(中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，西安 710089)

航空飛行試驗(yàn)工程大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用思考

黨懷義

(中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，西安710089)

飛行試驗(yàn)是航空裝備研制的重要環(huán)節(jié)之一，形成和產(chǎn)生的工程數(shù)據(jù)具有明顯的大數(shù)據(jù)特征；傳統(tǒng)的以試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)為主的數(shù)據(jù)管理思想，難以保證試飛工程數(shù)據(jù)及其關(guān)系的完整性和準(zhǔn)確性，無(wú)法全面表征飛行試驗(yàn)全過程，不利于試飛數(shù)據(jù)的再利用；在分析航空飛行試驗(yàn)復(fù)雜系統(tǒng)工程的有機(jī)組成及其工程大數(shù)據(jù)的本質(zhì)特征和邏輯結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合近年來(lái)在飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理和處理研究中取得的技術(shù)成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了基于試飛工程全生命周期的航空飛行試驗(yàn)工程大數(shù)據(jù)管理思想，以試驗(yàn)對(duì)象為中心的一體化大數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)化大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，和面向業(yè)務(wù)的基于SOA的分布式系統(tǒng)框架，便于建立一個(gè)綜合、全面、開放的試飛工程大數(shù)據(jù)管理和挖掘應(yīng)用平臺(tái)，促進(jìn)航空產(chǎn)品試飛數(shù)據(jù)處理效率的提升和試飛工程大數(shù)據(jù)在航空科研中的挖掘和廣泛應(yīng)用，發(fā)揮試飛工程大數(shù)據(jù)的發(fā)展助推作用。

航空;飛行試驗(yàn)工程;大數(shù)據(jù);管理;應(yīng)用研究

0 引言

近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)成為各行各業(yè)重點(diǎn)關(guān)注和研究的熱點(diǎn)問題，并且成為世界各國(guó)助推自身發(fā)展的強(qiáng)力催化劑，提升到國(guó)家戰(zhàn)略層面進(jìn)行研究、發(fā)展和實(shí)施，大數(shù)據(jù)范式是科研的第四范式[1]。1980年，阿爾文·托夫勒[2]等人預(yù)知大數(shù)據(jù)時(shí)代即將到來(lái)，與當(dāng)時(shí)信息化方興未艾所涉及的信息爆炸其內(nèi)涵應(yīng)該是相同的。大數(shù)據(jù)的定義較多，維基百科給出了大數(shù)據(jù)的定義：大數(shù)據(jù)是指利用常規(guī)的軟件工具獲取、管理和處理數(shù)據(jù)所耗時(shí)間超過可容忍時(shí)間的數(shù)據(jù)集。學(xué)界對(duì)此定義雖然討論和異議頗多，我認(rèn)為這個(gè)定義從內(nèi)涵上是非常準(zhǔn)確的，能夠涵蓋不同行業(yè)的不同類型和不同應(yīng)用需求的各種大數(shù)據(jù)，也說(shuō)明大數(shù)據(jù)本身就是一個(gè)模糊而確定的概念。大與小是相對(duì)的，換言之，能快速地獲取、完整地管理和維護(hù)、高效地分析和處理的數(shù)據(jù)，都可以不認(rèn)為其為大數(shù)據(jù)。因此，大數(shù)據(jù)是每個(gè)時(shí)代都有的，由于受限于那個(gè)時(shí)代的收集、管理和處理的工具與方法，總會(huì)有我們無(wú)法滿意地應(yīng)對(duì)的大數(shù)據(jù)存在。英國(guó)信息專家維克托·邁爾-舍恩伯格在他的《大數(shù)據(jù)時(shí)代：生活、工作與思維的大變革》[3]一書中，也準(zhǔn)確地詮釋了大數(shù)據(jù)的深刻內(nèi)涵-大數(shù)據(jù)的核心是分析、處理和預(yù)測(cè)。人們對(duì)大數(shù)據(jù)的概念特征也莫衷一是，通常認(rèn)為大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大(Volume)、數(shù)據(jù)種類多(Variety)，要求處理的時(shí)效性高(Velocity)和數(shù)據(jù)有價(jià)值(Value)，即4 V特征。維基百科的大數(shù)據(jù)的定義加上4 V的基本特征，有助于人們較為準(zhǔn)確地理解大數(shù)據(jù)的基本概念。不同行業(yè)具有各異的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，所面臨的大數(shù)據(jù)屬性、概念及其處理方法則會(huì)迥異。航空飛行試驗(yàn)大數(shù)據(jù)則是航空裝備與系統(tǒng)研制過程中的重要數(shù)據(jù)信息資源，不但具有典型的大數(shù)據(jù)特征，同時(shí)由于航空制造業(yè)本身的特點(diǎn)，飛行試驗(yàn)大數(shù)據(jù)也是獨(dú)具特質(zhì)。

