基于知識(shí)輔助和OOOI報(bào)文的飛機(jī)航段識(shí)別系統(tǒng)

韓雁飛 孫淑光 徐廣有 王 蓉

1(中國(guó)民航大學(xué)天津市智能信號(hào)與圖像處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津 300300)2(海航航空技術(shù)(天津)有限責(zé)任公司 天津 300300)3(廈門(mén)太古飛機(jī)工程有限公司 福建 廈門(mén) 361003)

0 引 言

一個(gè)完整的飛行航段是指航空器從起飛點(diǎn)到下一個(gè)著陸點(diǎn)之間的飛行，因此一次航班可以包括一個(gè)航段或者多個(gè)航段。在機(jī)載設(shè)備中，根據(jù)飛行警告計(jì)算機(jī)(Flight Warning Computer，F(xiàn)WC)預(yù)設(shè)的航段邏輯，一個(gè)飛行航段可以劃分為10個(gè)不同階段，用于幫助和定位機(jī)載設(shè)備故障發(fā)生時(shí)的飛行階段。然而，在地面系統(tǒng)中，航空公司需要依據(jù)飛機(jī)號(hào)和其對(duì)應(yīng)的飛行航段對(duì)飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)(Aircraft Communications Addressing and Reporting System，ACARS)報(bào)文[1-2]進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和數(shù)據(jù)分析。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)飛行航段的正確劃分和識(shí)別，對(duì)飛機(jī)的有效運(yùn)營(yíng)、性能監(jiān)控和健康管理等均有著至關(guān)重要的作用。

ACARS可以監(jiān)測(cè)和報(bào)告當(dāng)前航班飛行階段的變化，其中包含四種階段狀態(tài)(滑出——Out of the gate；起飛——Off the ground；著陸——On the ground；滑入——Into the Gate)，工業(yè)上簡(jiǎn)稱(chēng)為OOOI，這四個(gè)狀態(tài)也稱(chēng)為OOOI事件[3]。一次完整的飛行航段包含上述四種狀態(tài)，即在飛行過(guò)程中將依次產(chǎn)生四種OOOI報(bào)文，這些報(bào)文被稱(chēng)為OUT報(bào)、OFF報(bào)、ON報(bào)、IN報(bào)。對(duì)于OOOI事件的監(jiān)控可被用于航空運(yùn)行調(diào)度安排、航班滑出預(yù)測(cè)和機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行監(jiān)控等[4-7]。Nakahara等[8]對(duì)美國(guó)紐約肯尼迪機(jī)場(chǎng)的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后指出，利用OUT報(bào)文和OFF報(bào)文之間的時(shí)間間隔，可為機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行的擁堵情況提供一個(gè)良好的度量。作為ACARS系統(tǒng)的一個(gè)重要應(yīng)用，利用OOOI報(bào)文中所包含的狀態(tài)信息可以為航空公司的地面報(bào)文監(jiān)控系統(tǒng)提供飛機(jī)航段劃分，文獻(xiàn)[9]利用CLIPS開(kāi)發(fā)工具初步實(shí)現(xiàn)了適用于航空公司地面監(jiān)控的航段識(shí)別系統(tǒng)，但是其僅實(shí)現(xiàn)了航段識(shí)別的邏輯推理，在知識(shí)獲取和自主學(xué)習(xí)等方面還有待完善。

隨著航空業(yè)的飛速發(fā)展，全球范圍內(nèi)航班數(shù)量與日俱增?？罩薪煌ǖ膿頂D以及一些人為或設(shè)備故障為航空公司的管理監(jiān)控帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。在OOOI報(bào)文的實(shí)際使用過(guò)程中，各種人為因素、設(shè)備故障和環(huán)境干擾等會(huì)導(dǎo)致報(bào)文內(nèi)容的錯(cuò)誤或缺失，甚至出現(xiàn)報(bào)文丟失的情況。例如：2017年1月和2月某公司一架737-800飛機(jī)機(jī)組反映ACARS OOOI報(bào)文ON和IN時(shí)間相同的故障情況，經(jīng)過(guò)對(duì)歷史報(bào)文分析后發(fā)現(xiàn)該故障在2016年12月就已經(jīng)出現(xiàn)，之后維修人員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月的故障排查才解決了此次故障情況。這種非正常情況的出現(xiàn)，極有可能導(dǎo)致地面系統(tǒng)不能準(zhǔn)確識(shí)別航班所處的航段，進(jìn)而發(fā)出錯(cuò)誤的請(qǐng)求，影響航班任務(wù)的正常執(zhí)行。

