基于趋势预警的飞机安全智能化监控设计探讨

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摘 要：飞机安全监控是第一时间获取试飞数据的有效通道，也是掌握飞行安全和飞行质量主动权的最佳途径.本文根据新型飞机的试飞特点，提出了基于趋势预警的飞机安全智能化监控设计思想，在原有监控系统的基础上，在统一的规范和标准下，以最直观的方式显示，及时掌握飞行中危及试飞安全的测试参数或结果，实现趋势预警，为指挥员提供最直接的决策信息，及时纠正试飞员飞行操纵信息，高效地保证试飞科目的顺利进行。

关键词：趋势；预警；智能化；安全监控

中图分类号：TP333

随着计算机技术及网络技术的飞速发展应用，飞行试验安全实时监控取得了长足的发展和完善，它是第一时间获取试飞数据的有效通道，是掌握飞行安全和飞行质量主动权的最佳途径[1]。航空工业的不断发展，飞机结构的日趋复杂，新型飞机设计中大量新技术和新材料的应用，使得试飞风险陡增，对试飞安全监控提出了新的挑战。为满足试飞新技术特点和安全的需要，有必要增加监控界面的显示参数和形式，优化界面的显示效果，提高安全监控性能。

本文根据飞行试验经验，在总结多年试飞安全监控的基础上，提出了基于趋势预警的飞机安全智能化监控设计思想。以传统安全监控系统结构为基础，完成对物理量数据的实时计算、可视化显示、安全预警、应急处置辅助决策、语音告警、实时数据处理、监控显示等功能的设计开发，制定安全监控设计规范，最终将地面监控系统作为信息全面、显示直观、决策依据准确的地面重要的试飞指挥平台。

1 设计方法及技术

目前，常用的试飞安全监控主要以遥测数据处理技术为主，并配套地面试飞数据事后预处理系统来满足常规性的飞行试验需要[2]。但是，现有的安全监控软件只能对遥测数据进行异常告警，还未实现预警，对于突发事件没有预留充分的处理时间；事后预处理无法满足准实时评估的需求，纸质应急处置手册也无法满足突发故障应急处置信息快速查询的需求。

基于趋势预警的飞机安全智能化监控系统规避了以上问题，可在统一的规范和标准下，实现各专业独具特色的显示格式和画面，以最直观的方式显示各类飞机信息，及时掌握飞行中危及试飞安全的测试参数或结果，实现趋势预警，为指挥员提供最直接的决策信息，及时纠正试飞员飞行操纵信息，高效地保证试飞科目的顺利进行。

本系统拟从以下几个方面进行设计：

1.1 包含参数、专业覆盖面齐全

系统需包含目前飞行试验中所涉及的绝大部分专业，据初步统计，需要监控24个专业，遥测4000多参数，设计38个画面，包含1000余条故障判据，数据量巨大。

1.2 飞机状态直观显示

采用三维动画技术，实现飞机机体关键部位、可动部件及主要系统的状态信息的动态监控，以突出的形式监控显示飞机重要信息的变化过程，为保证安全试飞提供了又一道重要的防线。

1.3 提前判断故障趋势，安全关口前移

设置故障判断标准和门限，特别针对关键系统的某些故障在发展初期就设置不同的参数门限，提早发现和预警，为应急处置留出尽可能多的时间。

1.4 分级故障，创新告警机制实现全方位立体化告警，实现自上而下集中式故障警示

设计了分级告警、综合式告警相结合的新型告警机制，并设计了准确严密的飞机离地距离算法。分级告警将安全关口前移，实现了提示、警示、告警三级故障警告方式[3]，提前判断故障发展趋势，为飞行试验空情处置争取到更多的时间，显著降低了突发故障对试飞员生命和飞机安全带来的威胁，以及对试飞进度的影响。综合式告警设计了树型告警结构，达到监控一点防范一片的效果。飞机离地距离算法是结合地形特点实时计算并显示飞机到地面的相对距离，避免在高山地区和云层中高度表给飞行员带来错觉和由此造成的重大飞行事故。

1.5 利用TTS[4]技术，使监控软件“开口说话”

突破性的将文字识别与语音告警应用于地面实时监控，TTS能将任意文字信息实时转化为标准流畅的语音朗读出来，相当于给机器装上了嘴巴。在飞机出现异常或告警时，将告警信息内容通过中文语音进行播报，通过视觉与听觉相互结合，为试飞任务安全高效的进行提供了全方位的立体保证。

1.6 首次在实时监控过程中实现了试飞任务的准实时评估

在试飞安全监控中引入嵌入技术[5]，将功能强大的Matlab嵌入到Labview中，实现动作段的即时截取与准实时处理，根据bode图和相干函数曲线计算并评估系统的稳定裕度，为下一个动作的成功率提供技术依据和安全保证。

1.7 建立了试飞安全专家知识库，建立应急处置辅助决策机制

以飞行员应急手册、飞行手册为依据，首次引入试飞安全专家库的理念，构建了大量的试飞安全模型，建立了应急处置辅助决策机制，一旦出现告警安全监控软件自动从专家库中搜索信息立即形成应急处置方案，缩短特情的应急处置决策时间，提高空情的应急处置成功率。

1.8 建立规范的安全监控制度

通过规范各专业的安全监控手册，梳理完成的监控流程，制定职责明确的安全职责分工，完善安全监控制度，保证了飞行试验安全监控的有序进行。

2 应用前景及结论

基于趋势预警的飞机安全智能化监控系统可全面监控飞机状态，将安全关口前移，实现了提示、警示、告警三级故障警告方式，提前判断故障发展趋势，及时发现飞行中的严重故障，辅助指挥员指挥决策，避免重大安全事故的发生，可有效保证试飞安全、提高试飞效率。

随着科学技术的不断发展，新型飞机结构越来越复杂，试飞风险陡增，对试飞周期也提出更加严格的要求，智能化地面实时安全监控技术其关键技术和先进方法可在多种型号试飞中推广应用，可极大地提升型号综合试飞设计水平、试飞技术状态管控规范化程度和试飞安全保证能力，并有效地提高试飞效率，加快武器装备形成战斗力的进程，从而产生极大的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]鲁旭红，刘永.新型飞行监控系统的数据传输与实时处理技术研究[J].航空电子技术，2012（43）：34-38.

[2]袁炳南，于艳，张俊芳.飞行试验多目标遥测监控及其技术实现[A].2008年航空试验测试技术峰会论文集[C]，2008.

[3]晁海涛.飞行品质监控系统运行探索[J].科技资讯，2009（33）：197.

[4]宗思瑶，尚丽娜.TTS技术在飞行试验咽侧监控中的应用[J].测控技术，2014（33）.

[5]张艺阳，马小军，丁正洋.基于LabVIEW与嵌入式的重大危险源监控系统设计，2012（39）：59-62.

作者简介：冯巧宁（1982-），女，陕西西安人，工程师，硕士，研究方向：飞行试验光电测试、图像处理；吴立巍（1984-），男，河北唐山人，工程师，硕士，研究方向：飞行试验结构强度试验；刘茜（1972-），女，湖南人，工程师，研究方向：航空改装，视频信号处理。

作者单位：中国飞行试验研究院，西安 710089