CN110489379B - 飞行器试飞综合显示及数据分析评估平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种飞行器试飞综合显示及数据分析评估平台，所述飞行器试飞综合显示及数据分析评估平台应用基于B/S架构，采用Django框架实现。该平台可以将试飞产生的海量图像和信息数据通过网页进行上传，上传的试飞图像与信息文件存储在分布式集群存储系统里，与试飞图像相关的信息存储在数据管理服务器中，并对平台内部提供统一的接口供不同的功能模块调用。平台还可以对已经上传的试飞图像进行在线浏览，并且能够回放红外搜索跟踪系统真实试飞视频图像，以满足对红外探测器和目标信息处理软件的开发及验证要求。相应的数据分析评估主要是对算法模型输出结果进行分析、显示和从总线记录数据中识别产品的操作流程，并且可以根据总线记录数据和GPS数据，计算跟踪模式下目标跟踪精度，并在页面上进行显示。最终根据飞行器试飞产生的数据和分析所得的数据生成相应的报告。

Description

飞行器试飞综合显示及数据分析评估平台

技术领域

本发明涉及飞行器试飞产生的自定义视频图像数据和信息处理领域，应用了信息技术、计算机技术、网络技术以及流媒体等技术，主要涉及海量文件上传与下载、数据解析处理分析可视化、视频在线回放等。

背景技术

试飞数据处理是试飞工作的重要组成部分。首先，通过数据处理可得出飞行试验的结果，其次，由于在实际试飞中，试飞试验取得的只是一些离散的点，很多性能数据需通过试飞数据计算得到，这些计算得到的结果将同样作为取证的依据，如通过试飞数据得到的极曲线可用于校验并修正风洞试验的结果，修正后的极曲线可用于计算爬升梯度、巡航性能等数据，因此在整个性能试飞中往往安排较多的飞行架次进行极曲线试飞。试飞数据处理工作也是基于此产生的。

飞行试验是在真实飞行环境下进行的各种试验。飞行试验具有3个显著特点：风险大、周期长、测试数据量大。尤其是测试技术的不断发展导致测试数据量的爆炸性增长，现在一个飞行架次动辄就是几GB，几十甚至上百GB的数据，试飞数据的海量化成为未来发展的必然趋势。海量试飞图像与信息数据的存储与管理已经成为影响数据处理效率的主要瓶颈。

国内面对海量的试飞数据，目前大都采用操作系统自带的普通文件传输方式，这种方式导致数据传输效率低，传输过程不可控，极大地影响了数据处理的效率。近年来无线网络的发展和广泛应用，受到飞行试验传输界的重视。飞行试验数据处理系统已朝网络化方向发展。在试飞图像与信息数据处理和管理网络化的背景下，试飞图像的在线显示、回放技术，试飞数据分析评估成为确保现代飞机试飞安全、研究试飞过程中飞行状况的有效手段之一。

发明内容

本发明为飞行器试飞综合显示及数据分析评估平台，该平台可以将试飞产生的海量图像数据和信息进行上传，上传的试飞图像与文件数据存储在分布式集群存储系统里，对已有的试飞图像进行在线浏览，并且能够回放红外搜索跟踪系统真实试飞视频图像，以满足对红外探测器和目标信息处理软件的开发及验证要求。飞行器试飞综合显示及数据分析评估平台主要的功能有：

信息存储功能

平台的信息数据库存储在数据管理服务器中，试飞图像文件及试飞信息文件等存储在外部分布式文件系统中，本发明设计了图像与信息存储功能来实现对不同数据库的访问，并对平台内部提供统一的接口供不同的功能模块调用。

试飞信息管理功能

试飞信息管理功能的主要作用是提供试飞信息文件上传界面和试飞信息录入界面，并在平台内部根据试飞信息文件的格式解析出与试飞图像相关联的信息并加以存储和管理。

试飞图像管理功能

试飞图像管理功能的主要作用是支持用户在网页中对试飞图像进行上传和下载，并在平台内部使用数据库对试飞图像文件进行信息管理，在需要时通过分布式文件系统的接口进行相应调用。