針對(duì)OOOI報(bào)文出現(xiàn)內(nèi)容差錯(cuò)、部分內(nèi)容缺省甚至報(bào)文丟失的異常情況，本文提出了一種基于知識(shí)輔助和OOOI報(bào)文的飛機(jī)航段識(shí)別方法。該方法借助專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和運(yùn)行流程，考慮航班多航段運(yùn)行的實(shí)際特性，以機(jī)載燃油油量、預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間和位置報(bào)等作為輔助知識(shí)，以O(shè)OOI報(bào)文中的關(guān)鍵參數(shù)作為航段推理的事實(shí)依據(jù)，建立了一套完整的飛行航段識(shí)別邏輯及知識(shí)庫(kù)。以真實(shí)報(bào)文為例，對(duì)報(bào)文漏發(fā)的情況進(jìn)行航段識(shí)別并分析。結(jié)果表明，利用航段改變、航段不變、報(bào)文無(wú)效和航段撤銷(xiāo)等判別結(jié)果，該系統(tǒng)可有效地實(shí)現(xiàn)飛機(jī)航段識(shí)別。

1 OOOI報(bào)文解析

作為一種在飛機(jī)和地面站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)字式數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，ACARS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理單元通過(guò)采集多種機(jī)載傳感器(例如，艙門(mén)、剎車(chē)和起落架上的傳感器)的輸出信號(hào)來(lái)定義OOOI事件。一次完整的航班任務(wù)包含上述四種狀態(tài)，即在飛行過(guò)程中將依次產(chǎn)生四種OOOI報(bào)文，在A(yíng)CARS報(bào)文體系中，這些報(bào)文被稱(chēng)為OUT報(bào)、OFF報(bào)、ON報(bào)和IN報(bào)[10]。

OOOI報(bào)文按照飛機(jī)執(zhí)行航班任務(wù)的事件發(fā)生順序進(jìn)行播發(fā)，依次是OUT報(bào)、OFF報(bào)、ON報(bào)和IN報(bào)，分別對(duì)應(yīng)飛機(jī)滑出、起飛、著陸和滑入等四種狀態(tài)，利用這四種狀態(tài)即可描述一次完整的航班航段，如圖1所示。

圖1 完整航段中OOOI報(bào)文產(chǎn)生順序

由于OOOI報(bào)文是用于報(bào)告飛機(jī)狀態(tài)的報(bào)文，所以一般出現(xiàn)在A(yíng)CARS報(bào)文下行報(bào)文中，飛機(jī)通過(guò)地-空數(shù)據(jù)通信的方式將表示飛機(jī)滑出、起飛、著陸和滑入等四種狀態(tài)事件的OOOI報(bào)文下傳給地面。下行報(bào)文符合ARINC618協(xié)議[11]的數(shù)據(jù)格式，由數(shù)據(jù)鏈服務(wù)提供商(Datalink Service Provider，DSP)將其轉(zhuǎn)換為符合ARINC620協(xié)議[12]數(shù)據(jù)格式的報(bào)文，并轉(zhuǎn)發(fā)給其他終端用戶(hù)。

在地空數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中，飛機(jī)通過(guò)空地鏈路向地面?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)，信息以字符的形式被記錄在傳輸?shù)膱?bào)文中，OOOI的傳輸服務(wù)行(即報(bào)文頭)包括飛機(jī)號(hào)、航班號(hào)等重要參數(shù)[13]。此外，其他參數(shù)的解釋以及參數(shù)在報(bào)文中的字符表示形式，如表1所示。

