本文關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)驅(qū)動的飛行信息物理融合系統(tǒng)的分析與設(shè)計方法

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【摘要】：飛行信息物理融合系統(tǒng)(Flight Cyber-Physical System,簡稱FCPS)是CPS在飛航領(lǐng)域的應(yīng)用。在電子飛航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,該系統(tǒng)信息化和網(wǎng)絡(luò)化程度更高,是下一代飛航系統(tǒng)的發(fā)展方向。以目前美國最新研制的‘夢想飛機’波音787客機為例,它采用了更為先進(jìn)的傳感技術(shù),具有計算能力,更穩(wěn)健、智能的通信、控制能力,具備連接網(wǎng)絡(luò)能力,并且有更加整合的機載設(shè)備和軟件模塊。在由天空、衛(wèi)星、地面系統(tǒng)所組成的全球系統(tǒng)中,這樣的飛機如同一個個飛行中的智能節(jié)點,能夠確保自己飛行安全并且位置與時間信息準(zhǔn)確,又能把這些信息穩(wěn)健的,實時的傳遞給利益攸關(guān)者進(jìn)行科學(xué)決策和社會服務(wù)。圍繞著整個飛行系統(tǒng),關(guān)于它的分類,學(xué)術(shù)界沒有明確的界定。以飛機為主體,其大概包括飛行交通管理系統(tǒng)(Air Traffic Management System,簡稱ATMS),飛機機載系統(tǒng)(Aircraft Airborne System,簡稱AAS),還有機場管理系統(tǒng)(Airport Management System,簡稱AMS)等等。它所涉及的對象有飛機本身的機載系統(tǒng),地面系統(tǒng),衛(wèi)星系統(tǒng),飛機場管理,空管單位以及它們之間的極其龐大的鏈接、監(jiān)控、管理網(wǎng)絡(luò)。范圍廣泛,系統(tǒng)復(fù)雜、數(shù)據(jù)巨大而異構(gòu)。無論是過去還是將來,人類都希望飛機能和地面的火車與汽車一樣有更可靠的安全系數(shù)。這在空難多發(fā)的今天,就顯得尤為重要。毫無疑問,為了解決這些海量數(shù)據(jù)處理與存儲的問題。大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)運而生。如今,大數(shù)據(jù)已經(jīng)應(yīng)用于廣大的行業(yè)領(lǐng)域里,如前面所提的飛行系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、地面交通、電子商務(wù)系統(tǒng),醫(yī)療系統(tǒng)、社交網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、社會數(shù)據(jù)調(diào)查等等。面對這些機遇與挑戰(zhàn),大數(shù)據(jù)技術(shù)也發(fā)展的日新月異。其技術(shù)包括如遺傳算法,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),數(shù)據(jù)挖掘,機器學(xué)習(xí),多維分析,數(shù)據(jù)融合與集成,分布式存儲技術(shù)與文件系統(tǒng),非關(guān)系數(shù)據(jù)庫,可視化等主要領(lǐng)域要點。無論大數(shù)據(jù)有多復(fù)雜,但其中心思想就是要實現(xiàn)大海撈針,以此創(chuàng)造現(xiàn)成的或者間接的價值與啟發(fā)。AADL(Architecture Analysis and Design Language)是一種借鑒了UML、Marte等優(yōu)點的支持文本與圖形方式的建模語言。AADL對基于模型分析和復(fù)雜實時嵌入式系統(tǒng)的規(guī)范特別有效。AADL還通過提供一種標(biāo)準(zhǔn)和精確的方式來描述復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)的實時性、安全性、可調(diào)度性等非功能屬性,使得程序員能夠提早對構(gòu)件或應(yīng)用進(jìn)行可調(diào)度性、可行性的分析,保證轉(zhuǎn)換模型和自動生成代碼的一致性。利用AADL語言對飛行物理融合網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行建模能夠很好的表示系統(tǒng)的非功能屬性,保證系統(tǒng)開發(fā)流程的高效性。本文內(nèi)容含有對信息物理融合系統(tǒng)的基本介紹。對大數(shù)據(jù)的進(jìn)行了基本介紹。對當(dāng)前大數(shù)據(jù)的收集、處理、存儲流程中涉及的技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)性闡述,并對大數(shù)據(jù)與信息物理融合系統(tǒng)的結(jié)合做了可行性分析,對其認(rèn)識架構(gòu)進(jìn)行了分析,詳細(xì)討論了各個層次架構(gòu)的功能和特點。