试飞图像在线回放功能

试飞图像在线回放功能的主要作用是对存储在分布式文件系统中的自定义格式的试飞图像实体进行调用，在格式解析后进行在线浏览，并支持按照指定区间截取视频。

算法模型输出结果分析及显示功能

算法结果精度分析与显示功能的主要作用是对算法模型输出结果进行分析、显示和从总线记录数据中识别产品的操作流程。

算法验证评估功能

算法验证评估功能的主要作用是根据总线记录数据和GPS数据，计算跟踪模式下目标跟踪精度，并在页面上进行显示。

试飞报告生成功能

报表生成功能的主要作用是根据已有的试飞记录、算法结果等信息，按照固定的格式生成试飞报告。

本发明的优点在于：

(1)本平台采用B/S架构，比起C/S架构具有系统轻便，实时性强，可移植性强，可扩展性强的特点；

(2)单个大文件上传时，进行切片上传操作。可以根据上传文件的体积大小，或者文件的类型来划分文件，此后自动设置数据切片的规格，以保证传输数据效率的最大化，减小服务器压力；

(3)数据传输基于Websocket协议，具有较少的控制开销，能在短时间内更多次地传递数据，延迟明显更少，播放视频图像时网络带宽消耗小，降低服务器的压力，达到更好的用户体验；

(4)能够根据预设的产品格式从总线数据文件中识别出操作流程，并以流程图的形式直观地显示，方便用户快速定位到流程变更的时间和相应的指令； (5)跟踪进度计算结果可以直观地显示在界面上，由于是对数据分块加载渲染，能够展现千万级的数据量，并且在这个数据量级依然能够进行流畅的缩放平移等交互。

附图说明

图1为本发明提供的平台软件架构图；

图2为本发明提供的Django框架职责图；

图3为本发明提供的试飞图像上传界面；

图4为本发明提供的在线回放整体技术框图；

图5为本发明提供的操作流程识别流程图；

图6为本发明提供的跟踪精度折线图；

图7为本发明提供的试飞报告模板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的飞行器试飞综合显示及数据分析评估平台进行详细说明。

图1是飞行器试飞综合显示及数据分析评估平台的软件架构图。平台主要功能有：试飞图像管理功能、试飞信息管理功能、试飞图像在线回放功能、算法验证评估功能、算法模型输出结果分析及显示功能。后两个功能独立做成相应的模块。整个平台内通过信息存储功能来实现对不同数据库的访问，软件的数据库存储在管理服务器本地，试飞图像与信息文件等存储在分布式文件系统中。

飞行器试飞综合显示及数据分析评估平台基于B/S架构，采用Django框架进行开发，如图2所示。Django是基于开源脚本语言Python的开源Web框架，采用模型(model)、视图(view)及控制器(control)的MVC设计模式。基于此设计模式的系统中所有组件都是解耦合的，构成网站的每个Web应用都可以独立更改而不影响其它部分的使用。又因为Django底层基于开源的Python语言开发，所以服务器后端可以更灵活地使用基于Python的脚本与算法，大幅简化了不同平台算法的移植难度。本发明采用关系型数据库MySQL，部署在web服务器上，该数据库具有体积小、速度快且成本低的特点，可运行在各种版本的UNIX及非UNIX系统上，非常适于中小型网站应用。Django对MySQL提供了良好的支持和封装。

平台内部使用Python编程语言定义一系列完整的实体模型类，每个实体模型类均包含各字段完整的定义，如字段名称、字段类型、描述信息等，最终使用 ORM技术将对象的属性定义映射到数据库的表格字段上，提高开发效率，减少直接使用SQL查询语句可能出现的潜在安全问题。Django中内嵌了ORM框架，不需要直接面向数据库编程，而是定义模型类，通过模型类和对象完成数据表的增删改查操作。直接在软件本地数据库对试飞信息实体进行建模，建立试飞信息实体表。通过设置类属性“外键”的形式表现不同层级间数据的交联关系，极大地降低了数据库的配置难度及维护成本。