表1 OOOI報(bào)文基本內(nèi)容

地面終端用戶(hù)按照ARINC620協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)對(duì)經(jīng)由DSP轉(zhuǎn)發(fā)后的OOOI報(bào)文進(jìn)行解析，以實(shí)際中的OOOI報(bào)文為例，如圖2所示是山東航空于2017年4月26日當(dāng)天接收并保存的OUT報(bào)文。解析之后，可獲得的報(bào)文內(nèi)容如下：報(bào)文發(fā)送的時(shí)刻為2017年4月26日10時(shí)51分38秒，機(jī)尾號(hào)為B-5119，航班號(hào)為SC4779，起飛機(jī)場(chǎng)代碼ZHCC，報(bào)文類(lèi)型是OUT報(bào)，報(bào)文接收時(shí)間是10時(shí)51分，當(dāng)前機(jī)載油量1×104kg。

圖2 OUT報(bào)文示例

由圖2可見(jiàn)，OUT報(bào)的關(guān)鍵參數(shù)為起飛機(jī)場(chǎng)信息。同理，依據(jù)ARINC620協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)對(duì)OFF報(bào)、ON報(bào)和IN報(bào)進(jìn)行解析，其中OFF報(bào)的關(guān)鍵參數(shù)為起飛機(jī)場(chǎng)和目的機(jī)場(chǎng)信息，ON和IN報(bào)的關(guān)鍵參數(shù)均包含目的機(jī)場(chǎng)信息。不同類(lèi)型的報(bào)文在報(bào)文類(lèi)型標(biāo)識(shí)符處會(huì)有所不同，OOOI報(bào)文中通過(guò)“OUT”“OFF”“ON”“IN”等字符區(qū)分不同的報(bào)文類(lèi)型。

2 航段識(shí)別的知識(shí)獲取

在商業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域，專(zhuān)家系統(tǒng)(Expert System，ES)的應(yīng)用較為廣泛，其本質(zhì)是一種高效的代碼程序，這類(lèi)智能程序通過(guò)運(yùn)用某一專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中人類(lèi)專(zhuān)家積累的專(zhuān)業(yè)知識(shí)或者經(jīng)驗(yàn)，模仿專(zhuān)家解決問(wèn)題的邏輯，從而高效地解決系統(tǒng)面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題[14]。

航段識(shí)別的知識(shí)獲取是建立專(zhuān)家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)的主要手段，搭建知識(shí)庫(kù)是實(shí)現(xiàn)專(zhuān)家系統(tǒng)的核心和首要工作[15]。提取書(shū)本、文獻(xiàn)和該領(lǐng)域?qū)＜业募夹g(shù)經(jīng)驗(yàn)等已有的知識(shí)，并將其轉(zhuǎn)化為機(jī)器能夠識(shí)別的形式就是知識(shí)獲取的過(guò)程。

2.1 航段識(shí)別的報(bào)文參數(shù)選取

為了使基于知識(shí)輔助和OOOI報(bào)文的飛機(jī)航段識(shí)別方法具有專(zhuān)家系統(tǒng)的邏輯推理能力，需要為推理邏輯提供事實(shí)依據(jù)，也就是事實(shí)庫(kù)。事實(shí)庫(kù)中應(yīng)包含當(dāng)前報(bào)文內(nèi)容和歷史報(bào)文內(nèi)容，推理邏輯將依據(jù)這些事實(shí)綜合得出識(shí)別結(jié)果。因此，應(yīng)當(dāng)選取報(bào)文中合適的參數(shù)，作為邏輯推理的事實(shí)，將這些參數(shù)解析出來(lái)并保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

完整的OOOI報(bào)文可分為報(bào)頭和正文兩部分。一般情況下，報(bào)頭部分位于OOOI報(bào)文的前5行，其報(bào)文格式基本保持不變，其包含的有效信息包括發(fā)送地址、報(bào)文觸發(fā)時(shí)間、報(bào)文接收時(shí)間、通信服務(wù)商代碼、飛機(jī)號(hào)和航班號(hào)等。報(bào)文正文的內(nèi)容及格式可以依據(jù)不同航空公司的需求進(jìn)行客戶(hù)化的編輯和修改，不同航空公司發(fā)送的OOOI報(bào)文格式可能會(huì)有所不同，但其一般情況下均會(huì)包含表征航班OOOI運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵信息，主要包括報(bào)文名稱(chēng)、發(fā)送時(shí)間、起飛機(jī)場(chǎng)代碼、目的機(jī)場(chǎng)代碼和飛機(jī)燃油油量等參數(shù)。