綜合大數(shù)據(jù)的技術(shù)特點和CPS的系統(tǒng)需求,提出了基于大數(shù)據(jù)驅(qū)動的信息物理融合系統(tǒng)。其中針對基于目前大數(shù)據(jù)技術(shù)的飛行監(jiān)控與維護(hù)系統(tǒng),對其收集存儲,處理進(jìn)行了系統(tǒng)性討論。本文對飛行信息物理融合系統(tǒng)的飛行監(jiān)控,機場管理進(jìn)行了分析與討論。其次討論航空電子云概念A(yù)ADL建模,以及它的容錯性驗證。本文對AADL的基本特征,元素集合進(jìn)行了羅列。使用Modlica對物理進(jìn)行建模擴展。特別針對飛機導(dǎo)航與控制系統(tǒng)進(jìn)行了建模分析。最后對這一建模的流延遲,可調(diào)度性和整體進(jìn)行了驗證。
【關(guān)鍵詞】：飛行物理融合系統(tǒng) 大數(shù)據(jù) AADL 飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V243;TP202
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-16
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 論文研究內(nèi)容14-15
• 1.4 論文組織架構(gòu)15-16
• 第二章 支撐知識16-31
• 2.1 CPS16-17
• 2.2 大數(shù)據(jù)17-18
• 2.2.1 大數(shù)據(jù)的特性18
• 2.3 大數(shù)據(jù)驅(qū)動的CPS的認(rèn)知架構(gòu)18-21
• 2.4 大數(shù)據(jù)技術(shù)21-31
• 2.4.1 大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集21-24
• 2.4.2 大數(shù)據(jù)預(yù)處理與分發(fā)24-25
• 2.4.3 大數(shù)據(jù)的實時存儲25-28
• 2.4.4 大數(shù)據(jù)的實時處理28-31
• 第三章 飛行信息物理融合系統(tǒng)的分析31-56
• 3.1 FCPS抽象連接架構(gòu)31-32
• 3.2 飛行監(jiān)控32-44
• 3.2.1 飛機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)33-34
• 3.2.2 ACMS的系統(tǒng)架構(gòu)34-37
• 3.2.3 ACARS37-40
• 3.2.4 飛機品質(zhì)監(jiān)控40-44
• 3.3 機場管理44-48
• 3.3.1 空中交通管制系統(tǒng)45
• 3.3.2 防止飛機相撞機制45-48
• 3.4 大數(shù)據(jù)驅(qū)動的FCPS48-56
• 3.4.1 基于大數(shù)據(jù)的飛機監(jiān)控與維護(hù)系統(tǒng)48-52
• 3.4.2 航空電子云52-56
• 第四章 AADL建模與擴展56-69
• 4.1 AADL建模語言56-59
• 4.2 OSATE建模工具59-60
• 4.3 基于AADL對大數(shù)據(jù)驅(qū)動的CPS建模的可行度60-61
• 4.4 物理方面擴展61-67
• 4.4.1 物理建模層次61-62
• 4.4.2 物理方面轉(zhuǎn)變形式化表達(dá)62
• 4.4.3 航空器模型62-63
• 4.4.4 環(huán)境模型63-64
• 4.4.5 機場模型64
• 4.4.6 Modelica64-65
• 4.4.7 用Modelica擴展AADL65-67
• 4.5 MapReduce方面擴展67-69
• 第五章 飛行信息物理融合系統(tǒng)的設(shè)計與建模69-94
• 5.1 飛機導(dǎo)航與控制系統(tǒng)架構(gòu)分析69-72
• 5.2 飛機導(dǎo)航與控制系統(tǒng)建模72-89
• 5.2.1 組件建模74-80
• 5.2.2 軟件系統(tǒng)建模80-82
• 5.2.3 飛行導(dǎo)航服務(wù)分析82-85
• 5.2.4 非功能屬性建模85-87
• 5.2.5 數(shù)據(jù)流建模87-89
• 5.3 航空電子云AADL建模89-94
• 5.3.1 航空電子云模型89-92
• 5.3.2 模型驗證92-94
• 第六章 飛機導(dǎo)航與控制系統(tǒng)模型的驗證分析94-98
• 6.1 模型整體驗證95
• 6.2 數(shù)據(jù)流驗證95-96
• 6.3 模型可調(diào)度性驗證96-98
• 結(jié)論98-100
• 參考文獻(xiàn)100-104
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文104-106
• 致謝106

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本文編號：751227