摘要：隨著飛行品質(zhì)管理的推行，QAR數(shù)據(jù)在飛行運行管理中的應(yīng)用得到了快速發(fā)展，QAR數(shù)據(jù)作為記錄航空器飛行狀態(tài)的重要客觀數(shù)據(jù)，是飛行運行安全的重要依據(jù)。本文簡要介紹了QAR數(shù)據(jù)，并從飛行安全管理、飛行員操作特征分析、環(huán)境污染影響、航空器油耗檢測、航空器維修五個方面來闡述當(dāng)前的應(yīng)用情況與研究進展。

關(guān)鍵詞：QAR數(shù)據(jù)；飛行安全；安全管理

ApplicationandResearchProgressofQARData

HeGang1ChenXingjuan1LuFei2ChenHaonan2

1.OkayAirwaysCompanyLimitedTianJin300300；

2.CollegeofAirTrafficManagement，CivilAviationUniversityofChinaTianjing300300

Abstract：Withtheimplementationofflightqualitymanagement，theapplicationofQARdatainflightoperationmanagementhasbeendevelopedrapidly.Asanimportantobjectivedatatorecordtheflightstatusofaircraft，QARdataisanimportantbasisforflightoperationsafety.ThispaperbrieflyintroducesQARdata，andexpoundsthecurrentapplicationandresearchprogressfromfiveaspects：flightsafetymanagement，pilotoperationcharacteristicsanalysis，environmentalpollutionimpact，aircraftfuelconsumptiondetectionandaircraftmaintenance.

Keywords：QARdata；Flightsafety；Safetymanagement

1QAR數(shù)據(jù)

快速存儲記錄器（QuickAccessRecorder，QAR）是一種機載數(shù)據(jù)記錄儀。航空器整個運行過程中飛行參數(shù)的實時變化情況和性能狀態(tài)可以通過快速存儲記錄器來量化。其中，飛行參數(shù)主要涉及航空器軌跡、姿態(tài)、飛行操作與氣象條件等，從而客觀全面地再現(xiàn)航空器整個飛行過程中的飛行品質(zhì)和飛行員的操作表現(xiàn)，是飛行流程檢驗、飛行風(fēng)險評估、飛行故障排查的重要支撐，同時也為不安全事件的數(shù)據(jù)挖掘、要素分析以及預(yù)測提供數(shù)據(jù)保障，為研究飛行安全提供了全面有效的數(shù)據(jù)支持。

為了將風(fēng)險管理落到實處，提高航空器的安全性，自1993年以來，中國民航開始研究飛行品質(zhì)監(jiān)控［1］。在1997年，我國民航業(yè)開始實施飛行品質(zhì)監(jiān)控工程，并在行業(yè)內(nèi)進行大面積推廣，截至目前，飛行品質(zhì)監(jiān)控工作已經(jīng)被正式納入中國民航運行管理。2000年12月5日，民航局航空安全辦公室頒布了有關(guān)規(guī)定，從設(shè)備的安裝及監(jiān)控要求、機構(gòu)設(shè)置和人員安排以及飛行運行這三個方面提出了具體要求［2］。2010年1月4日，民航局頒布了中國民用航空有關(guān)規(guī)章［3］，在2012年中國民用航空局飛行標準司又以規(guī)章形式提出了有關(guān)飛行品質(zhì)監(jiān)控工作的相關(guān)要求，明確了飛行品質(zhì)監(jiān)控的范圍以及相關(guān)超限標準［2］。

2QAR數(shù)據(jù)的應(yīng)用

2.1飛行安全管理

國內(nèi)對航班運行安全風(fēng)險研究所采用的傳統(tǒng)方法大多從機組人員、航空器類別、環(huán)境影響和飛行管理4個部分出發(fā)，采用相關(guān)方法對影響飛行安全的因素進行分析和確定，從而建立飛行安全評價指標相關(guān)體系，最后運用數(shù)學(xué)知識綜合評價飛行安全，但是上述的研究大都偏于管理。

