基于QAR数据的巡航阶段运行品质分析

[摘 要]随着民航安全意识的日益增强，为全面提升航空公司的运营效率与安全性，文章通过深入分析QAR数据及巡航过程，提出采用航空器高度变化过程表征航空器巡航阶段的运行品质。基于小波分析，文章建立了航空器巡航阶段高度变化关系，并基于区间估计构建了巡航阶段品质评价模型。同时，文章以禄口—深圳航班QAR数据为基础，最终验证A航空公司在此过程表现总体优异，为航空公司提升运营品质提供了理论支撑。

[关键词]运行品质；QAR数据；巡航阶段；航空公司

中图分类号：TP391.1；V355.1 文献标识码：A 文章编号：1674-1722（2024）21-0079-03

一、相关研究综述

金京等建立了航空器着陆跑道占用时间统计模型，通过着陆滑跑的特性曲线，预测航空器着陆跑道占用时间，用QAR数据仿真验证了占用时间数据的准确性[ 1 ]。周长春等完成了通用航空飞行品质监控方法的概述和飞行品质监控的实施[ 2 ]。刘军基于日常运行测量（R O M）的飞行品质管理方法，分析研究飞行品质监控理论和飞行数据，设计了ROM飞行品质管理的技术路线，提出了趋同性、标准值/偏差量、因参数/果参数、偏离度等核心特征参数，为ROM的核心特征参数的确定提供了科学有效的手段[ 3 ]。李珊从安全和正点两个维度分析航班的历史运行数据，挖掘影响航班正常性潜在的因素并提出改进措施，根据飞行中产生的QAR数据，分析飞行品质，预测飞行安全趋势，为改进航空公司运行品质进行多维度的研究[ 4 ]。卿原提取了空管系统航班正常管理工作绩效要素因子，归纳形成绩效初始评估指标；围绕运行水平测度、管理水平测度、服务水平测度三个维度，构建测度函数下基于灰色关联聚类（GRC）与主成分分析法（PCA）的指标标定模型[ 5 ]。

二、航空器运行相关理论

（一）QAR数据分析

飞行质量记录器（Quick Access Recorder，QAR）是一种专门用于记录飞机飞行数据的设备。QAR数据的分析是航空运营中保障飞行安全和优化飞行性能的重要手段。通过对QAR数据的系统分析，可以发现飞行过程中潜在的安全隐患，提出改进建议，提高飞行的安全性和运营效率。QAR设备在飞机飞行过程中记录大量数据，这些数据字段信息包括但不限于以下几类。

一是飞行参数，包括飞行高度、空速、垂直速度、俯仰角、滚转角、偏航角等。发动机参数：发动机转速、燃油流量、排气温度、发动机压力比（EPR）等。

二是导航参数，包括航向、位置坐标（经度和纬度）、地速、航路点等。环境参数：外界温度、大气压力、风速、风向等。

三是操纵参数，包括操纵杆位置、襟翼角度、起落架状态、推力控制杆位置等。系统状态参数：自动驾驶状态、导航系统状态、飞行管理系统状态、警告和告警信息等。这些字段信息涵盖了飞行的各个方面，为全面分析飞行过程提供了详尽的数据基础，通过对QAR数据的全面分析，可以提高飞行安全性和运营效率，为航空公司的日常管理和长期发展提供科学的决策依据。

目前，QAR数据主要应用于导航参数和环境参数的数据可以用于分析飞行的燃油效率。通过计算实际的燃油消耗率，将其与预期值进行比较，可以识别燃油消耗异常的情况，优化飞行计划和燃油管理策略。可以通过分析飞行参数，评估飞行员的操作水平和飞行程序的执行情况。

（二）巡航阶段运行品质分析

巡航阶段是航空器飞行过程中最长的一个阶段。在这一阶段，航空器以稳定的高度和速度飞行，目的是以最小的燃油消耗到达目的地。虽然巡航阶段相对于其他飞行阶段来说，飞行员的操作相对简单，但它依然涉及多方面的因素，需要飞行员和空中交通管制员密切协作，确保飞行安全和效率。在巡航阶段，航空器通常处于自动模式，飞行员主要负责监控飞行仪表和自动驾驶系统的运行状态，确保航空器按照预定的航路和高度飞行。虽然飞行员的直接操纵动作减少，但他们的责任依然重大，需要随时准备应对突发情况，如气象变化、自动驾驶系统故障或其他紧急情况。飞行员在巡航阶段需要保持高度的警觉和专业判断，确保能够在必要时迅速接管航空器，进行必要的操作。