由于任意兩個(gè)連續(xù)航段的起飛機(jī)場(chǎng)及目的機(jī)場(chǎng)代碼肯定不同，因此識(shí)別航段的最優(yōu)判斷依據(jù)是報(bào)文正文中的起飛機(jī)場(chǎng)和目的機(jī)場(chǎng)代碼。但在實(shí)際發(fā)送的報(bào)文中，起飛機(jī)場(chǎng)和目的機(jī)場(chǎng)代碼不同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，航班號(hào)也可作為判斷依據(jù)。在一個(gè)完整正常的航班任務(wù)中，航班號(hào)是保持不變的，但當(dāng)航班任務(wù)是經(jīng)停的航班時(shí)，同一個(gè)航班號(hào)會(huì)對(duì)應(yīng)多個(gè)飛行航段，此時(shí)需要利用其他附加信息進(jìn)行輔助識(shí)別。其中，機(jī)載燃油油量、預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間(Estimated Time of Arrival，ETA)和ACARS的位置報(bào)(POS報(bào))均是重要的輔助識(shí)別依據(jù)。飛機(jī)執(zhí)行航段任務(wù)的過(guò)程一定會(huì)伴隨著燃油油量的消耗，燃油油量和OOOI事件的發(fā)生順序之間存在著對(duì)應(yīng)的直接聯(lián)系。利用ETA作為輔助判斷知識(shí)，可以有效防止在大量報(bào)文無(wú)法接收時(shí)，將連續(xù)兩個(gè)航段識(shí)別為一個(gè)航段的可能。因此，本文選取燃油油量、ETA和POS報(bào)等作為識(shí)別OOOI過(guò)程的知識(shí)輔助參數(shù)。

2.2 航段識(shí)別規(guī)則及邏輯

航段識(shí)別規(guī)則即為航段識(shí)別知識(shí)的表示方式，即如何把用于航段識(shí)別的專(zhuān)業(yè)知識(shí)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠存儲(chǔ)和應(yīng)用的表示形式。目前最常用的方式是規(guī)則表示法，它直接模擬人類(lèi)思維過(guò)程，清晰直接地將知識(shí)表示成人類(lèi)思維中最簡(jiǎn)單的因果關(guān)系，一般是通過(guò)“IF-THEN”的規(guī)則形式表達(dá)[16-17]，即：

IF P

THEN Q

其中：P代表規(guī)則的執(zhí)行條件，例如前提、狀態(tài)等；Q表示結(jié)論或者規(guī)則執(zhí)行結(jié)果等。具體含義為：若P條件成立或描述為真，則可推斷出結(jié)論Q或執(zhí)行Q。通過(guò)歸納航段識(shí)別領(lǐng)域的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，考慮利用OOOI報(bào)文進(jìn)行航段識(shí)別時(shí)可能的出錯(cuò)模式，分析并總結(jié)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，得出了基于OOOI報(bào)文進(jìn)行航段識(shí)別的知識(shí)[9]，并將其以規(guī)則形式表示出來(lái)，具體內(nèi)容如表2所示。

表2 飛行航段識(shí)別規(guī)則

續(xù)表2

在上述已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，航段識(shí)別系統(tǒng)需要按照一定的推理機(jī)制應(yīng)用所有的規(guī)則對(duì)OOOI報(bào)文進(jìn)行推理和識(shí)別。在專(zhuān)家系統(tǒng)中，推理機(jī)通過(guò)讀取知識(shí)庫(kù)中的航段識(shí)別規(guī)則，依照事實(shí)庫(kù)的已有事實(shí)，遵循正向推理的原則，從已有的信息和數(shù)據(jù)出發(fā)，通過(guò)沖突消解的方式逐步建立基于OOOI報(bào)文的航段識(shí)別推理邏輯。建立推理邏輯的關(guān)鍵之處在于分析OOOI報(bào)文應(yīng)用過(guò)程中可能出現(xiàn)的情況，并依據(jù)報(bào)文解析的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)合適的推理邏輯。

