数据技术在军用航空装备及体系中的应用研究

赵清洲 刘华磊 乔文

摘要：分析了当前军用航空装备数据使用现状及需求，提出以“飞参”为抓手，利用现有数据技术框架和编制体系，在建立航空客观信息综合应用平台、研制外场保障智能应用终端、持续创新实现数据应用APP服务等方面，构建数据应用操作系统平台，配套智能手机、平板等外设，开发部署APP，提供业务应用服务的生态模式，加速推进数据技术在军用航空装备领域的深化应用。

关键词：数据技术；航空装备；数据应用平台；数据生态

Keywords：data technology；aviation equipment；data application platform；data ecology

当今世界，百年未有之大变局。以物联网、大数据、人工智能为特征的数据技术正在引领新一轮军事变革。党的十九大发出全面推进国防和军队现代化建设的动员令，提出适应世界新军事革命发展趋势的明确要求。信息化战争要求武器装备、保障体系、作战训练体系高度智能，数据技术是促进未来战场智能化的核心技术[1]。通过先进的数据采集、传输、记录和智能分析技术，加强对海量数据的挖掘和利用，战场维护保障效率和作训评估水平将大幅提升。美军正在实施的“第三次抵消战略”，其重点之一就是数据技术的深化应用。

军用航空装备在设计、生产、试飞、服役等过程中产生了大量数据，这些数据为装备设计验证、维护保障、训练评估等提供了有效支撑。但总体来看，目前数据呈现碎片化、分裂化的特点，数据没有得到充分利用。为适应未来智能化作战要求，军用航空领域亟待深化数据技术的应用。通过加强数据收集和应用，提升军用航空装备维护、训练、作战的智能化水平，加速航空兵部队战斗力的生成。

1 应用现状及需求

1.1 航空装备数据现状

航空工业具有先天的数据优势[2，3]。军用航空装备全寿命周期会产生大量的数据。除了设计制造数据、试飞数据[4，5]以外，服役阶段产生的数据还包括机载记录设备数据、信息系统数据以及各类工作卡片数据。机载记录设备数据包括航空装备在运行期间实时记录的各类传感器数据、重要机载设备工作状态和通信交联数据等，如飞行参数、总线数据、音视频数据等。信息系统数据包括航空装备保障、训练等各类信息系统使用中生成的数据。各类卡片数据包括机务维修及飞行训练过程中人工填写的纸质记录数据。

这些数据反映了航空装备的性能、运行状态、操纵情况等，数据种类多，数据量大，数据结构复杂，既包括结构化数据，也包括非结构化、半结构化数据，数据治理较为困难。为了对上述数据进行处理利用，不同厂家分别研制了相应的数据处理系统，对不同类型的数据进行收集与分析，对装备的使用监控起到了重要作用。然而，由于缺少统一的机载数据平台和地面数据平台，不同厂家研制的系统之间互不相通、相互割裂，各类数据之间不能融合分析。另外，由于缺少相应的地面数据收集平台，导致部分人工记录的过程数据、测量数据等以纸质形式存档，不适合后续数据融合和深入利用。当前的数据收集、处理分析现状给数据的深入应用带来一定的障碍。

1.2 深化数据应用需求

党的十九大明确指出“军队是要准备打仗的，一切工作都必须坚持战斗力标准，向能打仗、打胜仗聚焦”，伴随着新的使命要求，装备在实战化训练條件下维护保障、作战训练方面遇到了新的挑战。目前，军用航空装备维护保障过于依赖人工，智能化水平有待提高，很难做到精细化维修和预防式维护[6]。另外，训练评估智能化手段缺乏，不利于训练效果的提升。这些问题都需要通过数据深入挖掘，从数据中发现规律，解决问题。

航空装备数据的深入利用，首先，要提高数据收集的广度，将各种来源数据综合集成。不同类型数据从不同维度反映航空装备的状态和训练情况等，通过多源数据融合处理，能够获取更多关于装备的信息，提高数据分析的准确性与精度。其次，装备每类数据的历史数据，分别从时间空间维度反映航空装备状态变化过程以及其他规律性变化趋势，收集这些数据能够用于监控装备质量、性能变化等。

在完成数据收集的基础上，建立数据应用通用平台，开发不同业务应用系统。根据航空装备数据应用场景，平台应该包括机载数据应用平台和地面数据应用平台。机载数据应用平台是提供数据采集、记录、传输、分析应用的平台，首先要求加强数据采集的类型、频率，其次要能够将各类采集的数据集中存储管理，以便不同厂家开发的软件可以利用该处理平台，对数据进行综合分析，实现实时诊断、安全预警等应用。地面数据应用平台将各信息系统数据通道打通，提供各类数据综合管理与处理分析的平台，满足不同应用系统的运行要求。

