CN112199397A - 试飞数据分析软件及试飞数据分析方法 - Google Patents

试飞数据分析软件及试飞数据分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种试飞数据分析软件及试飞数据分析方法，建立选定试飞数据文件的内存文件映射，预加载部分试飞数据文件内容，获取试飞数据的特征索引；利用参数模板得到所需的关键参数数据；根据选取的关键参数数据及试飞数据特征索引，从试飞数据文件中选定试飞数据段，并通过内存文件映射方式导入到内存中进行管理；利用计算分析模板针对选取的关键参数数据自动完成计算分析，生成分析数据；生成曲线图；应用绘图模板完成曲线自动标注；完成数据导出和曲线图片导出。本发明实现试飞数据快速分析的规范化和标准化。

Description

试飞数据分析软件及试飞数据分析方法
技术领域
本申请属于民用飞机试飞领域，涉及一种试飞数据分析软件及试飞数据分析方法。
背景技术
目前，试飞数据分析所用软件来源多样，主要包括两类，一是通用类软件，另一类是单项功能软件。存在的问题有：
a)软件功能缺乏针对性。
用户在每架次试飞结束后，需通过试飞数据快速分析，判断试验点完成情况，描述飞机及各系统的异常情况，编写架次试飞有效性确认报告。现有软件均未针对试飞数据快速分析工作的特点，专门开发特定的功能，导致软件使用较为繁琐，无法满足快速分析工作需求。
b)软件性能不满足当前需求。
民用飞机的测试参数已达6～8万个，试飞数据包容量已经由MB级增至TB级，现有软件在读取大数据文件经常发生卡死等情况，试飞数据筛选、分析、绘图都非常困难，无法满足性能要求，很大程度拖慢型号研制周期，增加人力、财力、物力投资成本。
c)软件分析方法、过程和结果不规范。
现有分析软件在数据处理流程方面存在不规范的问题，缺少从原始数据到最终分析结果的高效、可靠、一致的分析流程，缺少面向分析或应用级的数据结构，缺少快速计算结果与可视化技术结合的分析工具。这都会影响试飞数据快速分析结果的准确性和科学性，从而影响试飞安全性。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种试飞数据分析软件和一种试飞数据分析方法，用于：
1.提高载入大数据量试飞数据的性能；
2.试飞数据关键参数的快速筛选；
3.数据快速预处理；
4.提升试飞数据分析软件的运行使用性能；
5.绘制多种类型的参数曲线图，完成数据导出和曲线图片导出；
6.通过自定义脚本实现分析算法编辑和复用，支持计算分析模板任意扩展；
7.通过应用试飞数据分析软件实现试飞数据快速分析的规范化和标准化。
本发明其中一个发明目的通过以下技术方案实现：
一种试飞数据分析方法，包括以下步骤：
S1，建立选定试飞数据文件的内存文件映射，预加载部分试飞数据文件内容，获取试飞数据的特征索引；
S2，根据试飞数据分析的需求选择对应的参数模板后，参数模板利用试飞数据的特征索引查询试飞数据从而得到所需的关键参数数据；
S3，根据选取的关键参数数据及试飞数据特征索引，从试飞数据文件中选定试飞数据段，并通过内存文件映射方式导入到内存中进行管理；
S4，在步骤S3导入试飞数据时对数据进行检查和预处理；
S5，根据试飞数据分析的需求选择对应的计算分析模板，计算分析模板针对选取的关键参数数据自动完成计算分析，生成分析数据；
S6，对S5生成的分析数据绘制曲线图；
S7，根据试飞专业需求，在S6生成的曲线图上应用绘图模板完成曲线自动标注；
S8，完成数据导出和曲线图片导出。