1 飛行試驗(yàn)大數(shù)據(jù)的特征

航空飛行試驗(yàn)是復(fù)雜的系統(tǒng)工程[4]，涉及到設(shè)計(jì)、制造及試驗(yàn)及用戶等眾多部門、環(huán)節(jié)、專業(yè)以及復(fù)雜過程；試驗(yàn)周期長(zhǎng)，一般占航空產(chǎn)品研制周期的1/2以上(約4～8年)；試驗(yàn)內(nèi)容極為復(fù)雜，這是由飛機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性所決定的；風(fēng)險(xiǎn)大，新品發(fā)生事故的概率高，常常出現(xiàn)機(jī)毀人亡的災(zāi)難性事故；耗資巨大，一般占產(chǎn)品研制總經(jīng)費(fèi)的50%以上。圍繞航空裝備的飛行試驗(yàn)研究所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)具有典型的大數(shù)據(jù)特征，除了具有大數(shù)據(jù)的4 V特征之外，還具備以下特征：①精確性要求高(Veracity)。飛行試驗(yàn)工程是科學(xué)研究工程，確保飛行試驗(yàn)?zāi)軌虬踩煽繉?shí)施，試飛工程所采集獲取的數(shù)據(jù)是航空裝備產(chǎn)品鑒定/定型的根本依據(jù)，因此必須真實(shí)、精確、完整、可靠。②非結(jié)構(gòu)化(Un-structure)。飛行試驗(yàn)工程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中，大約有3%～5%的數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，或者說(shuō)這些數(shù)據(jù)可以結(jié)構(gòu)化，能夠利用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)軟件進(jìn)行管理、維護(hù)和處理應(yīng)用，其余97%的數(shù)據(jù)是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，無(wú)法結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，或者結(jié)構(gòu)化后也無(wú)法利用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行分析處理的數(shù)據(jù)。③復(fù)雜性(Complexity)。航空工業(yè)素有“工業(yè)之花”之稱，裝備及其試驗(yàn)的復(fù)雜性決定了試飛數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。試飛數(shù)據(jù)表征了航空器及其系統(tǒng)的綜合工作狀態(tài)，其中夾雜了復(fù)雜多變的真實(shí)環(huán)境條件因素，蘊(yùn)含著工程方法、專業(yè)機(jī)理和綜合復(fù)雜系統(tǒng)因素與系統(tǒng)狀態(tài)之間交互的復(fù)雜邏輯關(guān)系，以及人們無(wú)法通過觀察或測(cè)試手段去探測(cè)獲取的復(fù)雜工程模型，試飛數(shù)據(jù)的復(fù)雜程度是可想而知的。

圖1給出了飛行試驗(yàn)工程數(shù)據(jù)所具有的4 V+UC的大數(shù)據(jù)屬性特征[5]。

圖1 試飛工程大數(shù)據(jù)的屬性特征

航空飛行試驗(yàn)大數(shù)據(jù)與其他行業(yè)大數(shù)據(jù)一樣，由于其越來(lái)越復(fù)雜以及越來(lái)越大的規(guī)模而給管理與處理工作帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，而日益發(fā)展的航空裝備對(duì)試飛大數(shù)據(jù)的管理的廣度與應(yīng)用的深度、功能的全面與多樣與處理效率等的需求則是越來(lái)越高。本文分析了航空飛行試驗(yàn)大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合近年來(lái)在航空飛行試驗(yàn)大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用實(shí)踐中所取得的研究成果，以及大數(shù)據(jù)行業(yè)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向，針對(duì)性地提出了航空飛行試驗(yàn)大數(shù)據(jù)管理與挖掘應(yīng)用的一些思路。