试飞信息管理功能的主要作用是提供试飞信息文件上传界面和试飞信息录入界面，并在平台内部根据试飞信息文件的格式解析出与试飞图像相关联的信息并加以存储和管理。本发明设计覆盖所有试飞信息字段的表单，由用户在信息录入界面进行手动输入，模块对输入进行验证后，存储至软件内部数据库。对于试飞信息文件以及某些可以导入的文件，设计相应的文件上传按钮，点击后自动执行后台操作逻辑。本发明中由于试飞信息量较大，所以试飞信息录入的主要方式是上传试飞信息文件。在用户上传的过程中应当判断上传文件的格式是否符合要求。若符合要求即进行文本解析后再将文件存入分布式文件系统，获取其地址，以便后续进行更详细的试飞信息的调用。按照飞行器生成的特定的数据格式对试飞文件进行解析，并按照数据库内部的表格结构将解析后的数据存入软件内部数据库。目前文件的格式可以为XML、JSON或是任意符合特定格式的文本文件。对于用户提供的JSON文件，使用json.dumps方法把数据类型转换成字符并存储在文件中，使用json.loads方法把文件打开从字符串转换成数据类型。使用 json.loads方法解码JSON数据，该函数返回Python字段的数据类型，再将与试飞相关的数据录入试飞信息实体表模型中，存入软件内部数据库。对于用户提供的XML文件，使用SAX解析XML文档。SAX是一种基于事件驱动的API。利用 SAX解析XML文档牵涉到两个部分：解析器和事件处理器。解析器负责读取XML 文档，并向事件处理器发送事件,如元素开始与元素结束事件，而事件处理器则负责对事件作出响应,对传递的XML数据进行处理。对于处理大型文件，只需要文件的部分内容，或者只需从文件中得到特定信息。从而建立自己的对象模型，对应到试飞信息实体表模型中存入软件内部数据库。

试飞图像管理功能的主要作用是支持用户在网页中对试飞图像进行上传和下载，并在平台内部使用数据库对试飞图像文件进行信息管理，上传界面如图3 所示。在试飞图像文件进行上传的时候，由于考虑到文件可能会比较大，导致耗时较长，本发明在上传时先将文件进行切片，这样便会降低单个大文件给系统带来的开销。在上传时先传输切片，如果所有文件切片都成功发送，则发送文件合并请求，并提示文件上传完毕。如果用户误操作，则提示没有文件上传。由于所需上传的文件种类和大小不同，在对文件进行切片时若切片规格设置相同则会影响传输效率。本发明对不同的文件设置不同的切片规格以确保传输效率最大化。对于上传的试飞图像视频等文件，由于文件体积较大，单个文件为1-3G大小，设置其切片规格为256M，切片数量为单个文件体积/切片规格。对于上传的试飞信息文件或试飞报告文件，由于文件体积较小，单个文件一般不会超过100M，设置其切片规格为10M，切片数量为单个文件体积/切片规格。在上传文件时，平台首先判断上传文件的体积大小，或者根据文件的类型来划分文件，此后自动设置数据切片的规格，以保证传输数据效率的最大化。在上传任务的处理中大规模使用缓存池技术，即上传文件时首先检查缓存池中是否存在上传对象，如果已存在则直接使用缓存池中的上传对象。在文件上传完后将上传对象回收到缓存池中。这一特性使得用户在上传海量文件时不用再频繁创建上传对象，同时内存占用将变得更低。

