一种地面作业航空器客舱环境管控系统的制作方法
【专利摘要】一种地面作业航空器客舱环境管控系统。其包括空管上位机、数据处理子系统和现场无线传感网；管控上位机通过数据处理子系统连接现场无线传感网。本发明提供的地面作业航空器客舱环境管控系统的优点：1.实现了以数据为基准的地面空调控制方法，解决了以往定时控制带来的客舱温度不标准和空调过度使用浪费电能的问题。2.利用物联网技术，实现了多点数据的采集，使对客舱环境的评价和对空调使用影响的因素更加全面，达到优化控制的目的。3.基于历史数据的预测技术可以节省控制时间。4.利用上位机内置的专家系统可以直接给出空调控制参数，省略无线传感网的布置，大幅提高了工作效率。
【专利说明】一种地面作业航空器客舱环境管控系统
【技术领域】
[0001]本发明属于民航机场节能减排【技术领域】，特别是涉及一种地面作业航空器客舱环境管控系统。
【背景技术】
[0002]在世界航空运输业大力发展以及人们环保意识不断增强和环保要求不断提高的前提下，航空公司肩负节能减排、绿色环保的社会责任，同时也在考虑如何减少燃油消耗。APU (辅助动力装置)作为飞机辅助动力装置，耗油量大、效率低下，并且会排放出污染环境的气体:HC、N0X、S02等。根据民航局工作部署，2012年正式启动在民用机场使用地面设备(静变电源和空调机组)来替代飞机机载APU的节能减排技术推广工作。
[0003]使用地面空调对飞机提供冷气需要控制客舱环境、对空调合理控制达到节省电能的目的，通过对机舱内和机舱外环境进行检测，并通过已有数据对机舱内温湿度进行预测，为电源和空调的控制提供数据，可达到预先控制效果，从而达到节能减排效果，也提高行业自动化水平，但目前尚缺少这样的管理系统。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种地面作业航空器客舱环境管控系统。
[0005]为了达到上述目的，本发明提供的地面作业航空器客舱环境管控系统包括:空管上位机、数据处理子系统和现场无线传感网；其中:空管上位机为安装在空管中心的计算机系统，数据处理子系统为现场数据集中采集处理器，无线传感网为安装在航空器作业现场的数据采集网络；管控上位机通过数据处理子系统连接现场无线传感网，现场无线传感网采集作业现场客舱及地面空调上的各类数据并汇集到数据处理子系统，数据处理子系统对现场数据进行处理，并将相关数据传输至管控上位机，管控上位机用于对航空器、地面设备及相关人员的管理和控制。
[0006]所述的空管上位机为微机或以上级别的计算机，接入机场生产内网并物理隔离连接机场生产网数据库。
[0007]所述的数据处理子系统包括:实时数据处理器、传感器数据集中器、本地数据接口、人机接口、本地存储器、时钟系统和远程通信接口 ；
[0008]其中:实时数据处理器为嵌入式实时处理单元，其分别与传感器数据集中器、本地数据接口、人机接口、本地存储模块、时钟系统和远程通信接口连接；实时数据处理器根据传感器数据集中器上传的各类参数进行数据处理，生成客舱情况的统计数据报表，并根据这些数据生成客舱环境发展趋势；
[0009]传感器数据集中器为现场无线传感网的网关，用于接收现场各类传感器数据并将数据上传至实时数据处理器；
[0010]本地数据接口是本地数据读取接口，用于将现场无线传感网采集的所有数据输出到外部的存储设备上；
[0011 ] 人机接口为人机交互接口装置，用于在现场显示所有采集数据，同时完成人机对话；
[0012]本地存储模块为嵌入式数据仓库，用于存储数据；
[0013]时钟系统为实时时钟系统，用于提供系统时钟信息；
[0014]远程通信接口为远程通信接口电路，其与管控上位机相连接；实时数据处理器利用远程通信接口实现其与管控上位机的双向通信。
[0015]所述的数据处理子系统为集中数据采集装置，其通过无线连接的方式与现场无线传感网的多个无线采集传感器相连接。
[0016]所述的现场无线传感网为航空器作业现场数据采集网，其由多个无线传感器节点构成，包括地面空调传感器组、客舱传感器群和舱外传感器群，其中:地面空调传感器组用于采集地面空调出风口、发动机出风口相关的实时数据，客舱传感器群用于采集客舱环境、客舱空调出风口相关的实时数据，舱外传感器群用于采集客舱外环境相关的实时数据；各无线传感器节点通过无线网络将数据上传给传感器数据集中器。