2 飛行試驗(yàn)工程大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

航空飛行試驗(yàn)工程數(shù)據(jù)即圍繞試驗(yàn)對(duì)象，涵蓋飛行試驗(yàn)工程全過程所形成的數(shù)據(jù)。圖2給出了航空飛行試驗(yàn)工程數(shù)據(jù)的管理結(jié)構(gòu)模型。

圖2 航空飛行試驗(yàn)工程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型

航空產(chǎn)品的全生命周期應(yīng)該包括設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和保障4個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，航空產(chǎn)品飛行試驗(yàn)工程數(shù)據(jù)應(yīng)該是航空產(chǎn)品數(shù)據(jù)的重要組成部分之一。飛行試驗(yàn)工程數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)模型中，每一過程數(shù)據(jù)項(xiàng)實(shí)際上都是一個(gè)數(shù)據(jù)內(nèi)容龐大、邏輯關(guān)系復(fù)雜、數(shù)據(jù)類型多樣、功能流程迥異的大數(shù)據(jù)關(guān)系模型，達(dá)到工程數(shù)據(jù)管理與試驗(yàn)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)一。

飛行試驗(yàn)工程大數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)需要把握飛行試驗(yàn)業(yè)務(wù)特點(diǎn)，主要從以下3個(gè)方面考慮：

1)綜合傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和現(xiàn)代數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)思想。

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)解決的是業(yè)務(wù)自動(dòng)化的問題，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的聯(lián)機(jī)處理，而數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)解決的是包括歷史數(shù)據(jù)在內(nèi)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的綜合分析，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的綜合決策。飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理既要滿足型號(hào)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和處理需要，同時(shí)需要對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀、持久的積累和管理，滿足對(duì)試驗(yàn)任務(wù)的決策分析和試飛數(shù)據(jù)的溯源應(yīng)用。一個(gè)型號(hào)的飛行試驗(yàn)會(huì)持續(xù)多年數(shù)千架次，單架次產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)信息將近1 TB，飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)更會(huì)伴隨著產(chǎn)品的生命周期而存在，數(shù)據(jù)管理滿足日常持續(xù)的試飛數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)需要的同時(shí)，隨著試飛任務(wù)的不斷深入進(jìn)行，也需要不斷抽取和提煉歷史綜合數(shù)據(jù)信息滿足試飛任務(wù)決策分析的需要，符合數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)應(yīng)具有的面向主題的、集成的、時(shí)變的、穩(wěn)定的技術(shù)特征，兼顧了試飛業(yè)務(wù)需要和航空科研試飛數(shù)據(jù)挖掘需要[5]。

2)建立元數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，滿足龐大的試飛工程數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)需要。

元數(shù)據(jù)(metadata)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，提供關(guān)于信息資源或數(shù)據(jù)的一種結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，是對(duì)信息資源的結(jié)構(gòu)化的描述[6]。一般采用XML語(yǔ)言作為元數(shù)據(jù)語(yǔ)言的基礎(chǔ)。其作用包括描述信息資源或數(shù)據(jù)本身的特征和屬性，規(guī)定數(shù)字化信息的組織，具有數(shù)據(jù)的定位、發(fā)現(xiàn)、評(píng)估和選擇等功能。元數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的中心庫(kù)，是組織、管理和維護(hù)試飛工程數(shù)據(jù)管理模型的基礎(chǔ)紐帶，覆蓋試飛工程數(shù)據(jù)信息全生命周期。針對(duì)試飛工程數(shù)據(jù)信息特點(diǎn)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的元數(shù)據(jù)接口，將繁雜的試飛工程數(shù)據(jù)信息有機(jī)地關(guān)聯(lián)聚合在一起，形成完整的試飛數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。

圖3 元數(shù)據(jù)與試飛工程數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)模型

如圖3所示，在試飛工程數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)模型中，所有的節(jié)點(diǎn)內(nèi)部和節(jié)點(diǎn)之間，都是依靠飛行試驗(yàn)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)接口建立起關(guān)聯(lián)關(guān)系的，如同膠水一樣將所有數(shù)據(jù)信息及業(yè)務(wù)功能連接在一起。

