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传感器实时收集收据 提升航空安全性

行业上下游中国仪表网2014年07月04日 11:17人气:5003

  导读:运用物联网技术,从大范围的传感器中实时收集数据,进行预测性的分析,用于提高航空器的安全性,以及航空公司的整体业务绩效,这已经是最自然不过的事情了。

  
        如果一架大型客机可以在飞行途中凭空消失,那么你怎么能期待一枚高速飞行的导弹可以准确地击中目标,你又如何能够用一枚防空导弹去拦截另一枚高速袭来的洲际弹道导弹?回答这一连串的问题,都取决于一项根本性的技术--随时了解和控制飞行器的工作状态。
  
  如果对于一架飞机或者一枚导弹存在这样的问题,那么对于一辆汽车、一列火车乃至于一条工业生产线,是否也存在同样的问题?实际上,这就是物联网要解决的主要问题之一--不是靠人工,而是让各种装置设备自动地进行通信与协同,完成人类交给的任务。
  
  在航空业发展初期,如果一架飞机坠毁,没有人生还,我们就无从了解这趟飞行中所发生的状况,也无从对飞行器的设计或者操作方法进行改进,从而避免类似的惨剧。于是,在1940年代,有了黑匣子这类装置的原型。
  
  如今,一想到飞机坠毁,很容易让人联想到去找黑匣子。但事实上,飞行事故并非安装黑匣子的最初原因。在二战期间,为了制造出性能更加优异的战斗机,需要采集到更多更精准的飞行测试数据,这是飞机黑匣子的起源。
  
  不过,的确是一连串的坠毁惨剧让黑匣子逐渐成为飞机上法定的配备,而这已经是1960年代的事情了。1954年1月10日,由英国Havilland航空的彗星型客机执行的781号班机,从罗马飞行至伦敦途中在地中海上空发生爆炸解体,机上29名乘客(包括10名小孩)及6名机组人员共35人无一生还。1960年6月10日,澳大利亚航空公司538航班在降落时失事,促使整个航空业界提出在所有的航空器中安装飞行记录器,而澳大利亚成为全球首个强制安装驾驶舱语音记录器的国家。到了1960年代末,全球绝大多数航空器都已经强制安装这一装置。
  
  然而,半个世纪过去了,我们难道不能想出任何新的装置来解决飞行安全问题吗?那时候,我们没有物联网。如今,我们应该有更有效的技术来避免惨剧发生,应该有更好的方法让我们的飞行更加安心、舒适。
  
  首先来看通信技术的发展。实际上,在当今的飞行器中已经广泛采用了各种新的通信技术,其中包括语音对讲、飞行数据记录、驾驶舱语音记录、高度编码及发送应答系统、卫星全球定位(GPS)、广播式自动相关监视(ADS-B)、飞机通信寻址与报告系统(ACARS)、卫星通信(SATCOM)以及已经日趋成熟的4GLTE蜂窝通信系统。以往,这些通信技术主要是用来掌握飞行状态以及提高安全性。但是,最近越来越流行的宽带卫星通信以及4GLTE系统则主要是被乘客娱乐需求所带动,然后才被考虑用于飞行的质量和效率。
  
  接着再看实时引擎监控与通信技术。喷气发动机制造商和相关配套设备制造商在实时监控方面一直处于领先地位,许多技术也已经在商业航班中应用。这些系统实时地收集航空系统在飞行中产生的数据,并且可在飞行中即时从云端数据中心获取历史数据,有的航空器甚至可以从其他正在飞行的航空器中实时获取数据,从而进行海量数据分析,以便航空业务运营者做出最有利的决策。这种集成互联的实时传感器信息分析能力就属于当今流行的术语--物联网的范畴。
  
  运用物联网技术所获得的数据,不仅可以了解单台飞行器的飞行状况,而且可以汇集同类系统甚至整个航空公司的完整数据,从而不断优化单台和整个公司的运营效率,也可以协助预测维修维护时机、零部件采购时机和数量,减少因为维修维护而耽误的时间,增加可正常运营的时间,从而提升整个航空企业的商业绩效。物联网将会带来多方皆赢的局面,航空企业的飞机正常飞行时间更长,燃油更加节省,航空器制造企业可以更加了解自己产品的实际运营状况,以便加速改进性能和可靠性。
  
  航空器数据的收集与集成是完全自主性的,几乎不需要人工,因此可以想象这个数据量是非常惊人的。从最低投入的简单分析到整个运输航空运输企业的整体业务的商业智能、业务优化与管理,对这些数据进行收集、汇总与分析,所涉及的业务范围和模式将会非常广泛。
  
  以下是几个业务模型的实例,将历史数据和空中采集的实时数据相结合,以便改良或者变革航空公司的业务运营:
  
  优化燃油管理,达到节省总体油耗的目标。
  
  应用基于绩效导航(PBN,Performance-Based Navigation)技术,对飞航路线进行优化,缩减飞行距离,从而降低油耗和空气污染排放,同时还可降低噪音干扰。
  