优选地，步骤S1具体为：预加载试飞数据文件的前N行，通过对前N行的试飞数据文件先进行分隔符区配，识别出分隔符，进而识别出参数名行和数据起始行；再通过时间格式匹配识别出试飞数据的时间格式，从而确定试飞数据文件的格式；根据试飞数据文件的格式建立试飞数据的特征索引。
参数模板按试飞专业标准化管理，应用数据字典建立试飞参数软件标识符和通用名称的映射关系。
步骤S3中的内存管理是根据试飞数据分析的特点通过应用内存、缓存和文件的三层数据存储方法，多层引用计数机制、LRU算法和分层退出的动态内存管理机制实现。
步骤S4包括：识别非正常字符和无效值，通过剔除和补全无效值的方式进行处理；试飞数据时间序列检查，识别试飞数据中的跳点、乱序缺陷，在使用数据时进行提示并通过日志记录。
补全无效值包括前向补全、后向补全和插值补全。
试飞数据时间序列检查通过试飞数据时间序列差分，取序列频率的中位数作为判断标准，对每个时间间隔进行误差范围分析，确定数据时间序列的有效性。
计算分析模板包含通用的计算分析算法和自定义的计算分析算法。
步骤S7中的绘图模板是通过记录过往试飞数据分析的标注可视化元素，形成标准模板并进行复用。
步骤S8中，数据导出前还包括了试飞数据的升降频、时间对齐、重索引和合并处理过程。
本发明的另一发明目的通过以下技术方案实现：
一种试飞数据分析软件，包括：项目管理模块、数据导入模块、参数模板模块、内存管理模块、数据处理和导出模块、计算分析模块、交互绘图模块和软件配置模块；
项目管理模块用于管理试飞数据分析项目的新建、打开、保存；
数据导入模块用于建立选定试飞数据文件的内存文件映射，预加载部分试飞数据文件内容，获取试飞数据的特征索引；
参数模板模块，用于提供用户根据试飞数据分析的需求编写参数模板的环境，并运行参数模块，该参数模板利用试飞数据的特征索引查询试飞数据从而得到所需的关键参数数据；
内存管理模块用于管理软件内部的数据结构和内存使用规则，根据选取的关键参数数据及试飞数据特征索引，从试飞数据文件中选定试飞数据段，并通过内存文件映射方式导入到内存中进行管理；
数据处理和导出模块用于在内存管理模块导入试飞数据时对试飞数据进行数据检测和预处理，并提供试飞数据导出功能；
计算分析模块用于提供用户根据试飞数据分析的需求编写计算分析模板的环境，并运行计算分析模板，该计算分析模板针对选取的关键参数数据自动完成计算分析，生成分析数据；
交互绘图模块用于提供用户根据试飞数据分析的需求编写绘图模板的环境，对计算分析模块生成的分析数据绘制曲线图，在曲线图上应用绘图模板完成曲线自动标注，完成曲线图片导出；
软件配置模块，用于提供软件的全局设置功能。
本发明的有益效果在于：
1.试飞数据分析方法和试飞数据分析软件针对架次试飞数据特点，开发支持总线试飞数据、加装试飞数据、GPS数据、QAR数据及自定义数据导入、分析和绘图的功能，应用模板化的数据筛选和计算分析方法，快速获取试飞数据的有效信息及异常情况，优化快速数据分析的效率；提供规范的结果输出，方便架次有效性报告的编写；
2.试飞数据分析方法和试飞数据分析软件对试飞数据量大的特点，在数据的导入导出、分析处理、可视化等方面进行专门的优化，设计了适应大量试飞数据分析的数据结构，及软件内存管理算法，提高试飞数据快速分析软件的性能；
3.试飞数据分析方法和试飞数据分析软件定义了型号试飞数据分析的通用流程，通过标准化的数据导入、预处理、筛选、计算分析和可视化方式，面向型号试飞数据快速分析应用需求，提供高效、可靠和一致的分析工具，产生标准的分析结果。
附图说明
图1是实施例一所示的一种试飞数据分析方法的总体流程图。