3)以試驗(yàn)對(duì)象為中心，設(shè)計(jì)一體化的試飛工程大數(shù)據(jù)管理模型。

每一個(gè)型號(hào)的飛行試驗(yàn)實(shí)際上是產(chǎn)品研制過程的延續(xù)，而且試飛過程漫長(zhǎng)，專業(yè)性強(qiáng)，技術(shù)復(fù)雜，業(yè)務(wù)流程環(huán)節(jié)緊扣。因此，試飛工程數(shù)據(jù)(Test Data Management)管理模型既要涵蓋試飛工程全過程，還需要與產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)(Design Data Management)、制造數(shù)據(jù)(Manufacture Data Management)以及運(yùn)行保障數(shù)據(jù)(Operation Data Management)進(jìn)行對(duì)接，形成完整的、一致的、全生命周期的航空產(chǎn)品數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)(Product Data Management)，如圖4所示。試飛工程數(shù)據(jù)管理模型的一體化體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是與設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)保數(shù)據(jù)的一體化，建立產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)接口，維護(hù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性、完整性關(guān)聯(lián)關(guān)系，便于產(chǎn)品的改進(jìn)、改型、完善以及運(yùn)行維護(hù)，確保產(chǎn)品試驗(yàn)數(shù)據(jù)信息的可追溯性。另一方面是涵蓋試飛工程全過程的一體化，從試飛工程的規(guī)劃開始，到試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)實(shí)施、試驗(yàn)保障和試驗(yàn)總結(jié)，即涵蓋試飛工程全生命周期。

圖4 航空產(chǎn)品數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的構(gòu)成

航空產(chǎn)品數(shù)據(jù)的生命周期不但需要覆蓋航空產(chǎn)品的生命周期，從科學(xué)研究的角度，航空產(chǎn)品數(shù)據(jù)是永久的科學(xué)資料檔案。數(shù)據(jù)的完整性和可溯源性也必須始終保持，能夠從產(chǎn)品的任何一個(gè)物理部件或邏輯屬性，貫穿到該部件在制造、試驗(yàn)環(huán)節(jié)中的相關(guān)工程信息，反之亦然，這是航空產(chǎn)品本身的特性所決定。

3 航空飛行試驗(yàn)工程大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用思考

3.1 基于SOA的試飛工程大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)架構(gòu)

大數(shù)據(jù)問題是一個(gè)復(fù)雜的問題，大數(shù)據(jù)的共性特征并沒有掩蓋不同的領(lǐng)域和行業(yè)內(nèi)大數(shù)據(jù)本身的物理與邏輯應(yīng)用特性，更加說(shuō)明了大數(shù)據(jù)本身的復(fù)雜。航空飛行試驗(yàn)大數(shù)據(jù)不僅規(guī)模大，而且數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性極強(qiáng)，因此必須系統(tǒng)性地針對(duì)試飛工程業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)航空飛行試驗(yàn)工程大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)，涵蓋試飛工程全過程，解決試驗(yàn)大數(shù)據(jù)的完整性建模、管理、整合、共享、分析以及歸檔和挖掘應(yīng)用集成問題。圖5為飛行試驗(yàn)工程大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)。

圖5 飛行試驗(yàn)工程大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)

飛行試驗(yàn)工程大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)是管理和維護(hù)試飛工程全過程大數(shù)據(jù)信息完整性和可靠性的基礎(chǔ)架構(gòu)，也是試飛工程的業(yè)務(wù)工作平臺(tái)架構(gòu)，同時(shí)是飛行試驗(yàn)工程管理與應(yīng)用的一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)飛行試驗(yàn)一體化過程的復(fù)雜數(shù)據(jù)信息的全面管理和應(yīng)用，既保證了數(shù)據(jù)的完整有效性，又保證了數(shù)據(jù)靈活可用性。

邏輯上，數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)層，每一類大數(shù)據(jù)與所對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)相匹配，同時(shí)各類大數(shù)據(jù)之間以試驗(yàn)對(duì)象為紐帶相互關(guān)聯(lián)；服務(wù)層由面向服務(wù)的中間件集合組成，用于實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)大數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用服務(wù)，也包括系統(tǒng)級(jí)的應(yīng)用服務(wù)組件，如異構(gòu)數(shù)據(jù)的管理與存儲(chǔ)服務(wù)、大數(shù)據(jù)的各類計(jì)算服務(wù)以及業(yè)務(wù)調(diào)度等服務(wù)，采用SOA架構(gòu)，便于應(yīng)用的擴(kuò)展、實(shí)現(xiàn)和管理；頂層為面向用戶的接口層，面向航空行業(yè)設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)以及科學(xué)研究等各類用戶，可以采用B/S或者類B/S接口模式，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)一體化的試驗(yàn)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用；而飛行試驗(yàn)工程大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系、飛行試驗(yàn)工程大數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)則是支撐整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)、維護(hù)試飛工程大數(shù)據(jù)的完整性和可靠性的重要紐帶，縱橫貫穿于飛行試驗(yàn)工程大數(shù)據(jù)管理的方方面面。飛行試驗(yàn)是一體復(fù)雜的系統(tǒng)工程，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的復(fù)雜性和精確性是尤其所具有的科學(xué)性所決定的，這也是試飛大數(shù)據(jù)的顯著特色，加之航空工業(yè)是一個(gè)國(guó)家的特殊行業(yè)，對(duì)因此試飛大數(shù)據(jù)的管理、處理與應(yīng)用特點(diǎn)也會(huì)大有不同。

