一种基于QAR数据的飞行员操作操作性能评分方法和设备与流程

一种基于qar数据的飞行员操作操作性能评分方法和设备
技术领域
1.本发明属于飞行操作性能评分技术领域，具体涉及一种基于qar数据的飞行员操作操作性能评分方法和设备。


背景技术：

2.统计事实表明，在航空业，一次安全故障发生之前，每天都会出现数百万次的运行差错。出去较小的年度波动之外，据统计，在过去的10多年里，每 100万次飞机离场发生事故的几率少于一次。而飞行数据分析，是组织获取危险识别内部源的主要手段，因此飞行数据的分析对于飞行员操作性能的评分尤为重要。
3.现有技术中，基于qar(quick access recorder，快速存取记录器)数据进行飞行员操作风险的识别，主要采用以下方法：
4.1.对飞行员的操作参数建立超限及评估模型，并利用该超限及评估模型对飞行操作品质进行评分[张晓微.飞行操作品质评估方法研究.中国民航大学硕士学位论文]，但该方法主要采用pca(principal components analysis，主成分分析)方法进行建模，操作参数的重要程度依赖于数据样本，不能实时动态地反映机队或个人操作状态的变化。
[0005]
2.使用主成分分析将飞行员的飞行操作品质进行排名，再用支持向量机以及随机权重粒子群去拟合数据以实现快速判别等级[袁伟良,卢朝阳,卢卫,等. 基于机器学习的飞行品质评估[j]，然而这种方法忽视了对排名合理性的评判。
[0006]
3.采用熵权法和topsis方法构建飞行员操作品质评分模型(专利公开号为 cn111340388a，专利名称为一种基于qar数据的飞行员操作品质评分方法)，但这种方法仍然过度依赖于历史样本数据。
[0007]
综上，现有的飞行员操作风险识别方法主要存在以下缺陷：
[0008]
1.现有的方法对于飞行员的操作只是判断是否超限，单纯地标记超限事件的发生概率来评估飞行员的操作品质，例如仅通过标记飞行员是否发生“直线滑行速度大”的事件来评估飞行员的操作品质。然而，事实上超限事件并不是一个孤立的事件，仅分析事件是否发生，而不分析导致事件发生的相关操作数据，无法为后续正确操作提供指导。
[0009]
2.现有的方法没有考虑到飞行员以及整个机队的操作技术随着时间的推移可能发生变化，因此不论是个人还是机队超限事件的发生几率不是一成不变的。即使飞行员通过分析模型的结论修正了自身的技术状态，但分析模型仍然使用历史数据对修正后的操作进行品质判定，而判定结果显然是存在偏差的。
[0010]
3.现有的方法没有考虑到每一评判参数对于飞行安全各自的影响权重，其权重生成仅与全部历史数据样本有关。多数情况下机队或个人超限较多或差异较大时评判参数的权重相对较大，反之较小，但这种情况下超限较多时参数不一定是影响飞行安全的重要参数，超限较小时反而因为是关键参数而影响飞行安全。因此，仅通过全部历史数据本身的参数权重无法正确反映实际的飞行安全权重。
[0011]
4.现有的方法没有对评估结果进行有效的量化评分，尤其无法对单次飞行进行量
化评分，导致评分结果不够精确。


