从“黑匣子”到“云匣子”

陈凯 丁芃

(国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100190)

一 亟需升级换代的“黑匣子”

飞行事故记录器(aircraft accident recorder)，俗称“黑匣子”，是指自动记录飞机的飞行高度、速度、航向、姿态、机内对话与地面通信、时间等，专供分析空难事故原因用的飞行数据，能抗堕毁的记录仪器。黑匣子通常安装在空难时最常被完整保留下来的机尾上。1953年，世界上第一个飞行事故记录器由澳大利亚的戴维·沃伦博士发明。

60多年来，黑匣子虽然在可靠性等方面不断改进，但其原理一直没有大的变化。黑匣子能够客观、真实、全面地记录飞机数据，是查明飞机失事原因最有效的手段，同时在飞机日常安全维护、飞行状态监测、消除事故隐患以及故障定位方面也发挥着越来越重要的作用。但是，黑匣子的搜寻并不容易。如果黑匣子坠落在陆地上，可以依靠其明亮的外表颜色和反光标识进行搜寻。如果黑匣子坠入水中，就要依靠其发射的水下超声波信号。这个信号通常在30天后将随着电量逐渐耗尽而越来越微弱，直至停止工作，而且只有在信源2千米左右的范围内才能够被仪器探测到。2009年法航AF447航班失事和2014年马航MH370客机失联，使得关于黑匣子更新换代的呼声越来越高，而“云匣子”等改进方式也渐渐浮出水面。美国国家运输安全委员会前主席罗森克认为，从上述两次航班事件的搜寻行动来看，当今国际航空界采用的飞行事故调查流程已经过时。他提出，如果能把黑匣子记录的飞行数据和机舱录音传输到云数据库，将有助于相关部门在飞机遇到紧急情况时尽早定位并启动调查，特别是飞机在民航雷达覆盖范围之外飞行时。曾主管美国交通运输技术政策的前副助理国务卿麦基近日也表示，航空业需要从MH370客机失联事件中吸取很多教训，推动技术革新，其中最重要的一条就是将黑匣子数据转移到云数据库。

随着科技发展网络时代的到来，基于云技术的形成，数据信息安全存储与便捷存储已经变得非常重要，云计算是适合移动互联网应用的一种模式。云计算将应用“计算”从用户终端转移到服务终端，从而弱化了对移动终端设备的处理需求。这样移动终端主要承担与用户交互功能，复杂的运算交由云服务器处理，终端不需要强大的运算能力即可响应用户操作，并将结果展现给用户，从而实现丰富的应用。

二 “云匣子”及其特点

目前，在航空业内对于云匣子没有统一的定义，而能够达成共识的是，云匣子方案是通过云计算，将原本记录在黑匣子中的数据通过卫星实时传输到地面。这样直接通过向地面无线传输数据信号并记录，而不再使用飞行事故记录器。云技术下的黑匣子使得航空公司几乎可以每分钟获得一次飞机的一系列数据，而飞行员无权切断这一系统。一旦出现事故，可以第一时间从数据库中调取相关数据，为生还者的搜救、事故分析提供有力支撑。

三 “云匣子”的应用现状

伴随着卫星技术和通信技术的发展，国内外关于云匣子的专利申请近几年逐渐多起来。通过以下国内外专利申请的介绍，能够使人们清晰地了解云匣子技术的发展状况。

1.中国的专利申请

云匣子的相关中国专利申请从2003年就开始出现，例如，发明名称为“对飞机故障的预测报警方法及飞机故障预测报警系统”的专利申请，其采用在飞机可能发生故障的部位设置相应的传感器，利用计算机对各传感器进行循环不间断数据采集，所采集的数据存储在计算机硬盘内，飞行数据分析处理程序对采集的数据进行分析处理并把数据处理结果与正常标准数据模型相比较，若有异常情况出现，则启动报警系统进行报警，并把所采集的数据和比较结果通过通信网络传输到地面飞行指挥中心。这种技术应该属于早期类云匣子的方案，其主要解决方案还是停留在比对分析数据，当出现问题时才把数据传回地面，没有实现数据的实时传输，但是，在当时没有发展出大存储、大数据的情况下，上述方案应该是比较先进的技术。