[0017]所述的数据处理子系统集成于一台便携机箱内，箱体预留通信线过孔。
[0018]所述的现场无线传感网的各节点在航空器地面作业过程中被布设到客舱、航空器停机位、发动机外部处，待地面作业结束后取回。
[0019]所述的实时数据处理器由微控制器、微处理器、FPGA或PLC作为核心控制器件或模块构成；
[0020]所述的本地数据接口包含USB数据接口、总线扩展接口、JTAG调试接口和ISP调试接口 ；
[0021]所述的人机接口为感应显示设备；
[0022]所述的本地存储模块采用存储卡或电子盘；
[0023]所述的时钟系统具备电源监控和备份模块，实现对现场无线传感网内各节点的时钟同步。
[0024]所述的远程通信接口包括:有线局域网接口、无线网络接口和串行总线接口。
[0025]所述的现场无线传感网的无线传感器节点由传感器、信息处理模块、数据缓存模块和无线收发接口组成。
[0026]本系统提供的地面作业航空器客舱环境管控系统能够采集机舱内的各种参数，并且将数据处理分类，然后通过已有的数据对机舱内温湿度进行预测，通过显示模块实时显示，最终基于数据实现对地面空调的控制和对相关操作人员的管理。
[0027]本发明提供的地面作业航空器客舱环境管控系统是利用物联网架构发明设计的一套系统，提供了地面空调为地面作业飞机服务过程的监控手段，对空调控制和能源使用的优化起到了积极作用。
[0028]其主要优点在于:
[0029]1.实现了以数据为基准的地面空调控制方法，解决了以往定时控制带来的客舱温度不标准和空调过度使用浪费电能的问题。
[0030]2.利用物联网技术，实现了多点数据的采集，使对客舱环境的评价和对空调使用影响的因素更加全面，达到优化控制的目的。[0031]3.基于历史数据的预测技术可以节省控制时间。
[0032]4.利用上位机内置的专家系统可以直接给出空调控制参数，省略无线传感网的布置，大幅提高了工作效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本发明提供的地面作业航空器客舱环境管控系统的组成示意图。
[0034]图2为本发明提供的地面作业航空器客舱环境管控系统中数据处理子系统的示意图。
[0035]图3为本发明提供的地面作业航空器客舱环境管控系统中无线传感网的组成示意图。
[0036]图4为本发明提供的地面作业航空器客舱环境管控系统中管控上位机功能模块示意图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图和具体实施例对本发明提供的地面作业航空器客舱环境管控系统进行详细说明。
[0038]如图1所示，本发明提供的地面作业航空器客舱环境管控系统包括:空管上位机
1、数据处理子系统2和现场无线传感网3 ;其中:空管上位机I为安装在空管中心的计算机系统，数据处理子系统2为现场数据集中采集处理器，无线传感网3为安装在航空器作业现场的数据采集网络；管控上位机I通过数据处理子系统2连接现场无线传感网3，现场无线传感网3采集作业现场客舱4及地面空调5上的各类数据并汇集到数据处理子系统2，数据处理子系统2对现场数据进行处理，并将相关数据传输至管控上位机1，管控上位机I用于对航空器、地面设备及相关人员进行管理和控制。
[0039]所述的空管上位机I为微机或以上级别的计算机，接入机场生产内网并物理隔离连接机场生产网数据库，用于获取航班信息和机场时钟数据，并将这些数据下发至数据处理子系统2，实现整个系统的航班联动；
[0040]管控上位机I通过自带的工业级通信接口实现对地面设备的自动控制，也可向相关工作人员发布信息利用人工完成控制动作；
[0041]管控上位机I内安装有专家系统，可以根据航班信息和通过数据处理子系统2获得现场无线传感网3采集的信息，以完成对地面设备的控制。
[0042]如图2所示，所述的数据处理子系统2包括:实时数据处理器21、传感器数据集中器22、本地数据接口 23、人机接口 24、本地存储器25、时钟系统26和远程通信接口 27 ；
[0043]其中:实时数据处理器21为嵌入式实时处理单元，其分别与传感器数据集中器22、本地数据接口 23、人机接口 24、本地存储模块25、时钟系统26和远程通信接口 27连接；实时数据处理器21可根据传感器数据集中器22上传的各类参数进行数据处理，生成客舱情况的统计数据报表，并可以根据这些数据生成客舱环境发展趋势；
