2024 年 11 月 12 日,第十五届中国国际航空航天博览会上,我国新型隐形战机歼-35A 首次惊喜亮相,飞行表演动作干练、流畅、令人惊艳。歼-35A 是我国自主研制的新一代中型隐身多用途战斗机,它的亮相代表着我国空军同时拥有了两款隐形战斗机——歼-20 和歼-35A,我国也成为全球第二个同时拥有两款隐身战机的国家。
除歼-35A 外,此次航空航天博览会也展示了其他多款先进机型、装备,均表明了中国航空航天产业正处于加速发展期:自主化程度持续提升、综合实力居于世界领先水平、发展前景广阔。
(图片来源:贺治超)
在数智化加速赋能产业转型升级的今天,我国航空航天产业的加速发展,同样离不开数智化技术的加持。其中,能够优化飞行性能、预测潜在风险、指导关键决策的时序数据管理便是基础。
挖掘时序数据价值,对于航空航天业至关重要:通过对飞机、火箭、卫星等设备在设计、制造、试验、试飞、运行等全流程中产生的海量时序数据进行高效管理,能够实现对飞行任务中关键系统的精准监测与分析;通过遥测数据实时回传、试飞数据快速导入,能够实现航空信息的监测和设计改进,确保飞行任务的安全可靠执行。
作为一款运行稳定、性能高效、安全可靠的时序数据库产品,IoTDB 凭借其国产自研的高效低流量数据同步、离线数据迁移、丰富的部署选择和低资源占用等特点,为行业的数据管理和业务扩展提供了数据基础,持续为航空航天领域的技术创新和持续发展提供有力支撑。
一、行业痛点及 IoTDB 对应优势
(1)痛点:自主可控需求;优势:国产自研
航空航天数据需保障全程自主可控和高安全性。IoTDB 源于清华大学,支持行业对数据安全和可靠性的高标准需求,并提供完整技术支持,有效确保系统独立性与数据安全性。
(2)痛点:数据存储分散;优势:测点统一管理
航空航天飞行设备型号多样、部件复杂、任务批次不同,多批次试飞或实验数据分散管理会导致使用分析困难。IoTDB 通过统一层次化测点管理模型,提供灵活测点建模方法和数据库服务,形成统一数据湖。
(3)痛点:试飞数据入库效率;优势:超高速数据入库
试飞任务结束后,需将机载存储设备的原始数据入库进行分析,迁移频繁且耗时。IoTDB 具备高效的离线数据导入机制,减少数据迁移时间和成本,实现各阶段数据的快速切换与存储。
(4)痛点:数据查询压力;优势:国际榜单性能第一
航空航天设备产生的高频数据量大、数据类型多,传统数据库处理瓶颈。IoTDB 通过优化数据写入与查询性能,支持多源异构数据的高效存储与分析,处理速度高达千万点/秒,确保数据在复杂场景中高效流转。在国际权威物联网场景性能基准榜单 TPCx-IoT,和数据库性能测试排行榜 benchANT 中,IoTDB 各项性能指标均位居第一。
(5)痛点:多种运行环境部署难度;优势:部署形态多样
航空航天数据需要兼顾飞行器、地面站等环境。IoTDB 提供边缘、云端等多种部署版本,支持单机、双活、集群分部署等多种部署形态形态,灵活适应不同环境中的数据采集和处理需求。
(6)痛点:数据存储成本;优势:低磁盘占用
终端资源有限,对数据库系统的低存储要求较高。IoTDB 采用自研底层文件格式,通过列式存储、高效压缩算法等技术,支持有损压缩、无损压缩等方式,无损压缩比可达 10-30 倍,有效降低磁盘占用,节省存储成本。
二、解决方案架构(以飞参数据管理为例)
基于 IoTDB 构建的航空航天行业解决方案,可以支持飞行设备实时运行、试飞等过程中,将高度、推力、转速、经纬度等数据通过机载采集模块进行存储,在保障低 CPU/内存占用代价的同时,实现异常场景下的数据保存与恢复。
在试飞过程中,飞机可实时将部分遥测数据回传地面,并写入时序数据库中,服务实时飞行状态监控。同时,试飞数据也全量存储在机载存储设备内。
试飞任务结束或业务方规定的数据管理周期内,将存储设备转移至地面侧,并将数据转换为 IoTDB 原厂团队自研的时序数据标准文件格式 TsFile,即可将数据文件 TsFile 直接挂载进 IoTDB 集群,无需文件的重复处理。数据传输流程简单灵活、入库融合效率高。通过多类存储机制、压缩算法、计算函数,集团云侧中心的 IoTDB 集群可实现海量数据低成本存储和丰富的处理分析。
地面平台数据可进一步支持飞行分析系统、飞行维护系统、应急分析系统、模拟仿真系统等下游应用系统实现设备运维、协同管控、故障预测等业务需求,完成构建“设备采集-转移入库-汇聚分析-决策运营”的航空时序数据管理全链路,有力确保航空航天飞行与生产安全。
三、应用场景及部分用户
(1)应用场景:试飞飞参数据快速入库分析
试飞意为“驾驶试验机的正式飞行”。试飞数据则是验证高难度、高复杂度场景下的飞机性能,保障飞行安全的可靠依据,因此试飞数据十分珍贵,意义非凡。传统模式下,需要在航后卸载机载记录器中的原始数据,并通过相关软件实现转换,最后输出数据文件,往往需要 4~5 小时的预处理时间,数据时效性受到影响,无法有效保障试飞效率,以文本文件方式输出数据的形式也制约了试飞数据的分析效率。
IoTDB 支持 C919 等机型实现机上数据全量接入与分析,并支持“天空-地面”数据分钟级快速融合,成功打通低时延数据解析、入库链路,飞行参数数据实时性与存储效能均大幅提升。基于飞参数据管理能力,可实现试飞任务数据总汇、机载设备评估模型研判、故障描述、决策下发等业务操作,全面支撑试飞流程数字化。
(2)应用场景:航空制造工厂数据接入与监控预警系统;应用举例:中航机载共性
中航机载共性构建了面向机载系统产品生产制造的智能云制造系统,覆盖云、边、端多层级,完成了端侧智能化工厂数据采集,边缘侧数据预处理和云端播发,云侧数据中心、协同管控、智慧决策等多个子系统构建,实现异地工厂端与云中心侧的分布式数据互通和统一管理。
基于 IoTDB 自身的先进特性,中航机载共性选择 IoTDB 作为智能云制造系统,实现海量制造、产能数据低延迟采集、低成本存储、多场景治理,达到制造过程云化、资源供给中台化、数据应用智能化。多家应用厂商均对 IoTDB 在降低存储成本、降低高安全数据链路成本、降低突发宕机事件、提高经营效率等方面的效用表示了认可。
(3)应用场景:卫星发射地面监控;应用举例:北邮一号卫星
北京时间 2023 年 1 月 15 日 11 时 14 分,我国在太原卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭,以“一箭十四星”发射方式,成功将包括北邮一号卫星在内的 14 颗卫星发射升空。据悉,北邮一号卫星发射升空后卫星正常入轨,遥测参数正常,太阳翼、天线均展开正常,发射任务获得圆满成功。
IoTDB 被部署于北邮一号卫星,用以存储系统健康检测数据供地面分析监控,并为其他子系统提供基础数据存储分析服务,实现了低 CPU 使用率及内存占用,支持不定期关机场景下数据的自动保存与恢复,有效支持星-地数据协同。
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