在正常情況下，飛機(jī)的一個(gè)航段能剛好完整地發(fā)送一組OOOI報(bào)文。但在報(bào)文的實(shí)際使用中一個(gè)航段可能會(huì)有多個(gè)OUT報(bào)或IN報(bào)。若航班執(zhí)行過(guò)程中有飛機(jī)復(fù)飛的情況，則會(huì)發(fā)送多個(gè)ON報(bào)和OFF報(bào)，由此就會(huì)存在將一個(gè)航段誤識(shí)別為多個(gè)航段的情況。因此，根據(jù)航班多航段運(yùn)行的實(shí)際特性，以機(jī)載燃油油量、ETA和POS報(bào)等作為輔助知識(shí)，對(duì)接收到的OOOI報(bào)文進(jìn)行有效參數(shù)的提取，通過(guò)航段識(shí)別推理邏輯對(duì)報(bào)文內(nèi)容進(jìn)行判定。

由表2可知，依據(jù)航段識(shí)別規(guī)則，在航段識(shí)別的初始階段首先需要對(duì)報(bào)文的類(lèi)型進(jìn)行解析和判斷，提取報(bào)文中的關(guān)鍵參數(shù)，當(dāng)識(shí)別到不同類(lèi)型的報(bào)文時(shí)，結(jié)合歷史報(bào)文信息依據(jù)不同的判斷邏輯進(jìn)行下一步的航段識(shí)別，航段識(shí)別邏輯的流程如圖3所示。

圖3 飛行航段識(shí)別邏輯流程

由圖3可見(jiàn)，若系統(tǒng)識(shí)別到當(dāng)前報(bào)文為OUT報(bào)時(shí)，將進(jìn)入條件2的判斷邏輯，從而進(jìn)行下一步的識(shí)別，OUT報(bào)的識(shí)別邏輯流程如圖4所示，其中“DEP”指起飛機(jī)場(chǎng)或者目的機(jī)場(chǎng)代碼。

圖4 OUT報(bào)邏輯流程

由圖4可見(jiàn)，若當(dāng)前OUT報(bào)文的DEP有效，則將當(dāng)前DEP與歷史報(bào)文的DEP比對(duì)。若與歷史報(bào)文的DEP一致，且通過(guò)歷史OFF報(bào)、ON報(bào)或者位置報(bào)等判斷出飛機(jī)沒(méi)有起飛，代表飛機(jī)推出后滑回又重新推出的情況，故判定航段不改變；否則，若飛機(jī)已起飛，代表飛機(jī)返航后再推出的情況，判定航段改變。圖4中“燃油消耗<0”指當(dāng)前報(bào)文的油量參數(shù)大于歷史報(bào)文油量。若當(dāng)前OUT報(bào)文的DEP無(wú)效，則可以通過(guò)油量參數(shù)進(jìn)行判斷。

如圖5所示，對(duì)于OFF報(bào)文，判定航段不變的唯一條件為飛機(jī)未起飛。如飛機(jī)已起飛，通過(guò)對(duì)比當(dāng)前OFF報(bào)與上一個(gè)OFF報(bào)的時(shí)間間隔，確定航段是否改變。如當(dāng)前報(bào)文的接收時(shí)間與上一個(gè)報(bào)文的接收時(shí)間差小于某個(gè)定值，判定當(dāng)前OFF報(bào)為重復(fù)發(fā)送，拋棄報(bào)文；如大于定值，則判定當(dāng)前OFF報(bào)正常，航段改變。同理，通過(guò)查看歷史報(bào)文是否有IN報(bào)，也可以判斷當(dāng)前OFF報(bào)是否為重復(fù)發(fā)送。