從QAR數(shù)據(jù)出現(xiàn)以來，其越來越多地應(yīng)用于飛行安全的分析與研究，通過對飛行品質(zhì)監(jiān)控標準和QAR數(shù)據(jù)的分析，基于超限事件建立飛行安全風(fēng)險評價指標體系已趨于主流，其研究方向主要包括以下兩個方面。

（1）利用數(shù)理統(tǒng)計和傳統(tǒng)風(fēng)險評估模型對記錄的超限事件進行建模分析，針對典型不安全事件如擦機尾、重著陸、沖/偏出跑道進行風(fēng)險識別與評估。這個研究方法比較宏觀，其通常是針對某一機隊或是某一危險事件，分析統(tǒng)計事故數(shù)據(jù)而得出定性結(jié)論。如孫瑞山等［4］通過利用科爾莫格羅夫斯米諾夫檢驗方法來模擬航空器起飛離地仰角值的分布情況，從而對飛行機隊的起飛操作進行評價。汪磊等［5］在QAR數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運營蒙特卡洛模擬建立擦機尾風(fēng)險分析的模型，為機隊提供了可靠性參考指標。

（2）利用機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等算法對飛行風(fēng)險事件進行分析與預(yù)測，該研究方法側(cè)重于針對單個航班進行分析，通過QAR記錄的各飛行參數(shù)、操作參數(shù)、環(huán)境參數(shù)來推導(dǎo)下一時刻風(fēng)險事件發(fā)生的可能。Tong等［6］基于提出了一個PCALSTM深度學(xué)習(xí)模型，通過相關(guān)飛行參數(shù)的前序時間特征，來預(yù)測航空器的接地時刻速度值。

2.2飛行員操作特征分析

QAR記錄了飛行器狀態(tài)的變化，這些變化主要與飛行員的操作有關(guān)，可以直接反映飛行員的操縱技能。飛行員的操縱技能主要在兩個方面體現(xiàn)：首先，表現(xiàn)在他們掌握操作時機和力度的能力，包括合理選擇推拉桿的時機以及操作的平穩(wěn)性等；其次，表現(xiàn)在飛行器的狀態(tài)，例如速度和俯仰角等。由于飛行器的特性，飛行員的操作不一定會立即反映在飛行器的狀態(tài)上。飛行員通過控制不同的操縱面來操縱飛行器，每個操縱面都有其獨特的特性。飛行員需要準確了解每個部件的特性和操作方法，否則早期、延遲或錯誤的操作可能會產(chǎn)生嚴重后果。因此，評價飛行員的操作需要綜合考慮飛行員的操作行為和飛行器的狀態(tài)參數(shù)。

由于快速存儲記錄器（QAR）所記錄的數(shù)據(jù)能夠直觀反映航空器實際的飛行狀態(tài)，目前，已有學(xué)者利用QAR數(shù)據(jù)進行飛行操作行為的分析和研究，如汪磊等［7］提出基于QAR數(shù)據(jù)的飛行員不安全操作行為量化評價方法，根據(jù)飛行員操作行為特點，提出相關(guān)評價指標，實現(xiàn)飛行員操作行為的定量計算。同時，部分學(xué)者還提出，應(yīng)該將心理學(xué)和QAR數(shù)據(jù)相結(jié)合來評估飛行員的操作，并充分考慮飛行員的心理狀態(tài)，比如孫瑞山等［8］基于操作行為心理學(xué)原理，給出完整性、平穩(wěn)性、準確性、及時性四個方面參數(shù)作為描述飛行員操作特征的指標向量，定量評價飛行員操作水平。利用QAR數(shù)據(jù)進行飛行員的飛行水平評估，將會成為未來飛行員操作分析的主要研究方向。

2.3環(huán)境影響研究

隨著航空業(yè)的快速發(fā)展，航空器的排放也在迅速增加，其污染物排放量占總量的比重越來越大。此外，隨著全球環(huán)保意識的增強和我國大力發(fā)展綠色民航，更多的學(xué)者開始關(guān)注航空運輸?shù)奈廴疚锱欧艈栴}。

