js9905com金沙网站,A Basic Idea of Contrusting the Integrated Air-ground Data Process
System刘宇辉/华南理工大学张玉香/
广州飞机维修有限公司主要介绍了空地数据链中AOC
功能模块的应用体系。讨论了空地数据链机载设备的最低要求,分析了系统的逻辑体系,论证了建立集中式空地数据分析系统的可行性和必要性。目前,许多发达国家和地区利用飞机通信寻址报告系统空地数据,实现了对发动机性能实时监控、航行动态监控、实时故障的获得、远程在线故障分析服务、空中交通管制、二次放行、气象数据应答、舱单数据自动上载等。我国国内一些航空公司也开发和利用某些机型的发动机性能参数空地数据。
但这些系统都有一个共同特点:即系统之间无法交互或只有部分交互,而且内核比较脆弱,因而无法发挥空地数据系统潜在的功效。本文是笔者将结合自己多年的工程实践,讨论”空地数据”系统应该具有的体系结构。”空地数据”的概念和机载最低设备要求”空地数据”是指机载设备能够直接或间接向地面发送的或在地面通过其他工程手段获取的飞机操纵、飞行和性能数据。1.”空地数据”的概念空地数据的概念中包括实时空地数据和非实时空地数据。实时空地数据指经空地数据链实时地在飞机与地面之间交互的数据集,其中”空地数据链”是指形成由地面到空中的一条通信链路。非实时空地数据指飞机降落后通过一定的工程技术手段才能够获得的飞行数据集。2.ACARSACARS
是指机载设备中用于完成实时空地数据的一组设备集,其中包括:飞行管理系统;中央维护系统;甚高频/高频/卫星通信系统,其中VHF/HF收发机在设计上必须是支持数据通信模式的;通信管理组件;数据管理系统
,其中包括飞行数据采集系统和飞机状态监控系统。3.空地数据的主要特征空地数据由飞机生成并传送,
ACARS是一个机载双向报文和寻址系统,其传播载体是空地数据链,数据为ASCII码字符流,数据可以下行传送到地面工作站。下行报文中包括许多非常重要的飞行数据,如航班起飞、降落地点、滑出时间、起飞时间、落地时间、滑入时间、大量的发动机性能参数、机载设备故障信息等;也可由地面工作站将一些重要的航行参数通过空地数据链上行到机载设备中,如气象报文、舱单配载报文、航行通告报文等。传统的方式中,以上信息的传送必须通过电话或人工传递等方式实现,而ACARS空地数据链是一种比电话通信方式更加低廉、轻捷的非电路式链接数字通信方式。由于涉及到远程无线传输,因而报文体都比较小,并可直接人工识别。CMU会对各种报文有一定的缓存区,当报文发送失败时,会被保存在该区内,待下次报文发送时一同发送;如果太多报文不能被成功发送,则会造成报文丢失。很多报文是可用户编程控制的,以便控制报文的参数和传送的触发条件。地面支持设备和系统实时空地数据中包括两个数据集下行数据和上行数据–双向通信。1.空地实时数据的接收和转发系统
(定义为系统A)
接收系统包括大量分布在各地的VHF/HF信号收发站和卫星通信系统。在任何一个时刻应该能够保证空地实时数据至少有一个信道可用,以保证双向数据通信不丢失。转发系统的作用在于将接收到的实时数据分类并转发给特定的目标地址,如航空公司或数据分析中心。2.空地实时数据的解码和转发系统
(定义为系统 B)
解码系统的作用在于将接收到的源数据按照特定的规范解码并保存在数据仓库中。转发系统的作用在于将解码后的数据集转发到特定的目标地址,如航空公司的可靠性(性能)分析部门、工程部门、生产部门、航务调度部门、签派部门和飞行部门等。3.上行数据预处理系统(定义为系统C)
为实现空地数据的双向通信,必须有上行数据预处理系统–将具体用户发送的具体数据(报文)按照预定义的规范格式化,而后通过网络提交系统
A,由 系统
