Q A R數(shù)據(jù)的飛行階段劃分與列式壓縮存儲設(shè)計*

梁家華，張溦溦，張志遠(yuǎn)

（中國民航大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，天津300300）

Q A R數(shù)據(jù)的飛行階段劃分與列式壓縮存儲設(shè)計*

梁家華，張溦溦，張志遠(yuǎn)

（中國民航大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，天津300300）

QAR全稱Quick access recorder，是一種標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)載飛行數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，QAR數(shù)據(jù)是時序數(shù)據(jù)，采樣頻率高，數(shù)據(jù)量巨大。通過對QAR數(shù)據(jù)的研究，我們可發(fā)現(xiàn)其中相當(dāng)多列的數(shù)據(jù)存在冗余或是遵循一定的規(guī)律。利用Visual Studio開發(fā)環(huán)境結(jié)合SQLServer數(shù)據(jù)庫，將QAR數(shù)據(jù)劃分為滑行起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)近著陸等五個階段，進(jìn)一步針對不同階段中不同特征的數(shù)據(jù)列設(shè)計不同的壓縮方法，用列式壓縮存儲的方法去除QAR列數(shù)據(jù)中的冗余，對QAR數(shù)據(jù)進(jìn)行更加有效地管理。

QAR;飛行階段;列式壓縮

0　引言

快速存取記錄器QAR中記載了極其豐富的飛行數(shù)據(jù)，具有不可循環(huán)記錄、記錄數(shù)據(jù)比黑匣子（FDR）多、不帶保護(hù)裝置、便于存取等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)務(wù)維修、飛行檢查、飛行品質(zhì)監(jiān)控等方面[1]。充分利用與挖掘QAR數(shù)據(jù)的功能，將對飛行品質(zhì)、安全系數(shù)、飛行效益等多方面進(jìn)行改善，對航空公司乃至民航事業(yè)的發(fā)展將產(chǎn)生極大的推動作用。但由于缺乏專業(yè)化的數(shù)據(jù)分析工具和有效的數(shù)據(jù)監(jiān)控，大量數(shù)據(jù)未能被充分利用，造成了資源的極大浪費(fèi)。且由于QAR數(shù)據(jù)采樣頻率較高，大量的信息源源不斷地產(chǎn)生，不可避免地產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余。本論述通過對QAR數(shù)據(jù)進(jìn)行飛行階段劃分，并針對劃分后的數(shù)據(jù)列的特點(diǎn)設(shè)計不同的壓縮方式，對這一龐大的數(shù)據(jù)進(jìn)行更加有效地管理，具有較大的研究意義。

1　QAR數(shù)據(jù)的飛行階段劃分

1.1航班基本信息提取

QAR數(shù)據(jù)量大而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本論述針對QAR數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，將其與單純的數(shù)據(jù)區(qū)分開來就必然不能忽略對航班信息的提取以及所分析數(shù)據(jù)的意義。QAR數(shù)據(jù)源為CSV格式的數(shù)據(jù)文件，默認(rèn)以Excel電子表格的形式打開，QAR數(shù)據(jù)頭一般的格式為：第1行為譯碼信息（包括飛機(jī)注冊號），第2行為航班信息（包括航班號、始發(fā)機(jī)場、目的機(jī)場、出發(fā)時間以及到達(dá)時間等信息），第3行為數(shù)據(jù)參數(shù)名詳細(xì)解釋，第4行為數(shù)據(jù)參數(shù)的簡稱，第5行為數(shù)據(jù)的單位，第6行之后為具體的QAR數(shù)據(jù)[2]。文件示例見圖1所示。

圖1　QAR數(shù)據(jù)CSV文件示例

提取航班信息，首先在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建一個航班基本信息表，表的結(jié)構(gòu)設(shè)計見表1所示。信息的提取需要系統(tǒng)能夠靈活地讀取excel文件的單元格中的數(shù)據(jù)，在項目中添加對Interop.Excel.dll、Interop.Office.dll以及Interop.VBIDE.dll的引用[3]，使用封裝在自定義類中的getvalue(int row,int col)方法獲取指定單元格中的值，實現(xiàn)語句為worksheet.get_Range(worksheet.Cells[row,col],worksheet.Cells[row,col]);轉(zhuǎn)換為字符串格式之后用split函數(shù)在空格處進(jìn)行拆分，在返回的數(shù)組中篩選出所需要的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中。

表1　航班信息表結(jié)構(gòu)