3.2 航空飛行試驗(yàn)工程大數(shù)據(jù)的一體化采集和系統(tǒng)化管理

3.2.1 基于ALM的TDM

圖1可以看出，試飛工程大數(shù)據(jù)由少量的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和大量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)組成，圖2可以看出，這兩者是一個(gè)有機(jī)的整體。圖6為試飛工程全生命周期數(shù)據(jù)采集過程的概要示意。

圖6 試飛工程數(shù)據(jù)采集過程

飛行試驗(yàn)占航空產(chǎn)品研制周期1/3甚至更多，持續(xù)4～8年之久。飛機(jī)系統(tǒng)幾乎涉及到所有的工業(yè)專業(yè)，每一個(gè)專業(yè)的試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)工程整體一樣，都需要經(jīng)過試驗(yàn)規(guī)劃、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)實(shí)施、試驗(yàn)結(jié)果、試驗(yàn)總結(jié)等5個(gè)過程，試飛工程數(shù)據(jù)縱橫交錯(cuò)，從深度和廣度上都需要一體化采集和系統(tǒng)化管理，這樣才能保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整和全面，實(shí)際上就是基于ALM(應(yīng)用生命周期)的TDM(試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理)，這是唯一可能的、可實(shí)現(xiàn)的可靠與可用的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法。

3.2.2 有特色的非結(jié)構(gòu)化大數(shù)據(jù)的采集管理

試飛工程大數(shù)據(jù)中，非結(jié)構(gòu)化大數(shù)據(jù)占97以上。以我國(guó)新支線客機(jī)ARJ21-700飛行試驗(yàn)為例，單架次測(cè)試參數(shù)1～1.5萬(wàn)個(gè)，包括各類視頻數(shù)據(jù)在內(nèi)，單架次數(shù)據(jù)總量50～100 GB，飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)總量大約500 TB以上。

飛行試驗(yàn)非結(jié)構(gòu)化測(cè)試大數(shù)據(jù)的采集具有自主技術(shù)特色。①在滿足機(jī)載工程復(fù)雜環(huán)境技術(shù)要求的條件下，采用通用化的百兆、千兆網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高速率海量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和記錄，取代傳統(tǒng)的、低速率的、專用的PCM(脈沖碼調(diào)整)結(jié)構(gòu)模式，同時(shí)借助先進(jìn)的嵌入式處理器技術(shù)，將傳統(tǒng)單一記錄功能的記錄器擴(kuò)展為具有數(shù)據(jù)同步、分路/分流、記錄、處理等綜合功能的嵌入式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能前置，提高數(shù)據(jù)處理整體效率；②利用成熟的4 G無(wú)線通訊、光纖通訊等鏈路技術(shù)，取代傳統(tǒng)的無(wú)線電遙測(cè)，提高遙測(cè)傳輸帶寬，滿足高帶寬海量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸處理需要；③借用Hadoop大數(shù)據(jù)技術(shù)思想，如并行分片、并行存取、元數(shù)據(jù)特征等，解決在通用WinIntel系統(tǒng)架構(gòu)平臺(tái)下，具有時(shí)序特征的非結(jié)構(gòu)化試飛測(cè)試大數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)、管理和備份問題，滿足試飛工程各業(yè)務(wù)部門通用化的數(shù)據(jù)訪問、處理、備份和管理應(yīng)用需求。實(shí)際的飛行試驗(yàn)工程中，開展了必要的技術(shù)探索和實(shí)踐，取得了一定的技術(shù)效果。

