基于QAR數據的巡航階段運行品質分析

[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數據及巡航過程，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。基于小波分析，文章建立了航空器巡航階段高度變化關系，并基于區間估計構建了巡航階段品質評價模型。同時，文章以祿口—深圳航班QAR數據為基礎，最終驗證A航空公司在此過程表現總體優異，為航空公司提升運營品質提供了理論支撐。

[關鍵詞]運行品質；QAR數據；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、相關研究綜述

金京等建立了航空器著陸跑道占用時間統計模型，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數據仿真驗證了占用時間數據的準確性[ 1 ]。周長春等完成了通用航空飛行品質監控方法的概述和飛行品質監控的實施[ 2 ]。劉軍基于日常運行測量（R O M）的飛行品質管理方法，分析研究飛行品質監控理論和飛行數據，設計了ROM飛行品質管理的技術路線，提出了趨同性、標準值/偏差量、因參數/果參數、偏離度等核心特征參數，為ROM的核心特征參數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據，挖掘影響航班正常性潛在的因素并提出改進措施，根據飛行中產生的QAR數據，分析飛行品質，預測飛行安全趨勢，為改進航空公司運行品質進行多維度的研究[ 4 ]。卿原提取了空管系統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，構建測度函數下基于灰色關聯聚類（GRC）與主成分分析法（PCA）的指標標定模型[ 5 ]。

二、航空器運行相關理論

（一）QAR數據分析

飛行質量記錄器（Quick Access Recorder，QAR）是一種專門用于記錄飛機飛行數據的設備。QAR數據的分析是航空運營中保障飛行安全和優化飛行性能的重要手段。通過對QAR數據的系統分析，可以發現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據，這些數據字段信息包括但不限于以下幾類。

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

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

三是操縱參數，包括操縱桿位置、襟翼角度、起落架狀態、推力控制桿位置等。系統狀態參數：自動駕駛狀態、導航系統狀態、飛行管理系統狀態、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據基礎，通過對QAR數據的全面分析，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展提供科學的決策依據。

目前，QAR數據主要應用于導航參數和環境參數的數據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，優化飛行計劃和燃油管理策略。可以通過分析飛行參數，評估飛行員的操作水平和飛行程序的執行情況。

（二）巡航階段運行品質分析

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，飛行員主要負責監控飛行儀表和自動駕駛系統的運行狀態，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情況，如氣象變化、自動駕駛系統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構的顯著影響。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生沖突。空域結構是影響巡航階段的重要因素。空域通常根據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，遵守相關的飛行規則和限制。這要求飛行員對空域結構有深入的了解，能夠準確判斷和調整飛行高度和航路，以確保航空器在空域內安全運行。

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作至關重要。空中交通管制員負責監控空域內的航空器流量，確保各航空器之間的安全距離，向飛行員發出指令，指導他們進行必要的調整。這些指令可能包括改變飛行高度、調整航路、改變飛行速度等，避免潛在的沖突或適應空域內的交通流量變化。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，向管制員確認執行情況。這一過程要求飛行員具備高度的專業素養和快速反應能力，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、空域結構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評估模型

（一）小波分析

（二）航空器巡航階段運行品質評價

結合小波分析得到的極值，統計分析從A機場到B機場的航空器QAR數據，結合巡航階段運行品質定義，因此，采用區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。

由區間估計可得航班總體平均巡航階段極值區間，當航班巡航階段極值不在該平均飛行時間區間內時，則該航班運行品質較差，反之為優。

四、案例分析

通過對祿口—深圳的航班QAR數據（2023年11月至2024年1月）進行規整分析，提取所需的所有航班的巡航階段數據。采用小波分析對差分后的高度間隔時間序列進行分析，小波分析參數設置如下：小波為db8，采用硬閾值方式進行濾波降噪，結果如圖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果，第四個子圖為小波分析后的極值點。

在此基礎上，要剔除管制員要求調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，在此基礎上，統計三個月的航空器高度變化的極值，采用區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較優。

五、結語

文章從QAR數據和巡航階段過程，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。同時，基于小波分析和區間估計構建了巡航階段運行品質評價模型，以祿口—深圳的QAR數據為基礎，評價其運營的航空公司運行品質，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計模型研究[J].電子元器件與信息技術，2019（10）：98-101.

[2]周長春，蔣瀾，趙新宇.通用航空飛行品質監控運行管理[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分析與應用研究[J].民航學報，2019（03）：95-98.

[4]李珊.基于QAR數據分析的航空公司運行品質研究[D].中國民用航空飛行學院，2020.

[5]卿原.空管系統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.