圖5 OFF報(bào)邏輯流程

圖6為ON報(bào)邏輯流程，其中“當(dāng)前報(bào)文時(shí)間>ETA”指當(dāng)前ON報(bào)文的接收時(shí)間在預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間之后，如滿(mǎn)足此條件，則代表飛機(jī)航段改變，否則通過(guò)歷史報(bào)文是否存在ON報(bào)進(jìn)一步判斷當(dāng)前ON報(bào)文是否有效。如存在，則代表當(dāng)前ON報(bào)文重復(fù)發(fā)送，拋棄報(bào)文；如不存在，則代表當(dāng)前ON報(bào)文正常，航段不變。

圖6 ON報(bào)邏輯流程

圖7為IN報(bào)邏輯流程，可以看出，與歷史報(bào)文DEP不相同則表明當(dāng)前報(bào)文無(wú)效拋棄。需要注意的是“與歷史報(bào)文DEP相同”這一判斷成立的條件包括不存在起飛機(jī)場(chǎng)和目的機(jī)場(chǎng)的報(bào)文，并且在飛機(jī)未起飛的情況下，判定為撤銷(xiāo)航段，刪除該記錄。

圖7 IN報(bào)邏輯流程圖

若當(dāng)前報(bào)文為POS報(bào)，系統(tǒng)則將POS報(bào)作為輔助航段識(shí)別的判斷條件，POS報(bào)的邏輯流程如圖8所示。由圖8可知，“飛機(jī)落地”這一判斷成立的條件包括存在ON報(bào)、存在POS報(bào)和IN報(bào)以及存在OFF報(bào)和IN報(bào)三種情況。

圖8 POS報(bào)邏輯流程

3 基于知識(shí)輔助的飛機(jī)航段識(shí)別系統(tǒng)

本文利用專(zhuān)家系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于知識(shí)輔助和OOOI報(bào)文的飛機(jī)航段識(shí)別方法，并在此基礎(chǔ)上搭建一套完整的飛機(jī)航段識(shí)別系統(tǒng)。該系統(tǒng)以O(shè)OOI報(bào)文為數(shù)據(jù)源，根據(jù)航班多航段運(yùn)行的實(shí)際特性，以機(jī)載燃油油量、ETA和POS報(bào)等作為輔助知識(shí)，使用C# 編程語(yǔ)言在Microsoft Visual Studio 2010的平臺(tái)中完成系統(tǒng)運(yùn)行界面的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。

3.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

基于知識(shí)輔助和OOOI報(bào)文的飛機(jī)航段識(shí)別系統(tǒng)是以飛機(jī)OOOI報(bào)文為數(shù)據(jù)源，以“對(duì)象”為中心來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行界面，在Microsoft Visual Studio 2010的環(huán)境下使用C#語(yǔ)言的可視化窗口設(shè)計(jì)進(jìn)行編程開(kāi)發(fā)。在進(jìn)行解析OOOI報(bào)文的基礎(chǔ)上，將報(bào)文內(nèi)的關(guān)鍵參數(shù)保存到Microsoft Office Access數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)文參數(shù)的讀取和錄入。

基于OOOI報(bào)文的多航班飛機(jī)航段識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖，如圖9所示。系統(tǒng)的主要功能模塊包括報(bào)文錄入模塊、報(bào)文解析模塊、航段識(shí)別模塊、當(dāng)前航段報(bào)文查詢(xún)模塊、歷史航段報(bào)文查詢(xún)模塊和系統(tǒng)登錄與退出模塊。每個(gè)模塊互相關(guān)聯(lián)，共同實(shí)現(xiàn)航段識(shí)別系統(tǒng)的有效工作。