3.3 以專業(yè)需求為牽引的數(shù)據(jù)處理與挖掘

試飛工程大數(shù)據(jù)是反映試飛系統(tǒng)工程以及飛機(jī)系統(tǒng)各專業(yè)的特征數(shù)據(jù)，試飛工程是一個(gè)科學(xué)的系統(tǒng)工程，因此試飛工程大數(shù)據(jù)是真實(shí)的、科學(xué)的，并且具有很到的研究?jī)r(jià)值，這一點(diǎn)與通用的大數(shù)據(jù)特征是不同的。試飛工程大數(shù)據(jù)的處理與挖掘應(yīng)以專業(yè)的發(fā)展需求為牽引推動(dòng)和實(shí)施，包括專業(yè)的預(yù)先研究和技術(shù)創(chuàng)新。

3.3.1 提高試飛綜合效能的試飛實(shí)施數(shù)據(jù)處理挖掘

數(shù)據(jù)挖掘就是知識(shí)發(fā)現(xiàn)，利用現(xiàn)代的數(shù)學(xué)方法和原理，借助先進(jìn)的信息技術(shù)手段，把埋藏在復(fù)雜數(shù)據(jù)信息之間的已知、未知或想知的知識(shí)、原理、模型等提煉出來(lái)。

以飛行試驗(yàn)工程規(guī)劃與實(shí)施數(shù)據(jù)信息為主的數(shù)據(jù)處理挖掘任務(wù)，主要內(nèi)容包括涵蓋試飛工程管理全過程，支持業(yè)務(wù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)管理與處理，以及提升綜合試飛效能的數(shù)據(jù)挖掘分析。圖7所示。

圖7 試飛綜合效能提升數(shù)據(jù)處理與挖掘

3.3.2 探索解決飛行器工程科學(xué)難題的專業(yè)數(shù)據(jù)挖掘

試飛工程大數(shù)據(jù)中，非結(jié)構(gòu)化測(cè)試大數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處理，其數(shù)據(jù)結(jié)果是以時(shí)間為同步軸的參數(shù)歷程數(shù)據(jù)，反映了試飛員與飛機(jī)系統(tǒng)整體運(yùn)行特征。參數(shù)之間的關(guān)系是非常復(fù)雜的，涵蓋了飛機(jī)總體、動(dòng)力裝置、機(jī)載設(shè)備與系統(tǒng)等所有專業(yè)，參數(shù)之間的同步關(guān)系非常嚴(yán)格。在飛行試驗(yàn)中，測(cè)試工程師利用各種技術(shù)手段，耗費(fèi)巨資盡可能地把工程專業(yè)所需的各類參數(shù)測(cè)試記錄下來(lái)，實(shí)際上還有很多專業(yè)人員所需的參數(shù)無(wú)法直接測(cè)量得到，只能通過已知參數(shù)進(jìn)行建模分析，最后得到飛機(jī)系統(tǒng)的試驗(yàn)鑒定結(jié)論。由此可見，試飛測(cè)試數(shù)據(jù)具有很高的科學(xué)研究?jī)r(jià)值。圖7給出了飛機(jī)系統(tǒng)飛行試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的示意圖。

圖8 飛機(jī)系統(tǒng)試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)

飛機(jī)系統(tǒng)各專業(yè)的數(shù)據(jù)挖掘研究以本專業(yè)科學(xué)理論和思想為基礎(chǔ)開展，國(guó)外航空發(fā)達(dá)國(guó)家開展此項(xiàng)研究工作的深度和廣度與其航空工業(yè)的發(fā)展水平相匹配，專業(yè)發(fā)展成就有目共睹，而我國(guó)針對(duì)飛行試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的挖掘應(yīng)用則處于初級(jí)階段，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的挖掘利用比率為個(gè)位數(shù)，因此迫切需要建立試驗(yàn)數(shù)據(jù)的共享機(jī)制，確保數(shù)據(jù)安全的同時(shí)，為研究機(jī)構(gòu)提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用，推動(dòng)我國(guó)航空工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。本文不再贅述。

4 結(jié)束語(yǔ)