[0044]传感器数据集中器22为现场无线传感网3的网关，其与现场无线传感网3相连接，用于接收现场各类传感器数据并将数据上传至实时数据处理器21，支持各类总线和以太网等通信方式；具有双向通信转换、数据融合、缓存和无线网络协调器等功能；[0045]本地数据接口 23是本地数据读取接口，可以将现场无线传感网3采集的所有数据输出到外部的存储设备上；利用该接口可完成数据处理子系统2的功能扩展、升级和调试；
[0046]人机接口 24为人机交互接口装置，用于在现场显示所有采集数据，同时完成人机对话；
[0047]本地存储模块25为嵌入式数据仓库，用于存储数据；
[0048]时钟系统26为实时时钟系统，用于提供系统时钟信息；
[0049]远程通信接口 27为远程通信接口电路，其与管控上位机I相连接；实时数据处理器21利用远程通信接口 27实现其与管控上位机I的双向通信。
[0050]数据处理子系统2为集中数据采集装置，其通过无线连接的方式与现场无线传感网3的多个无线采集传感器相连接。
[0051 ] 如图3所示，所述的现场无线传感网3为航空器作业现场数据采集网，其由多个无线传感器节点构成，其包括地面空调传感器组31、客舱传感器群32和舱外传感器群33，其中:地面空调传感器组31用于采集与地面空调出风口和发动机出风口相关的实时数据，客舱传感器群32用于采集与客舱环境和客舱空调出风口相关的实时数据，舱外传感器群33用于采集与客舱外环境相关的实时数据；各无线传感器节点通过无线网络将数据上传给传感器数据集中器22。
[0052]所述的数据处理子系统2集成于一台便携机箱内，箱体预留通信线过孔，由现场操作人员携带，在航空器地面作业过程中放置于客舱内部或航空器附近。
[0053]所述的现场无线传感网3的各节点在航空器地面作业过程中被布设到客舱、航空器停机位、发动机外部等处，待地面作业结束后取回。
[0054]所述的实时数据处理器21由微控制器、微处理器、FPGA或PLC作为核心控制器件或模块构成。
[0055]本地数据接口 23包含USB数据接口、总线扩展接口、JTAG调试接口和ISP调试接□。
[0056]所述的人机接口 24为感应显示设备。
[0057]所述的本地存储模块25采用存储卡或电子盘。
[0058]所述的时钟系统26具备电源监控和备份模块，实现对现场无线传感网3内各节点的时钟同步。
[0059]所述的远程通信接口 27包括:有线局域网接口、无线网络接口和串行总线接口。
[0060]所述的现场无线传感网3的无线传感器节点由传感器、信息处理模块、数据缓存模块和无线收发接口组成。
[0061]如图4所示，管控上位机I通过TCP/IP网络接收现场无线传感网采集的数据，同时通过网络接收来自机场内部局域网的生产数据,如航班数据、时钟数据等；接收到的数据将被分类存储到管控上位机I中数据库的不同数据表格中；管控上位机I中安装了对数据库数据进行融合与挖掘的相关应用程序组件，即客舱空调状态评估专家系统，可以对当前客场环境和空调工作效能作出评估；评估数据被直接用于对空调的自动控制和相关人工操作指令的下达，管控上位机I中安装有一组智能管控算法程序，根据输入的专家评估数据输出空调控制参数和操作指令，这些参数和指令通过管控上位机I的网络接口 TCP/IP传递至现场管控终端，再由现场管控终端控制空调和指示人工操作。[0062]本系统的工作过程是:通过现场无线传感网3收集航空器客场环境以及可以影响该环境的各类因素的相关数据；通过现场级的数据处理子系统2完成现场数据的集中、预处理、存储和远传；管控上位机I可以连接多个数据处理子系统2，管控多架航空器客舱环境状态，管控上位机I利用数据处理子系统2上传的现场级数据，结合来自机场内网的航班数据，可以将现场情况结合不同机型、气候和机场地缘等因素，利用数据库和专家系统完成航空器客舱状态的评估和相应的管控动作，并将评估结果和指令下达给现场设备。
【权利要求】
1.一种地面作业航空器客舱环境管控系统，其特征在于:所述的地面作业航空器客舱环境管控系统包括:空管上位机(I)、数据处理子系统(2)和现场无线传感网(3);其中:空管上位机(I)为安装在空管中心的计算机系统，数据处理子系统(2)为现场数据集中采集处理器，无线传感网(3)为安装在航空器作业现场的数据采集网络；管控上位机(I)通过数据处理子系统(2)连接现场无线传感网(3)，现场无线传感网(3)采集作业现场客舱(4)及地面空调(5 )上的各类数据并汇集到数据处理子系统(2 )，数据处理子系统(2 )对现场数据进行处理，并将相关数据传输至管控上位机(I )，管控上位机(I)用于对航空器、地面设备及相关人员的管理和控制。