图2是实施例一所示的试飞数据加载流程图。
图3是实施例一所示的参数模板应用流程。
图4是实施例一所示的绘图模板应用流程。
图5是实施例一所示的计算分析模板应用流程。
图6是实施例一所示的内存管理及数据结构示意图。
图7是实施例二所示的试飞数据分析软件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
参见图1所示，本实施例所示的一种试飞数据分析方法，包括：
S1，参见图2所示，建立选定试飞数据文件的内存文件映射，预加载部分试飞数据文件内容，获取试飞数据的特征索引。
其中，试飞数据包括总线试飞数据、加装试飞数据、GPS数据、QAR数据及自定义数据等。试飞数据的特征索引包括试飞数据的软件标识符、分隔符、时间格式、有效数据起始位置等。
预加载试飞数据文件应用自动识别试飞数据格式的方法增强数据导入的普适性，并通过分段延迟方式提高载入大数据量的试飞数据时的性能，具体为：
预加载试飞数据文件的前N行，通过对前N行的试飞数据文件先进行分隔符区配，识别出分隔符，进而识别出参数名行和数据起始行；再通过时间格式匹配识别出试飞数据的时间格式，从而确定试飞数据文件的格式。根据试飞数据文件的格式建立试飞数据的特征索引。
S2，参见图3所示，根据试飞数据分析的需求选择对应的参数模板后，参数模板利用试飞数据的特征索引查询试飞数据从而得到所需的关键参数数据。
其中，参数模板按试飞专业标准化管理，应用数据字典建立试飞参数软件标识符和通用名称的映射关系。
S3，参见图6所示，根据选取的关键参数数据及试飞数据特征索引，从试飞数据文件中选定试飞数据段，并通过内存文件映射方式导入到内存中进行管理。
通过内存文件映射可以减少大数据量试飞文件的IO操作，提高数据导入的速度。所述S3步骤的内存管理是根据试飞数据分析的特点通过应用内存、缓存和文件的三层数据存储方法，多层引用计数机制、LRU算法和分层退出的动态内存管理机制实现。
S4，在S3步骤导入试飞数据时对数据进行快速检查和预处理。包括：数据缺陷识别和处理识别数据中包含识别非正常字符和无效值，通过剔除和补全的方式进行处理；试飞数据时间序列检查，识别试飞数据中的跳点、乱序等缺陷，在使用数据时进行提示并通过日志记录。
S4步骤中所述无效值补全包括前向补全、后向补全和插值补全。
S4步骤中所述试飞数据时间序列检查通过试飞数据时间序列差分，取序列频率的中位数作为判断标准，对每个时间间隔进行误差范围分析，确定数据时间序列的有效性。
S5，参见图5所示，根据试飞数据分析的需求选择对应的计算分析模板，计算分析模板针对选取的关键参数数据自动完成计算分析，生成分析数据。
计算分析模板支持Python脚本编写或命令行形式编写，计算分析模板包含通用的计算分析算法和自定义的计算分析算法。通用的计算分析算法可以满足复用的需求，通过自定义的计算分析算法可以支持任意分析功能的扩展。
S6，参见图4所示，对S5生成的分析数据绘制曲线图，其中所述曲线图包括多坐标图、重叠图、x-y图、单坐标图等。
S7，根据试飞专业需求，在S6生成的曲线图上应用绘图模板完成曲线自动标注；
所述步骤S7中的绘图模板是通过记录过往试飞数据分析的标注可视化元素，形成标准模板并进行复用。
S8，完成数据导出和曲线图片导出。
所述步骤S8中，数据导出前还包括了试飞数据的升降频、时间对齐、重索引和合并处理过程。
实施例二
参见图7所示，本实施例提供了一种试飞数据分析软件，包括：项目管理模块、数据导入模块、参数模板模块、内存管理模块、数据处理和导出模块、计算分析模块、交互绘图模块和软件配置模块。
