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连接是打开智慧航空之门的钥匙
来源:中国民航网2019-06-14 09:13:00

如何通过技术创新、流程创新、管理创新来保障安全并降低成本,这是每位航空从业人员都在不断思考的课题。

连接既是一个技术名词,也是一个管理术语。它存在于飞机的不同组件、地面的各种部门、空地两个界面。

传统的连接是人、有限的数据链及语音通信扮演最重要的角色。然而,在程序化流程中依赖于人的熟练技能及互为备份的连接,既增加了工作负荷,又引入了人为的不确定性风险。同时,受空地间带宽限制的数据链及语音通信的影响,在地面互联网遍地开花的今天,飞机在大多数情况下仍像是一座飞翔的信息孤岛。

用新的技术手段来改装飞机、实现高效空地互联,并调整地面流程、优化管理,最终实现精细化运行、安全飞行、智能机务。而连接则是打开这扇通往智慧航空之门的钥匙,是踏出新型航空运行模式的第一步。

如何实现这样的连接及如何应用?笔者将从以下五个方面来论述。

打开数据之门

飞机的机载数据域可以分为三类:飞机控制数据域、航空公司服务信息域、客舱娱乐信息域。

一架空客A320飞机在现实运行中,每天使用参数约400个,数据量约50M大小。而其每天可利用参数为24000个,全部数据量近12GB。

飞机控制数据域及航空公司服务信息域里的数据,可通过改装已有飞机设备或选装设备、组件来实现。对传统WQAR设备进行接线改装,或者选装FOMAX设备均能实现获取机载数据的功能。它们的原理相似,均是通过连接飞机空中交通服务组件ATSU、航电数据(包括FDIMU、FMGC等)来打开数据域开口,获取数据。客舱娱乐信息域数据的获取相对简单,可通过搭建客舱局域网实现。

构建数据之路

空地数据的传输有赖于空地数据链路,此前驾驶舱数据传输依赖的Acars及海事卫星SBB、铱星数据链等,均存在费用昂贵、带宽较窄(3Kb/S~3Mb/S)的限制,这决定其难以被广泛运用于空地间大量、实时数据的传输。

因此,客舱需要通过加装互联网来实现空地互联,目前客舱空地通信方式有卫星Ka、Ku及ATG(通过地基设备实现),同时存在Ka、Ku、ATG混合使用的方式。现在国内外均有较成熟的客舱上网服务供应商,提供客舱互联网的设备、改装及通信服务。

笔者认为,从航空公司成本及可用带宽两方面考虑,驾驶舱及客舱应采用协同空地互联的方式。采用这种方式,驾驶舱与客舱可以共同使用客舱的宽带卫星服务。这能解决现行驾驶舱卫星服务带宽不足的问题。同时,避免一架飞机使用两套空地联网通信的高昂费用。

夯实数据之池

获得的机载数据,包括运行数据、飞行数据、机务数据,需要建立地面数据存储中心,对数据进行筛选、分类、存储、备份。同时,建立针对数据、软件的管理机制。

对所有数据建立统一的件号管理标准,以方便数据的识别、跟踪及时效性管理。

建立地面软件兼容管理,通过兼容列表确保地面所有软件彼此兼容。

建立针对软件、数据的安全管理,这包括技术手段和管理手段两个方面:选择合适的杀毒软件、数据签名工具;建立对使用数据人员接触数据设备、数据传输通道的可追溯及防意外入侵管理条例。

数化万物及功能融合

数化万物

要运用数据之妙,需要尽可能多地将运行各要素数字化,最终数化万物。

(1)手册文件的数字化

将现行PDF、Word等格式的文件,通过特定工具(如空客ADOC)编辑为XML(Extensible Markup Language)可扩展置标语言。XML格式的文件,能被灵活地编辑,能与飞机航电系统交互。因此,通过这种格式的变化,使文件从仅被查看过渡到被系统灵活调用。如XML格式数字化的文件能通过空地传输通道直接上传到飞机电子飞行包(EFB)中,并能进行更新。

(2)计算图表的数据库化

在飞机运行中广泛使用的供查询飞机性能参数的起飞性能分析表、载重平衡图等图表可转化为数据库。类似于空客FlySmart软件就具有这样的功能,数据库化的计算模块能与飞机航电系统及上述的数字化文件交互,从而简化工作流程,并使飞机性能参数的获取从基于图表查询的粗略值过渡到基于点对点实时计算的精确值。同时,数据库能被便捷地传输、更新。

(3)客舱供应品数字化识别

对客舱的餐车及机供品,例如飞机餐食、饮水、毛巾等贴数字识别码。它使客舱内所有物品都能被数字化识别和统计。

功能融合

集成是一种删繁就简的趋势,它使地面软件与机载软件模块科学地集成,简化工作流程,避免使用不同软件增加工作负荷。通过集成不同模块,降低人员对程序性工作的过多参与,减少人为的风险因素。

(1)驾驶舱功能集成

集成电子飞行包(EFB)中不同功能的软件。例如将性能模块与手册模块集成,天气模块与航图及飞行计划模块集成,甚至可将飞行管理计算机中的部分功能与电子飞行包(EFB)集成。

