2024 年 11 月 12 日，第十五屆中國國際航空航天博覽會上，我國新型隱形戰(zhàn)機殲-35A 首次驚喜亮相，飛行表演動作干練、流暢、令人驚艷。殲-35A 是我國自主研制的新一代中型隱身多用途戰(zhàn)斗機，它的亮相代表著我國空軍同時擁有了兩款隱形戰(zhàn)斗機——殲-20 和殲-35A，我國也成為全球第二個同時擁有兩款隱身戰(zhàn)機的國家。
除殲-35A 外，此次航空航天博覽會也展示了其他多款先進機型、裝備，均表明了中國航空航天產(chǎn)業(yè)正處于加速發(fā)展期：自主化程度持續(xù)提升、綜合實力居于世界領先水平、發(fā)展前景廣闊。
(圖片來源：賀治超)
在數(shù)智化加速賦能產(chǎn)業(yè)轉型升級的今天，我國航空航天產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展，同樣離不開數(shù)智化技術的加持。其中，能夠優(yōu)化飛行性能、預測潛在風險、指導關鍵決策的時序數(shù)據(jù)管理便是基礎。
挖掘時序數(shù)據(jù)價值，對于航空航天業(yè)至關重要：通過對飛機、火箭、衛(wèi)星等設備在設計、制造、試驗、試飛、運行等全流程中產(chǎn)生的海量時序數(shù)據(jù)進行高效管理，能夠實現(xiàn)對飛行任務中關鍵系統(tǒng)的精準監(jiān)測與分析;通過遙測數(shù)據(jù)實時回傳、試飛數(shù)據(jù)快速導入，能夠實現(xiàn)航空信息的監(jiān)測和設計改進，確保飛行任務的安全可靠執(zhí)行。
作為一款運行穩(wěn)定、性能高效、安全可靠的時序數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，IoTDB 憑借其國產(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，為行業(yè)的數(shù)據(jù)管理和業(yè)務擴展提供了數(shù)據(jù)基礎，持續(xù)為航空航天領域的技術創(chuàng)新和持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。
一、行業(yè)痛點及 IoTDB 對應優(yōu)勢
(1)痛點：自主可控需求;優(yōu)勢：國產(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，支持行業(yè)對數(shù)據(jù)安全和可靠性的高標準需求，并提供完整技術支持，有效確保系統(tǒng)獨立性與數(shù)據(jù)安全性。
(2)痛點：數(shù)據(jù)存儲分散;優(yōu)勢：測點統(tǒng)一管理
航空航天飛行設備型號多樣、部件復雜、任務批次不同，多批次試飛或實驗數(shù)據(jù)分散管理會導致使用分析困難。IoTDB 通過統(tǒng)一層次化測點管理模型，提供靈活測點建模方法和數(shù)據(jù)庫服務，形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)湖。
(3)痛點：試飛數(shù)據(jù)入庫效率;優(yōu)勢：超高速數(shù)據(jù)入庫
試飛任務結束后，需將機載存儲設備的原始數(shù)據(jù)入庫進行分析，遷移頻繁且耗時。IoTDB 具備高效的離線數(shù)據(jù)導入機制，減少數(shù)據(jù)遷移時間和成本，實現(xiàn)各階段數(shù)據(jù)的快速切換與存儲。
(4)痛點：數(shù)據(jù)查詢壓力;優(yōu)勢：國際榜單性能第一
航空航天設備產(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，支持多源異構數(shù)據(jù)的高效存儲與分析，處理速度高達千萬點/秒，確保數(shù)據(jù)在復雜場景中高效流轉。在國際權威物聯(lián)網(wǎng)場景性能基準榜單 TPCx-IoT，和數(shù)據(jù)庫性能測試排行榜 benchANT 中，IoTDB 各項性能指標均位居第一。
(5)痛點：多種運行環(huán)境部署難度;優(yōu)勢：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、雙活、集群分部署等多種部署形態(tài)形態(tài)，靈活適應不同環(huán)境中的數(shù)據(jù)采集和處理需求。
(6)痛點：數(shù)據(jù)存儲成本;優(yōu)勢：低磁盤占用
終端資源有限，對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的低存儲要求較高。IoTDB 采用自研底層文件格式，通過列式存儲、高效壓縮算法等技術，支持有損壓縮、無損壓縮等方式，無損壓縮比可達 10-30 倍，有效降低磁盤占用，節(jié)省存儲成本。
二、解決方案架構(以飛參數(shù)據(jù)管理為例)