自定义格式试飞视频图像实时在线回放技术主要包括自定义视频图像文件解析技术、标准二进制图片生成技术、数据实时传输技术、图像接受并编号技术、动态调整数组大小技术和缓存机制。如图4所示。首先利用自定义视频图像文件解析技术读取数据库文件服务器中的用户自定义格式的试飞视频图像，并动态加载相对应的不同文件解析脚本。根据获得的信息生成标准二进制图片，并利用数据实时传输技术将图片发送给前端，前端网页接受图片并进行编号，部分图像数据保存在动态数组里，部分图像数据缓存在客户端本地，在需要回放时进行相应调用。最后利用定时器机制实现图片的视频播放效果。其中，自定义视频图像文件解析和标准二进制图片生成在服务器端完成；图像接受并编号技术、动态调整数组大小技术和缓存机制在客户端完成。二进制数据利用网络传输。

算法结果精度分析与显示功能的主要作用是对算法模型输出结果进行分析、显示和从总线记录数据中识别产品的操作流程。平台读取总线记录中的数据，按照飞行器生成的特定的数据格式识别出产品的操作流程。具体为对试飞信息文件进行解析后，从中查询到产品操作流程属性，读取其中的数值。一般来说，不同的操作动作由相应的指令代码表示，比如说搜索指令由指令A表示，跟踪指令由指令B表示，跟踪丢失指令由指令C表示等等。只需要从试飞信息文件中读取相应的指令代码序列，并进行相应的解码便可还原出所对应的操作动作指令。由操作动作指令序列可以生成对应的流程图，方便观看。根据从总线记录中的数据识别出的操作流程，在界面上以流程图的形式显示，如图5所示。

算法验证评估功能的主要作用是根据总线记录数据和GPS数据，计算跟踪模式下目标跟踪精度，并在页面上进行显示。根据飞行器生成的特定的数据格式，从总线记录数据和GPS数据中读取相应的信息，先做时间对准插值。由于总线记录数据和GPS数据是每隔一定的时间进行记录的，并不是时间的连续函数，而是一个个关于时间的离散的点。想要得到数据与时间之间的内在规律和解析表达式，本发明选用线性插值法来得到连续时间的数据。线性插值相比其他插值方式，如抛物线插值，具有简单、方便的特点。接着用经纬度和姿态计算相对位置和角度。最后将计算出的数据与总线记录的角度对比得到精度。对精度进行计算后，在网页界面上通过曲线图等常见统计图表显示精度信息，完成算法评估结果的显示，如图6所示。

试飞报告生成功能的主要作用是根据已有的试飞记录、算法结果等信息，按照固定的格式生成试飞报告。针对试飞报告中可能出现的内容进行建模，将试飞报告中的元素拆分成元素，保存至键值对中。对于文字类的试飞报告，使用 Jinja2模板系统对试飞报告进行渲染生成，其中模板中的元素可以与试飞报告键值对对应。对于其他类的试飞报告，如pdf、docx等，则使用第三方文件操作库，使用不同的模板，读取相应的键值对内容进行单独生成，整个过程如图7所示。以生成word格式的试飞报告为例，可以利用Python中的第三方库docx将试飞信息写入word文档。利用docx.Document函数可以创建并打开word文档，利用document.add_table函数可以将试飞信息以表格的形式插入到word文档中。此外，还可以进行格式，字体等的调整，最后利用save函数进行文档保存，将保存的word文件存入分布式文件系统中以供下载。

Claims (5)

1.飞行器试飞综合显示及数据分析评估平台，其特征在于，所述飞行器试飞综合显示及数据分析评估平台应用基于B/S架构，采用Django框架实现；该平台包括：信息存储功能、试飞信息管理功能、试飞图像管理功能、试飞图像在线回放功能、算法模型输出结果分析及显示功能、算法验证评估功能和试飞报告生成功能；