A再通过空地通信链路做出数据(报文)上行响应。”空地数据”系统的功能体系1.机务工程传统的排故支援必须等到飞机降落后通过检查飞行记录本或与机组沟通以获得故障描述,但却不能快速精确地定位故障原因,进而排除故障。利用空地数据中故障代码信息,地面工程技术人员可以快速准确判定故障,从而做到在飞机降落前做好排故方案。要实现这一功能,前提是具备电子化技术手册,才可以实现实时故障代码与故障隔离方法的”超连接”,从而大大缩短从发现故障到找到故障原因再到制定排故方案之间的时隙。2.发动机性能监控/分析传统的发动机性能监控的数据源的获得依赖于人工获取飞行记录系统中的发动机性能参数,无法及时地发现发动机性能隐患。而应用ACARS实时空地数据,飞行记录系统可以根据不同的工程需求将不同阶段的发动机性能参数报告转发到ACARS
CMU中,从而下传到地面接收系统,通过相应的解码、分析,自动地将报文转发到发动机供应商提供的性能分析系统中。结合QARS数据仓库,性能监控工程师可以掌握某一参数在何历史状态下达到当前的性能状态,从而对发动机性能隐患做出深层次的分析与判断。3.航行签派航行签派特别注重飞机航行状态信息的获得、航前数据的上载、航行性能分析三个问题。空地数据为这些问题提供了良好的解决方案。航行运动报(OOOI报)
OOOI
分别在飞机的滑出/起飞/着陆/滑入阶段发出,利用OOOI报,签派员可以机动地掌握每一架飞机、每一个航班的起落状态,可以掌握每个航班确切延误的时间。航行位置报(POS报)
POS
报被实时地阶段性地发送,签派员可及时地掌握飞机的位置信息和飞行的具体航线,实现航迹跟踪。气象报(WXR报)与自由文本报(FreeText报)
WXR报分为下行气象请求报和上行气象应答报。下行气象请求报是包括确定标识符的文本报文,地面系统将根据这些标识符自动实现对目标地点气象数据的查询,并生成上行气象应答报。整个过程完全不需人工干涉。FreeText报是一种更加灵活的文本报文,也包括上行和下行两种。机组和签派员包括机务工程技术人员可以通过FreeText实现信息沟通。飞机性能报(APM报)
APM中包含发动机的燃油损耗信息,利用APM报可以分析发动机随着性能的衰变引起燃油损耗的状况,从而根据发动机性能状态制定燃油配载计划,以达到节省燃油的目的。4.生产控制生产控制中,需要掌握的重要的飞行参数就是飞行小时数和起落循环数。绝大多数定检计划的制定都必须参照这两个参数。传统应用中,这些数据的获得依赖于生产部门和航务部门之间的定期数据抄报。而ACARS
实时空地数据将实现飞行小时数和起落循环数的自动获得。一组完整的OOOI报就是一个完整的起落循环。5.航务调度航务调度系统也可有效地利用ACARS实时空地数据。航务调度重要职责在于掌握航班实时起落时刻,以获取航班的延误和准点状况,从而调度飞机和安排旅客。ACARS
报文的POS报、OOOI报无不反映这些信息。与值机系统和空港调度系统接口,可以发挥巨大的潜力。北欧航空公司成功地应用了这个功能建立了旅客转港服务系统。6.空中交通管制传统空管的职责在于应答和调度机组的起降请求,控制空域的流量密度。然而,一切指令的发出都是电话语音信号。ACARS
空地数据中包括一个重要的功能模块:ATC(Air Traffic Control)
空中交通管制。(空客公司已将ACARS CMU 重新命名为ATSU-Air Traffic Services
Unit),前面讲到的ACARS的各个功能都属于航空公司可操作配置模块,与AOC相对独立,ATC也是一些带有特定标志符的文本报文,飞机会在不同的飞行阶段将这些报文发送给地面站,地面站将这些报文转发给特定的空管部门。依据这些报文,空管可以实现计算机辅助调度-空地数据双向通信。国际上某些发达地区已经部分实现了这个功能。系统软件体系建立空地数据应用系统需要巨大的软件投入和长期不断的开发。整个系统应该是分布式的,并通过大量的接口彼此衔接。首先,航空公司需要选装适当的机载设备,规划和定义各种报文规范,建立电子文档系统。另外,建立的空地数据应用系统必须能够容纳多种不同的规范,也就是说,系统软件的开发应具有良好的连续性和兼容性,这正是需要建立统一”空地数据”处理系统的必要性。图2为软件应用体系的结构和ATC功能模块。