2024 年 11 月 12 日，第十五屆中國(guó)國(guó)際航空航天博覽會(huì)上，我國(guó)新型隱形戰(zhàn)機(jī)殲-35A 首次驚喜亮相，飛行表演動(dòng)作干練、流暢、令人驚艷。殲-35A 是我國(guó)自主研制的新一代中型隱身多用途戰(zhàn)斗機(jī)，它的亮相代表著我國(guó)空軍同時(shí)擁有了兩款隱形戰(zhàn)斗機(jī)——殲-20 和殲-35A，我國(guó)也成為全球第二個(gè)同時(shí)擁有兩款隱身戰(zhàn)機(jī)的國(guó)家。
除殲-35A 外，此次航空航天博覽會(huì)也展示了其他多款先進(jìn)機(jī)型、裝備，均表明了中國(guó)航空航天產(chǎn)業(yè)正處于加速發(fā)展期：自主化程度持續(xù)提升、綜合實(shí)力居于世界領(lǐng)先水平、發(fā)展前景廣闊。
(圖片來(lái)源：賀治超)
在數(shù)智化加速賦能產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的今天，我國(guó)航空航天產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展，同樣離不開數(shù)智化技術(shù)的加持。其中，能夠優(yōu)化飛行性能、預(yù)測(cè)潛在風(fēng)險(xiǎn)、指導(dǎo)關(guān)鍵決策的時(shí)序數(shù)據(jù)管理便是基礎(chǔ)。
挖掘時(shí)序數(shù)據(jù)價(jià)值，對(duì)于航空航天業(yè)至關(guān)重要：通過對(duì)飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星等設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、試飛、運(yùn)行等全流程中產(chǎn)生的海量時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行高效管理，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)飛行任務(wù)中關(guān)鍵系統(tǒng)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與分析;通過遙測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳、試飛數(shù)據(jù)快速導(dǎo)入，能夠?qū)崿F(xiàn)航空信息的監(jiān)測(cè)和設(shè)計(jì)改進(jìn)，確保飛行任務(wù)的安全可靠執(zhí)行。
作為一款運(yùn)行穩(wěn)定、性能高效、安全可靠的時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品，IoTDB 憑借其國(guó)產(chǎn)自研的高效低流量數(shù)據(jù)同步、離線數(shù)據(jù)遷移、豐富的部署選擇和低資源占用等特點(diǎn)，為行業(yè)的數(shù)據(jù)管理和業(yè)務(wù)擴(kuò)展提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，持續(xù)為航空航天領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。
一、行業(yè)痛點(diǎn)及 IoTDB 對(duì)應(yīng)優(yōu)勢(shì)
(1)痛點(diǎn)：自主可控需求;優(yōu)勢(shì)：國(guó)產(chǎn)自研
航空航天數(shù)據(jù)需保障全程自主可控和高安全性。IoTDB 源于清華大學(xué)，支持行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)安全和可靠性的高標(biāo)準(zhǔn)需求，并提供完整技術(shù)支持，有效確保系統(tǒng)獨(dú)立性與數(shù)據(jù)安全性。
(2)痛點(diǎn)：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分散;優(yōu)勢(shì)：測(cè)點(diǎn)統(tǒng)一管理
航空航天飛行設(shè)備型號(hào)多樣、部件復(fù)雜、任務(wù)批次不同，多批次試飛或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)分散管理會(huì)導(dǎo)致使用分析困難。IoTDB 通過統(tǒng)一層次化測(cè)點(diǎn)管理模型，提供靈活測(cè)點(diǎn)建模方法和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)湖。
(3)痛點(diǎn)：試飛數(shù)據(jù)入庫(kù)效率;優(yōu)勢(shì)：超高速數(shù)據(jù)入庫(kù)
試飛任務(wù)結(jié)束后，需將機(jī)載存儲(chǔ)設(shè)備的原始數(shù)據(jù)入庫(kù)進(jìn)行分析，遷移頻繁且耗時(shí)。IoTDB 具備高效的離線數(shù)據(jù)導(dǎo)入機(jī)制，減少數(shù)據(jù)遷移時(shí)間和成本，實(shí)現(xiàn)各階段數(shù)據(jù)的快速切換與存儲(chǔ)。