污染物的種類有很多，其中一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）和尾氣顆粒物（PM）等屬于航空領(lǐng)域內(nèi)發(fā)動機排放出的有害物質(zhì)。污染物的排放不可避免，因此從根源上杜絕是不現(xiàn)實的，那么就要考慮去控制污染物的排放，對于排放的控制主要是針對發(fā)動機排放量的準確估量，這個預(yù)估取決于很多運行參數(shù)，比如發(fā)動機的審定數(shù)據(jù)、燃油的流量數(shù)據(jù)、各個飛行階段的時間、飛行的高度以及大氣溫度等。

對于其發(fā)動機排放量的預(yù)估，之前的研究屬于傳統(tǒng)的方法，具體的流程為：首先根據(jù)國際民航組織的參考值，也可以是飛行動力學(xué)模擬得出上述相關(guān)的飛行參數(shù)；接著是直接根據(jù)這些參數(shù)對排放的量進行估算，抑或是利用模型通過分析得出航空大氣污染物的排放量。這種方法相對具有約束性，目前，隨著大數(shù)據(jù)的發(fā)展，航空器的QAR數(shù)據(jù)越來越完整，比如在QAR數(shù)據(jù)中，它直接就包含了航班實際的LTO階段里程、發(fā)動機實際的所有相關(guān)參數(shù)數(shù)值，因此目前運用QAR數(shù)據(jù)來對航空器發(fā)動機排放量的估算。該種方法會更加貼切航空器的運行，從而更好地定量評價航空運輸對環(huán)境的影響程度，達到優(yōu)化LTO和飛行降低油量的消耗減少成本的同時可以做到減少顆粒污染物的排放。該種研究方法的具體流程為：首先通過提取QAR數(shù)據(jù)匯總影響發(fā)動機排放的關(guān)鍵參數(shù)，比如燃油的流量、氣壓的高度、表速等，根據(jù)數(shù)據(jù)劃分出飛行的各個階段；接著根據(jù)提取出的燃油消耗量結(jié)合每一個飛行階段時間，計算得出各個階段的燃油消耗總量；最后運用已有的方法即一階逼近3.0方法來得出航空器每個階段的污染物排放量，再通過ICAO氣體排放模型去計算其他相關(guān)污染物的排放情況，得到具體的排放數(shù)據(jù)。

基于QAR數(shù)據(jù)的航空器排放研究，可以從科學(xué)的角度為航空公司提出減排方法，如改善機隊組合、優(yōu)化場景操作程序、調(diào)整航線和巡航模式等。不同的學(xué)者關(guān)注不同飛行階段的排放，并都在試圖獲得更準確的排放量，但仍然沒有一個模型能夠計算不同污染物在不同飛行階段的準確排放量。隨著對航空器尾氣排放研究的深入，無論是氣體還是顆粒物污染物的排放都將變得越來越準確，影響也將更加可預(yù)測，使航空公司能夠?qū)?jié)能減排做出更合適的規(guī)劃。

2.4航空器油耗檢測

對于我國航空公司而言，由于勞動力成本較低，其第一大成本為燃油成本，目前燃油成本約占我國航空公司總成本的40%以上。由此可知，提高檢測燃油消耗和控制燃料成本對民航業(yè)來講至關(guān)重要。

油耗檢測的基礎(chǔ)是要先了解航空器航線飛行的情況，航空器從起飛機場飛往目的地機場的一個起降過程中可分為滑出段、爬升段、巡航段、下降段、滑入段等五個階段，區(qū)分這五個階段的關(guān)鍵在于確定巡航段的起始點與結(jié)束點，這些內(nèi)容相關(guān)數(shù)據(jù)可在QAR中獲取。

