關(guān)于無人機裝備訓練中數(shù)據(jù)分析與管理的思考

1、 關(guān)于無人機裝備訓練中數(shù)據(jù)分析與管理的思考 尹承督 張浩Summary：無人機裝備在數(shù)據(jù)分析處理時經(jīng)常出現(xiàn)“數(shù)據(jù)豐富，知識貧乏”、“高技術(shù)低水平運用”等現(xiàn)象。由于無人機數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)特征明顯，對無人機裝備管理采用大數(shù)據(jù)技術(shù)的信息管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)支持決策，是無人機裝備訓練深入發(fā)展的必然選擇。在此對無人機裝備訓練數(shù)據(jù)管理問題進行分析，并針對問題制定相應(yīng)的對策。Abstract： In the data analysis and processing of UAV equipment， phenomena such as rich data， poor knowledge and high-tech l

2、ow-level application often appear. Due to the obvious big data characteristics of UAV data， the use of big data technology information management for UAV equipment management to realize data support decision-making is an inevitable choice for the in-depth development of UAV equipment training. This

3、paper analyzes the problems of UAV equipment training data management and formulates corresponding countermeasures.Key：無人機;裝備訓練;數(shù)據(jù)分析;大數(shù)據(jù)Key words： UAV;equipment training;data analysis;big data：V279 ：A ：1006-4311（2020）29-0075-040 引言無人機自1917年誕生，歷經(jīng)百年發(fā)展，從無人機在越南戰(zhàn)爭中被首次實戰(zhàn)應(yīng)用后，在近幾十年得到飛速發(fā)展，特別是在現(xiàn)代幾場局部戰(zhàn)爭中的卓越表現(xiàn)，

4、無人機被譽為當今戰(zhàn)場的“空戰(zhàn)新兵”或“異軍突起的空中力量”1。伴隨著我軍部隊向數(shù)字化、立體化、特種化、無人化的發(fā)展，其中無人機作為空中的無人作戰(zhàn)平臺，在軍事活動中的作用越來越重要。在實戰(zhàn)化軍事訓練主導思想下，有效加強無人機裝備訓練管理，尤其是因訓練而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分析，對提高無人機作戰(zhàn)效能有著重要意義。1 無人機裝備訓練過程中數(shù)據(jù)的產(chǎn)生無人機裝備訓練過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，主要來自無人機機載飛行數(shù)據(jù)記錄器（Flight Data Recorder，F(xiàn)DR），以及機務(wù)站中的維修、檢測、保障數(shù)據(jù)記錄，還可以從無線電測控鏈路中得到數(shù)據(jù)，如圖1所示。無人機飛行記錄器主要收集記載無人機從起飛到任務(wù)執(zhí)行到無人機降落

5、全過程中飛機的相關(guān)信息。無線電測控鏈路主要通過無線電向地面操控站傳送大量飛行數(shù)據(jù)。隨著無人機裝備訓練的實戰(zhàn)化要求的遞增，每次訓練過程都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)信息對無人機裝備訓練具有重要的指導意義。2 無人機裝備訓練中數(shù)據(jù)分類無人機裝備在訓練過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)多源異構(gòu)特征明顯，在此首先對無人機裝備訓練數(shù)據(jù)進行分類分析。無人機作為復(fù)雜的信息化裝備，在訓練、任務(wù)執(zhí)行過程中，大量的數(shù)據(jù)收集成為一項重要任務(wù)，而訓練數(shù)據(jù)分類是人們對裝備訓練數(shù)據(jù)理解的重要途徑。2.1 對無人機裝備訓練數(shù)據(jù)的組成分析如圖2所示。無人機數(shù)據(jù)的組成基本是由機務(wù)站、飛控站、情報處理站及相關(guān)保障配套設(shè)備生成，具體可分