1.3 飞参数据应用现状

飞参采用大量的数据技术，涉及数据采集、记录、传输、分析等，为深化数据应用提供了解决思路。飞参由机载子系统和地面子系统两部分组成。机载子系统实现数据采集，对数据进行处理后，将数据转发到其他机载设备并将其记录在存储介质中，可根据使用要求实时传输至地面接收设备，在飞机落地后，将记录数据卸载至地面系统，或者通过地面设备接收实时数据，利用数据分析软件实现数据的解析与判读，相关结果可作为飞机维护、训练评估等的依据。

飞参逐渐发展为机载数据中心和地面数据中心，其机载子系统与机上设备广泛交联，采集记录的数据能够全面反映装备状态和操纵情况；地面子系统与部队各类业务信息系统存在数据交换。飞参从航空装备试飞阶段开始就一直在记录数据，覆盖从起飞到降落的每一个架次，而且在每次飞机落地后，都进行数据判读，为放飞提供依据。因此，飞参能够提供全寿命周期内最全面、高质量的动态数据。

我军在飞参管理使用方面建立了一套完备的组织机构和体系流程，飞参本身也一直发挥着重要的作用。军方利用飞参对飞机状态进行综合评估，使用飞参地面站开展数据判读工作，相关专业人员通过分析飞参数据辅助机务维护、训练评估等。飞参地面站作为重要的飞参数据处理设备，开放数据访问接口，支持二次开发应用，可以满足不同应用场景的特定要求。飞参被形象地称为四官，即“法官”“医官”“教官”“警官”，它提供了全寿命周期的高价值实时数据。30F3C2F8-E672-4DBD-BB4D-3CAC2649C888

飞参本身已经成为一种数据应用平台，形如“智能手机”，提供基础的数据存储、应用接口等功能，不同专业可以发挥自身优势，在飞参平台基础上开发相应的应用APP，利用现有计算存储资源、数据资源等，拓展机载或地面相关功能。以飞参作为平台，对深化数据技术应用具有较好的促进作用。

2 数据技术深化应用设想

2.1 建立航空客观信息综合应用平台

在已有飞参基础上扩充功能，全面融合飞机平台飞行数据、飞行员语音和座舱环境声音、座舱环境图像、任务载荷数据、飞机座舱显示系统、航电任务系统、飞控机电系统等主要系统数据信息的综合采集、处理与存储管理，完善飞参机载系统的机上数据综合应用平台功能，建立机载数据中心。进一步提升飞参机载系统的实时处理能力，将数据应用接口标准化、资源虚拟化，使数据、软硬件资源等可供其他机载系统调用，实现数据整合、故障诊断、实时告警、逻辑控制、数据分发等功能，形成机载航空客观信息综合应用平台。

受网络传输带宽限制，飞参、总线、视频等数据量较大的客觀记录数据，可依托部队局域网构建旅（团）级数据中心，采用分布式存储方式存储在各个旅团级分系统中，实现对本单位数据的集中管理和融合分析。由上级机关分系统下发任务指令到各旅团级分系统，旅团级分系统根据收到的任务指令，在后台自动完成任务的调度执行，自动统计分析装备性能、完好状态、训练评估等结果信息，并将任务的执行结果自动上传到上级机关分系统，其逻辑架构如图1所示。同时，结合军方现有管理体系、组织机构和流程规定，以飞参数据为核心，完善自动化数据采集、清洗、归档流程，统一数据管理模式，规范数据交换接口，融合总线、音视频、油液化验、质量检测等各类数据，使用云计算、分布式处理技术、机器学习等技术，打通地面站、航空维修保障支持系统、发动机监控软件以及油液分析软件等信息壁垒，基于数据中心建立地面航空客观信息综合应用平台，实现各类客观数据的汇集和有效治理，形成数据资产，如图2所示。

2.2 研制外场保障智能应用终端

为了打通外场保障最后一公里，应根据业务工作场景，在全面数据收集、智能辅助任务等方面，通过重构外场工作信息，优化人机交互过程，研制各类外场保障应用终端。一是可以扩展汇入地面航空客观信息综合应用平台的数据类型，二是可将航空客观信息综合应用平台挖掘的业务模型分发到相匹配的应用终端上，提高作战装备准备速度、协同效率，快速高效地完成指挥决策和作战行动。

在地面数据收集和分析方面，目前还存在纸质文档记录的数据，需要根据数据应用模式，研制配套相关边缘智能终端设备，及时收集飞机维护和作战训练中产生的数据，然后将其以有线或无线加密传输的方式，发送至地面航空客观信息综合应用平台，进行结构化归档汇集。同时，可以将综合应用平台上的智能判读模型部署在边缘智能终端，如图3所示，实现近数据端的在线应用，大幅降低外场数据分析延迟，从而使得终端具有更好的交互体验。

