CN105843906A - 一种用于飞机实时空地数据的收发和处理的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于飞机实时空地数据的收发和处理的系统，所述系统包括：报文解码模块，其用于接收从ACARS下传的报文数据，并根据报文解码模板对其进行报文解码；报文编码模块，其用于接收需要通过ACARS上传的报文数据，并根据报文编码模板对其进行报文编码；航后数据处理模块，其用于接收航后数据包，并基于所述航后数据包进行监控。

Description

一种用于飞机实时空地数据的收发和处理的系统

技术领域

本发明涉及一种用于飞机实时空地数据的收发和处理的系统。

背景技术

C919大型客机实时监控与故障诊断系统是以飞机机载系统为监测对象和信息来源，在收集飞机实时空地ACARS数据链和航后无线数据基础上，实现对航空公司机队的实时监控以及故障诊断等功能，为中国商飞建立基于状态的维修能力，监控COMAC全球机队，并对飞机各个系统进行长期的趋势分析，从而对飞机的健康状态进行监控和管理，最终提高飞机的利用率，降低飞机运营和服务成本。

图1示出了数据收发与处理的总体结构逻辑图。该方法主要用于接收飞机飞行中实时下传的ACARS链路数据，以及航后的QAR数据等。一方面实时解析和存储，另一方面传输至系统各业务模块调用。同时，还通过ACARS上行链路实现对命令的配置和编码上传，用于支持地面人员实时向飞机请求所需要的飞行数据。

数据收发与处理方法是整个实时监控与故障诊断系统运行的关键和基础，是实时监控和故障诊断的原始驱动力。系统需要实时接收空地链路下传的报文，并根据报文具体格式定义进行解码，然后将解码后的数据存储在数据库中，报文源文件则保存在文档服务器中。在报文解码完成的同时，系统自动将解码报文发送给需要的模块或系统进行后续处理。

发明内容

根据本发明提出了一种用于飞机实时空地数据的收发和处理的系统，所述系统包括：报文解码模块，其用于接收从ACARS下传的报文数据，并根据报文解码模板对其进行报文解码；报文编码模块，其用于接收需要通过ACARS上传的报文数据，并根据报文编码模板对其进行报文编码；航后数据处理模块，其用于接收航后数据包，并基于所述航后数据包进行监控。

优选地，所述报文解码模块被进一步配置为：-定义接收所述报文数据的接口，并且经由所述接口接收所述报文数据；并且对所述报文数据进行报文解码进一步包括：-拆分所述报文数据；-对经拆分的报文数据进行报文数据解码合法性验证并且解析报文头；以及-根据所述报文头，指定对应的报文解码模板对报文和报体进行解析。

优选地，所述报文解码模块被进一步配置为：当解码成功时，则在报文解码日志管理中订阅所述报文；以及当解码失败时，则发送第一失败信息给操作人员。

优选地，所述报文解码模块被进一步配置为：当成功接收所述报文数据之后，将所订阅的报文发送给所述操作人员。

优选地，所述报文解码模块被进一步配置为：对经解码的报文数据进行归类和分发，并且配置将要存储所述经解码的报文数据的子系统数据库。

优选地，所述报文编码模块被进一步配置为：-编写报文内容并且制定所述报文编码模板，以对所述报文数据进行报文编码；-拍发所述报文数据，其中在拍发所述报文数据时判断报文编码是否通过，并且其中，如果通过则订阅报文，否则发送第二失败信息给操作人员；以及-定义供应商接收接口，以为所述系统接收反馈报文。

优选地，所述航后数据模块进一步配置为对所述航后数据包进行拆分、解析数据和分开存储操作。

优选地，所述系统还包括：报文模板管理模块，其用于对各种格式的报文数据进行处理，并获得统一格式的报文数据。

优选地，所述系统还包括数据库，其用于对所述报文数据进行分类，并且根据所述报文数据的类型将所述报文数据存储在应用服务器内存、数据库系统或文件存储系统中。

优选地，基于分割存储机制来配置所述数据库，以将所述数据库划分成位于多个不同的数据库的多个部分。

优选地，所述数据库被划分为实时ACARS数据库和航后数据库，并且在数据率增长时，对所述数据库进行进一步划分，以使得每个划分后的数据库的数据量保证在预定范围中。

优选地，所述数据库基于预定的压缩存储机制来存储参数数据，其中所述预定的压缩存储机制包括：-在所述参数数据发生变化的时候存储所述参数数据，否则不存储；和/或-针对不同参数数据的不同采样周期，在所述数据库中为每个参数数据建立一个数据表。