(4)痛點(diǎn)：數(shù)據(jù)查詢壓力;優(yōu)勢(shì)：國(guó)際榜單性能第一
航空航天設(shè)備產(chǎn)生的高頻數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型多，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)處理瓶頸。IoTDB 通過優(yōu)化數(shù)據(jù)寫入與查詢性能，支持多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)與分析，處理速度高達(dá)千萬(wàn)點(diǎn)/秒，確保數(shù)據(jù)在復(fù)雜場(chǎng)景中高效流轉(zhuǎn)。在國(guó)際權(quán)威物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景性能基準(zhǔn)榜單 TPCx-IoT，和數(shù)據(jù)庫(kù)性能測(cè)試排行榜 benchANT 中，IoTDB 各項(xiàng)性能指標(biāo)均位居第一。
(5)痛點(diǎn)：多種運(yùn)行環(huán)境部署難度;優(yōu)勢(shì)：部署形態(tài)多樣
航空航天數(shù)據(jù)需要兼顧飛行器、地面站等環(huán)境。IoTDB 提供邊緣、云端等多種部署版本，支持單機(jī)、雙活、集群分部署等多種部署形態(tài)形態(tài)，靈活適應(yīng)不同環(huán)境中的數(shù)據(jù)采集和處理需求。
(6)痛點(diǎn)：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成本;優(yōu)勢(shì)：低磁盤占用
終端資源有限，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的低存儲(chǔ)要求較高。IoTDB 采用自研底層文件格式，通過列式存儲(chǔ)、高效壓縮算法等技術(shù)，支持有損壓縮、無(wú)損壓縮等方式，無(wú)損壓縮比可達(dá) 10-30 倍，有效降低磁盤占用，節(jié)省存儲(chǔ)成本。
二、解決方案架構(gòu)(以飛參數(shù)據(jù)管理為例)
基于 IoTDB 構(gòu)建的航空航天行業(yè)解決方案，可以支持飛行設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行、試飛等過程中，將高度、推力、轉(zhuǎn)速、經(jīng)緯度等數(shù)據(jù)通過機(jī)載采集模塊進(jìn)行存儲(chǔ)，在保障低 CPU/內(nèi)存占用代價(jià)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)異常場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)保存與恢復(fù)。
在試飛過程中，飛機(jī)可實(shí)時(shí)將部分遙測(cè)數(shù)據(jù)回傳地面，并寫入時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)中，服務(wù)實(shí)時(shí)飛行狀態(tài)監(jiān)控。同時(shí)，試飛數(shù)據(jù)也全量存儲(chǔ)在機(jī)載存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)。
試飛任務(wù)結(jié)束或業(yè)務(wù)方規(guī)定的數(shù)據(jù)管理周期內(nèi)，將存儲(chǔ)設(shè)備轉(zhuǎn)移至地面?zhèn)?，并將?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 IoTDB 原廠團(tuán)隊(duì)自研的時(shí)序數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文件格式 TsFile，即可將數(shù)據(jù)文件 TsFile 直接掛載進(jìn) IoTDB 集群，無(wú)需文件的重復(fù)處理。數(shù)據(jù)傳輸流程簡(jiǎn)單靈活、入庫(kù)融合效率高。通過多類存儲(chǔ)機(jī)制、壓縮算法、計(jì)算函數(shù)，集團(tuán)云側(cè)中心的 IoTDB 集群可實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)低成本存儲(chǔ)和豐富的處理分析。
地面平臺(tái)數(shù)據(jù)可進(jìn)一步支持飛行分析系統(tǒng)、飛行維護(hù)系統(tǒng)、應(yīng)急分析系統(tǒng)、模擬仿真系統(tǒng)等下游應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)維、協(xié)同管控、故障預(yù)測(cè)等業(yè)務(wù)需求，完成構(gòu)建“設(shè)備采集-轉(zhuǎn)移入庫(kù)-匯聚分析-決策運(yùn)營(yíng)”的航空時(shí)序數(shù)據(jù)管理全鏈路，有力確保航空航天飛行與生產(chǎn)安全。
