監視系統設備運維智能控制平臺研究

摘? 要：針對機場運行設備多、各個系統分散獨立運行，利用物聯網、大數據處理及人工智能等技術，研究構建監視系統設備智慧處理平臺，解決監視系統運行設備的信息化、集成化、智能化、移動化遠程管理，通過設備的技術參數門限及運行環境條件與實時狀態信息綜合評價，并給出安全風險告警提示，降低設備的維護成本、提高設備故障處理效率，增強系統運行的技術安全保障能力，確保空中交通信息的安全性、可靠性和連續性。

關鍵詞：監視系統;維護;故障處理;告警提示;智能控制

中圖分類號：V35? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）09-0013-03

Research on Intelligent Control Platform for Equipment Operation

and Maintenance of Monitoring System

ZHAO Zerong

（Civil Aviation Flight University of China，Guanghan? 618307，China）

Abstract：In view of airport operation equipment，each system run independently，in this paper，using the internet of things，such as large data processing and artificial intelligence technology，the research intelligence processing platform to build monitoring system equipment，to solve equipment monitoring system running of informatization，integration，intelligence，mobile remote management，through the technical parameters of the threshold of equipment and operating conditions and real-time status information，a comprehensive assessment and safety risk warning is given，reduce equipment maintenance costs，improve the efficiency of equipment failure treatment，enhance the capacity of technical security of the system operation，to ensure the safety of air traffic information，reliability and continuity.

Keywords：monitoring system;maintenance;fault treatment;alarm prompt;intelligent control

0? 引? 言

隨著民航運輸業的快速發展，空域資源越來越短缺，空中的交通狀況也越來越密集。為了便于空中交通管理，提高空域的利用率，減輕管制員在指揮空中交通的過程中的工作壓力，必須通過技術手段來解決。空中交通的指揮模式經歷了程序管制、雷達管制及ADS-B管制[1]。程序管制是靠管制員的專業知識來指揮飛機，沒有任何監視設備作為輔助工具，這種指揮模式適用于飛行流量很小的機場;雷達管制是借助二次雷達監視系統，給管制員提供空中交通態勢及其他輔助手段來管理空中交通狀況;ADS-B管制是基于星基導航的監視管制技術手段，在保障安全、高效、經濟的基礎上，給管制員提供比雷達管制更加先進的監視技術。然而，不論是雷達管制，還是ADS-B管制的監視系統，都涉及到設備的穩定性以及設備故障時的應急處理機制等，為了給管制員提供安全、穩定、連續的空中交通態勢信息，必須保證整個監視系統的運行正常，因此對整個監視系統運行狀態的實時監控及故障處理效率提升是確保飛行安全的基本條件。

監視系統的系統架構如圖1所示。由于飛機上的機載設備和地面監視系統是通過無線信號進行通信，因此監視系統的地面無線接收處理必須包括天線、饋線、射頻處理及數字信號處理等[2]，當把無線信號轉化為報文后，通過網絡傳輸給數據處理服務器，服務器通過融合處理，最后通過網絡把數據發送給監視終端。所以整個監視系統中包括的硬件設備至少有天線、地面無線接收處理設備、服務器、監視終端、網絡交換機等。為了確保監視系統的各個環節正常運行，降低維護成本，提高監視系統的故障處理效率，本文利用物聯網、大數據處理及人工智能等技術，研究構建監視系統設備智慧處理平臺，解決監視系統運行設備的信息化、集成化、智能化、移動化遠程管理，通過設備技術參數門限及運行環境條件與實時狀態信息綜合評估，預測設備運行過程中存在的安全風險并給出告警提示，降低監視系統設備的維護成本、提高設備故障處理效率，增強監視系統運行的技術安全保障能力，確保管制員使用監視設備指揮空中交通的安全性、可靠性和連續性。

1? 設備運維智能控制實現原理

為了實現監視系統設備的智能控制，需要獲取設備實時運行狀態信息及設備運行環境信息。而且整個系統中涉及到的設備來自不同生產制造企業，因此設備運行狀態監控信息格式各不相同，物理接口也多種多樣。所以需要構建數據集中處理平臺，實時采集各個設備運行狀態及環境數據，完成數據資源的整合清理工作，并形成以高性能云計算為核心的底層硬件支撐能力，通過數據共享交換體系將內部各類系統數據和信息互聯互通，構建完善的數據治理體系，從數據目錄、元數據、數據質量、數據安全、數據開放等[3]，形成有效的數據資源匯聚體系，利用數據挖掘創新體系，實現自主數據價值挖掘能力。同時，針對設備數據接口的多樣性、數據傳輸協議各不相同，在數據集中處理平臺的基礎上，構建多源異構數據綜合治理體系，包含統一的數據標準體系、數據采集、數據目錄、共享交換、數據開放、數據清洗、數據脫敏、數據質量、數據安全能力體系等的建設，實現對各類元數據、數據血緣、數據審計、數據指標化等的處理[4]。為多源異構數據的共享提供有效保證。數據流及業務處理流程如圖2所示。