2.根据权利要求1所述的地面作业航空器客舱环境管控系统，其特征在于:所述的空管上位机(I)为微机或以上级别的计算机，接入机场生产内网并物理隔离连接机场生产网数据库。
3.根据权利要求1所述的地面作业航空器客舱环境管控系统，其特征在于:所述的数据处理子系统(2)包括:实时数据处理器(21)、传感器数据集中器(22)、本地数据接口(23)、人机接口(24)、本地存储器(25)、时钟系统(26)和远程通信接口(27)； 其中:实时数据处理器(21)为嵌入式实时处理单元，其分别与传感器数据集中器(22 )、本地数据接口( 23 )、人机接口( 24 )、本地存储模块(25 )、时钟系统(26 )和远程通信接口(27)连接；实时数据处理器(21)根据传感器数据集中器(22)上传的各类参数进行数据处理，生成客舱情况的统计数据报表，并根据这些数据生成客舱环境发展趋势； 传感器数据集中器(22)为现场无线传感网(3)的网关，用于接收现场各类传感器数据并将数据上传至实时数据处理器(21)； 本地数据接口(23)是本地数据读取接口，用于将现场无线传感网(3)采集的所有数据输出到外部的存储设备上； 人机接口( 24 )为人机交互接口装置，用于在现场显示所有采集数据，同时完成人机对话； 本地存储模块(25)为嵌入式数据仓库，用于存储数据； 时钟系统(26)为实时时钟系统,用于提供系统时钟信息； 远程通信接口(27)为远程通信接口电路，其与管控上位机(I)相连接；实时数据处理器(21)利用远程通信接口(27)实现其与管控上位机(I)的双向通信。
4.根据权利要求1所述的地面作业航空器客舱环境管控系统，其特征在于:所述的数据处理子系统(2)为集中数据采集装置，其通过无线连接的方式与现场无线传感网3的多个无线采集传感器相连接。
5.根据权利要求1所述的地面作业航空器客舱环境管控系统，其特征在于:所述的现场无线传感网(3)为航空器作业现场数据采集网，其由多个无线传感器节点构成，包括地面空调传感器组(31)、客舱传感器群(32)和舱外传感器群(33)，其中:地面空调传感器组(31)用于采集地面空调出风口、发动机出风口相关的实时数据，客舱传感器群(32)用于采集客舱环境、客舱空调出风口相关的实时数据，舱外传感器群(33)用于采集客舱外环境相关的实时数据；各无线传感器节点通过无线网络将数据上传给传感器数据集中器(22)。
6.根据权利要求1所述的地面作业航空器客舱环境管控系统，其特征在于:所述的数据处理子系统(2)集成于一台便携机箱内，箱体预留通信线过孔。
7.根据权利要求1所述的地面作业航空器客舱环境管控系统，其特征在于:所述的现场无线传感网(3)的各节点在航空器地面作业过程中被布设到客舱、航空器停机位、发动机外部处，待地面作业结束后取回。
8.根据权利要求3所述的地面作业航空器客舱环境管控系统，其特征在于:所述的实时数据处理器(21)由微控制器、微处理器、FPGA或PLC作为核心控制器件或模块构成； 所述的本地数据接口(23)包含USB数据接口、总线扩展接口、JTAG调试接口和ISP调试接口 ； 所述的人机接口(24)为感应显示设备； 所述的本地存储模块(25)采用存储卡或电子盘； 所述的时钟系统(26)具备电源监控和备份模块，实现对现场无线传感网(3)内各节点的时钟同步。
9.根据权利要求3所述的地面作业航空器客舱环境管控系统，其特征在于:所述的远程通信接口(27)包括:有线局域网接口、无线网络接口和串行总线接口。
10.根据权利要求1所述的地面作业航空器客舱环境管控系统，其特征在于:所述的现场无线传感网(3)的无线传感器节点由传感器、信息处理模块、数据缓存模块和无线收发接口组成。
【文档编号】F24F11/00GK103836767SQ201410057258
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】陈维兴, 张积洪, 费春国, 李龙顺, 孙毅刚, 王阳, 李兴旺, 钱杰, 陈文超 申请人:中国民航大学