优选地，在所述数据库中，通过主从复制的方式来同步所述数据库中的数据，并且将所述数据库设置为读写分离。

根据本发明的数据的收发和处理的方法和系统能够达到对目前主流机型各类ACARS报文以及航后数据的高效解码、译码和分类存储，提高了整个地面系统的兼容性，实现了平台的跨主制造商跨机型的兼容，统一了航空公司地面数据处理平台，降低了航空公司的运营和维护成本。

本发明的各个方面将通过下文中的具体实施例的说明而更加清晰。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1示出了数据收发与处理的总体结构逻辑图；

图2示出了数据收发与处理的总体架构图；以及

图3示出了根据本发明的一个实施例的用于飞机实时空地数据的收发和处理的系统的业务流程示意图。

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相对应的部件或特征。

具体实施方式

如图2所示，数据收发与处理的系统的总体组成主要包括以下模块：

a)报文模板管理：本模块根据报文模板，对各种格式的飞机数据报文进行处理，并获得统一格式的飞机参数，从而达到各种飞机数据报文格式的统一。

b)报文解码：本模块实时准确地接收ACARS下传的报文数据，并根据报文类型和模板对其进行正确解码，准确获取报文内信息，驱动实时监控功能各子程序的应用。

c)报文编码：用户实时将需要通过ACARS上传的数据传送至报文编码模块，根据报文类型和模板对其进行正确编码。

d)报文数据字典管理：本模块用于维护系统常用数据格式及维护参数，增强系统可扩展性，降低系统由于需求变更所带来的维护成本，因此数据字典在系统中占有举足轻重的位置。数据字典包括常用的参数维护和数据值维护。

e)航后数据处理：该模块是实时监控与故障诊断系统的扩展数据监控接口，该接口能够接收经航后数据处理系统(如航空公司常用的QAR译码软件)按预先协调的方法处理后的输出数据，并利用这类数据进行监控应用。例如监控系统的安全性，飞机是否安全等。

图3示出了根据本发明的一个实施例的用于飞机实时空地数据的收发和处理的系统的业务流程示意图。

a)报文解码模块包括：

-接收数据：该功能点处理方式，先定义接收的接口，然后以网络TCP协议方式进行传输数据。

-报文数据解码：在报文解码时，必须先拆分报文数据，判断报文解码数据的合法性，同时根据报文头、指定对应的模板进行报文、报体的数据解析。当解码成功，则可以在报文解码日志管理中订阅指定的报文。否则解码失败，则调用短信、邮件接口发送失败信息给相关负责人。在此过程中，也可以对报文解码模块同时进行进一步的编辑。

-报文到达通知：当系统成功接收报文数据之后，可以将订阅报文发送相关负责人，以短信、邮件接口方式调用。

-报文数据分发：报文解码后归类，配置将要存储的子系统数据库，调用其它子系统接口执行后续相应的操作。

b)报文编码模块包括：

-报文数据编码：该功能项主要用于发送上行报文时，报文数据的编码操作，当报文编码时，需要包含报文内容编写和报文编码模板的制定。

-指定上行模板：用户通过模板信息维护定制相关的上行报文模板，并且定义的模板需要区分历史模板和现行模板。

-报文数据拍发：当报文拍发时，需要配置拍发的报文信息，配置完成后进行拍发操作，但是在拍发的同时需判断拍发报文编码是否通过，通过则可以订阅拍发成功报文，否则调用短信、邮件接口告知相关负责人失败原因。

