试飞数据平台数据架构设计与应用

试飞数据是民机飞行试验的重要产物,具有测量参数数量大,数据体量大,飞行试验数据与试飞任务信息关联性强等特征,支撑飞机型号取证与设计优化等任务。试飞数据平台数据架构对多源异构数据集成接入、多类形态数据存储管理、多种层次数据处理分析等技术进行了研究,采用湖仓一体的关键技术和方法打造试飞数据全集。试飞数据接入采用流批一体的数据处理技术,融合Spark和Flink主流数据处理引擎,具备试飞数据快速入库能力。提出按秒聚合方法,具备PB级多维度试飞数据压缩存储功能,存储性能提升近10倍；采用以秒为索引条件支持快速检索,强化数据湖查询能力。研究数据仓库技术,设计试飞数据多层数据模型,具备多维信息精细查询,多层数据灵活钻取,多功能自定义函数集成等功能,并成功应用在某型国产民机的飞行试验数据管理中,服务于试飞数据用户,提高了试飞数据管理效率与试飞数据应用价值。     

飞行试验综合安全监控技术

在新型飞机飞行试验任务中,遥测监控技术是保证试飞安全,提高试飞效率的重要手段。针对目前地面实时监控技术面临的问题和挑战,提出采用基于故障树的多类型告警技术、试飞任务的嵌入式准实时数据处理技术及应急处置辅助决策技术等先进监控技术,引入试飞安全决策库理念,建立应急处置辅助决策机制,构建飞行试验综合安全监控系统,实现飞机各系统试飞状态监控和综合故障告警、复杂试飞科目的准实时计算评估和应急处置决策支持。实际飞行试验结果表明,应用此技术开发的综合安全监控系统,可以使试飞指挥员和工程师在第一时间及时准确地获取试验机故障告警、试飞科目评估结果和应急处置决策方案,极大地提高了试飞效率和安全性。     

飞行试验大数据技术发展及展望

现代航空武器装备综合化和信息化程度越来越高,飞行试验测试数据的种类增多,测试数据量剧增,飞行试验进入了大数据时代;试飞大数据的来临,对试验数据的获取、记录、传输和处理等传统技术及模式产生了强大的冲击,也提出了严峻的挑战;文章在简要介绍大数据概念及国外研究应用现状的基础上,通过总结分析飞行试验数据的新特征、新需求,提出了“试飞大数据”的概念,得出飞行试验数据是典型大数据的结论;按照试飞测试流程和大数据技术范畴,重点分析了试飞大数据技术中的数据获取、交换、记录、传输、监控、处理、存储等关键技术,最后,对试飞大数据技术的应用前景进行了展望.     

大数据查询综述

大数据具有传统数据所不具有的数量大、种类多、速度快、真实性等特点,传统的数据查询技术满足不了日益增长的大数据查询需求,大数据查询技术应运而生并迅速发展。从大数据查询的角度出发,着重分析大数据存储技术、大数据处理平台以及大数据查询引擎等。分别对比介绍传统关系型数据库、NoSQL、NewSQL和它们在大数据查询处理上的应用,介绍当前流行的大数据处理平台以及在这些平台上运行的大数据查询引擎,对其优缺点进行了综合阐述。      

飞行试验工程大数据治理思考

飞行试验工程大数据是典型的工业大数据,是试飞工程规划、设计、执行、评估以及开展航空科学研究的最重要的基础。文章分析了试飞工程大数据的质量特性及其影响因素,学习借鉴国际标准化《数据治理白皮书》提出的数据治理思想体系与模型,针对试飞工程大数据管理与应用特点,结合多年来在试飞工程中的大数据管理应用的实践经验,提出了以飞行试验大数据标准化体系为基础,以涵盖试飞工程全过程和全业务流程的试飞数据质量监控系统和一体化的试飞大数据管理与应用系统为并行相互支持的大数据治理技术平台,将试飞业务流程、业务策略、业务标准、业务逻辑以及组织管理有机有效地融入到数据管理与治理体系中,形成能够不断自我完善、自我更新、自我规范、开放共享的试飞工程大数据治理体系,对飞行试验工程以及航空科学研究步入“大数据科研范式”奠定数据基础。     

通用飞机验证试飞智能辅助测试系统需求研究

根据当前通用飞机验证试飞测试的实际需要,针对通用飞机体积小、重量轻、试飞周期短等特点,基于人工智能技术提出了一套适用于通用飞机验证试飞的智能辅助测试系统需求,为通用飞机验证试飞智能辅助测试系统构架研究提供支撑。智能辅助测试系统需求包括从采集记录、座舱影像记录等环节提取的机载试验设备需求和从数据传输、数据存储、数据处理等环节提取的地面智能辅助系统需求两大部分,依据该需求构建的系统可实现对测试数据进行实时综合分析评估并反馈,辅助试飞工程师和试飞员全面掌握验证飞行情况,及时调整飞行状态、操作程序,从而为试飞适航验证提供技术支持,并实现提高试飞效率、缩短CCAR23部类通用飞机型号科研试飞与适航验证试飞周期、降低试飞成本的目的。     

