民航飛機狀態監控系統的數據處理與應用技術

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展，民航安全的保障手段也越來越先進，如何采用創新技術對民航飛機進行實時監控，及時甚至預先監控飛機健康狀況是各航空公司關注的問題。現代飛機多數具有中央維護系統，但是部分傳統型飛機由于沒有集成中央維護系統，在維護運行上和現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。當前較為先進的飛機狀態實時監控和健康管理系統可改變傳統型飛機的維護現狀，提高民航飛機飛行的安全性。民航飛機運行狀態監控系統可基于現行的通信衛星、導航衛星和地面通信網絡，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控和雙向數據/語音通信，促進各方態勢知曉和空地協同決策能力。

1 民航飛機的狀態監控系統

民航飛機運行狀態監控系統可支持多種通航飛行監視技術，如基于GPS/北斗二代導航、銥星通信的飛行監視方式，以及基于廣播式相關監視（ADS-B）技術的飛行監視方式。飛機運行狀態監控系統功能模塊主要包括用戶管理、設備管理和態勢監控等。

飛機運行狀態監控系統中的賬號管理模塊主要負責用戶對自己賬戶內的子賬戶的添加、刪除、修改、授權等功能，可以根據需要配置不同子賬戶擁有不同設備的訪問權限。設備管理模塊提供系統內各個用戶對自己所屬的設備進行管理。行程管理模塊提供系統內各個用戶針對不同的設備的行程進行新增、修改、刪除等功能。運行數據采集解析模塊主要提供當前系統服務器從國外的銥星數據服務器上將相關設備的運行數據的采集工作，再根據標準的數據格式進行格式化解析，存入數據庫，為態勢監控提供數據服務。運行態勢監控模塊也是飛機狀態監控系統的核心部分，它將提供所有設備的態勢監控的服務，用戶根據自己的需要，選擇所監控的設備，在WebGIS平臺上動態的看到設備的飛行狀態和了解當前設備的飛行參數。歷史行程數據回放模塊可提供行程回放功能，用戶根據自己需求，選擇某個設備歷史的起點時間和終點時間，回放模塊將通過WebGIS平臺將該時間區域內設備的飛行軌跡回放顯示。

通過對飛機系統原理和故障模式的深入分析，已逐步實現了對飛控、引氣、空調、通信、液壓、發動機和APU等重要系統的實時故障監控功能。根據監控結果和故障特點，持續優化、完善和補充新的故障監控邏輯和對象，同時開展對部件性能趨勢分析監控的探索。近年來發展起來的飛機健康管理系統是基于空地數據鏈通信的實時監測和運行數據分析系統，通過將飛機實時運行數據與健康診斷模型進行分析對比后，能夠及時發現故障隱患，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。飛機健康管理系統就像是飛機的“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”是否處于“亞健康狀態”，有目的地采取預防性手段將其恢復至“健康水平”。此外，該系統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速度。能夠即時獲取飛行中的飛機系統故障信息，以便維修部門有充足的時間針對故障做出響應，并制定詳細的維修計劃和方案。

2 狀態監控系統的數據處理技術

在以計算機信息技術為基礎的飛機狀態監控系統中，數據是基本的信息單元，對狀態監控系統中的數據進行分析及處理，是狀態監控系統中的關鍵環節。民航飛機狀態監控系統應能夠實現空調引氣、液壓飛控、導航記錄以及運行超限事件等多個重要系統、事件的實時監控，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，系統支持數據、短信息和話音通信，飛行員可以發送短信和撥打電話，同時機載地面人員采用網絡瀏覽器可實現對飛機飛行的無縫監控。其中機載子系統可以生成與民航飛機飛行參數相關的報文數據，并可以接收地面人員發送的報文，是民航飛機監控系統數據處理的關鍵設備。在該系統中，管理單位中的CPU承擔了大部分的數據處理及運算任務，包括對飛行數據的采集、形成報文進行發送等，是機載子系統的核心部分。二是控制顯示單元，該單元是機組想數控庫系統發生數據或者將數據在機組顯示屏上進行顯示的關鍵單元。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，調整飛機的飛行狀態。三是通信設備。民航飛機在空中飛行的過程中，離不開通信系統的信息支持，一般是采用高配通信系統，并具備接受通信衛星數據的功能。機載子系統中的各個功能子單元，都圍繞這管理單元緊密協調工作。