-DSP供应商接收接口定义：此功能需要定义接口处理方式，为系统接收反馈报文做基础。

c)航后数据处理模块：当飞机着陆之后，会接收到一个航后数据包，其获取航后数据包之后进行拆分数据包、解析数据、分库存储操作。

数据库设计

逻辑结构设计

根据整个实时监控与故障诊断系统的业务应用特点，整个系统的数据体系按照核心数据对象的不同可以划分为：

a)用户数据对象：主要是指不同用户的使用权限以及偏好设置；

b)飞机数据对象：主要是指以飞机为核心的数据，包括飞机机队的基本信息以及飞机运行和维护的各类数据；

c)系统数据对象：以实时监控与故障诊断系统各应用模块为核心的基础数据、配置数据以及目志数据的集合。

数据收发和处理平台是飞机数据的主要来源，其所涉及的数据对象主要包括：

a)报文文件对象，主要包括的数据实体有：

故障报文(CFD报)；

事件报文(DFD报)；

OOOI报；

用户自定义报；

上传报文。

b)知识库数据对象，主要包括的数据实体有：

报文拆分模版，即机上报文的拆分规则；

报文输出模版，即机上报文的展示规则；

报文上传模版，即上传到机上的报文的编码规则。

c)飞机运行数据对象，主要包括的数据实体有：

警告记录信息，来自机上的超限等警告信息；

FDE记录信息，来自机上的故障信息；

位置记录信息，来自机上的位置报；

勤务记录信息，来自机上或地勤的信息；

参数记录信息，来自机上的各个分系统的数据快照；

航后数据，来自机上QAR等数据源的飞机全航段运行信息。

上述几种数据对象中，报文文件为文件数据，知识库数据为静态数据，而飞机运行数据为动态数据。

存储策略

根据以上各种数据对象的动静态特性分析，为了提高数据的响应性能，满足系统高并发的性能需求，将各个数据对象分析存储到应用服务器内存、数据库系统和文件存储系统中。

a)对于原始的报文文件对象，由于访问响应时间要求较低，查询频度较低，以及访问响应时间要求低，采用分布式文件数据库(文件存储系统)，充分利用其存储容量大、使用经济的优势；

b)对于知识库数据对象以及运行数据对象(最近10个航段的ACARS数据链数据)，由于访问响应时间要求高，并且多在业务使用时访问更新频度高，采用应用服务器内存数据库管理，以便大幅提高效率。

c)对于其他访问时间要求一般的数据，比如运营数据对象中的历史ACARS数据以及航后连续记录数据，在业务服务时访问更新频度也比较高，采用在传统磁盘上运行的关系型数据库进行管理，以便综合效率和较大的容量。

存储机制

当数据库中的数据量到达一定程度(如数据量超过1GB)时，对数据库的读和写将耗费大量的系统资源，同时查询统计效率也将降低40到50％。为了缓解海量数据下，单一数据库的性能问题，在数据库存储机制上，引入分割存储机制，把单一数据库划分成多个部分放到不同的数据库上，从达到提升数据库处理性能的目的。

对于数据收发与处理的飞机运行数据，尤其是航后数据，单个数据实体中未来保存的数据将非常多，有可能会达到PB级别。如此海量的数据在将来有可能需要通过单台数据库主机来承担其负载，所以需要按照预定规则将单个数据实体中的数据分割到多个数据表中，即实现对数据库的分割。

根据运行数据的时间特性，首先可以将整个平台数据库分割为实时ACARS数据库和航后数据库。对于分割后的两个数据库，其数据量也必然随着时间不断增长。因此，在必要时，需要进一步对其进行分割，保证每个区的数据量在一定的范围内。

a)对于实时ACARS警告、故障等记录型数据，采用按照分系统的原则将数据分成多个数据区；

b)对于实时ACARS快照数据，也可以采用分系统的原则进行分割；

c)对于航后数据库中数据，其中未通过ACARS下传的警告，故障以及快照数据，可以与上述的通过ACARS下传的数据进行合并，并存储在对应的数据库中。对于其中的连续记录的参数数据，采用特定的压缩存储机制。

对于诸如温度、压力等连续记录的参数数据，采取以下压缩存储机制：

a)变化存储的压缩存储机制，即在数据发生变化的时候存储这个值，如果不变化就不存储；

b)针对不同参数的不同采样周期，在数据库中为每个连续型参数建立一个数据表。这一方面查询时可以根据表名命名规则，直接定位参数对应的数据表，减少查询时表的连接的个数，提高效率；同时还可以避免多个参数一张数据表时，各个字段数据的存在无效数据的情况，减少数据占用的存储空间。