从图2中可以看出,系统的核心将是”实时空地数据中间件群集”,同时有一个强劲的数据仓库支持。其中技术核心将集中在以下各方面。1.解码对于某些ACARS报文是不需要解码的,如自由报。然而,为了统计和计算飞行小时、起落循环数、航班延误时间、油耗、获取故障信息和发动机性能参数,直接阅读源报文是不可行的。只有按照设备生产商提供的数据规范将源报解码,并保存到数据仓库中,才可进行数据分析。2.数据仓库由于数据量太大,而且每秒钟都在增长。只有将数据分类或按照响应请求的频度不同保存在不同的数据库中,才可能突破数据库的瓶颈。3.中间件和中间件群集中间件:由于数据库采用数据仓库结构,必然需要一个中间逻辑层相应数据请求和数据集中,即中间件;中间件的另一个作用是将企业应用逻辑分散,避免对单个大型计算机设备的投资,也避免造成单点故障即为中间件群集。子系统和主系统之间的信息交互都通过中间件实现,并使用统一的通信源语;同时,中间件还响应自身扩展应用请求。4.消息队列消息队列充当着消息服务模块和各中间件间的桥梁作用。应当指出,系统核心中间件与各扩展模块以及发布出的各消息服务模块之间的连接应当是非电路式连接,即不要求连接与被连接双方同时在线。只有使用消息队列,系统内核将空地数据报文解码消息发送到消息队列中,各扩展模块从队列中获取所需的信息,进而与系统核心中间件建立连接。5.外围辅助系统和企业自主系统为了发挥空地数据更广泛的工程价值和企业效益,需要建立独立与系统内核之外的辅助系统,如电子文档系统,气象数据系统。而企业自主系统却是必然存在的,主要是考虑到数据源的获得和企业自身运作逻辑的相对独立性。与”空地数据”这一概念相对而言,企业自主数据又可一分为二:QARS数据和其他数据。由于系统内核无法及时获得QARS数据源,而企业自身却可以做到,所以如果将ACARS
数据和
QARS数据作为”空地数据”的整体概念讨论,系统所要做的就是将QARS数据分析系统统一,使用统一的处理内核,才能将QARS的数据与ACARS
数据接口;其他数据则是企业自身的生产数据和经营数据,系统内核通过提供统一的消息服务接口与企业握手,当然,这些企业自主系统也需要一定的接口扩展。因此,系统应该是一个以消息服务为内核,WEB应用为扩展的,由各个处理模块组成的多层分布式的综合系统。消息服务向用户提供持续的实时数据集;WEB扩展向用户提供非实时响应数据集;系统最终发布的应用是各种灵活的企业应用接口和消息服务模块,企业可根据自身应用的需求选择不同的接口和服务模块。结束语统一”空地数据”分析系统的建立,并非某各航空公司可以独自承担的,而是一个国家式的系统工程。因为任何一个航空公司都无法摆脱”只为本企业谋利”的定式。然而,”空地数据”却是一个开放的共享资源,有大量的技术标准和行业规范有待统一。要想向航空大国迈进,合理的开发利用这个资源已成为发展的必然。

ACARS, A New Digital Communication
System武建勇目前,民航客机陆续加装了ACARS系统。作为新发展起来的一种空地数据通信系统,ACARS具有提高地面与机组通信的准确性,促进资料和数据在航空公司内部共享以及增加信息量,降低成本等诸多优点机载ACARS的信息传递是通过机上第3部VHF通信系统执行的。ACARS既可由飞机发送信息到地面台;也可由地面台发送数字信息到飞机。重要的是,当地面台把信息传送到信息中心后,信息中心便可以把信息传送到航空公司的维护部门、飞行管理部门、旅客服务部门等与航班相关的各个环节。如果飞机选装有高频(HF)通信系统和卫星通信系统,ACARS信息也可以通过这两套系统进行空地间的信息数据传输。
