]以外，服役階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)還包括機載記錄設(shè)備數(shù)據(jù)、信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及各類工作卡片數(shù)據(jù)。機載記錄設(shè)備數(shù)據(jù)包括航空裝備在運行期間實時記錄的各類傳感器數(shù)據(jù)、重要機載設(shè)備工作狀態(tài)和通信交聯(lián)數(shù)據(jù)等，如飛行參數(shù)、總線數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)等。信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括航空裝備保障、訓(xùn)練等各類信息系統(tǒng)使用中生成的數(shù)據(jù)。各類卡片數(shù)據(jù)包括機務(wù)維修及飛行訓(xùn)練過程中人工填寫的紙質(zhì)記錄數(shù)據(jù)。

這些數(shù)據(jù)反映了航空裝備的性能、運行狀態(tài)、操縱情況等，數(shù)據(jù)種類多，數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也包括非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)治理較為困難。為了對上述數(shù)據(jù)進行處理利用，不同廠家分別研制了相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對不同類型的數(shù)據(jù)進行收集與分析，對裝備的使用監(jiān)控起到了重要作用。然而，由于缺少統(tǒng)一的機載數(shù)據(jù)平臺和地面數(shù)據(jù)平臺，不同廠家研制的系統(tǒng)之間互不相通、相互割裂，各類數(shù)據(jù)之間不能融合分析。另外，由于缺少相應(yīng)的地面數(shù)據(jù)收集平臺，導(dǎo)致部分人工記錄的過程數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)等以紙質(zhì)形式存檔，不適合后續(xù)數(shù)據(jù)融合和深入利用。當前的數(shù)據(jù)收集、處理分析現(xiàn)狀給數(shù)據(jù)的深入應(yīng)用帶來一定的障礙。

1.2 深化數(shù)據(jù)應(yīng)用需求

黨的十九大明確指出“軍隊是要準備打仗的，一切工作都必須堅持戰(zhàn)斗力標準，向能打仗、打勝仗聚焦”，伴隨著新的使命要求，裝備在實戰(zhàn)化訓(xùn)練條件下維護保障、作戰(zhàn)訓(xùn)練方面遇到了新的挑戰(zhàn)。目前，軍用航空裝備維護保障過于依賴人工，智能化水平有待提高，很難做到精細化維修和預(yù)防式維護[6]。另外，訓(xùn)練評估智能化手段缺乏，不利于訓(xùn)練效果的提升。這些問題都需要通過數(shù)據(jù)深入挖掘，從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，解決問題。

航空裝備數(shù)據(jù)的深入利用，首先，要提高數(shù)據(jù)收集的廣度，將各種來源數(shù)據(jù)綜合集成。不同類型數(shù)據(jù)從不同維度反映航空裝備的狀態(tài)和訓(xùn)練情況等，通過多源數(shù)據(jù)融合處理，能夠獲取更多關(guān)于裝備的信息，提高數(shù)據(jù)分析的準確性與精度。其次，裝備每類數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)，分別從時間空間維度反映航空裝備狀態(tài)變化過程以及其他規(guī)律性變化趨勢，收集這些數(shù)據(jù)能夠用于監(jiān)控裝備質(zhì)量、性能變化等。

在完成數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)上，建立數(shù)據(jù)應(yīng)用通用平臺，開發(fā)不同業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。根據(jù)航空裝備數(shù)據(jù)應(yīng)用場景，平臺應(yīng)該包括機載數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺和地面數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺。機載數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺是提供數(shù)據(jù)采集、記錄、傳輸、分析應(yīng)用的平臺，首先要求加強數(shù)據(jù)采集的類型、頻率，其次要能夠?qū)⒏黝惒杉臄?shù)據(jù)集中存儲管理，以便不同廠家開發(fā)的軟件可以利用該處理平臺，對數(shù)據(jù)進行綜合分析，實現(xiàn)實時診斷、安全預(yù)警等應(yīng)用。地面數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺將各信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道打通，提供各類數(shù)據(jù)綜合管理與處理分析的平臺，滿足不同應(yīng)用系統(tǒng)的運行要求。

1.3 飛參數(shù)據(jù)應(yīng)用現(xiàn)狀

飛參采用大量的數(shù)據(jù)技術(shù)，涉及數(shù)據(jù)采集、記錄、傳輸、分析等，為深化數(shù)據(jù)應(yīng)用提供了解決思路。飛參由機載子系統(tǒng)和地面子系統(tǒng)兩部分組成。機載子系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，對數(shù)據(jù)進行處理后，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到其他機載設(shè)備并將其記錄在存儲介質(zhì)中，可根據(jù)使用要求實時傳輸至地面接收設(shè)備，在飛機落地后，將記錄數(shù)據(jù)卸載至地面系統(tǒng)，或者通過地面設(shè)備接收實時數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)分析軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的解析與判讀，相關(guān)結(jié)果可作為飛機維護、訓(xùn)練評估等的依據(jù)。