飞行试验湿度参数测试技术研究

为了确定飞机噪声测试结果的有效性及对噪声试飞数据进行修正,设计了一套完整的湿度参数气象测试方案;方案采用塞斯纳作为气象测试飞机,针对特定的气象测试需求,设计了盘旋上升的气象测试轨迹,并采用露点仪作为湿度测试设备;该湿度测试方案已经成功应用于ARJ21-700飞机噪声合格审定试飞,是国内相关飞行试验气象测试的首次尝试;实际的飞行试验结果表明,该方案能够准确、有效地测量飞行试验湿度等气象数据;该方案的成功应用,为今后相关的试飞测试提供了重要的参考价值。     

基于XML配置的动态数据查询技术

针对信息系统中静态数据列表开发效率低下和不能满足用户定制化需求的问题,提出基于XML配置的动态数据查询技术.首先通过Apache Digester解析表单的XML结构化配置,将实例化的配置信息交由动态查询引擎处理,动态查询引擎结合配置信息通过SQL、HQL、接口查询获取数据.最后将配置和数据以JSON格式传给客户端处理,以二次封装改进的dhtmlxGrid表格控件展示,形成动态数据列表.该动态查询技术已在多个系统中应用,应用效果证明,其显著提高了软件研发效率,能够满足组合查询定制、数据列自定义、数据列渲染、数据范围控制等各种定制需求.     

基于迭代寻址的试飞FC数据快视分析技术

航空总线光纤通道FC成为新一代航电系统的构架协议;FC总线测试单次试验数据激增,试飞工程师对总线数据的即时处理提出了要求;对试飞试验总线数据的快速浏览、快速分析一直是数据分析的难题;针对试验FC总线数据的特点,设计了基于迭代寻址的海量FC试验数据帧分析技术,实现了对试飞FC总线数据快进、后退、实时拖动等操作,并实时将关心的参数、时间等关键信息以图表动态显示,实现了FC总线数据的动态快视,解决了海量试验FC总线数据快视处理难题,满足了现代飞行试验FC总线数据即时处理需求。     

典型大数据仓库-飞行试验数据仓库设计

在现代数据仓库技术思想的指导下,围绕试飞数据的非结构化大数据的特点,面向型号工程对试飞数据的统一管理和高效处理需求,分别针对试飞大数据的粒度描述和综合管理,设计了飞行试验元数据标准和特有的基于二进制文件的数据库管理服务,解决了飞行试验数据仓库设计中结构化与非结构化大数据的统一维度建模和数据关系维护的关键技术问题,为基于数据仓库的试飞大数据在线管理与分析系统的建立提供了基础,满足了型号工程对试飞数据的高效分析需求.     

民机试飞遥测地面实时数据处理软件设计与研发

为了满足大型民机试飞实时监控的需求,针对遥测数据设计研发了一套实时处理软件,软件包含后端解析服务和前端显示软件两大部分;后端解析服务采用多线程调度技术,实现实时处理及数据回放等不同工作模式下IRIG 106 CH10数据的接收、PCM数据的解析和数据的实时存储;前端显示软件基于WPF框架采用MVVM设计模式开发,包括任务管理、参数配置、算法处理和数据同步等子模块;经实际测试,软件实现了国产某大型客机不少于8000个遥测数据和多路视频的实时解析、分析和转发,满足了试飞过程中的实时监控需求,为试飞任务的安全开展提供了有力保障。     

民机运行大数据分析平台整体架构研究

针对日益增长的民用航空巨量数据,借助大数据存储和分析技术,构建民用航空运行大数据分析平台,可更有效支撑快速响应、航材管理、健康管理等各项民机运行业务。结合目前国内外民用航空领域大数据技术的应用现状,梳理民机运行的业务模式及数据类别,设计并构建民用航空大数据分析平台的整体架构。根据目前民用航空运行业务需求,对民用航空大数据平台的硬件平台的管理节点、数据节点的计算能力等功能性能进行设计,并对民用航空大数据平台的轻量级计算、离线数据计算、实时在线数据处理分析等计算需求进行研究,针对不同的计算方式,提供具体解决途径。最后对民机运行大数据分析平台的业务应用集成及接口技术进行研究。分析表明研究成果有助于提高我国民机运行效率,为民用飞机运行大数据平台提供支撑。     