在圖2中，通過采集設備的運行狀態和運行環境數據到集中監控處理平臺，根據設備運行參數門限及運行環境要求，對設備的狀態做粗略的判斷，利用數據挖掘及人工智能技術，采用機器學習的處理算法，構建設備運行安全隱患評估模型，給維護人員提供設備當前的運行狀態、告警信息及故障處置策略等。并利用語音識別技術[5]及聲、光等個性化的人機交互界面告知維護人員設備的運行狀態，提高維護人員處理故障的效率。

2? 設備運行安全隱患預測及告警處理算法

通信導航監視設備遠程集中監控智慧處理系統作為工程實踐平臺，在大量設備運行狀態歷史數據及實時運行狀態數據的基礎上，根據正常設備運行的技術參數門限及所需的環境要求，從機場運行安全能力保障的角度對設備運行的安全隱患進行預測研究。采用數據挖掘及人工智能技術，實時呈現設備運行的狀態及預測結果，當設備出現故障時，通過語音識別技術，及時提醒維護人員并給出相應的處置方案。系統的算法處理構架如圖3所示。

在圖3中，針對機場運行設備硬件接口、設備狀態信息格式及傳輸協議等的多樣性，系統構建數據中心處理平臺，通過數據中心處理平臺，采集機場運行設備的狀態信息，把數據導入到設備狀態信息譯碼模塊實現數據的歸一化處理并保存到數據庫;當獲得設備狀態信息后，對照評估標準規則，利用評估算法模塊對設備的當前狀態進行評估及預測，通過大數據挖掘技術，獲取評估及預測的樣本并保存到數據庫中，建立學習樣本庫，為機器學習算法的運行奠定數據基礎;評估展示模塊主要實時顯示當前設備的狀態，并提供各種操作接口，方便運維人員查詢，當設備運行有故障時，自動語音播報故障信息，及時提醒維護人員設備故障并提供一些故障處理建議。

3? 測試與驗證

監視系統設備運維智能控制系統就是對監視系統的設備及系統進行監控，并實時給出系統各個設備及系統的運行狀態信息。監視系統中包含了地面站接收設備、天線、服務器、交換機及監視終端等硬件設備;軟件系統包括了監視服務器軟件、監視終端以及操作系統等[6];本文測試驗證環境平臺為中國民用航空飛行學院的訓練機場監視系統設備平臺，本校作為全球最大的飛行員訓練機構，擁有航空業內的運行平臺環境，因此測試驗證的結論具有典型的示范作用。系統測試驗證方案如圖4所示。

在圖4中，依托中國民用航空飛行學院6個訓練機場的監視系統設備，實現跨區域、跨網段的數據采集融合處理。在監視系統中，國外Sensis地面站通過網絡方式發送監視數據給監視服務器，服務器并把監視數據傳輸給需要的終端，而系統設備智能監控系統實時監控整個系統的運行狀態，獲取地面站發送的CAT23報文[7]，該報文包括了地面站饋線、天線、收發信機以及地面站內部硬件的運行狀態信息，因此通過該報文可以實時監控地面站的運行狀態，而網絡設備、監視服務器和監視終端可以通過系統設備智能監控系統周期性地獲取這些設備的運行狀態信息，從而實現了整個監視系統運行狀態集中監控。測試驗證的效果圖如圖5所示。

4? 結? 論

隨著航班量的增加，機場的保障能力也得提升，因此引入的設備也增多。為了降低人力成本，提升設備的故障處理效率，只能通過技術手段實現設備運維的信息化、集成化、智能化、移動化遠程管理。特別是通用航空的發展，更加需要低成本、高效率的技術手段來解決設備的日常維護和保障。本文只對監視系統設備運維作了應用示范，搭建了數據集中處理平臺，建立了一套監視設備故障處理、故障預測的維護策略，為機場所有設備的集中智能運維處理提供了理論依據和實踐參考，下一步的工作就是在集中處理平臺中引入更多通信導航設備的運行狀態信息，研究這些設備的狀態信息報文協議及在數據集中處理平臺中的融合處理方法，使機場的運行效率及安全保障能力得到提升，進一步提高飛行的安全性。人工智能技術在設備運維方面的應用及發展，為將來無人值守機場的運行奠定了基礎。

參考文獻：

[1] 張曉燕，馬江濤.ATC3管制員模擬培訓中的應用分析 [J].中國民航大學學報，2013，31（3）：27-30.

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[6] 段煜，海灝.一種ADS-B地面站自動測試系統的設計與實現 [J].電子世界，2018（14）：152-153.

[7] 趙澤榮.基于Aslerix Catlegory 023協議的集中監控系統 [J].控制工程，2015，22（S1）：72-77.

作者簡介：趙澤榮（1980—），男，漢族，貴州畢節人，高級工程師，本科，研究方向：嵌入式軟件開發和通信導航。