民航飞机状态监控系统的数据处理与应用技术

邓阳鑫

（四川省成都市四川航空股份有限公司，贵州贵阳 610202）

0 引言

随着民航科技的迅猛发展，民航安全的保障手段也越来越先进，如何采用创新技术对民航飞机进行实时监控，及时甚至预先监控飞机健康状况是各航空公司关注的问题。现代飞机多数具有中央维护系统，但是部分传统型飞机由于没有集成中央维护系统，在维护运行上和现代新型飞机相比存在很大的劣势，故障通报存在一定的滞后性，地面故障诊断也有很大的局限性。当前较为先进的飞机状态实时监控和健康管理系统可改变传统型飞机的维护现状，提高民航飞机飞行的安全性。民航飞机运行状态监控系统可基于现行的通信卫星、导航卫星和地面通信网络，可为民航飞行员、民航公司和民航管制员提供无缝飞机位置监控和双向数据/语音通信，促进各方态势知晓和空地协同决策能力。

1 民航飞机的状态监控系统

民航飞机运行状态监控系统可支持多种通航飞行监视技术，如基于GPS/北斗二代导航、铱星通信的飞行监视方式，以及基于广播式相关监视（ADS-B）技术的飞行监视方式。飞机运行状态监控系统功能模块主要包括用户管理、设备管理和态势监控等。

飞机运行状态监控系统中的账号管理模块主要负责用户对自己账户内的子账户的添加、删除、修改、授权等功能，可以根据需要配置不同子账户拥有不同设备的访问权限。设备管理模块提供系统内各个用户对自己所属的设备进行管理。行程管理模块提供系统内各个用户针对不同的设备的行程进行新增、修改、删除等功能。运行数据采集解析模块主要提供当前系统服务器从国外的铱星数据服务器上将相关设备的运行数据的采集工作，再根据标准的数据格式进行格式化解析，存入数据库，为态势监控提供数据服务。运行态势监控模块也是飞机状态监控系统的核心部分，它将提供所有设备的态势监控的服务，用户根据自己的需要，选择所监控的设备，在WebGIS 平台上动态的看到设备的飞行状态和了解当前设备的飞行参数。历史行程数据回放模块可提供行程回放功能，用户根据自己需求，选择某个设备历史的起点时间和终点时间，回放模块将通过WebGIS 平台将该时间区域内设备的飞行轨迹回放显示。

通过对飞机系统原理和故障模式的深入分析，已逐步实现了对飞控、引气、空调、通信、液压、发动机和APU 等重要系统的实时故障监控功能。根据监控结果和故障特点，持续优化、完善和补充新的故障监控逻辑和对象，同时开展对部件性能趋势分析监控的探索。近年来发展起来的飞机健康管理系统是基于空地数据链通信的实时监测和运行数据分析系统，通过将飞机实时运行数据与健康诊断模型进行分析对比后，能够及时发现故障隐患，并制定前置性维修方案，从而有效提高机队运行效率和安全品质。飞机健康管理系统就像是飞机的“健康检测仪”，实时地获知每一架飞机的“健康状况”，可以提前获知飞机的某些“生理指标”是否处于“亚健康状态”，有目的地采取预防性手段将其恢复至“健康水平”。此外，该系统还具备即时获取飞机故障信息的功能，提高了故障处理的响应速度。能够即时获取飞行中的飞机系统故障信息，以便维修部门有充足的时间针对故障做出响应，并制定详细的维修计划和方案。

2 状态监控系统的数据处理技术

在以计算机信息技术为基础的飞机状态监控系统中，数据是基本的信息单元，对状态监控系统中的数据进行分析及处理，是状态监控系统中的关键环节。民航飞机状态监控系统应能够实现空调引气、液压飞控、导航记录以及运行超限事件等多个重要系统、事件的实时监控，并能够成功检测到飞机存在的隐性故障，从而极大提高机队运行的品质和安全运行水平。

客户仅需要配置机载航迹跟踪器硬件即可，系统支持数据、短信息和话音通信，飞行员可以发送短信和拨打电话，同时机载地面人员采用网络浏览器可实现对飞机飞行的无缝监控。其中机载子系统可以生成与民航飞机飞行参数相关的报文数据，并可以接收地面人员发送的报文，是民航飞机监控系统数据处理的关键设备。在该系统中，管理单位中的CPU 承担了大部分的数据处理及运算任务，包括对飞行数据的采集、形成报文进行发送等，是机载子系统的核心部分。二是控制显示单元，该单元是机组想数控库系统发生数据或者将数据在机组显示屏上进行显示的关键单元。通过控制显示单元，可以使得机组能够及时接受飞行指令的控制，调整飞机的飞行状态。三是通信设备。民航飞机在空中飞行的过程中，离不开通信系统的信息支持，一般是采用高配通信系统，并具备接受通信卫星数据的功能。机载子系统中的各个功能子单元，都围绕这管理单元紧密协调工作。