三、應(yīng)用場(chǎng)景及部分用戶
(1)應(yīng)用場(chǎng)景：試飛飛參數(shù)據(jù)快速入庫(kù)分析
試飛意為“駕駛試驗(yàn)機(jī)的正式飛行”。試飛數(shù)據(jù)則是驗(yàn)證高難度、高復(fù)雜度場(chǎng)景下的飛機(jī)性能，保障飛行安全的可靠依據(jù)，因此試飛數(shù)據(jù)十分珍貴，意義非凡。傳統(tǒng)模式下，需要在航后卸載機(jī)載記錄器中的原始數(shù)據(jù)，并通過相關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，最后輸出數(shù)據(jù)文件，往往需要 4～5 小時(shí)的預(yù)處理時(shí)間，數(shù)據(jù)時(shí)效性受到影響，無(wú)法有效保障試飛效率，以文本文件方式輸出數(shù)據(jù)的形式也制約了試飛數(shù)據(jù)的分析效率。
IoTDB 支持 C919 等機(jī)型實(shí)現(xiàn)機(jī)上數(shù)據(jù)全量接入與分析，并支持“天空-地面”數(shù)據(jù)分鐘級(jí)快速融合，成功打通低時(shí)延數(shù)據(jù)解析、入庫(kù)鏈路，飛行參數(shù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性與存儲(chǔ)效能均大幅提升?；陲w參數(shù)據(jù)管理能力，可實(shí)現(xiàn)試飛任務(wù)數(shù)據(jù)總匯、機(jī)載設(shè)備評(píng)估模型研判、故障描述、決策下發(fā)等業(yè)務(wù)操作，全面支撐試飛流程數(shù)字化。
(2)應(yīng)用場(chǎng)景：航空制造工廠數(shù)據(jù)接入與監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng);應(yīng)用舉例：中航機(jī)載共性
中航機(jī)載共性構(gòu)建了面向機(jī)載系統(tǒng)產(chǎn)品生產(chǎn)制造的智能云制造系統(tǒng)，覆蓋云、邊、端多層級(jí)，完成了端側(cè)智能化工廠數(shù)據(jù)采集，邊緣側(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理和云端播發(fā)，云側(cè)數(shù)據(jù)中心、協(xié)同管控、智慧決策等多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)異地工廠端與云中心側(cè)的分布式數(shù)據(jù)互通和統(tǒng)一管理。
基于 IoTDB 自身的先進(jìn)特性，中航機(jī)載共性選擇 IoTDB 作為智能云制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)海量制造、產(chǎn)能數(shù)據(jù)低延遲采集、低成本存儲(chǔ)、多場(chǎng)景治理，達(dá)到制造過程云化、資源供給中臺(tái)化、數(shù)據(jù)應(yīng)用智能化。多家應(yīng)用廠商均對(duì) IoTDB 在降低存儲(chǔ)成本、降低高安全數(shù)據(jù)鏈路成本、降低突發(fā)宕機(jī)事件、提高經(jīng)營(yíng)效率等方面的效用表示了認(rèn)可。
(3)應(yīng)用場(chǎng)景：衛(wèi)星發(fā)射地面監(jiān)控;應(yīng)用舉例：北郵一號(hào)衛(wèi)星
北京時(shí)間 2023 年 1 月 15 日 11 時(shí) 14 分，我國(guó)在太原衛(wèi)星發(fā)射中心使用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭，以“一箭十四星”發(fā)射方式，成功將包括北郵一號(hào)衛(wèi)星在內(nèi)的 14 顆衛(wèi)星發(fā)射升空。據(jù)悉，北郵一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射升空后衛(wèi)星正常入軌，遙測(cè)參數(shù)正常，太陽(yáng)翼、天線均展開正常，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。
IoTDB 被部署于北郵一號(hào)衛(wèi)星，用以存儲(chǔ)系統(tǒng)健康檢測(cè)數(shù)據(jù)供地面分析監(jiān)控，并為其他子系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了低 CPU 使用率及內(nèi)存占用，支持不定期關(guān)機(jī)場(chǎng)景下數(shù)據(jù)的自動(dòng)保存與恢復(fù)，有效支持星-地?cái)?shù)據(jù)協(xié)同。
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