飛行試驗(yàn)是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，同時(shí)又是一個(gè)集所有的工程專業(yè)的科學(xué)研究工程，飛行試驗(yàn)工程的橫向管理實(shí)施與縱深專業(yè)研究所產(chǎn)生的試飛工程數(shù)據(jù)，除了有常規(guī)大數(shù)據(jù)的基本特點(diǎn)之外，還具有高價(jià)值、復(fù)雜性、非結(jié)構(gòu)化的鮮明特征，因此，飛行試驗(yàn)工程大數(shù)據(jù)的管理和處理應(yīng)用所面臨的技術(shù)任務(wù)更為艱巨。上世紀(jì)末至今，飛行試驗(yàn)工程數(shù)據(jù)的管理先后經(jīng)過了C/S架構(gòu)、B/S架構(gòu)、混合架構(gòu)，探索了基于SOA的云技術(shù)架構(gòu)等[7]，數(shù)據(jù)管理與處理應(yīng)用并進(jìn)，試飛測(cè)試大數(shù)據(jù)的管理效率與處理能力取得了較大發(fā)展，但是由于試飛工程涉及的環(huán)節(jié)多、數(shù)據(jù)信息復(fù)雜、持續(xù)周期長(zhǎng)以及工程應(yīng)用廣等問題交織，建立面向包括飛行試驗(yàn)在內(nèi)的航空科研應(yīng)用的、一體化的試飛工程全生命周期大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用體系一直是專業(yè)技術(shù)人員努力的目標(biāo)。信息技術(shù)的飛速發(fā)展，為試飛工程大數(shù)據(jù)的一體化采集、系統(tǒng)化管理、專業(yè)化挖掘研究提供了技術(shù)基礎(chǔ)，而大數(shù)據(jù)價(jià)值與理念在試飛工程技術(shù)中的深入影響也為一體化的試飛工程大數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)提供了內(nèi)動(dòng)力，也是航空飛行試驗(yàn)工程技術(shù)發(fā)展的需要。建立面向航空行業(yè)的試飛工程數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)寶貴的科研試飛數(shù)據(jù)的共享和深入應(yīng)用，是大數(shù)據(jù)技術(shù)條件下推動(dòng)航空技術(shù)飛速發(fā)展的引擎，是試飛工程技術(shù)人員不斷努力的技術(shù)方向。

[1] 李國(guó)杰，程學(xué)旗.大數(shù)據(jù)研究：未來(lái)科技及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大戰(zhàn)略領(lǐng)域-大數(shù)據(jù)的研究現(xiàn)狀與科學(xué)思考[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2012(6):647-657

[2] 托夫勒.第三次浪潮[M].北京：中信出版社，2006.

[3] 維克多·邁爾-舍恩伯格.大數(shù)據(jù)時(shí)代[M].上海：浙江人民出版社，2012.

[4] 周自全.飛行試驗(yàn)工程[M].北京:航空工業(yè)出版社.2010.12

[5] 黨懷義，典型大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)-飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)[J].

[6] 孟小峰，慈 祥.大數(shù)據(jù)管理概念技術(shù)與挑戰(zhàn)[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展.2013,50(1):146-169.

[7] 基于WEB 的分布式試飛數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制. 2010.18(6):1452-1453

ApplicationStudyofFlightTestProjectBigDataManagementandMining

Dang Huaiyi

(Chinese Flight Test Establishment，Xi′an 710089，China)

Flight test is one of the important links of the development processing, its engineering data forming and producing have the outstanding characteristics of big data. The traditional test data management thought based on measurement data can hardly ensure the engineering data integrality and relation accuracy, is unable to show entirely the flight test processing, and has more disadvantages to reuse the data. On the basis of analysis of the organic constitutions of the flight test project, and its engineering data properties and logical structures, combining with the achievements and practice experiences in flight test data management and processing technology in the recent years, proposes series pivotal investigation results and thoughts in currently technique conditions: the thought about engineering data management covering the whole lifecycle of the flight test project; the big data structure model for the center of the flight object with integral collection and systematic management; the design method of the system frame based on SOA faced to professional operations. It enables to setup a comprehensive, overall and open flight test big data management and mining system platform, helping to improve the data processing efficiency in flight test, and to exert the engineering data widely using and mining to drive the aeronautics technical research.

aeronautics;flight test project;big data;management;application research

2017-04-30；

2017-05-26。

黨懷義(1967-)，男，陜西合陽(yáng)人，研究員，主要從事飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與軟件技術(shù)方向的研究。

1671-4598(2017)11-0299-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.11.076

TP273

A