飛參逐漸發(fā)展為機載數(shù)據(jù)中心和地面數(shù)據(jù)中心，其機載子系統(tǒng)與機上設(shè)備廣泛交聯(lián)，采集記錄的數(shù)據(jù)能夠全面反映裝備狀態(tài)和操縱情況；地面子系統(tǒng)與部隊各類業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)交換。飛參從航空裝備試飛階段開始就一直在記錄數(shù)據(jù)，覆蓋從起飛到降落的每一個架次，而且在每次飛機落地后，都進行數(shù)據(jù)判讀，為放飛提供依據(jù)。因此，飛參能夠提供全壽命周期內(nèi)最全面、高質(zhì)量的動態(tài)數(shù)據(jù)。

我軍在飛參管理使用方面建立了一套完備的組織機構(gòu)和體系流程，飛參本身也一直發(fā)揮著重要的作用。軍方利用飛參對飛機狀態(tài)進行綜合評估，使用飛參地面站開展數(shù)據(jù)判讀工作，相關(guān)專業(yè)人員通過分析飛參數(shù)據(jù)輔助機務(wù)維護、訓(xùn)練評估等。飛參地面站作為重要的飛參數(shù)據(jù)處理設(shè)備，開放數(shù)據(jù)訪問接口，支持二次開發(fā)應(yīng)用，可以滿足不同應(yīng)用場景的特定要求。飛參被形象地稱為四官，即“法官”“醫(yī)官”“教官”“警官”，它提供了全壽命周期的高價值實時數(shù)據(jù)。30F3C2F8-E672-4DBD-BB4D-3CAC2649C888

飛參本身已經(jīng)成為一種數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺，形如“智能手機”，提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲、應(yīng)用接口等功能，不同專業(yè)可以發(fā)揮自身優(yōu)勢，在飛參平臺基礎(chǔ)上開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用APP，利用現(xiàn)有計算存儲資源、數(shù)據(jù)資源等，拓展機載或地面相關(guān)功能。以飛參作為平臺，對深化數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用具有較好的促進作用。

2 數(shù)據(jù)技術(shù)深化應(yīng)用設(shè)想

2.1 建立航空客觀信息綜合應(yīng)用平臺

在已有飛參基礎(chǔ)上擴充功能，全面融合飛機平臺飛行數(shù)據(jù)、飛行員語音和座艙環(huán)境聲音、座艙環(huán)境圖像、任務(wù)載荷數(shù)據(jù)、飛機座艙顯示系統(tǒng)、航電任務(wù)系統(tǒng)、飛控機電系統(tǒng)等主要系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的綜合采集、處理與存儲管理，完善飛參機載系統(tǒng)的機上數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用平臺功能，建立機載數(shù)據(jù)中心。進一步提升飛參機載系統(tǒng)的實時處理能力，將數(shù)據(jù)應(yīng)用接口標準化、資源虛擬化，使數(shù)據(jù)、軟硬件資源等可供其他機載系統(tǒng)調(diào)用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)整合、故障診斷、實時告警、邏輯控制、數(shù)據(jù)分發(fā)等功能，形成機載航空客觀信息綜合應(yīng)用平臺。

受網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬限制，飛參、總線、視頻等數(shù)據(jù)量較大的客觀記錄數(shù)據(jù)，可依托部隊局域網(wǎng)構(gòu)建旅（團）級數(shù)據(jù)中心，采用分布式存儲方式存儲在各個旅團級分系統(tǒng)中，實現(xiàn)對本單位數(shù)據(jù)的集中管理和融合分析。由上級機關(guān)分系統(tǒng)下發(fā)任務(wù)指令到各旅團級分系統(tǒng)，旅團級分系統(tǒng)根據(jù)收到的任務(wù)指令，在后臺自動完成任務(wù)的調(diào)度執(zhí)行，自動統(tǒng)計分析裝備性能、完好狀態(tài)、訓(xùn)練評估等結(jié)果信息，并將任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果自動上傳到上級機關(guān)分系統(tǒng)，其邏輯架構(gòu)如圖1所示。同時，結(jié)合軍方現(xiàn)有管理體系、組織機構(gòu)和流程規(guī)定，以飛參數(shù)據(jù)為核心，完善自動化數(shù)據(jù)采集、清洗、歸檔流程，統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理模式，規(guī)范數(shù)據(jù)交換接口，融合總線、音視頻、油液化驗、質(zhì)量檢測等各類數(shù)據(jù)，使用云計算、分布式處理技術(shù)、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，打通地面站、航空維修保障支持系統(tǒng)、發(fā)動機監(jiān)控軟件以及油液分析軟件等信息壁壘，基于數(shù)據(jù)中心建立地面航空客觀信息綜合應(yīng)用平臺，實現(xiàn)各類客觀數(shù)據(jù)的匯集和有效治理，形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)，如圖2所示。

