基于QAR數(shù)據(jù)的巡航階段運行品質(zhì)分析

[摘 要]隨著民航安全意識的日益增強，為全面提升航空公司的運營效率與安全性，文章通過深入分析QAR數(shù)據(jù)及巡航過程，提出采用航空器高度變化過程表征航空器巡航階段的運行品質(zhì)。基于小波分析，文章建立了航空器巡航階段高度變化關(guān)系，并基于區(qū)間估計構(gòu)建了巡航階段品質(zhì)評價模型。同時，文章以祿口—深圳航班QAR數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，最終驗證A航空公司在此過程表現(xiàn)總體優(yōu)異，為航空公司提升運營品質(zhì)提供了理論支撐。

[關(guān)鍵詞]運行品質(zhì)；QAR數(shù)據(jù)；巡航階段；航空公司

中圖分類號：TP391.1；V355.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1722（2024）21-0079-03

一、相關(guān)研究綜述

金京等建立了航空器著陸跑道占用時間統(tǒng)計模型，通過著陸滑跑的特性曲線，預測航空器著陸跑道占用時間，用QAR數(shù)據(jù)仿真驗證了占用時間數(shù)據(jù)的準確性[ 1 ]。周長春等完成了通用航空飛行品質(zhì)監(jiān)控方法的概述和飛行品質(zhì)監(jiān)控的實施[ 2 ]。劉軍基于日常運行測量（R O M）的飛行品質(zhì)管理方法，分析研究飛行品質(zhì)監(jiān)控理論和飛行數(shù)據(jù)，設計了ROM飛行品質(zhì)管理的技術(shù)路線，提出了趨同性、標準值/偏差量、因參數(shù)/果參數(shù)、偏離度等核心特征參數(shù)，為ROM的核心特征參數(shù)的確定提供了科學有效的手段[ 3 ]。李珊從安全和正點兩個維度分析航班的歷史運行數(shù)據(jù)，挖掘影響航班正常性潛在的因素并提出改進措施，根據(jù)飛行中產(chǎn)生的QAR數(shù)據(jù)，分析飛行品質(zhì)，預測飛行安全趨勢，為改進航空公司運行品質(zhì)進行多維度的研究[ 4 ]。卿原提取了空管系統(tǒng)航班正常管理工作績效要素因子，歸納形成績效初始評估指標；圍繞運行水平測度、管理水平測度、服務水平測度三個維度，構(gòu)建測度函數(shù)下基于灰色關(guān)聯(lián)聚類（GRC）與主成分分析法（PCA）的指標標定模型[ 5 ]。

二、航空器運行相關(guān)理論

（一）QAR數(shù)據(jù)分析

飛行質(zhì)量記錄器（Quick Access Recorder，QAR）是一種專門用于記錄飛機飛行數(shù)據(jù)的設備。QAR數(shù)據(jù)的分析是航空運營中保障飛行安全和優(yōu)化飛行性能的重要手段。通過對QAR數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，可以發(fā)現(xiàn)飛行過程中潛在的安全隱患，提出改進建議，提高飛行的安全性和運營效率。QAR設備在飛機飛行過程中記錄大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)字段信息包括但不限于以下幾類。

一是飛行參數(shù)，包括飛行高度、空速、垂直速度、俯仰角、滾轉(zhuǎn)角、偏航角等。發(fā)動機參數(shù)：發(fā)動機轉(zhuǎn)速、燃油流量、排氣溫度、發(fā)動機壓力比（EPR）等。

二是導航參數(shù)，包括航向、位置坐標（經(jīng)度和緯度）、地速、航路點等。環(huán)境參數(shù)：外界溫度、大氣壓力、風速、風向等。

三是操縱參數(shù)，包括操縱桿位置、襟翼角度、起落架狀態(tài)、推力控制桿位置等。系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)：自動駕駛狀態(tài)、導航系統(tǒng)狀態(tài)、飛行管理系統(tǒng)狀態(tài)、警告和告警信息等。這些字段信息涵蓋了飛行的各個方面，為全面分析飛行過程提供了詳盡的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，通過對QAR數(shù)據(jù)的全面分析，可以提高飛行安全性和運營效率，為航空公司的日常管理和長期發(fā)展提供科學的決策依據(jù)。

目前，QAR數(shù)據(jù)主要應用于導航參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的數(shù)據(jù)可以用于分析飛行的燃油效率。通過計算實際的燃油消耗率，將其與預期值進行比較，可以識別燃油消耗異常的情況，優(yōu)化飛行計劃和燃油管理策略。可以通過分析飛行參數(shù)，評估飛行員的操作水平和飛行程序的執(zhí)行情況。

（二）巡航階段運行品質(zhì)分析

巡航階段是航空器飛行過程中最長的一個階段。在這一階段，航空器以穩(wěn)定的高度和速度飛行，目的是以最小的燃油消耗到達目的地。雖然巡航階段相對于其他飛行階段來說，飛行員的操作相對簡單，但它依然涉及多方面的因素，需要飛行員和空中交通管制員密切協(xié)作，確保飛行安全和效率。在巡航階段，航空器通常處于自動模式，飛行員主要負責監(jiān)控飛行儀表和自動駕駛系統(tǒng)的運行狀態(tài)，確保航空器按照預定的航路和高度飛行。雖然飛行員的直接操縱動作減少，但他們的責任依然重大，需要隨時準備應對突發(fā)情況，如氣象變化、自動駕駛系統(tǒng)故障或其他緊急情況。飛行員在巡航階段需要保持高度的警覺和專業(yè)判斷，確保能夠在必要時迅速接管航空器，進行必要的操作。