项目管理模块用于管理试飞数据分析项目的新建、打开、保存等。
数据导入模块用于建立选定试飞数据文件的内存文件映射，预加载部分试飞数据文件内容，获取试飞数据的特征索引。
其中，试飞数据包括总线试飞数据、加装试飞数据、GPS数据、QAR数据及自定义数据等。试飞数据的特征索引包括试飞数据的软件标识符、分隔符、时间格式、有效数据起始位置等。
预加载试飞数据文件应用自动识别试飞数据格式的方法增强数据导入的普适性，并通过分段延迟方式提高载入大数据量的试飞数据时的性能，具体为：
预加载试飞数据文件的前N行，通过对前N行的试飞数据文件先进行分隔符区配，识别出分隔符，进而识别出参数名行和数据起始行；再通过时间格式匹配识别出试飞数据的时间格式，从而确定试飞数据文件的格式。根据试飞数据文件的格式建立试飞数据的特征索引。
参数模板模块，用于提供用户根据试飞数据分析的需求编写参数模板的环境，并运行参数模块。该参数模板利用试飞数据的特征索引查询试飞数据从而得到所需的关键参数数据。
其中，参数模板按试飞专业标准化管理，应用数据字典建立试飞参数软件标识符和通用名称的映射关系。
内存管理模块用于管理软件内部的数据结构和内存使用规则，根据选取的关键参数数据及试飞数据特征索引，从试飞数据文件中选定试飞数据段，并通过内存文件映射方式导入到内存中进行管理。
通过内存文件映射可以减少大数据量试飞文件的IO操作，提高数据导入的速度。内存管理是根据试飞数据分析的特点通过应用内存、缓存和文件的三层数据存储方法，多层引用计数机制、LRU算法和分层退出的动态内存管理机制实现。
数据处理和导出模块用于在内存管理模块导入试飞数据时对试飞数据进行数据检测和预处理，并提供试飞数据导出功能。数据检测和预处理包含：数据缺陷识别和处理识别数据中包含识别非正常字符和无效值，通过剔除和补全的方式进行处理；试飞数据时间序列检查，识别试飞数据中的跳点、乱序等缺陷，在使用数据时进行提示并通过日志记录。
所述无效值补全包括前向补全、后向补全和插值补全。
所述试飞数据时间序列检查通过试飞数据时间序列差分，取序列频率的中位数作为判断标准，对每个时间间隔进行误差范围分析，确定数据时间序列的有效性。
计算分析模块用于提供用户根据试飞数据分析的需求编写计算分析模板的环境，并运行计算分析模板。该计算分析模板针对选取的关键参数数据自动完成计算分析，生成分析数据。
计算分析模板支持Python脚本编写或命令行形式编写，计算分析模板包含通用的计算分析算法和自定义的计算分析算法。通用的计算分析算法可以满足复用的需求，通过自定义的计算分析算法可以支持任意分析功能的扩展。
交互绘图模块用于提供用户根据试飞数据分析的需求编写绘图模板的环境，对计算分析模块生成的分析数据绘制曲线图，在曲线图上应用绘图模板完成曲线自动标注，完成曲线图片导出。其中所述曲线图包括多坐标图、重叠图、x-y图、单坐标图等。绘图模板是通过记录过往试飞数据分析的标注可视化元素，形成标准模板并进行复用。
软件配置模块，用于提供软件的全局设置功能。

Claims (10)

1.一种试飞数据分析方法，其特征在于包括以下步骤：
S1，建立选定试飞数据文件的内存文件映射，预加载部分试飞数据文件内容，获取试飞数据的特征索引；
S2，根据试飞数据分析的需求选择对应的参数模板后，参数模板利用试飞数据的特征索引查询试飞数据从而得到所需的关键参数数据；
S3，根据选取的关键参数数据及试飞数据特征索引，从试飞数据文件中选定试飞数据段，并通过内存文件映射方式导入到内存中进行管理；
S4，在步骤S3导入试飞数据时对数据进行检查和预处理；