2.2 研制外場保障智能應(yīng)用終端

為了打通外場保障最后一公里，應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)工作場景，在全面數(shù)據(jù)收集、智能輔助任務(wù)等方面，通過重構(gòu)外場工作信息，優(yōu)化人機交互過程，研制各類外場保障應(yīng)用終端。一是可以擴展匯入地面航空客觀信息綜合應(yīng)用平臺的數(shù)據(jù)類型，二是可將航空客觀信息綜合應(yīng)用平臺挖掘的業(yè)務(wù)模型分發(fā)到相匹配的應(yīng)用終端上，提高作戰(zhàn)裝備準備速度、協(xié)同效率，快速高效地完成指揮決策和作戰(zhàn)行動。

在地面數(shù)據(jù)收集和分析方面，目前還存在紙質(zhì)文檔記錄的數(shù)據(jù)，需要根據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)用模式，研制配套相關(guān)邊緣智能終端設(shè)備，及時收集飛機維護和作戰(zhàn)訓(xùn)練中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，然后將其以有線或無線加密傳輸?shù)姆绞?，發(fā)送至地面航空客觀信息綜合應(yīng)用平臺，進行結(jié)構(gòu)化歸檔匯集。同時，可以將綜合應(yīng)用平臺上的智能判讀模型部署在邊緣智能終端，如圖3所示，實現(xiàn)近數(shù)據(jù)端的在線應(yīng)用，大幅降低外場數(shù)據(jù)分析延遲，從而使得終端具有更好的交互體驗。

在外場保障業(yè)務(wù)智能輔助方面，以虛擬增強現(xiàn)實技術(shù)作為數(shù)字化基礎(chǔ)，建立數(shù)字化機體、數(shù)字化發(fā)動機、數(shù)字化機載設(shè)備、數(shù)字化座艙環(huán)境，將數(shù)字化對象與真實檢查維修對象進行疊加。一方面，可以實現(xiàn)客觀的數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集可以延伸到全業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的各檢查末端，實時感知相關(guān)工作對飛機、設(shè)備的影響，并同步進行構(gòu)型數(shù)據(jù)變更，確保構(gòu)型數(shù)據(jù)實時有效；另一方面，可以通過實時信息檢索、維修指引、操作提示、參數(shù)測量、線路診斷、輔助排故、遠程專家系統(tǒng)等一體化解決方案，完成飛機檢查、維修和人員培訓(xùn)動態(tài)、可視化，使機務(wù)人員在維修過程中及時獲取精準維修資源，按照標準工作流程開展維修工作，提升機務(wù)維護工作安全和維修質(zhì)量，同時增強機務(wù)人員維修技能。例如，在發(fā)動機試車檢查應(yīng)用場景中，試車人員佩戴AR智能眼鏡進入座艙，對試車準備過程中所需開關(guān)電門、儀表指示、油門桿進行標識，智能終端自動展示試車卡片內(nèi)容，試車人員按照系統(tǒng)指引，對試車準備工作逐一進行確認，智能監(jiān)視操作過程，對錯誤操作或漏操作給出警告。同時，讀取飛參數(shù)據(jù)進行對比展示，對異常數(shù)據(jù)進行記錄并告警，試車人員按照試車曲線進行發(fā)動機檢查，從而降低維修差錯。

2.3 持續(xù)創(chuàng)新實現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用APP服務(wù)

機關(guān)和基層部隊均可在地面數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用平臺上部署分析計算軟件，利用平臺的數(shù)據(jù)開放訪問接口、高效檢索和計算能力，實現(xiàn)裝備保障和戰(zhàn)訓(xùn)評估等各項業(yè)務(wù)應(yīng)用。針對部隊實戰(zhàn)化訓(xùn)練全過程、全場景，各單位發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，圍繞“支持高安全飛行、支持高可靠任務(wù)執(zhí)行、支持智能保障”，數(shù)據(jù)生態(tài)圈內(nèi)各廠家、軍方院所等均可以在地面航空客觀信息綜合應(yīng)用平臺上開展數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用研究，發(fā)布數(shù)據(jù)內(nèi)容服務(wù)APP，共同促進飛機客觀數(shù)據(jù)在裝備維護保障和作戰(zhàn)訓(xùn)練評估中的效用。