圖9 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

(1) 報(bào)文錄入模塊。該模塊可實(shí)現(xiàn)報(bào)文參數(shù)的自動(dòng)錄入和手動(dòng)錄入兩種方式。采用自動(dòng)接收?qǐng)?bào)文方式時(shí)，可以實(shí)時(shí)處理OOOI報(bào)和POS報(bào)的信息，當(dāng)系統(tǒng)正常啟動(dòng)時(shí)就自動(dòng)開(kāi)啟這種工作方式，該功能通過(guò)固定時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)刷新方式實(shí)現(xiàn)。報(bào)文手動(dòng)錄入模塊主要用于特殊情況下的臨時(shí)航班錄入。采用手動(dòng)錄入方式時(shí)，可在該窗口的下拉菜單中手動(dòng)選擇該報(bào)文的數(shù)據(jù)庫(kù)、表名以及路徑等關(guān)鍵信息，系統(tǒng)將按照所選信息執(zhí)行報(bào)文錄入，并將相應(yīng)參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

(2) 報(bào)文解析模塊。該模塊對(duì)接收到的OOOI報(bào)或POS報(bào)按照ARINC620協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解析，可獲得的報(bào)文的關(guān)鍵參數(shù)，包括：報(bào)文發(fā)送的時(shí)刻，機(jī)尾號(hào)，航班號(hào)，起飛機(jī)場(chǎng)代碼，目的機(jī)場(chǎng)代碼，報(bào)文類(lèi)型和當(dāng)前載機(jī)油量等。同時(shí)，將解析后的報(bào)文關(guān)鍵參數(shù)保存到Microsoft Office Access數(shù)據(jù)庫(kù)的相應(yīng)表單中。

(3) 航段識(shí)別模塊。航段識(shí)別功能的實(shí)現(xiàn)流程如圖10所示。報(bào)文錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中以后，即獲得當(dāng)前報(bào)文的參數(shù)信息，查詢(xún)并調(diào)取歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)飛機(jī)號(hào)的歷史信息，將當(dāng)前報(bào)文參數(shù)與歷史報(bào)文參數(shù)綜合通過(guò)系統(tǒng)的邏輯判斷，得到判斷結(jié)果，共分為以下4種判斷結(jié)果：航段改變、航段不變、報(bào)文無(wú)效和航段撤銷(xiāo)。對(duì)于不同判斷結(jié)果，系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)應(yīng)的后續(xù)操作，并將航段識(shí)別結(jié)果顯示在界面上，最后將識(shí)別結(jié)果和參數(shù)一并錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

圖10 飛行航段識(shí)別功能實(shí)現(xiàn)流程

(4) 當(dāng)前航段報(bào)文查詢(xún)模塊。該模塊以當(dāng)前航段下所有航班的飛機(jī)號(hào)作為初級(jí)篩選條件，結(jié)合航段識(shí)別模塊的航段識(shí)別結(jié)果，為用戶(hù)提供當(dāng)前航段下的所有航班的OOOI報(bào)文內(nèi)容及其所屬航段信息，包括該報(bào)文的狀態(tài)、類(lèi)型和航段標(biāo)號(hào)。同時(shí)，該航段已存在的報(bào)文信息會(huì)通過(guò)右側(cè)的報(bào)文按鈕進(jìn)行顯示，名稱(chēng)變?yōu)榧t色的按鈕代表該報(bào)文類(lèi)型已存在，并可通過(guò)單擊進(jìn)行查看。當(dāng)前航段下報(bào)文內(nèi)容及其航段識(shí)別結(jié)果，如圖11所示。

圖11 當(dāng)前航段下報(bào)文內(nèi)容及其航段識(shí)別結(jié)果

(5) 歷史航段報(bào)文查詢(xún)模塊。當(dāng)用戶(hù)輸入需要查詢(xún)的飛機(jī)號(hào)和起止日期之后，系統(tǒng)以列表的形式展示出所查詢(xún)飛機(jī)的所有航段信息。

(6) 系統(tǒng)登錄與退出模塊。系統(tǒng)登錄與退出模塊通過(guò)友好的人機(jī)交互接口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的登錄、用戶(hù)注冊(cè)和退出等功能。