访问机制

整个数据收发和处理方法对数据库的压力，都来自于读操作，即在系统性能指标中的每秒1000次并发访问中，读的频率远大于写的频率。如果将读写操作集中于单台服务器，数据库的性能将随着数据量的增大和并发的增多而急剧下降。

为了提升数据库的响应能力，系统采用“主从复制、读写分离”的数据库访问机制，即通过主从复制的方式来同步数据，再通过读写分离来提升数据库的并发负载能力。

应用情况与前景分析

通过对厦门航空上百架波音飞机机队的真实运行数据的收发和处理，本方法能够实现对其中不同机型的各类下行ACARS报文的解码，上行ACARS报文派发以及航后数据的高效采集，拆分以及分类存储。其数据库设计可以支持地面系统各个应用功能模块为厦门航空各个部门提供服务。

根据本发明的用于飞机实时空地数据的数据收发和处理的方法和系统能够达到对目前主流机型各类ACARS报文以及航后数据的高效解码、译码和分类存储，提高了整个地面系统的兼容性，实现了平台的跨主制造商跨机型的兼容，统一了航空公司地面数据处理平台，降低了航空公司的运营和维护成本。

需要说明的是，上述实施例仅是示范性的，而非对本发明的限制。任何不背离本发明精神的技术方案均应落入本发明的保护范围之内，这包括使用在不同实施例中出现的不同技术特征，方法可以进行组合，以取得有益效果。

Claims (13)

1.一种用于飞机实时空地数据的收发和处理的系统，所述系统包括：

报文解码模块，其用于接收从ACARS下传的报文数据，并根据报文解码模板对其进行报文解码；

报文编码模块，其用于接收需要通过ACARS上传的报文数据，并根据报文编码模板对其进行报文编码；

航后数据处理模块，其用于接收航后数据包，并基于所述航后数据包进行监控。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述报文解码模块被进一步配置为：

-定义接收所述报文数据的接口，并且经由所述接口接收所述报文数据；并且对所述报文数据进行报文解码进一步包括：

-拆分所述报文数据；

-对经拆分的报文数据进行报文数据解码合法性验证并且解析报文头；以及

-根据所述报文头，指定对应的报文解码模板对报文和报体进行解析。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述报文解码模块被进一步配置为：

当解码成功时，则在报文解码日志管理中订阅所述报文；以及

当解码失败时，则发送第一失败信息给操作人员。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述报文解码模块被进一步配置为：当成功接收所述报文数据之后，将所订阅的报文发送给所述操作人员。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述报文解码模块被进一步配置为：对经解码的报文数据进行归类和分发，并且配置将要存储所述经解码的报文数据的子系统数据库。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述报文编码模块被进一步配置为：

-编写报文内容并且制定所述报文编码模板，以对所述报文数据进行报文编码；

-拍发所述报文数据，其中在拍发所述报文数据时判断报文编码是否通过，并且其中，如果通过则订阅报文，否则发送第二失败信息给操作人员；以及

-定义供应商接收接口，以为所述系统接收反馈报文。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述航后数据模块进一步配置为对所述航后数据包进行拆分、解析数据和分开存储操作。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

报文模板管理模块，其用于对各种格式的报文数据进行处理，并获得统一格式的报文数据。

9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括数据库，其用于对所述报文数据进行分类，并且根据所述报文数据的类型将所述报文数据存储在应用服务器内存、数据库系统或文件存储系统中。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，基于分割存储机制来配置所述数据库，以将所述数据库划分成位于多个不同的数据库的多个部分。

11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述数据库被划分为实时ACARS数据库和航后数据库，并且在数据率增长时，对所述数据库进行进一步划分，以使得每个划分后的数据库的数据量保证在预定范围中。

12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述数据库基于预定的压缩存储机制来存储参数数据，其中所述预定的压缩存储机制包括：

-在所述参数数据发生变化的时候存储所述参数数据，否则不存储；和/或

-针对不同参数数据的不同采样周期，在所述数据库中为每个参数数据建立一个数据表。

13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，在所述数据库中，通过主从复制的方式来同步所述数据库中的数据，并且将所述数据库设置为读写分离。