6、為傳感器數(shù)據(jù)庫、無人機飛行數(shù)據(jù)庫、故障數(shù)據(jù)庫、維修數(shù)據(jù)庫等組成。2.2 對無人機裝備訓練數(shù)據(jù)的維度分析為了更深層次的研究無人機裝備訓練數(shù)據(jù)，同時結(jié)合無人機數(shù)據(jù)的多源異構(gòu)特點，按照數(shù)據(jù)維度分類，對數(shù)據(jù)類型與特征進行分析，將無人機裝備訓練數(shù)據(jù)進行三維度分類2，如圖3所示。根據(jù)數(shù)據(jù)維度對無人機裝備訓練數(shù)據(jù)進行分類分析，首先從結(jié)構(gòu)化程度可以分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化程度對數(shù)據(jù)的分析工具具有重大的影響，直接決定著數(shù)據(jù)分析、存儲的工具選取，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)通?？梢圆捎脗鹘y(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)進行管理，半結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可以采用Hadoop或是NoSQL、云存儲技術(shù)進行管理3。對于無人

7、機裝備訓練過程中的數(shù)據(jù)多樣化，從結(jié)構(gòu)化程度是顯而易見的，首先在無人機的型號、性能、尺寸等基本技術(shù)指標大多是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。在飛行準備階段的地理位置、電磁環(huán)境、氣象信息就存在大量半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。對于無人機在訓練執(zhí)行任務(wù)時，無人機自身攜帶各種偵察設(shè)備，自身的飛行記錄儀等，時刻在存儲記錄大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如視頻、音頻、圖片等數(shù)據(jù)。對于無人機在訓練過程中的故障數(shù)據(jù)與維修記錄大多以結(jié)構(gòu)化文檔進行存儲，部分數(shù)據(jù)以圖片形式存儲。從數(shù)據(jù)加工程度對數(shù)據(jù)進行分類，可以分為零次數(shù)據(jù)、一次數(shù)據(jù)、二次數(shù)據(jù)、三次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的加工程度對數(shù)據(jù)使用具有重要影響，對于數(shù)據(jù)的流程設(shè)計與活動選取同樣具有重要影響，零次數(shù)據(jù)就是沒有進行處理的

8、原始數(shù)據(jù)，也就是無人機裝備訓練初次收集的數(shù)據(jù)及備份，這部分數(shù)據(jù)大多存在失真、噪聲、錯誤等。一次數(shù)據(jù)是指經(jīng)過清洗、轉(zhuǎn)換、加載的“干凈數(shù)據(jù)”，也就是經(jīng)過預(yù)處理的的訓練數(shù)據(jù)。二次數(shù)據(jù)是指經(jīng)過進一步深度分析處理的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過規(guī)范化、脫敏處理，部分可以直接對裝備訓練進行指導的“增值數(shù)據(jù)”。三次數(shù)據(jù)是指在一次二次數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行的數(shù)據(jù)分析，可以直接對訓練進行決策支持的“洞察數(shù)據(jù)”。本文所提到的數(shù)據(jù)都認為是經(jīng)過規(guī)范化、清洗過的“干凈數(shù)據(jù)”。從數(shù)據(jù)的抽象程度可以分為內(nèi)容、元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)對象，此處所指內(nèi)容是指的對于事物發(fā)生或是產(chǎn)生現(xiàn)象的直接記錄，這里可以理解直接對裝備訓練數(shù)據(jù)的記錄，也就是數(shù)據(jù)的信息內(nèi)容。元數(shù)據(jù)可

9、以理解為數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，通常元數(shù)據(jù)可以分為五類：管理、描述、保存、技術(shù)和應(yīng)用類元數(shù)據(jù)。對于無人機裝備訓練數(shù)據(jù)的管理元數(shù)據(jù)也就是指：無人機機型基本數(shù)據(jù)、生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)、無人機的基本參數(shù)、無人機的組成部件生成數(shù)據(jù)、無人機作戰(zhàn)應(yīng)用數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)對象是指對數(shù)據(jù)的內(nèi)容與其元數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)得到更高層的數(shù)據(jù)集，在理解無人機裝備訓練數(shù)據(jù)時，我們可以考慮到無人機裝備的相關(guān)附屬設(shè)備、電磁環(huán)境、地理環(huán)境、氣象因素及人員因素等數(shù)據(jù)之間產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過數(shù)據(jù)維度的分類，可以加強裝備管理人員對無人機裝備進行全面的了解，從整體上把握裝備的狀況。3 無人機裝備訓練數(shù)據(jù)管理存在的問題與對策研究無人機裝備在數(shù)據(jù)分析處理時經(jīng)常出現(xiàn)“