2007年有两个比较重要的中国专利申请。其一发明名称为“空地一体化飞行设备维修支援系统及方法”，对飞行设备的重要机件进行实时监视，对必要的飞行数据进行监测和采样，经处理后通过空地无线通信网络传送至地面计算子系统，再由地面计算子系统对监测数据进行分析，生成诊断结论和维修建议，对飞行设备进行故障检查和排除，实现对空中飞行设备进行指导。该专利技术实现了云匣子技术中所要求的实时传输，从而确保了实时监控的可能性。其二发明名称为“飞机与地面系统数据传输方法及系统”，该专利技术解决了实时传输时的一个重要问题，即飞机与地面系统的高流量通信问题，目前飞机与地面控制系统间的数据传输控制效果并不理想，存在高流量下数据的缓存问题。该专利技术通过按接收先后顺序储存数据包，将数据包分为多个数据包队列，按数据包队列优先级顺序分别对数据包队列附上帧头、数据起始标志和校验码形成信息帧并发送该信息帧，从而有效解决了高流量下数据的缓存问题。上述两个方案解决了云匣子技术中最重要的两个技术难点，即实时监控及监控时大数据量的问题，使得航空业能够真正有条件地使用云匣子技术。

2011年，出现了真正的云匣子的专利申请，发明名称为“基于云计算的数据黑匣子系统”，其采用了包括采集数据的摄像机、传感器等设备的云设备和用于提供服务的云服务器，云设备将采集到的原始数据通过网络发送给云服务器，云服务器接收到原始数据，并对原始数据加密处理，将处理后的加密数据进行整理并建立数据标签，用户可通过云设备向服务器发送数据提取请求，云服务器将数据进行解密后发送给用户的云设备。这样一种技术在提供快捷异地数据存储服务的同时，还提供灾难预警服务，而且利用虚拟现场恢复技术综合分析灾难前后的包括图像、声音、环境、温度等数据，为寻找事故发生的原因提供精确的数据。

2.国外申请的专利

美国专利申请，发明名称为“飞行数据服务”，其主要技术方案是通过与系统服务层的组件、系统资源层组件(包括用于移动物体和第一地面站之间的数据交换的设备驱动器进行通信的系统资源层组件)发起无线通信路径，其特征在于该系统服务层组件提供了系统级服务应用程序编程接口层中的对象;启动第一地面站和第二地面站之间的连接;传输数据，包括使用系统服务移动物体层组件从所述移动物体，经由无线通信路径中的第一个地面站的操作数据;经由所述第一地面站和所述第二地面站之间的连接便于第二地面站从第一地面站传输数据。该方案的主要效果是飞机的实时位置、性能监控和路线调整，由飞机运营中心来跟踪，为飞行员提供实时反馈。更加便利的是，数据通信服务器可通过车载定位系统(例如，全球卫星定位)和路由器获取飞机位置的相关信息。飞机运营中心可以连接其他应用程序使用的数据通信服务器来获取所需要的数据。

以上仅是具有代表性的、有关云匣子技术的专利，可以看出，中国进入该技术领域时间比较早，但是突破性技术直到最近几年才出现。最近，习近平总书记在体验C919大型客机样机时，提出了“中国大飞机事业万里长征走了又一步，我们一定要有自己的大飞机”，可以预见，未来将有更多的资金进入飞机市场来进行研发，作为飞机技术中亟待更新的黑匣子技术，中国必然会实现技术上的重大突破，建立一系列云匣子的技术标准，并使之与世界接轨。

四 结语

将黑匣子中记录的数据同步到云服务器中，可以大大加快空难发生后事故分析调查的进程，调查人员只需要直接从服务器中查询，就可以得到空难发生前飞机上的各种参数，以分析出事故原因。目前，从国内外已有的专利申请可以看出，双方都有一些比较有特色的云匣子解决方案，相信在不远的未来，传统的黑匣子技术必将被云匣子技术所替代。