在外场保障业务智能辅助方面，以虚拟增强现实技术作为数字化基础，建立数字化机体、数字化发动机、数字化机载设备、数字化座舱环境，将数字化对象与真实检查维修对象进行叠加。一方面，可以实现客观的数据采集，数据采集可以延伸到全业务环节的各检查末端，实时感知相关工作对飞机、设备的影响，并同步进行构型数据变更，确保构型数据实时有效；另一方面，可以通过实时信息检索、维修指引、操作提示、参数测量、线路诊断、辅助排故、远程专家系统等一体化解决方案，完成飞机检查、维修和人员培训动态、可视化，使机务人员在维修过程中及时获取精准维修资源，按照标准工作流程开展维修工作，提升机务维护工作安全和维修质量，同时增强机务人员维修技能。例如，在发动机试车检查应用场景中，试车人员佩戴AR智能眼镜进入座舱，对试车准备过程中所需开关电门、仪表指示、油门杆进行标识，智能终端自动展示试车卡片内容，试车人员按照系统指引，对试车准备工作逐一进行确认，智能监视操作过程，对错误操作或漏操作给出警告。同时，读取飞参数据进行对比展示，对异常数据进行记录并告警，试车人员按照试车曲线进行发动机检查，从而降低维修差错。

2.3 持续创新实现数据应用APP服务

机关和基层部队均可在地面数据综合应用平台上部署分析计算软件，利用平台的数据开放访问接口、高效检索和计算能力，实现装备保障和战训评估等各项业务应用。针对部队实战化训练全过程、全场景，各单位发挥技术优势，围绕“支持高安全飞行、支持高可靠任务执行、支持智能保障”，数据生态圈内各厂家、军方院所等均可以在地面航空客观信息综合应用平台上开展数据技术应用研究，发布数据内容服务APP，共同促进飞机客观数据在装备维护保障和作战训练评估中的效用。

1）面向空勤开展飞行训练评估研究

通过飞行教官训练架次记录数据，建立标准飞行动作模型，与其他飞行员训练架次记录数据进行对比分析，深入开展飞行训练客观评价，指导飞行员改进飞行技术。统计分析同一飞行员历次训练飞行动作完成情况，建立飞行员个人飞行技术画像；统计分析不同飞行员同一类型任务架次记录数据，建立特定任务架次标准模型，为执行特定飞行任务飞行员的择优选择提供依据。

2）针对航空装备的故障检测定位研究

通过监控飞机客观数据的异常量变，挖掘分析可能引起量变发生的相关性原理机理的相关度排序，从而对潜在隐患进行快速定位；基于各类飞行任务、飞行事故征候数据，通过飞机、发动机平台及机载设备运行原理和数据驱动方式，构建故障诊断模型，实现装备画像、故障智能诊断专家、科学维修助理等智能应用。

3）针对航空装备的健康监控研究30F3C2F8-E672-4DBD-BB4D-3CAC2649C888

統计量化重要参数变化情况，检测分析异常发展趋势，基于历史故障数据，利用机器学习方法分析故障周期特性，建立机载设备性能趋势分析模型，实现单机健康趋势监控预警，量化评估机群总体健康趋势。为落实预防性维修提供方案建议，将部队目前基于功能保证的维修保障工作向基于性能保持的维修保障工作拓展。

4）面向机关的决策支持研究

通过单个飞机客观数据，研究飞机可用性（即量化评估飞机在安全飞行条件下执行至少一个任务的能力）、飞机全任务能力（即量化评估飞机完成性能指标下全部任务的能力）、飞机任务效能（即量化评估飞机重要机载设备性能对完成指定任务的影响），完成装备实力实时统计与量化评估应用，为机关实施作战训练、装备使用提供参考依据。

3 结束语

数据技术加速了军事装备及体系智能化转型，深化数据技术应用势在必行。以飞参为源，深化“航空客观信息操作系统平台”，针对不同场景，研制平板、AR眼镜等智能保障终端，提供数据应用APP服务，可以最大程度地发挥航空装备数据价值，有效破解备战打仗数据挖掘应用重点难点问题，提高部队打赢能力。在构建数据应用生态圈的基础上，探索保障模式的变革，使工业部门和军方用户实现双赢。将来，在军用航空领域深化应用数据技术的同时，可以积极推动同源技术在舰船、战车等领域的推广应用，以点带面，发挥数据技术在军事装备发展领域的应用潜力。

参考文献

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