1.2飛行階段劃分

飛機(jī)要完成一次飛行任務(wù)要經(jīng)過滑行和起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)近和著陸幾個階段。不同的機(jī)型具有不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實際操作的可行性，本論述將數(shù)據(jù)進(jìn)行階段劃分采用的標(biāo)準(zhǔn)見表2所示。

表2　航班飛行階段劃分標(biāo)準(zhǔn)

QAR數(shù)據(jù)中所參考的參數(shù)為：地速（GROUND SPEED）；無線電高度（RADIO HEIGHT）；標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度（STANDARD ALTITUDE）。

不同的機(jī)型具有不同的參數(shù)，甚至相同的機(jī)型參數(shù)列也不盡相同，1 000多列至2 000多列不等，而能夠明確參數(shù)意義且與飛行品質(zhì)監(jiān)控密切相關(guān)的參數(shù)不超過70列，因此可將關(guān)鍵參數(shù)列篩選出來。數(shù)據(jù)庫中插入數(shù)據(jù)一般按行操作，而篩選參數(shù)及數(shù)據(jù)需按列提取，因此暫時將其保存在excel文件中，在階段劃分完成后將excel文件導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中后刪除該文件。

每一個QAR數(shù)據(jù)文件上傳后，系統(tǒng)即自動創(chuàng)建一個同名的excel文件，在每個excel文件中創(chuàng)建五個sheet表，分別命名為滑行起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)近著陸。每個表中第1行提前插入要提取的參數(shù)列的名稱。依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)中的參數(shù)定位出各個階段的起始與終止行。對應(yīng)參數(shù)的對應(yīng)區(qū)域的值復(fù)制到相應(yīng)的excel表中。

2　QAR數(shù)據(jù)的列式壓縮存儲

選擇階段劃分之后再進(jìn)行壓縮的原因為：對各個階段來說，關(guān)鍵參數(shù)存在差異，特點(diǎn)也不盡相同；飛行關(guān)鍵階段為滑行起飛階段和進(jìn)近著陸階段，按需壓縮減少了不必要的工作。

本論述將QAR數(shù)據(jù)依據(jù)飛行階段劃分標(biāo)準(zhǔn)劃分為滑行起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)近著陸等5個階段之后，再選取某些特征較明顯的列數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。涉及到的壓縮方法包括等值壓縮、行程編碼壓縮、字典編碼壓縮、差量編碼壓縮等四種方法。本設(shè)計中所用數(shù)據(jù)以2013年1月13日OKA2812次長沙飛往天津的航班數(shù)據(jù)為例。

等值壓縮即該列參數(shù)數(shù)據(jù)在飛行過程中沒有發(fā)生變化，這類數(shù)據(jù)列只需存儲一個數(shù)據(jù)值實現(xiàn)壓縮。例如滑行起飛階段的航向數(shù)據(jù)一直保持不變，選取Time列和SELTD HEADING(FCC)列（航向），壓縮后在數(shù)據(jù)庫中存儲的信息為階段起始時間、結(jié)束時間、參數(shù)值以及行數(shù)。此類數(shù)據(jù)列壓縮前后對比見圖2所示。

圖2　等值壓縮數(shù)據(jù)列壓縮前后對比圖

行程編碼壓縮[4]即該列參數(shù)數(shù)據(jù)在飛行過程中數(shù)值變化離散，且一段時間內(nèi)數(shù)值保持不變，此類數(shù)據(jù)列只存儲數(shù)據(jù)值與對應(yīng)的變化區(qū)間。例如爬升階段的數(shù)據(jù)列為抬頭速度（ROTATION SPEED），在時間段9:26: 40至9:27:16內(nèi)參數(shù)值為148，在時間段9:27:16至9: 55:04內(nèi)參數(shù)值為0，符合行程編碼壓縮的要求。選取Time列和ROTATION SPEED列，壓縮后存儲的數(shù)據(jù)為階段起始時間、結(jié)束時間、參數(shù)值以及行數(shù)。

字典編碼壓縮[5]即由較小的符號代替占用較大空間的值，可有效減小存儲空間。例如下降階段中的數(shù)據(jù)列主起落架狀態(tài)LANDING GEAR NOSE SQUAT列、左起落架狀態(tài)LANDING GEAR LEFT SQUAT列、右起落架狀態(tài)LANDING GEAR RIGHT SQUAT列，起落架狀態(tài)分為AIR和Ground，可采用字典編碼壓縮方式，1代表AIR，2代表Ground。而起落架狀態(tài)在下降階段中會保持在收起狀態(tài)，即AIR狀態(tài)，因此可將字典編碼壓縮與等值壓縮方式結(jié)合。