巡航階段的運行不僅受到飛行員操作的影響，而且受到空中交通流量和空域結(jié)構(gòu)的顯著影響。隨著全球航空運輸量的增加，高空航路上的航空器密度逐漸增大，這對空中交通管制提出了更高的要求。巡航階段的航空器需要在擁擠的空域中保持安全距離，避免與其他航空器發(fā)生沖突。空域結(jié)構(gòu)是影響巡航階段的重要因素。空域通常根據(jù)飛行高度分為多個層級，每個層級都有指定的航路和航線。航空器在巡航階段需要按照飛行計劃在指定的航路上飛行，遵守相關(guān)的飛行規(guī)則和限制。這要求飛行員對空域結(jié)構(gòu)有深入的了解，能夠準確判斷和調(diào)整飛行高度和航路，以確保航空器在空域內(nèi)安全運行。

在巡航階段，飛行員和空中交通管制員之間的有效溝通和協(xié)作至關(guān)重要。空中交通管制員負責監(jiān)控空域內(nèi)的航空器流量，確保各航空器之間的安全距離，向飛行員發(fā)出指令，指導他們進行必要的調(diào)整。這些指令可能包括改變飛行高度、調(diào)整航路、改變飛行速度等，避免潛在的沖突或適應空域內(nèi)的交通流量變化。飛行員接收到管制員的指令后，需要迅速而準確地進行相應操作，向管制員確認執(zhí)行情況。這一過程要求飛行員具備高度的專業(yè)素養(yǎng)和快速反應能力，要求管制員能夠提供清晰、準確的指令，確保飛行員能夠正確理解并執(zhí)行。

盡管巡航階段的飛行員操作相對簡單，但其重要性不容忽視。巡航階段的運行受空中交通流量、空域結(jié)構(gòu)和空中交通管制員指令的多重影響，飛行員需要與管制員密切配合，確保航空器的安全和高效運行。

三、航空器巡航階段運行品質(zhì)評估模型

（一）小波分析

（二）航空器巡航階段運行品質(zhì)評價

結(jié)合小波分析得到的極值，統(tǒng)計分析從A機場到B機場的航空器QAR數(shù)據(jù)，結(jié)合巡航階段運行品質(zhì)定義，因此，采用區(qū)間估計的方法來確定航段的平均極值。假設獲得N個飛行樣本，由于極值方差未知，所以用樣本的方差代替總體方差。

由區(qū)間估計可得航班總體平均巡航階段極值區(qū)間，當航班巡航階段極值不在該平均飛行時間區(qū)間內(nèi)時，則該航班運行品質(zhì)較差，反之為優(yōu)。

四、案例分析

通過對祿口—深圳的航班QAR數(shù)據(jù)（2023年11月至2024年1月）進行規(guī)整分析，提取所需的所有航班的巡航階段數(shù)據(jù)。采用小波分析對差分后的高度間隔時間序列進行分析，小波分析參數(shù)設置如下：小波為db8，采用硬閾值方式進行濾波降噪，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，第一個子圖為原始高度間隔時間序列，第二個子圖為差分后的高度間隔時間序列，第三個子圖為采用db8小波分解和硬閾值方式得到的小波分析結(jié)果，第四個子圖為小波分析后的極值點。

在此基礎(chǔ)上，要剔除管制員要求調(diào)高或者下降指令帶來的高度間隔變化，為了形成對比，對巡航階段未進行任何調(diào)高指令的航空器高度間隔時間序列進行展示，如圖2所示。由圖2可知，不同航班在巡航階段會有不同高度的變化，在此基礎(chǔ)上，統(tǒng)計三個月的航空器高度變化的極值，采用區(qū)間估計方式求其閾值為6，之后對祿口—深圳機場的航班進行評價，以航空公司為單位，分析得出A航空公司的運行品質(zhì)較優(yōu)。

五、結(jié)語

文章從QAR數(shù)據(jù)和巡航階段過程，提出了采用航空器高度變化表征航空器巡航階段的運行品質(zhì)。同時，基于小波分析和區(qū)間估計構(gòu)建了巡航階段運行品質(zhì)評價模型，以祿口—深圳的QAR數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，評價其運營的航空公司運行品質(zhì)，為提升航空公司運營效率和安全性提供了理論支撐。

參考文獻：

[1]金京，吳濤.著陸航空器跑道占用時間統(tǒng)計模型研究[J].電子元器件與信息技術(shù)，2019（10）：98-101.

[2]周長春，蔣瀾，趙新宇.通用航空飛行品質(zhì)監(jiān)控運行管理[J].中國民航飛行學院學報，2019（01）：39-42

[3]劉軍.基于ROM日常運行測量的飛行品質(zhì)分析與應用研究[J].民航學報，2019（03）：95-98.

[4]李珊.基于QAR數(shù)據(jù)分析的航空公司運行品質(zhì)研究[D].中國民用航空飛行學院，2020.

[5]卿原.空管系統(tǒng)航班正常管理績效評估指標與方法研究[D].南京航空航天大學，2021.