1）面向空勤開展飛行訓(xùn)練評估研究

通過飛行教官訓(xùn)練架次記錄數(shù)據(jù)，建立標準飛行動作模型，與其他飛行員訓(xùn)練架次記錄數(shù)據(jù)進行對比分析，深入開展飛行訓(xùn)練客觀評價，指導(dǎo)飛行員改進飛行技術(shù)。統(tǒng)計分析同一飛行員歷次訓(xùn)練飛行動作完成情況，建立飛行員個人飛行技術(shù)畫像；統(tǒng)計分析不同飛行員同一類型任務(wù)架次記錄數(shù)據(jù)，建立特定任務(wù)架次標準模型，為執(zhí)行特定飛行任務(wù)飛行員的擇優(yōu)選擇提供依據(jù)。

2）針對航空裝備的故障檢測定位研究

通過監(jiān)控飛機客觀數(shù)據(jù)的異常量變，挖掘分析可能引起量變發(fā)生的相關(guān)性原理機理的相關(guān)度排序，從而對潛在隱患進行快速定位；基于各類飛行任務(wù)、飛行事故征候數(shù)據(jù)，通過飛機、發(fā)動機平臺及機載設(shè)備運行原理和數(shù)據(jù)驅(qū)動方式，構(gòu)建故障診斷模型，實現(xiàn)裝備畫像、故障智能診斷專家、科學(xué)維修助理等智能應(yīng)用。

3）針對航空裝備的健康監(jiān)控研究30F3C2F8-E672-4DBD-BB4D-3CAC2649C888

統(tǒng)計量化重要參數(shù)變化情況，檢測分析異常發(fā)展趨勢，基于歷史故障數(shù)據(jù)，利用機器學(xué)習(xí)方法分析故障周期特性，建立機載設(shè)備性能趨勢分析模型，實現(xiàn)單機健康趨勢監(jiān)控預(yù)警，量化評估機群總體健康趨勢。為落實預(yù)防性維修提供方案建議，將部隊目前基于功能保證的維修保障工作向基于性能保持的維修保障工作拓展。

4）面向機關(guān)的決策支持研究

通過單個飛機客觀數(shù)據(jù)，研究飛機可用性（即量化評估飛機在安全飛行條件下執(zhí)行至少一個任務(wù)的能力）、飛機全任務(wù)能力（即量化評估飛機完成性能指標下全部任務(wù)的能力）、飛機任務(wù)效能（即量化評估飛機重要機載設(shè)備性能對完成指定任務(wù)的影響），完成裝備實力實時統(tǒng)計與量化評估應(yīng)用，為機關(guān)實施作戰(zhàn)訓(xùn)練、裝備使用提供參考依據(jù)。

3 結(jié)束語

數(shù)據(jù)技術(shù)加速了軍事裝備及體系智能化轉(zhuǎn)型，深化數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用勢在必行。以飛參為源，深化“航空客觀信息操作系統(tǒng)平臺”，針對不同場景，研制平板、AR眼鏡等智能保障終端，提供數(shù)據(jù)應(yīng)用APP服務(wù)，可以最大程度地發(fā)揮航空裝備數(shù)據(jù)價值，有效破解備戰(zhàn)打仗數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用重點難點問題，提高部隊打贏能力。在構(gòu)建數(shù)據(jù)應(yīng)用生態(tài)圈的基礎(chǔ)上，探索保障模式的變革，使工業(yè)部門和軍方用戶實現(xiàn)雙贏。將來，在軍用航空領(lǐng)域深化應(yīng)用數(shù)據(jù)技術(shù)的同時，可以積極推動同源技術(shù)在艦船、戰(zhàn)車等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，以點帶面，發(fā)揮數(shù)據(jù)技術(shù)在軍事裝備發(fā)展領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

參考文獻

[1]徐琳，周自力，艾爾，等.基于大數(shù)據(jù)的未來智能空戰(zhàn)研究[J].飛航導(dǎo)彈，2020（10）：41-46.

[2]孔祥芬，蔡峻青，張利寒，等.大數(shù)據(jù)在航空系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].航空學(xué)報，2018，39（12）：22311.

[3]劉豐愷，李茜.航空大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].電訊技術(shù)，2017，57（7）：849-854.

[4]黨懷義.飛行試驗工程大數(shù)據(jù)治理思考[J]，計算機測量與控制，2019，27（7）：267-269.

[5]袁炳南，霍朝暉，白效賢.飛行試驗大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展及展望[J]，計算機測量與控制，2015，23（6）：1844-1847.

[6]劉志，劉長衛(wèi)，湯劍.飛參系統(tǒng)在飛機維護中的應(yīng)用研究[J].航空維修與工程，2007（4）：23-24.

[7]范文潔，傅濤，吳永春，等.大數(shù)據(jù)技術(shù)在空軍裝備保障中的應(yīng)用研究[C].中國航空科學(xué)技術(shù)大會，2013.

[8]王兆兵，高麗敏.大數(shù)據(jù)時代的民機健康管理技術(shù)革新[J].航空維修與工程，2018（5）：20-25.30F3C2F8-E672-4DBD-BB4D-3CAC2649C888