此外，在地面子系統中，需要通過高頻通信對空中飛行中的飛機進行數據通信，在地面子系統中存在通信數據網，該通信數據網中的數據能夠實現共享，網絡中的各個節點之間可以通過通信協議實現數據的交換。同時，在地面系統中還設立了網絡通信管理中心，負責處理飛機飛行的日志、警告等內容。各個用戶終端也可以與飛機上的機組人員進行數據的通信，并且支持語音通信功能。

3 飛機狀態監控系統的應用

飛機系統數據包括飛機發動機引氣系統數據、飛機著陸飛行系統數據和飛機機組氧氣系統數據。發動機引氣系統是保證飛機空調、增壓、大翼防冰、液壓等系統安全可靠工作的前提。但是由于發生率高、重復率高、排除時間長和難度大成為長期以來困擾機務維護工作的一大難題。目前，常規的方法無法及時準確的處理數據，使得排故不及時，有可能導致飛行中斷，甚至出現飛行中的重大不安全事件。

近年隨著QAR（快速存取記錄器）的記錄容量已經達到較大的容量，連續記錄時間達600 h，可以同時采集數百個數據，涵蓋了飛行運行品質的絕大部分參數。實施飛行品質監控以來，譯碼數據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，相關事件報告的數量呈上升趨勢，但是由于目前飛機維護手冊（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。現代飛機一般都在（7000～150 00）m高空飛行，空氣中氧分壓只有十幾千帕，難以維持常態飛行。科學實驗表明，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施，它通過發動機將空氣增壓后壓入機艙，即使在萬米高空，機艙內環境也和海拔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人員可以適應的高度。因此需要時刻檢測機載氧氣的性能狀態以保證乘客的安全。然而，在常規的檢測機載氧氣中，通常采用人工的方式對機載氧氣系統的壓力進行記錄，按硬時限更換氧氣瓶或是當機載氧氣系統的壓力低于設定值時飛機系統發出警報進行更換氧氣瓶，提高了航空公司的運營成本，若機載氧氣系統存在較小泄漏，無法及時排故，導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數據處理的方法，對飛機的運行狀態進行實時監控。該飛機狀態監控系統不僅能準確處理數據，保證能及時排故和飛行安全，而且可節約航空公司成本，節約數據處理時間。該飛機狀態監控系統的主要特征在于通過觸發器分別對飛機發動機引氣系統、飛機著陸飛行系統和飛機機組氧氣系統進行數據處理，數據處理完成后下傳到地面工作站。在該飛機系統數據處理方法中，所述的飛機發動機引氣系統的數據處理方法，是在飛機起飛、爬升和下降3個階段中，通過觸發器每秒1次對左、右發動機預冷器的出口溫度進行探測。在該飛機機組氧氣系統的數據處理方法，是按以下步驟進行。首先通過觸發器采集飛機飛航一次的機載氧氣系統運行狀態并形成氧氣報文，之后將所述的氧氣報文通過空地數據鏈系統傳輸到地面工作站，再通過地面工作站將氧氣報文通過報文解碼器進行解碼獲取數據，再通過運算得到機載氧氣系統在標準狀態下的壓力值，并保存到數據服務器中，最后根據機載氧氣系統在標準狀態下的壓力值進行機載氧氣性能的判斷。

4 結論

對民航飛機應用狀態監控系統，通過故障預測技術，可在第一時間發現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監控系統自動采集故障參數，可實時捕捉到相關數據，并準確判斷出了故障原因，可有效減輕機組的負擔，也減少了不正常延誤事件的發生，保證了旅客的正常出行。