巡航阶段的运行不仅受到飞行员操作的影响，而且受到空中交通流量和空域结构的显著影响。随着全球航空运输量的增加，高空航路上的航空器密度逐渐增大，这对空中交通管制提出了更高的要求。巡航阶段的航空器需要在拥挤的空域中保持安全距离，避免与其他航空器发生冲突。空域结构是影响巡航阶段的重要因素。空域通常根据飞行高度分为多个层级，每个层级都有指定的航路和航线。航空器在巡航阶段需要按照飞行计划在指定的航路上飞行，遵守相关的飞行规则和限制。这要求飞行员对空域结构有深入的了解，能够准确判断和调整飞行高度和航路，以确保航空器在空域内安全运行。

在巡航阶段，飞行员和空中交通管制员之间的有效沟通和协作至关重要。空中交通管制员负责监控空域内的航空器流量，确保各航空器之间的安全距离，向飞行员发出指令，指导他们进行必要的调整。这些指令可能包括改变飞行高度、调整航路、改变飞行速度等，避免潜在的冲突或适应空域内的交通流量变化。飞行员接收到管制员的指令后，需要迅速而准确地进行相应操作，向管制员确认执行情况。这一过程要求飞行员具备高度的专业素养和快速反应能力，要求管制员能够提供清晰、准确的指令，确保飞行员能够正确理解并执行。

尽管巡航阶段的飞行员操作相对简单，但其重要性不容忽视。巡航阶段的运行受空中交通流量、空域结构和空中交通管制员指令的多重影响，飞行员需要与管制员密切配合，确保航空器的安全和高效运行。

三、航空器巡航阶段运行品质评估模型

（一）小波分析

（二）航空器巡航阶段运行品质评价

结合小波分析得到的极值，统计分析从A机场到B机场的航空器QAR数据，结合巡航阶段运行品质定义，因此，采用区间估计的方法来确定航段的平均极值。假设获得N个飞行样本，由于极值方差未知，所以用样本的方差代替总体方差。

由区间估计可得航班总体平均巡航阶段极值区间，当航班巡航阶段极值不在该平均飞行时间区间内时，则该航班运行品质较差，反之为优。

四、案例分析

通过对禄口—深圳的航班QAR数据（2023年11月至2024年1月）进行规整分析，提取所需的所有航班的巡航阶段数据。采用小波分析对差分后的高度间隔时间序列进行分析，小波分析参数设置如下：小波为db8，采用硬阈值方式进行滤波降噪，结果如图1所示。由图1可知，第一个子图为原始高度间隔时间序列，第二个子图为差分后的高度间隔时间序列，第三个子图为采用db8小波分解和硬阈值方式得到的小波分析结果，第四个子图为小波分析后的极值点。

在此基础上，要剔除管制员要求调高或者下降指令带来的高度间隔变化，为了形成对比，对巡航阶段未进行任何调高指令的航空器高度间隔时间序列进行展示，如图2所示。由图2可知，不同航班在巡航阶段会有不同高度的变化，在此基础上，统计三个月的航空器高度变化的极值，采用区间估计方式求其阈值为6，之后对禄口—深圳机场的航班进行评价，以航空公司为单位，分析得出A航空公司的运行品质较优。

五、结语

文章从QAR数据和巡航阶段过程，提出了采用航空器高度变化表征航空器巡航阶段的运行品质。同时，基于小波分析和区间估计构建了巡航阶段运行品质评价模型，以禄口—深圳的QAR数据为基础，评价其运营的航空公司运行品质，为提升航空公司运营效率和安全性提供了理论支撑。

参考文献：

[1]金京，吴涛.着陆航空器跑道占用时间统计模型研究[J].电子元器件与信息技术，2019（10）：98-101.

[2]周长春，蒋澜，赵新宇.通用航空飞行品质监控运行管理[J].中国民航飞行学院学报，2019（01）：39-42

[3]刘军.基于ROM日常运行测量的飞行品质分析与应用研究[J].民航学报，2019（03）：95-98.

[4]李珊.基于QAR数据分析的航空公司运行品质研究[D].中国民用航空飞行学院，2020.

[5]卿原.空管系统航班正常管理绩效评估指标与方法研究[D].南京航空航天大学，2021.