在1998年，中國境內(nèi)注冊的運輸機都安裝了快速存取記錄器（QAR）之后，研究人員開始從QAR數(shù)據(jù)中挖掘與燃油效率相關(guān)的參數(shù)。在最初的研究中，數(shù)學(xué)統(tǒng)計被用于對起飛［9］、巡航、著陸和地面滑行［10］期間發(fā)動機的燃料消耗進行建模和分析。在此基礎(chǔ)上，曹慧玲等［11］利用多元統(tǒng)計算法和MATLAB軟件建立了適用于各種發(fā)動機模型的仿真平臺，以估計每個階段的油耗。與此同時，隨著大數(shù)據(jù)理論和計算機算法的發(fā)展，基于相關(guān)度和信號分解的新算法研究也開始出現(xiàn)。同時，隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機器學(xué)習(xí)算法的出現(xiàn)及優(yōu)化［1213］，研究人員將大數(shù)據(jù)處理方法應(yīng)用于油耗計算和預(yù)測的研究中。油耗模型的建立可以更好地估計發(fā)動機性能，控制節(jié)油油量，從而更準確地預(yù)測油耗，但也存在一些耗時和工作量的問題。與上面所述的建模和仿真分析方法不同，Ye等［14］提出了一種基于發(fā)動機固有機械特性的方法，而無需建模，通過使用QAR數(shù)據(jù)匹配飛行條件，進行燃料流量的預(yù)測。這種方法大大減少了驗證的時間和成本，為研究QAR數(shù)據(jù)提供了一種新的途徑。

此外，對燃油消耗進行檢測及預(yù)測，一方面可以為減少燃油消耗做準備；另一方面，隨著民航業(yè)的大力發(fā)展，環(huán)境狀態(tài)也受到發(fā)動機燃燒產(chǎn)生的有毒害氣體影響，對其進行檢測進一步減少油耗的同時也要盡量減少污染物的排放。

2.5航空器維修

航空器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在對航空器進行故障處理時需要綜合參考各種情況，包括機組對故障狀況的反映情況、整個航線排故過程，以及工程師利用QAR數(shù)據(jù)分析的結(jié)果等，再基于系統(tǒng)本身原理及檢測結(jié)果，最終確定故障原因。在整個排故過程中，通過QAR數(shù)據(jù)可以快速定位故障，為航空器維修管理工作提供數(shù)據(jù)，簡化維修程序、縮短維護時間，進而降低維修成本。

在研究領(lǐng)域，目前的學(xué)者主要聚焦于對航空器故障監(jiān)測識別和故障監(jiān)控機制的研究。楊慧［15］針對故障檢測中異常數(shù)據(jù)檢測問題，提出一種適用于QAR數(shù)據(jù)的離群點檢測算法，通過計算均值參考點到擬合航空器參數(shù)曲線的距離來判斷并找出可能的離群點，來發(fā)現(xiàn)航空器中的故障數(shù)據(jù)，有效解決部分航空器故障的離群點檢測問題。JooSungKim［16］開發(fā)了QAR數(shù)據(jù)獲取與可視化系統(tǒng)，可以以圖形方式展示數(shù)據(jù)，幫助維修工程師快速簡便地分析發(fā)動機參數(shù)，并實現(xiàn)對發(fā)動機問題的自動監(jiān)測。

3結(jié)論

隨著技術(shù)和算法的發(fā)展，使用QAR數(shù)據(jù)的研究越來越全面。本文從飛行安全管理、飛行員操作特征分析、環(huán)境影響研究、航空器油耗檢測、航空器維修五個方面來闡述。其中，飛行安全管理和飛行員操作是目前研究的主要領(lǐng)域。與此同時，隨著綠色發(fā)展相關(guān)理念的發(fā)展，對航空大氣污染物排放的研究也成為近年來QAR數(shù)據(jù)研究的熱點。對排放污染物量的估計至今還沒有一個能完全使用又精確的模型，是未來研究的一大努力方向。此外，對QAR數(shù)據(jù)的研究需要相對專業(yè)和廣泛的知識儲備，相關(guān)學(xué)者不僅要熟悉飛機飛行的相關(guān)操作和參數(shù)，還要掌握處理和分析QAR數(shù)據(jù)的方法。尤其是QAR數(shù)據(jù)參數(shù)眾多，不同研究對象需要研究不同的參數(shù)，目前參數(shù)之間的關(guān)系并未得到充分研究，需要進一步對QAR數(shù)據(jù)參數(shù)進行關(guān)聯(lián)挖掘。

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項目：民航安全能力建設(shè)項目（ASSA2023/29）

作者簡介：賀剛（1986—），男，天津人，碩士，研究方向：管理及數(shù)據(jù)應(yīng)用。

*通訊作者：盧飛（1984—），男，山東新泰人，博士，副教授，研究方向：交通運輸規(guī)劃與管理。