民用飞机试飞安全监控地面任务站设计

周慧楠 席龙

中国飞行试验研究院 西安 710089

摘要：民用飞机适航审定试飞是一项高风险、周期长和投资多的系统工程，为确保飞行安全、降低试飞风险，需要在试飞过程中对飞机进行安全监控。以地面任务站设计规划为牵引，以提高地面任务站的能力为目标，针对民用飞机安全监控、危险告警、数据管理和数据挖掘四方面需求，设计了民用飞机试飞安全监控地面任务站，从功能定义、系统设计和布局规划等多个维度详细分析了地面任务站的建设过程，具有较高的工程指导作用。

关键词：飞行试验；安全监控；地面任务站；设计规划

1 引言

随着航空电信网的不断升级，通信带宽随之变大，地面可实时感知的飞行参数范围也不断扩大，地面监控管理中心不仅要对区域内所有飞机综合信息进行全面监控，还要完成数据实时分析、实时预测和大量存储等工作，通过海量飞行数据收集、管理和挖掘，不断提高飞机安全状态分析、性能分析和故障诊断识别等能力。

2 安全监控地面任务站需求分析

2.1 飞行安全监控

纵观飞机状态监控技术的发展可见，早期对于飞行安全的实时监控以安全为最终目的，监控的对象较为分散，通常都选取事故多发部件作为单一监控目标。为适应航空产业的发展，地面监控管理中心要向着全方位、智能化、大数据的方向发展，飞行安全监控不只针对包括对飞机平台的参数，同时还要对飞行员的生理心里状态，飞机当前飞行环境等进行实时监测。

2.2 危险告警与评估

当飞行员状态、飞行品质或飞行环境不佳，超出安全门限值时，安全监控系统会发出告警，显示危险等级，地面相关安全监控人员评估当前的飞行状况，制定特情处置预案，给出解决措施建议，将风险降到最小化。

2.3 数据收集与管理

地面任务站作为一个大数据中心，要将飞机平台参数、飞行员状态参数和环境参数等进行收集与存储，作为历史航班数据。随着历史航班数据的不断积累，可以形成一个完整的“历史专家”，给出某项指标的经验评估。

2.4 数据挖掘

根据飞行大数据的特点开展飞行数据挖掘工作，从不同的专业技术角度，有针对性地进行飞行数据的分析、统计、深入研究，不仅有助于排故、维修、诊断，也能够对飞机运行趋势进行预测。同时飞行数据挖掘可以不断完善历史数据建立的经验模型，可以很大程度上提高飞行的安全，并且会带来很高的经济效益。

3 安全监控地面任务站功能设计

地面监控管理中心应包括如下几个功能模块：

1、对已确定的监控对象，建立相应的状态分析、诊断模型，该模型可以验证所接收数据是否在包线范围内，确定当前飞行员和飞机状态，并接受历史数据样本对模型性能的测试和修改；

2、建立功能完善的数据库系统，作为历史专家知识，由于历史航班数据是不断累积的，因此，需要定期对地面监控系统中的模型再训练，使得模型在对实时飞行数据样本进行监控分析时，能够准确识别子系统所处状态；

3、建立相关参数综合评估模块，该功能主要是对通过诊断模型检测后的飞行参数进行综合判断与评估，对于不再安全范围内的参数评定危险等级，给出相关特情处置建议；

4、提供简洁合理的监控画面，可以实现飞行员和飞机参数的显示，飞机故障显示及提示音，危险告警显示及提示音，以及危险情况下的相关特情处置建议显示，危险级别的告警设置位置要醒目，提示音清晰可辨。

4 安全监控地面任务站布局规划

地面监控管理中心的布局应该简单合理、安全可靠，共分为5个区域：

1、飞行员心里生理状态监控区域相关参数包括心率、呼吸率、体温等，在监控到异常时主动向地面发送告警提示，航医等地面监控人员获取实时信息并进行监控，评估飞行员实时生理心理状态，从而最终降低人为因素对飞行安全带来的潜在风险；

2、飞机飞行状态监控区域相关参数包括飞机高度速度参数、姿态参数、飞控参数、发动机参数、襟翼参数等。在监控到异常时具有告警显示，并伴随提示音，地面监控和指挥人员评估飞机当前状态，制定特情处置预案，给出飞行员合理操作建议，将危险降到最低；

3、飞机飞行环境监控区域包括航路飞行时气压、气温、大气密度、风速风向、积云、能见度、结冰等相关气象参数。在监控到异常天气时发出警告提示气象监控人员，做好预防措施，同时地面监控人员也可以将航路上气象信息发送给其它飞机作为参考；

4、航班动态信息监控区域包括运行计划、机组排班、旅客信息、货运信息、延误情况和飞机状况等参数。该部分主要向地面监控人员提供航班的动态信息，机上乘客也可共享航班动态信息。

5、综合监控区域可以调显上述四个区域，当飞行员状态、飞机状态或是飞行环境出现异常时，综合监控区域可以实时关注飞机的动态，以最醒目、最直接的方式呈现给地面监控人员。

5 结束语

本文分析了民用飞机适航审定试飞过程中对于安全监控的需求，并针对安全监控、危险告警、数据管理和数据挖掘四方面需求给出了地面任务站详细设计方案，对地面任务站的功能进行了模块化分解，明确了功能定义，并对地面任务站的布局进行了规划，提高了人机交互能力。

作者简介:

周慧楠（1988年10月），女，汉族，黑龙江省安达市人，现职工程师，2014年毕业与哈尔滨工程大学，获硕士学位，现从事综合航电试飞工作。