所述信息存储功能能够将试飞产生的海量图像和信息数据通过网页进行上传，上传的试飞图像与信息文件存储在分布式集群存储系统里，与试飞图像相关的信息存储在数据管理服务器中，并对平台内部提供统一的接口供不同的功能模块调用；试飞图像在线回放功能能够对已经上传的试飞图像进行在线浏览，并且能够回放红外搜索跟踪系统真实试飞视频图像，以满足对红外探测器和目标信息处理软件的开发及验证要求；算法模型输出结果分析及显示功能能够对算法模型输出结果进行分析、显示和从总线记录数据中识别产品的操作流程，算法验证评估功能能够根据总线记录数据和GPS数据，计算跟踪模式下目标跟踪精度，并在页面上进行显示；试飞报告生成功能能够根据飞行器试飞产生的数据和分析所得的数据生成相应的报告；

所述试飞图像在线回放功能包括：首先利用自定义视频图像文件解析技术读取数据库文件服务器中的用户自定义格式的试飞视频图像，并动态加载相对应的不同文件解析脚本；根据获得的信息生成标准二进制图片，并利用数据实时传输技术将图片发送给前端，前端网页接受图片并进行编号，部分图像数据保存在动态数组里，部分图像数据缓存在客户端本地，在需要回放时进行相应调用；最后利用定时器机制实现图片的视频播放效果；其中，自定义视频图像文件解析和标准二进制图片生成在服务器端完成；二进制数据利用网络传输。

2.根据权利要求1所述的飞行器试飞综合显示及数据分析评估平台，其特征在于，所述试飞信息管理功能包括：设计覆盖所有试飞信息字段的表单，由用户在信息录入界面进行手动输入，模块对输入进行验证后，存储至软件内部数据库；对于试飞信息文件以及某些能够导入的文件，设计相应的文件上传按钮，点击后自动执行后台操作逻辑；在用户上传的过程中判断上传文件的格式是否符合要求；若符合要求则进行文本解析后再将文件存入分布式文件系统，获取其地址，以便后续进行更详细的试飞信息调用；按照飞行器生成的特定的数据格式对试飞文件进行解析，并按照数据库内部的表格结构将解析后的数据存入软件内部数据库；目前文件的格式能够为XML、JSON或是任意符合特定格式的文本文件。

3.根据权利要求1所述的飞行器试飞综合显示及数据分析评估平台，其特征在于，所述试飞图像管理功能包括：在上传时先将文件进行切片，这样便会降低单个大文件给系统带来的开销；在上传时先传输切片，如果所有文件切片都成功发送，则发送文件合并请求，并提示文件上传完毕；如果用户误操作，则提示没有文件上传；由于所需上传文件的种类和大小不同，在对文件进行切片时若切片规格设置相同则会影响传输效率；在上传文件时，平台首先判断上传文件的体积大小，或者根据文件的类型来划分文件，此后自动设置数据切片的规格，以保证传输数据效率的最大化。

4.根据权利要求1所述的飞行器试飞综合显示及数据分析评估平台，其特征在于，所述算法模型输出结果分析及显示功能包括：对算法模型输出结果进行分析、显示和从总线记录数据中识别产品的操作流程；平台读取总线记录中的数据，按照飞行器生成的特定的数据格式识别出产品的操作流程；对试飞信息文件进行解析后，从中查询到产品操作流程属性，读取其中的数值；只需要从试飞信息文件中读取相应的指令代码序列，并进行相应的解码便可还原出所对应的操作动作指令；由操作动作指令序列能够生成对应的流程图，方便观看；根据从总线记录中的数据识别出的操作流程，在界面上以流程图的形式显示。

5.根据权利要求1所述的飞行器试飞综合显示及数据分析评估平台，其特征在于，所述算法验证评估功能包括：根据总线记录数据和GPS数据，计算跟踪模式下目标跟踪精度，并在页面上进行显示；根据飞行器生成的特定的数据格式，从总线记录数据和GPS数据中读取相应的信息，先做时间对准插值；选用线性插值法来得到连续时间的数据；接着用经纬度和姿态计算相对位置和角度；最后将计算出的数据与总线记录的角度对比得到精度；对精度进行计算后，在网页界面上通过曲线图显示精度信息，完成算法评估结果的显示。

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