10、數(shù)據(jù)豐富，知識貧乏”、“高技術(shù)低水平運用”等現(xiàn)象。由于無人機數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)特征明顯，對無人機裝備管理采用大數(shù)據(jù)技術(shù)的信息管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)支持決策，是無人機裝備訓練深入發(fā)展的必然選擇。在此對無人機裝備訓練數(shù)據(jù)管理問題進行分析，并針對問題制定相應(yīng)的對策。3.1 無人機裝備訓練數(shù)據(jù)管理存在的問題3.1.1 無人機裝備訓練數(shù)據(jù)利用率低 無人機機身有很多傳感器與處理器，并且配套設(shè)備復(fù)雜。在訓練過程中對相關(guān)數(shù)據(jù)采集、存儲、分析能力匱乏，容易出現(xiàn)重視數(shù)據(jù)、輕視分析的現(xiàn)象，這與部隊要求的精細化管理相差甚遠。裝備訓練過程中的數(shù)據(jù)是檢驗訓練效果、掌握裝備狀況的主要依據(jù)，對于裝備存在的問題，尤其是對下一步制定訓練計劃有

11、著重要的參考價值，而部分無人機部隊對訓練數(shù)據(jù)認識不到位，管理不善，認識不到數(shù)據(jù)的重要價值，對無人機裝備存在于數(shù)據(jù)中的隱患問題，不能深入發(fā)掘，造成數(shù)據(jù)資源的潛在價值的浪費。3.1.2 無人機裝備訓練數(shù)據(jù)存儲管理不完善 伴隨無人機裝備訓練的實戰(zhàn)化要求，尤其是每次訓練過程中、任務(wù)執(zhí)行中都會產(chǎn)生大量多樣化數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲的局限性，在此顯得尤為明顯，首先是數(shù)據(jù)量的存儲，每次任務(wù)都產(chǎn)生數(shù)百G的數(shù)據(jù)信息，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫難以承受如此快速增長的大量數(shù)據(jù);其次是多樣化數(shù)據(jù)的存儲，無人機在訓練過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化多種類型數(shù)據(jù)共存的，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫面對多類型數(shù)據(jù)時，其存儲效能的劣勢尤為突顯;三是面

12、對大量多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的分析處理能力嚴重不足，部分數(shù)據(jù)數(shù)字化程度低，缺乏有效監(jiān)管。3.1.3 無人機裝備訓練數(shù)據(jù)的管理分散格式不統(tǒng)一 這主要體現(xiàn)在無人機進行訓練時，由于系統(tǒng)復(fù)雜，涉及部門多，而在數(shù)據(jù)收集、分析時，造成各部門自成體系，整個訓練過程數(shù)據(jù)呈現(xiàn)分散現(xiàn)象，而且數(shù)據(jù)規(guī)范化格式得不到統(tǒng)一，這對數(shù)據(jù)分析處理造成很大的弊端。這對無人機整體狀況掌握造成許多漏洞，許多數(shù)據(jù)隱含的知識得不到充分挖掘利用。3.2 無人機裝備訓練數(shù)據(jù)管理的框架設(shè)計對裝備訓練實施信息管理是我軍裝備管理的重要舉措。無人機作為新型網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化裝備，在訓練過程中采用信息管理模式，能夠為無人機裝備研制規(guī)劃提供依據(jù)，并對