差量編碼即某列數(shù)據(jù)在某一固定值周圍浮動，采用存儲數(shù)值與該固定值的差值的方式實現(xiàn)壓縮。巡航階段的壓縮的數(shù)據(jù)列為標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度STANDARD ALTITUDE列，存儲各數(shù)據(jù)點(diǎn)與最大巡航高度的差值，壓縮后存儲的信息為階段起始時間、結(jié)束時間、該值與最大巡航高度的差量以及最大高度。

僅以上述壓縮的數(shù)據(jù)列為例，將10列數(shù)據(jù)單獨(dú)導(dǎo)出對比，壓縮前大小為144 KB，壓縮后大小為49 KB，可以預(yù)見，當(dāng)后續(xù)對更多的數(shù)據(jù)列進(jìn)行壓縮后，會極大地節(jié)省存儲空間。

3　結(jié)束語

QAR數(shù)據(jù)是航空公司較為重要的飛行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量龐大。本論述依據(jù)QAR數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，參考QAR數(shù)據(jù)設(shè)項目審批計劃、資金安排、工程進(jìn)展、監(jiān)督管理等詳實完整的信息資料，形成共享模式，確保在第一時間準(zhǔn)確掌握建設(shè)項目情況。同時，還應(yīng)引入BIM建設(shè)項目管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對項目的全過程動態(tài)跟蹤監(jiān)控，真正達(dá)到精準(zhǔn)化、主動性管理控制的工作目標(biāo)。

4.3建立聯(lián)動機(jī)制，發(fā)揮整體監(jiān)管效能

走進(jìn)力嘉國際集團(tuán)位于東莞的力嘉環(huán)保包裝印刷產(chǎn)業(yè)園，濃郁的文化氣息撲面而來，古樸的造紙技術(shù)與現(xiàn)代的創(chuàng)意設(shè)計融于一體，絲毫讓人沒有突兀之感，反而感覺文化傳承之美妙。與香港力嘉國際集團(tuán)董事總經(jīng)理馬馀雄的交流就在這里。

建立發(fā)改、建設(shè)、審計、財政、監(jiān)察、評審等部門參加的政府投資建設(shè)項目工程造價管理聯(lián)席會議制度，加強(qiáng)對建設(shè)項目審計工作的領(lǐng)導(dǎo)、指導(dǎo)和協(xié)調(diào)，及時研究解決工程審計中出現(xiàn)的重大疑難問題和意見分歧，形成各司其職、相互銜接、協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的聯(lián)動工作機(jī)制，確保建設(shè)項目管理形成閉環(huán)，做到既不遺漏、也不重疊，發(fā)揮建設(shè)項目監(jiān)督機(jī)制的整體效能。

［1］劉家義.論國家治理與國家審計［J］.中國社會科學(xué),2012（6）.

［2］胡釗.經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型背景下深化政府投資建設(shè)項目審計的思考［EB/OL］.［2012-08-24］.http://www.audit.gov.cn/n19925150/ n1992576/3076 318.html.

［3］黃升.淺談?wù)顿Y建設(shè)項目工程造價審計［J］.決策與信息旬刊，2010（6）.

［4］王希亮，遲永鎮(zhèn)，等.審計機(jī)關(guān)購買社會服務(wù)的探討［A］.審計署審計研究報告,2014（8）.的具體意義，實現(xiàn)對QAR數(shù)據(jù)的飛行階段劃分，在此基礎(chǔ)上選取數(shù)據(jù)特點(diǎn)較明顯的列數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，針對不同特點(diǎn)的數(shù)據(jù)列設(shè)計不同的壓縮方式，有效地減少了數(shù)據(jù)的冗余，節(jié)省了存儲空間，為QAR數(shù)據(jù)進(jìn)一步的管理與查詢優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

［1］耿宏，李萍萍，等.基于壓縮感知的QAR數(shù)據(jù)重構(gòu)［J］.計算機(jī)測量與控制，2013，21（5）：1351-1353.

［2］周百政.QAR數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.天津：中國民航大學(xué)，2009.

［3］李志學(xué).基于C#.NET的Excel表格數(shù)據(jù)訪問與創(chuàng)建［J］.電腦編程技巧與維護(hù)，2011，22（051）：75-77.

［5］龍礴濤.列存儲數(shù)據(jù)倉庫中壓縮技術(shù)的研究與實現(xiàn)［D］.上海：東華大學(xué)，2013.

TP311

A

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.11.009

2016-9-18

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目(IECAUC201510059048)。

梁家華（1995-），男，漢族，廣西梧州人，大學(xué)本科在讀，主要研究方向：民航信息系統(tǒng)。