S5，根据试飞数据分析的需求选择对应的计算分析模板，计算分析模板针对选取的关键参数数据自动完成计算分析，生成分析数据；
S6，对S5生成的分析数据绘制曲线图；
S7，根据试飞专业需求，在S6生成的曲线图上应用绘图模板完成曲线自动标注；
S8，完成数据导出和曲线图片导出。
2.根据权利要求1所述一种试飞数据分析方法，其特征在于步骤S1具体为：预加载试飞数据文件的前N行，通过对前N行的试飞数据文件先进行分隔符区配，识别出分隔符，进而识别出参数名行和数据起始行；再通过时间格式匹配识别出试飞数据的时间格式，从而确定试飞数据文件的格式；根据试飞数据文件的格式建立试飞数据的特征索引。
3.根据权利要求1所述一种试飞数据分析方法，其特征在于参数模板按试飞专业标准化管理，应用数据字典建立试飞参数软件标识符和通用名称的映射关系。
4.根据权利要求1所述一种试飞数据分析方法，其特征在于所述步骤S3中的内存管理是根据试飞数据分析的特点通过应用内存、缓存和文件的三层数据存储方法，多层引用计数机制、LRU算法和分层退出的动态内存管理机制实现。
5.根据权利要求1所述一种试飞数据分析方法，其特征在于步骤S4包括：识别非正常字符和无效值，通过剔除和补全无效值的方式进行处理；试飞数据时间序列检查，识别试飞数据中的跳点、乱序缺陷，在使用数据时进行提示并通过日志记录。
6.根据权利要求5所述一种试飞数据分析方法，其特征在于所述补全无效值包括前向补全、后向补全和插值补全；所述试飞数据时间序列检查通过试飞数据时间序列差分，取序列频率的中位数作为判断标准，对每个时间间隔进行误差范围分析，确定数据时间序列的有效性。
7.根据权利要求1所述一种试飞数据分析方法，其特征在于计算分析模板包含通用的计算分析算法和自定义的计算分析算法。
8.根据权利要求1所述一种试飞数据分析方法，其特征在于步骤S7中的绘图模板是通过记录过往试飞数据分析的标注可视化元素，形成标准模板并进行复用。
9.根据权利要求1所述一种试飞数据分析方法，其特征在于步骤S8中，数据导出前还包括了试飞数据的升降频、时间对齐、重索引和合并处理过程。
10.一种试飞数据分析软件，包括：项目管理模块、数据导入模块、参数模板模块、内存管理模块、数据处理和导出模块、计算分析模块、交互绘图模块和软件配置模块，其特征在于：
项目管理模块用于管理试飞数据分析项目的新建、打开、保存；
数据导入模块用于建立选定试飞数据文件的内存文件映射，预加载部分试飞数据文件内容，获取试飞数据的特征索引；
参数模板模块，用于提供用户根据试飞数据分析的需求编写参数模板的环境，并运行参数模块，该参数模板利用试飞数据的特征索引查询试飞数据从而得到所需的关键参数数据；
内存管理模块用于管理软件内部的数据结构和内存使用规则，根据选取的关键参数数据及试飞数据特征索引，从试飞数据文件中选定试飞数据段，并通过内存文件映射方式导入到内存中进行管理；
数据处理和导出模块用于在内存管理模块导入试飞数据时对试飞数据进行数据检测和预处理，并提供试飞数据导出功能；
计算分析模块用于提供用户根据试飞数据分析的需求编写计算分析模板的环境，并运行计算分析模板，该计算分析模板针对选取的关键参数数据自动完成计算分析，生成分析数据；
交互绘图模块用于提供用户根据试飞数据分析的需求编写绘图模板的环境，对计算分析模块生成的分析数据绘制曲线图，在曲线图上应用绘图模板完成曲线自动标注，完成曲线图片导出；
软件配置模块，用于提供软件的全局设置功能。
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