(2)地面软件模块集成

将地面不同功能软件集成或连接到同一个平台,整合不同工作流程。借助空地实时传输通道,组成地面平台、空地传输通道、空中驾驶舱平台的实时闭环流程。

应用场景

打开数据之门,构建数据之路,夯实数据之池,数化万物及功能融合,从而完成空地数字化及连接的基础建设。这样的基础设施,为航空公司革新及创建无数应用提供了可能,笔者就现阶段可行的几种应用举例说明:

(1)电子飞行包运用

将便携式电子飞行包和飞机航电系统连接,获取飞机实时位置、油量数据。实时位置数据结合CPDLC(管制员飞行员数据链交流),可以用作机场滑行指引。

实时位置、油量与数字化飞行计划结合,可以启用电子飞行文件夹(EFF)的应用。电子飞行文件夹能给机组飞行带来操作的便利、飞行计划使用的灵活性,及航后回收飞行计划的数字化存储、分析。

利用实时空地传输通道,可以在电子飞行包中实现实时天气应用,该应用将原本纸质天气资料的报文、符号,调整、呈现为形象的图示,以展示水平及垂直方向的天气实况、预报。

(2)飞行管理计算机

飞行机组参照飞行计划飞行,飞行计划由地面飞行计划系统在航前产生并由机组在飞行前输入飞行管理计算机中。

借助空地间实时传输通道,飞行计划的航路可实时上传到飞行管理计算机中,免去飞行机组在飞行管理计算机中输入飞行计划的手动操作,降低飞行机组工作负荷和出错概率。

将实时航路风温上传到飞行管理计算机中,用以计算最优巡航高度,及优化下降点及下降剖面,这对节省燃油有立竿见影的效果。同时,实时风温有助于提高预达时间的精确度,节省航路飞行时间,改善航空公司服务质量,延长发动机使用寿命。

飞行管理计算机是机载计算机,其硬件设计、软件功能均难以由航空公司进一步创新。若借助飞行管理计算机与电子飞行包之间的连接,以电子飞行包为平台开发飞行计算和管理类软件,并将电子飞行包与地面飞行计划系统实时连接。以此架构利用地面系统提供信息,与飞机实时性能参数、大气环境参数结合,用于实时优化巡航高度层,优化航路及下降剖面,并可进行动态成本指数控制。

(3)快速存取记录仪(QAR)

现在,国内航空公司飞机的QAR数据只能于地面阶段通过手机网络(3G/4G)或者磁盘获得。而借助飞机连接改装与空地互联通道,可建立QAR实时获取、译码的流程,将获得的大量数据用于实时的飞行品质监控、燃油监控、发动机监控等。

将地面对航空安全的守护从事后分析过渡到实时控制。对飞机的监控将不再局限于位置、高度、时间,可在地面实时显示几乎全部的飞行及操作参数。

(4)飞机通信寻址与报告系统 (Acars)

传统的Acars带宽较窄,传输报文格式单一且使用费用昂贵。借助飞机连接改装及空地互联通道,飞机在地面阶段的Acars可由地面手机网传输,在空中阶段可使用客舱卫星宽带传输。这样的选择,能节省约70%的Acars通信费用。

甚至于不远的将来,空地宽带网络可完全替代Acars,如同微信替代曾经的手机短信功能。

(5)客舱机组及旅客手持设备

客舱机组可以通过手持设备(如iPad、Surface)连接客舱网络,查看机载手册,管理旅客信息及机供品信息,与机组、地面管理部门进行沟通。

旅客手持设备的联网,与航空企业不同的商务盈利模式结合,深度发掘客舱隐藏效益。

(6)机供品管理

结合前文所述,机供品的数字识别码使飞机客舱的所有相关物品均可追溯并进行数据统计,这不仅能防止客舱物品的意外丢失,而且对大量航班机供品使用量的统计数据加以利用,可为精确配发机供品提供数据分析依据。

(7)客舱及驾驶舱监控

在驾驶舱及客舱安装高清摄像头、人脸识别系统、热量感知设备等。它们能为地面部门监控航班旅客、机组实时情况提供多样化手段,也有助于应急情况下,地面部门为空中提供有效的远程支援。

(8)智能机务

传统的飞机软件管理是通过机务人员上机加载。而借助于连接改装及空地通道,可实现无线安装机载软件,并对不同机型建立统一的机载软件构型管理。

通过对实时QAR及发动机数据的获得,建立对飞机机身、系统、发动机地面数据的显示、分析、预警。

目前在国外已有应用端倪的可预测AOG,它通过对飞机的监控和大量数据分析,建立数据预测模型,用于提前维护和按需保障航材,能起到对飞机故障的事先控制以保障安全,及降低航材使用成本的作用。

如果将航空公司的数据比喻为水,那么打开数据之门,构建数据之路,夯实数据之池,数化万物及功能融合就似开门、建路、蓄水、融水,而数据的运用之妙则体现了水利万物。

在充分利用航空数据的基础上,我们必将迎来智慧航空的人工智能、区块链、云计算,这需要我们全面、深度地分析航空企业地面管理流程、飞机潜在能力,并结合新兴技术的本质内涵,大胆探索并因地制宜地实施。(周星宇 作者单位:四川航空股份有限公司)

责任编辑:xinglu_bs
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