基于 IoTDB 構建的航空航天行業(yè)解決方案，可以支持飛行設備實時運行、試飛等過程中，將高度、推力、轉速、經(jīng)緯度等數(shù)據(jù)通過機載采集模塊進行存儲，在保障低 CPU/內存占用代價的同時，實現(xiàn)異常場景下的數(shù)據(jù)保存與恢復。
在試飛過程中，飛機可實時將部分遙測數(shù)據(jù)回傳地面，并寫入時序數(shù)據(jù)庫中，服務實時飛行狀態(tài)監(jiān)控。同時，試飛數(shù)據(jù)也全量存儲在機載存儲設備內。
試飛任務結束或業(yè)務方規(guī)定的數(shù)據(jù)管理周期內，將存儲設備轉移至地面?zhèn)?，并將?shù)據(jù)轉換為 IoTDB 原廠團隊自研的時序數(shù)據(jù)標準文件格式 TsFile，即可將數(shù)據(jù)文件 TsFile 直接掛載進 IoTDB 集群，無需文件的重復處理。數(shù)據(jù)傳輸流程簡單靈活、入庫融合效率高。通過多類存儲機制、壓縮算法、計算函數(shù)，集團云側中心的 IoTDB 集群可實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)低成本存儲和豐富的處理分析。
地面平臺數(shù)據(jù)可進一步支持飛行分析系統(tǒng)、飛行維護系統(tǒng)、應急分析系統(tǒng)、模擬仿真系統(tǒng)等下游應用系統(tǒng)實現(xiàn)設備運維、協(xié)同管控、故障預測等業(yè)務需求，完成構建“設備采集-轉移入庫-匯聚分析-決策運營”的航空時序數(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、應用場景及部分用戶
(1)應用場景：試飛飛參數(shù)據(jù)快速入庫分析
試飛意為“駕駛試驗機的正式飛行”。試飛數(shù)據(jù)則是驗證高難度、高復雜度場景下的飛機性能，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，需要在航后卸載機載記錄器中的原始數(shù)據(jù)，并通過相關軟件實現(xiàn)轉換，最后輸出數(shù)據(jù)文件，往往需要 4～5 小時的預處理時間，數(shù)據(jù)時效性受到影響，無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 等機型實現(xiàn)機上數(shù)據(jù)全量接入與分析，并支持“天空-地面”數(shù)據(jù)分鐘級快速融合，成功打通低時延數(shù)據(jù)解析、入庫鏈路，飛行參數(shù)數(shù)據(jù)實時性與存儲效能均大幅提升?；陲w參數(shù)據(jù)管理能力，可實現(xiàn)試飛任務數(shù)據(jù)總匯、機載設備評估模型研判、故障描述、決策下發(fā)等業(yè)務操作，全面支撐試飛流程數(shù)字化。
(2)應用場景：航空制造工廠數(shù)據(jù)接入與監(jiān)控預警系統(tǒng);應用舉例：中航機載共性
中航機載共性構建了面向機載系統(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，完成了端側智能化工廠數(shù)據(jù)采集，邊緣側數(shù)據(jù)預處理和云端播發(fā)，云側數(shù)據(jù)中心、協(xié)同管控、智慧決策等多個子系統(tǒng)構建，實現(xiàn)異地工廠端與云中心側的分布式數(shù)據(jù)互通和統(tǒng)一管理。
基于 IoTDB 自身的先進特性，中航機載共性選擇 IoTDB 作為智能云制造系統(tǒng)，實現(xiàn)海量制造、產(chǎn)能數(shù)據(jù)低延遲采集、低成本存儲、多場景治理，達到制造過程云化、資源供給中臺化、數(shù)據(jù)應用智能化。多家應用廠商均對 IoTDB 在降低存儲成本、降低高安全數(shù)據(jù)鏈路成本、降低突發(fā)宕機事件、提高經(jīng)營效率等方面的效用表示了認可。
(3)應用場景：衛(wèi)星發(fā)射地面監(jiān)控;應用舉例：北郵一號衛(wèi)星
北京時間 2023 年 1 月 15 日 11 時 14 分，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號丁運載火箭，以“一箭十四星”發(fā)射方式，成功將包括北郵一號衛(wèi)星在內的 14 顆衛(wèi)星發(fā)射升空。據(jù)悉，北郵一號衛(wèi)星發(fā)射升空后衛(wèi)星正常入軌，遙測參數(shù)正常，太陽翼、天線均展開正常，發(fā)射任務獲得圓滿成功。
IoTDB 被部署于北郵一號衛(wèi)星，用以存儲系統(tǒng)健康檢測數(shù)據(jù)供地面分析監(jiān)控，并為其他子系統(tǒng)提供基礎數(shù)據(jù)存儲分析服務，實現(xiàn)了低 CPU 使用率及內存占用，支持不定期關機場景下數(shù)據(jù)的自動保存與恢復，有效支持星-地數(shù)據(jù)協(xié)同。
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