国产民机数字化运营流程管理及仿真系统

数字化运营支持对国际民机领先制造商提高自身市场竞争力、扩大经济效益起到了越来越重要的作用。深入调研国内外数字化运营支持先进技术、经验和发展趋势,针对现有机型ARJ21和C919,梳理了国产数字化运营支持的八大业务场景,重构适合国产民机发展规律的数字化运营支持业务流程。充分考虑数字化、信息化技术发展以及运营支持需求的变化,以及成果的实用性,基于BPMN2.0业务流程建模符号标准和Activiti5流程引擎,搭建业务流程管理及仿真系统,对国产民机数字化运营支持业务流程进行电子化管理,并对典型的维修任务分析作业方法业务流程进行仿真。     

面向PHM的民机飞行数据分析及应用研究进展

针对现代飞机装备在可靠性、安全性、维修保障性和成本等方面存在的问题,探究了飞行数据在民机故障预测与健康管理领域的最新技术发展及应用。介绍了民机飞行数据采集和译码原理,针对民机智能运维应用场景,结合机器学习和数字孪生等技术,重点介绍了围绕机载系统健康监测与预测维修、发动机状态监控与寿命管理等应用场景的数据分析与建模方法,并结合实际工程问题给出了数据分析应用案例。开发的具有自主知识产权的民机飞行数据译码和智能化分析工具,可面向不同用户需求、不同机型开展客户化开发与部署,实现了民机的飞行安全监控和故障预警,可为民航运输安全、运营、保障等需求提供数字化、智慧化的关键理论与技术支撑。     

基于HBase和Hive的航班延误平台的存储方法

针对我国目前航班延误平台的移植难、可扩展性差,无法适应民航高速发展所带来的大数据量存储的现状,设计了面向大数据的跨平台、高适用性与高扩展性的航班延误平台。该平台以大数据工具LeafLet为可视化载体,在地图界面实时显示航班轨迹并将轨迹数据加载至HBase数据库中,并且利用信息摘要算法（MD5）重新设计与优化航班数据表的行键,以解决其递增的飞行时间特性产生的"热点"问题;针对HBase过滤器多级查询的缺陷,提出了基于SolrCloud的关联查询算法,利用SolrCloud实现对行键与索引字段的分层存储,从而实现HBase二级快速索引;最后在HBase的历史航班数据与飞行计划数据基础上,构建基于Hive的海量航班信息数据仓库。实验结果显示,航班延误大数据平台的可扩展性与搭建的航班信息数据仓库可以满足民航对数据集中统一存储的需求,而多条件查询的响应速度与无二级索引的集群相比提高了上百倍,并且这种优势随着航班数据量的增长愈发明显。     

机组告警信息地面实时监控系统设计

机组告警信息对于保障民机飞行安全有着至关重要的作用,为了保障民机试飞地面安全实时监控任务,需要开发一套系统能够在试飞过程中精确地给出机组告警信息.机组告警信息内容来源于机上多个子系统,重点研究了如何从遥测接收的PCM流中精确解析出告警信息以及地面实时系统各个模块间的通信及功能设计.采用了典型的C/S (Client/Server)结构来搭建系统,通过对告警信息进行分类判决和设计虚警抑制机制实现了机组告警信息的正确解析.经多个飞行起落验证,该系统运行稳健,告警信息与机上显示内容相符,可满足地面指挥和试飞工程师的监控需求.该系统为民机试飞任务的顺利进行提供了保障,值得后续民机型号借鉴.     

基于DDS和WPF技术的试飞实时监控系统设计

针对以服务为中心的客户端服务器(C/S)架构监控模式存在着数据融合困难、传输协议单一、扩展灵活性差等不足,将数据分发服务(DDS)技术引入到试飞实时监控系统中,结合WPF图形引擎技术形成了一整套解决方案。在完全兼容当前架构规范的前提下,采用DDS技术作为数据传输中间件,有效提高了试飞监控系统的实时性,加强了多源数据融合粒度,降低了试验资源的集成难度;采用WPF图形引擎技术构建实时监控可视化编辑平台,最终实现了空天地综合监控环境下多源数据接收、处理、分发以及可视化展示等关键技术。此方案已经在飞行试验地面实时监控中得到了成功应用。     

基于超高速线程并行处理技术的民机试飞数据预处理系统设计

试飞数据作为民机试飞过程中最重要的产物,是表明符合性、验证设计合理性的依据。传统模式下,需要在航后卸载机载记录器中的原始数据,通过4-5小时的预处理才能完成试飞数据的工程量转换,耗时耗力,严重影响试飞效率;立足于实际试飞场景,提出了在机载环境下实时进行试飞数据预处理的理念,采用超高速线程并行处理技术,集成了IoTDB时序数据库,设计研制了机载数据在线完全预处理系统;经实验测试,系统实现了国产某大型客机200 Mbps试飞数据流的实时接收、预处理和数据库存储,将以往的预处理周期压缩至20分钟,支持了高强度、大密度试飞要求。