13、無人機裝備的修理、保障等提供技術(shù)支撐4，有利于無人機裝備的信息技術(shù)檔案的建設(shè)。3.2.1 加強無人機裝備信息管理系統(tǒng)平臺的建設(shè) 針對無人機信息管理平臺分散、復(fù)雜等特點，可以構(gòu)建無人機裝備訓練分布式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。加強無人機信息管理平臺的建設(shè)，分系統(tǒng)之間要加強數(shù)字化標準建設(shè)，要搞好各個裝備配套設(shè)施系統(tǒng)平臺建設(shè)的互聯(lián)、互通、互操作性，做到上下聯(lián)通，縱橫信息共享，提高無人機裝備系統(tǒng)全信息綜合的處理分析能力，做到信息數(shù)據(jù)最大的利用率，保證獲取的裝備管理決策最全面、最科學、最準確、最可靠。信息化戰(zhàn)爭中，制信息權(quán)成為作戰(zhàn)的首要因素，裝備采用信息管理，可以把信息看作“神經(jīng)信號”，因此信息管理平臺可以看作是裝備

14、管理工作的“神經(jīng)中樞”，加強無人機裝備訓練過程中信息管理平臺的建設(shè)，首先要加強信息管理系統(tǒng)平臺的建設(shè)。無人機裝備訓練信息管理系統(tǒng)平臺建設(shè)涉及面廣，如圖4所示。從圖4可以看到無人機裝備訓練信息管理平臺建設(shè)是一項十分龐大的工程，尤其是數(shù)據(jù)來源分散，數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)類型多樣，這是普通傳統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫難以實現(xiàn)的，采用分布式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)，從而可以很好的解決這個問題。3.2.2 建立以數(shù)據(jù)分析為中心的裝備訓練管理模式 無人機裝備每次任務(wù)及訓練過程中都會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，雖說現(xiàn)在無人機數(shù)據(jù)規(guī)模達不到“大數(shù)據(jù)”的規(guī)模，但是隨著部隊信息化建設(shè)深入發(fā)展，裝備信息管理系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，裝備信息必將形成規(guī)模巨大的“數(shù)據(jù)池”。

15、下面將無人機裝備訓練結(jié)合大數(shù)據(jù)分析理念，運用規(guī)范化管理與系統(tǒng)理論，從無人機裝備訓練過程中的飛前、飛中、飛后三個層面構(gòu)建無人機裝備訓練信息管理系統(tǒng)的新理論、新方法、新思路5，如圖5所示。采用大數(shù)據(jù)技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理，是對全數(shù)據(jù)進行整體分析，時刻對無人機執(zhí)行任務(wù)或是訓練過程中每個階段進行相關(guān)聯(lián)對比分析，從每次任務(wù)中保障、維修、檢測、氣象、環(huán)境等數(shù)據(jù)與當前時時更新的數(shù)據(jù)中尋找對于裝備更準確的管理決策支撐，從中也可以分析出經(jīng)驗型管理不易察覺的裝備異常，避免無人機在任務(wù)空中出現(xiàn)故障，從而提高無人機裝備整體作戰(zhàn)效能。3.3 無人機裝備訓練數(shù)據(jù)管理的對策3.3.1 注重頂層設(shè)計與統(tǒng)籌規(guī)劃 加強宏觀規(guī)劃，注重頂

16、層設(shè)計，統(tǒng)籌考慮無人機裝備的各層次、各要素、各方面關(guān)系，結(jié)合全軍無人機裝備數(shù)量少的實際，從根本上避免走各自開發(fā)的老路。在信息管理平臺的設(shè)計上制定標準，同時盡量做到與其他武器裝備體系達成上下互通，縱橫信息可以共享，防止形成“信息孤島”6，尤其是無人機的偵察信息的共享方面。針對無人機裝備的信息化程度高、涉及專業(yè)多、保障體系龐大、配套設(shè)施復(fù)雜等特點，防止出現(xiàn)側(cè)重技術(shù)平臺的開發(fā)，對數(shù)據(jù)信息的分析利用不系統(tǒng)、不全面的現(xiàn)象，大力推進無人機裝備管理工作協(xié)調(diào)發(fā)展，確保開發(fā)與利用同步進行。同時關(guān)注國內(nèi)外關(guān)于無人機裝備信息管理的前沿技術(shù)，研究并制定信息化條件下無人機裝備訓練管理的相關(guān)法規(guī)體系與規(guī)章制度。3.3.2