ACARS的工作方式1、从飞机向地面传送信息(下行信息)若飞行员想通知地面飞行管理部门航班延误信息时,他可选择通信管理装置的控制显示装置中一个页面,同时在这个页面输入航班延误时间和延误的原因。这样,飞行员发送的信息同时将包括:飞机注册号、离港机场和目的地机场的代码、预达时间等信息。多数ACARS信息的长度为100~200字节,信息是以块为单位进行发送的,一个数据块被限制在不超过220字节。当下行信息大于220字节时,ACARS系统会将信息分为几个块,然后分块向地面发送。地面站和地面主计算机系统接收到一个信息块后,将向飞机发送一个确认信号,如果确认所传输的信息正确,飞机再向地面发送下一数据信息块,直到全部信息都被接收完成。飞机向下传输一个数据块所需要的时间为5.5秒。地面台接收到全部信息后,将把信息再传送到地面的主计算机系统。地面数据网络系统同时把信息从地面台传送到数据链处理器,它根据包含在信息内的识别码和地址码再传送信息到各个航空公司或者其他目的地。这个识别码和地址码用于识别每架飞机的注册号以及飞机所属的航空公司。航空公司的计算机系统和全球数据中心处理数据的过程还包括:重新确定信息格式,填充数据库,为以后进行数据分析打基础。信息同时也传送到包括飞行管理、维护、工程、财务部门或者其他航空公司。以延误信息为例,信息可以通过航空公司内部的网络在两个管理部门之间传送,同时也可传送到飞机的目的地机场,通报飞机延误的消息。飞行员从按压发送键到信息传输到航空公司计算机系统进行处理,一般需要6~15秒的时间。2、从地面向飞机发送信息上行信息的处理过程与下行信息类似。例如,当机组要求提供气象资料时,航空公司计算机系统就产生一个气象报告信息,信息的前端是飞机的注册号,其余是实际的气象资料,信息通过数据网络上传到飞机。另外,上行信息通过CMU也可传送到其他机载计算机。飞行员通过控制显示屏幕就可看到所有接收到的上行信息的目录,同时也能选择查看收到的气象信息,ACARS组件还能通过驾驶舱打印机打印信息。此外,飞机上的其他系统也能通过ACARS发送信息到地面。例如,发动机动态监视系统能在飞行期间监控发动机的超限状态,一旦出现超限情况,FDAMS能自动产生一个发动机的超限状态信息,由ARINC619数据总线传送到中央维护计算机,由它再传送信息到通信管理装置,通过VHF-3将信息发送到地面。一些重要故障信息实时发送到航空公司维护部门,能使航空公司维护人员及时了解飞机存在的故障。
ACARS的特点1、提高了地空通信的准确性很明显,频繁使用话音通信容易使人产生误解和错误,
特别是在飞行计划、登机门的分配、机场跑道信息、气象信息等有变化时更容易发生错误。这将使航空公司的安全和经济效益受到影响。而数据链通信能够减少这方面的错误。另外,话音通信还存在VHF频道的拥挤和阻塞以及高频系统通信质量不高的问题,且长时间话音通信还能够引起机组心烦意乱。而ACARS的数据链通信是静默的,不会出现这些问题。2、资料和数据易于共享话音通信信息很难分配到航空公司各部门,特别是当数据要求进行分析,记录和保存时。而当它需要转换成电子格式记录下来时,还将耗费大量的人力、物力、时间,且容易产生错误。而ACARS提供的信息是数字的,易于分析和分配到各部门。3、增加信息,减少成本数据链能够提供实时的确认问题的能力,还能够为飞行管理和维护部门提供附加的资料信息,甚至可以传送一些飞行员尚未察觉而系统自动探测出来的故障。这为航空公司减少成本,提高经济效益提供了决策依据。数据链提供的是实时信息,它为维护工作提供了最充分的时间。将来,数据链通信还要扩展到空中交通管制系统。FAA准备建立一个标准的ATC数据链,并在2005年底开始部署,两年内部署完成,欧洲航天局也有类似的计划。4、ACARS的局限性当ACARS与地面进行信息传输时,VHF通信收发机频率是由CMU自动控制的。目前ACARS使用的VHF通信初始频率是131.55兆赫。另外,ACARS的使用受地面VHF通信台站覆盖程度的影响很大,VHF通信是视距传播,所以ACARS信息传输距离与飞行高度有关,飞行高度越低传输距离越近。在VHF通信地面台站不能覆盖的地区,ACARS需要把信息暂时存储在内存中,直到飞行到VHF通信地面台站可以覆盖的地区后再进行数据传输。对于选装有HF或者卫星通信链的飞机,可以使用HF或者卫星通信链进行ACARS信息传输,它们避免了VHF通信传输信息距离近的不足。