此外，在地面子系统中，需要通过高频通信对空中飞行中的飞机进行数据通信，在地面子系统中存在通信数据网，该通信数据网中的数据能够实现共享，网络中的各个节点之间可以通过通信协议实现数据的交换。同时，在地面系统中还设立了网络通信管理中心，负责处理飞机飞行的日志、警告等内容。各个用户终端也可以与飞机上的机组人员进行数据的通信，并且支持语音通信功能。

3 飞机状态监控系统的应用

飞机系统数据包括飞机发动机引气系统数据、飞机着陆飞行系统数据和飞机机组氧气系统数据。发动机引气系统是保证飞机空调、增压、大翼防冰、液压等系统安全可靠工作的前提。但是由于发生率高、重复率高、排除时间长和难度大成为长期以来困扰机务维护工作的一大难题。目前，常规的方法无法及时准确的处理数据，使得排故不及时，有可能导致飞行中断，甚至出现飞行中的重大不安全事件。

近年随着QAR（快速存取记录器）的记录容量已经达到较大的容量，连续记录时间达600 h，可以同时采集数百个数据，涵盖了飞行运行品质的绝大部分参数。实施飞行品质监控以来，译码数据中显示出多起飞机着陆载荷过大的情况，逐渐引起了飞行人员对硬或重着陆事件的重视，相关事件报告的数量呈上升趋势，但是由于目前飞机维护手册（AMM）中硬或重着陆处理过程不够明确，如何正确处理此类事件，避免航班延误成为了亟需解决的问题。现代飞机一般都在（7000～150 00）m 高空飞行，空气中氧分压只有十几千帕，难以维持常态飞行。科学实验表明，人暴露在100 00 m 高空的有效意识是1 min 左右，而在14 000 m 以上有效意识只有（12～15）s。因此，需要给飞行员和乘客提供氧气保证安全。通常情况，飞机不需要使用专门的供氧设施，它通过发动机将空气增压后压入机舱，即使在万米高空，机舱内环境也和海拔1500 m 左右相似。一旦座舱失压，会采用机载氧气系统中的氧气供乘客呼吸，并且飞机会尽快落地或者下降到舱内人员可以适应的高度。因此需要时刻检测机载氧气的性能状态以保证乘客的安全。然而，在常规的检测机载氧气中，通常采用人工的方式对机载氧气系统的压力进行记录，按硬时限更换氧气瓶或是当机载氧气系统的压力低于设定值时飞机系统发出警报进行更换氧气瓶，提高了航空公司的运营成本，若机载氧气系统存在较小泄漏，无法及时排故，导致飞机的运行安全得不到保证。

因此有必要采用一种飞机系统数据处理的方法，对飞机的运行状态进行实时监控。该飞机状态监控系统不仅能准确处理数据，保证能及时排故和飞行安全，而且可节约航空公司成本，节约数据处理时间。该飞机状态监控系统的主要特征在于通过触发器分别对飞机发动机引气系统、飞机着陆飞行系统和飞机机组氧气系统进行数据处理，数据处理完成后下传到地面工作站。在该飞机系统数据处理方法中，所述的飞机发动机引气系统的数据处理方法，是在飞机起飞、爬升和下降3 个阶段中，通过触发器每秒1 次对左、右发动机预冷器的出口温度进行探测。在该飞机机组氧气系统的数据处理方法，是按以下步骤进行。首先通过触发器采集飞机飞航一次的机载氧气系统运行状态并形成氧气报文，之后将所述的氧气报文通过空地数据链系统传输到地面工作站，再通过地面工作站将氧气报文通过报文解码器进行解码获取数据，再通过运算得到机载氧气系统在标准状态下的压力值，并保存到数据服务器中，最后根据机载氧气系统在标准状态下的压力值进行机载氧气性能的判断。

4 结论

对民航飞机应用状态监控系统，通过故障预测技术，可在第一时间发现故障隐患并及时处理，有效避免故障对航班运行造成影响，同时通过飞机运行状态监控系统自动采集故障参数，可实时捕捉到相关数据，并准确判断出了故障原因，可有效减轻机组的负担，也减少了不正常延误事件的发生，保证了旅客的正常出行。