  优化机场交通流量和起降顺序,实现所有航班的同步协调,缩减在机场等待的时间。
  
  对航班数据进行分析,以便优化维护、维修和运营(MRO,Maintenance、Repairand Operation)。
  
  物联网系统无疑可以为航空器带来更高的安全性。物联网本身已经无所不在,用来传输一架飞机上任何传感器所产生的传输各类数据,这都已不再是一件困难的事,不论这个数据来自FDR(飞行数据记录器)、驾驶舱语音记录器(CVR)、GPS、广播式自动相关监视(ADS-B),还是来自飞机通信寻址与报告系统(ACARS)、卫星通信(SATCOM)。所以,人们很难理解,为什么我们一定要等到找到飞机残骸才能了解这架飞机坠毁的原因,而不是预先就发现事故的隐患!从法航447航班到马航370航班,一次次的悲剧都在提醒我们,应该采取更有效的措施,及时获取航空器上各个部件更多的实时数据,而不是当整个飞机都不知道去了哪里之后才去苦苦寻找。
  
  黑匣子的一分一毫的价值都必须依赖于这些事实:首先,这架飞机坠毁了;然后,这架飞机的残骸被找到了;最后,发现黑匣子的时间还算及时。实际上,有些飞机坠毁的地方,几乎是不可能对黑匣子进行定位并把它找回来的。美联航1965年失事的389航班,泛美航空1973失事的816航班,美国Eastern Air Lines1985年失事的980航班,这些飞机上的黑盒子至今都没有找到。
  
  无线电对讲通信只有机组人员能够正常履行职责时才有效。GPS可以很好地获得定位数据,但必须与其他数据相结合才能提供更能反映飞行状况的信息。SATCOM和4GLTE可以提供很好的宽带通信,但许多航空公司目前并没有配备,利用这个宽带信道来传输实时信息,以便提升航空安全与运营效率的就更少了。
  
  运用物联网技术,从大范围的传感器中实时收集数据,进行预测性的分析,用于提高航空器的安全性,以及航空公司的整体业务绩效,这已经是最自然不过的事情了。在最糟糕的情况下,我们至少可以及时了解那架飞机失事的原因,进而立刻采取改进措施,而不是等到失事飞机的黑匣子被找到之后,面对着残骸才开始分析飞机坠毁的原因。
  
  总之,把所有性命攸关的数据都存储在天空中独自飞行的飞机上,这显然不是一个聪明的办法。我们应该同时加强飞机上和地面数据中心的信息存储与处理能力,以及两者之间的即时通信能力,从而让地面和空中飞机在几秒钟之内就明白彼此的状况。而这并不是什么新技术,这些技术如今早已存在于我们高度智能化的空中交通系统之中,我们只是没有及时应用这些技术。
  
  像传统的黑匣子这种所谓的飞行安全技术,对于航空公司来说纯粹是一个财务负担,而且它的价值只有在一架飞机坠毁之后才能发挥出来,这毕竟是极为罕见的情况。但是,物联网技术却完全不同,由此带来的效益是即刻兑现的。当航空公司为一架飞机配备了物联网这样的实时数据采集与分析系统,它的下一次飞行就会开始收到这笔投资的回报,而且从此以后的每一趟飞行都会因此而受益。
  
  如今,从发动机这类机载设备到停机坪这类机场设施,我们已经把可以收集数据的传感器安装在整个航空系统的各个角落,几乎覆盖了整个地球。然而,飞机通信寻址与报告系统(ACARS)原本的设计目标是尽可能减少数据发送量,以便节省以往非常稀缺的带宽资源。但如今宽带通信网络已经十分普遍,至少我们可以让飞机上黑匣子和ACARS的数据都通过新的宽带信道实时传回地面。
  
  提升飞行中的宽带通信能力,其推动力并非来自政府或者航空公司,而是来自乘客。在飞行途中,乘客希望在空中与地面建立更多的网络通信联系,以便增加办公效率和娱乐性。但一旦飞机发生异常,乘客们也一定愿意停止或者降低自己的通信带宽需求,来让出更多带宽资源给机载设备和机组人员。实际上,许多现有的机载物联网技术早已被用来进行燃油管理和航线优化,这些系统同样可以用来提升航空器的安全性。
  
  采用物联网技术显然可以提升航空器的安全性,但仅仅依靠单一因素是不行的。设备、飞行员、地勤人员等,任何单方面的改善都将收效甚微。而且,在整个安全回路中,人类的反应是最慢的,往往跟不上传感器和设备的速度,来不及应付突发状况。自主性的、实时性的传感器融合,这应该成为航空物联网革命的主流。通过实时性的数据分析,为人类提供更高的安全性、舒适性和航空公司绩效,这种全面智能化的航空物联网将会改变整个航空业,也会通过有预见性的措施,拯救那些可能失事的航班。
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