17、 加強數(shù)據(jù)管理，建立信息中心 建立無人機裝備管理的信息中心，作為數(shù)據(jù)的專門收集、管理、分析的集中點，如圖6所示。制定相關(guān)規(guī)定，確保每次任務(wù)完成的數(shù)據(jù)及時送達信息中心，這些數(shù)據(jù)包括維護、維修、檢測、試飛、保障、氣象、電磁、地理等所有數(shù)據(jù);確保各部門收集的大量、異構(gòu)的數(shù)據(jù)及時、可靠、準確、全面，并按相關(guān)數(shù)字化標準進行處理，從而加強無人機裝備數(shù)據(jù)的全面管理。以無人機技術(shù)室為基礎(chǔ)，統(tǒng)籌無人機裝備所有信息的采集，將各種信息按來源、格式分門別類進行分布式存儲于數(shù)據(jù)庫（HBase），并及時運用大數(shù)據(jù)技術(shù)（Hadoop系統(tǒng)）處理，對數(shù)據(jù)進行時時分析處理，充分運用云計算的高運算能力，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)提高數(shù)據(jù)利用價

18、值，得出無人機裝備的技術(shù)狀態(tài)、任務(wù)完成情況等，盡快形成裝備管理決策，然后反饋給各保障管理單位，為無人機裝備維修、設(shè)備檢測、任務(wù)規(guī)劃等提供技術(shù)依據(jù)，為下次任務(wù)執(zhí)行及訓練提供可靠準確的裝備信息情況。3.3.3 改善管理手段，重視數(shù)據(jù)分析 無人機裝備采用信息管理模式，必須改善其管理手段。無人機自身攜帶大量傳感器與處理器等先進技術(shù)設(shè)備，無人機各種數(shù)據(jù)的采集實施自動化、智能化，因此要加強無人機數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在每次任?wù)時，確保數(shù)據(jù)鏈路的暢通。將保障設(shè)備、配套設(shè)施之間采用網(wǎng)絡(luò)連接，加強數(shù)據(jù)的采集、存儲、傳輸?shù)娜谈?、時刻監(jiān)控。由于無人機裝備訓練產(chǎn)生的各種信息數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)形式包括視頻、音頻、圖像等等，

19、從中提取出有用信息，然后加以利用，這就充分體現(xiàn)“大數(shù)據(jù)”的處理多源異構(gòu)海量數(shù)據(jù)的優(yōu)勢。由于當前無人機使用管理的局限性，其數(shù)據(jù)量還達不到“大數(shù)據(jù)”規(guī)模，但隨著無人機裝備的大量使用，并融入到整個武器裝備體系中，尤其是在聯(lián)合作戰(zhàn)中無人機的偵察監(jiān)視的大規(guī)模使用，其數(shù)據(jù)規(guī)模再采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析必然造成決策的片面性、高誤差、時效差等問題，因此必須更新管理手段，依托大數(shù)據(jù)平臺，采用大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，加強無人機裝備訓練數(shù)據(jù)的分析。重視數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用，必然涉及到數(shù)據(jù)的管理問題，無人機裝備訓練隨著實戰(zhàn)化要求的進一步加強，無人機實裝訓練、聯(lián)合作戰(zhàn)的頻繁動用，必然造成訓練數(shù)據(jù)量的激增，如何存儲迅速增長的多源異構(gòu)的海量訓練數(shù)據(jù)成為必須高度重視的問題。下一章將詳細研究無人機裝備訓練數(shù)據(jù)的存儲問題，提出新的數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)，解決海量、異構(gòu)、迅速增長的數(shù)據(jù)存儲問題。3.3.4 注重崗位建設(shè)，加強人才培養(yǎng) 無人機裝備系統(tǒng)比較復(fù)雜，涉及專業(yè)多、技術(shù)繁雜，它是將控制、檢測、雷達、儀器、光學、氣象、判讀、無線電、數(shù)據(jù)分析、衛(wèi)星鏈路、通信、機械、材料等多專業(yè)技術(shù)綜合在一起，整合為無人機裝備服務(wù)，因此相關(guān)崗位人員多，必須按專業(yè)加強無人機專業(yè)崗位建設(shè)。加強無人機裝備專業(yè)管理人