3.2 航段識(shí)別示例分析

OOOI報(bào)文在航班多航段運(yùn)行的實(shí)際通信過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)由于人為因素、設(shè)備故障、環(huán)境干擾等原因?qū)е聢?bào)文異常情況，使得航空公司的地面系統(tǒng)不能準(zhǔn)確識(shí)別航班狀態(tài)，進(jìn)而發(fā)出錯(cuò)誤的請(qǐng)求或決策指令，影響航班任務(wù)的正常執(zhí)行。OOOI報(bào)文主要的錯(cuò)誤情況包括報(bào)文漏發(fā)、報(bào)文重復(fù)和報(bào)文延誤等。按照常見(jiàn)的故障類(lèi)型進(jìn)行報(bào)文仿真，以同一個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)的4個(gè)航班號(hào)的50組OOOI報(bào)文數(shù)據(jù)為觀(guān)察對(duì)象，系統(tǒng)均可有效地對(duì)航段進(jìn)行劃分，實(shí)現(xiàn)航段改變、航段不變、報(bào)文無(wú)效和航段撤銷(xiāo)等判別結(jié)果。

同時(shí)，以飛機(jī)號(hào)為B-5513在2017年4月25日當(dāng)天的真實(shí)報(bào)文為例，針對(duì)報(bào)文漏發(fā)的情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并分析。

如圖12所示，當(dāng)前系統(tǒng)判斷飛機(jī)號(hào)B-5513接收到的報(bào)文為0航段的ON報(bào)，此時(shí)該0航段已接收的報(bào)文包括OUT報(bào)、OFF報(bào)、POS報(bào)和ON報(bào)，當(dāng)前該航段的IN報(bào)還未發(fā)送。下一條系統(tǒng)接收到的報(bào)文記錄情況如圖13所示，此時(shí)機(jī)載設(shè)備發(fā)送的報(bào)文為該架飛機(jī)下一航段的OUT報(bào)，而未發(fā)送IN報(bào)，經(jīng)系統(tǒng)判斷此時(shí)航段已經(jīng)改變，即當(dāng)前報(bào)文為飛機(jī)號(hào)為B-5513的1航段OUT報(bào)，此時(shí)系統(tǒng)邏輯判斷上一航段的IN報(bào)漏發(fā)了。

圖12 系統(tǒng)接收ON報(bào)

由圖13可知，當(dāng)接收到該OUT報(bào)時(shí)，系統(tǒng)判斷的流程為：讀入當(dāng)前的OUT報(bào)文，將報(bào)文內(nèi)容進(jìn)行解析獲取參數(shù)信息，由于報(bào)文類(lèi)型為OUT報(bào)，進(jìn)入OUT報(bào)邏輯判斷，由于當(dāng)前報(bào)文信息中不含目的機(jī)場(chǎng)信息，所以判斷當(dāng)前報(bào)文機(jī)場(chǎng)代碼無(wú)效，進(jìn)入下一判斷，又由于當(dāng)前報(bào)文燃油量值大于上一報(bào)文的燃油量值，所以判斷燃油消耗小于0，由此得到結(jié)論為航段改變。

圖13 系統(tǒng)漏發(fā)IN報(bào)

4 結(jié) 語(yǔ)

OOOI報(bào)文往往在實(shí)際的通信過(guò)程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)多種異常情況，例如人為因素、設(shè)備故障、環(huán)境干擾等導(dǎo)致報(bào)文的不確定性。本文借助專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和運(yùn)行流程，提出了一種基于知識(shí)輔助和OOOI報(bào)文的飛機(jī)航段識(shí)別方法。以機(jī)載燃油油量、預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間和位置報(bào)等作為輔助知識(shí)，利用實(shí)際OOOI報(bào)文中的關(guān)鍵參數(shù)作為航段推理的事實(shí)依據(jù)，建立了一套完整的航段識(shí)別邏輯和知識(shí)庫(kù)。最后，以真實(shí)報(bào)文為例，針對(duì)報(bào)文漏發(fā)的情況進(jìn)行航段識(shí)別診斷并分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可對(duì)航段進(jìn)行有效劃分，實(shí)現(xiàn)航段改變、航段不變、報(bào)文無(wú)效和航段撤銷(xiāo)等判別結(jié)果，增加航段識(shí)別的準(zhǔn)確程度和效率。