技术实现要素：

[0012]
本发明的目的是提供一种基于qar数据的飞行员操作操作性能评分方法和设备，用于解决现有技术中存在的至少一个技术问题。
[0013]
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0014]
第一方面，本发明提供一种基于qar数据的飞行员操作性能评分方法，包括：
[0015]
利用qar系统采集某一机型多次飞行过程中的姿态和航迹数据，并基于飞行性能标准从所述姿态和航迹数据中提取操作评判参数集；
[0016]
基于飞行操作过程能力指数模型，计算单次飞行过程中的每一操作评判参数分别对应的操作性能指数；
[0017]
计算在一定次数的飞行中操作评判参数的超限率，并根据所述超限率确定对应的危险可能性等级和危险严重性等级，并根据所述危险可能性等级和所述危险严重性等级计算得到多个操作风险指数；
[0018]
根据每一操作风险指数计算每一操作评判参数各自的权重，并分别对每一操作性能指数进行加权，得到多个加权后的操作性能指数；
[0019]
根据多个加权后的操作性能指数，计算得到单次飞行的操作性能评分。
[0020]
在一种可能的设计中，在计算得到单次飞行的操作性能评分之后，所述方法还包括：
[0021]
计算某飞行员或某飞行机队在某时间段内的总操作性能评分。
[0022]
在一种可能的设计中，所述姿态和航迹数据至少包括：连续量的速度数据、长度数据和角度数据，离散量的前/主起落架称重信号数据、襟缝翼位置数据、副翼位置数据、反推数据和起落架上/下位锁数据。
[0023]
在一种可能的设计中，基于飞行操作过程能力指数模型，计算单次飞行过程中的每一操作评判参数分别对应的操作性能指数，包括：
[0024]
定义第j次飞行的操作评判参数p
ij
的质量标准下限值和/或质量标准上限值
[0025]
其中，所述质量标准下限值为操作评判参数p
ij
的下限严重偏差、下限较大偏差和下限一般偏差中的数值最大者，所述质量标准上限值为操作评判参数p
ij
的上限严重偏差、上限较大偏差和上限一般偏差中的数值最小者；
[0026]
当操作评判参数中p
ij
既有质量标准下限值又有质量标准上限值时，单次飞行过程中的每一操作性能指数c
ij
的计算公式如下：
[0027][0028]
其中，ε
ij
表示公差中心与操作评判参数p
ij
的偏移量，σ
ij
表示第j-int 次飞行至第j次飞行的操作评判参数p
ij
的标准差；
[0029]
当操作评判参数中p
ij
仅有质量标准下限值时，单次飞行过程中的每一操作性能指数c
ij
的计算公式如下：
[0030][0031]
当操作评判参数中p
ij
仅有质量标准上限值时，单次飞行过程中的每一操作性能指数c
ij
的计算公式如下：
[0032][0033]
在一种可能的设计中，计算在在一定次数的飞行中操作评判参数的超限率，并根据所述超限率确定对应的危险可能性等级和危险严重性等级，包括：
[0034]
假设在第j-int次至第j次飞行中，所有操作评判参数pi发生超限次数为bi次，其中，bi≤int；
[0035]
则在int次飞行中，操作评判参数pi的超限率bi的计算公式为：
[0036]bi
＝(bi/int)
×
100％，(4)
[0037]
根据所述超限率bi划分多个危险可能性等级；
[0038]
根据操作评判参数pi超限时可能引起的事故后果，划分多个危险严重性等级。
[0039]
在一种可能的设计中，根据每一操作风险指数计算每一操作评判参数各自的权重，并分别对每一操作性能指数进行加权，得到多个加权后的操作性能指数，包括：
[0040]
根据第j次飞行中，每一操作风险指数r
ij
和操作评判参数p
ij
的总数量n，计算每一操作评判参数p
ij
各自的权重w
ij
，计算公式如下：
[0041][0042]
利用每一操作评判参数p
ij
各自的权重w
ij
，分别对每一操作性能指数c
ij
进行加权，得到多个加权后的操作性能指数计算公式如下：
[0043][0044]
在一种可能的设计中，根据多个加权后的操作性能指数，计算得到单次飞行的操作性能评分，包括：
[0045]
基于sigmoid激活函数，将每一加权后的操作性能指数转换为百分制的每一操作性能评分结果s
ij
，计算公式如下：
[0046][0047]
根据每一操作性能评分结果s
ij
，计算得到单次飞行的操作性能评分sj，计算公式如下：
[0048][0049]
在一种可能的设计中，计算某飞行员或某飞行机队在某时间段内的总操作性能评
分，包括：
[0050]
根据单次飞行的操作性能评分sj，计算某飞行员或某飞行机队在某时间段内的总操作性能评分s，计算公式如下：
[0051][0052]
其中，m表示某飞行员或某飞行机队在某时间段内的总飞行次数。
[0053]
第二方面，本发明提供一种计算机设备，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的基于qar数据的飞行员操作性能评分方法。
[0054]
第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的基于qar数据的飞行员操作性能评分方法。
[0055]
第四方面，本发明提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面任意一种可能的设计中如第一方面任意一种可能的设计中所述的基于qar数据的飞行员操作性能评分方法。
[0056]
有益效果：
[0057]
本发明利用qar系统采集某一机型多次飞行过程中的姿态和航迹数据，并基于飞行性能标准从所述姿态和航迹数据中提取操作评判参数集；基于飞行操作过程能力指数模型，计算单次飞行过程中的每一操作评判参数分别对应的操作性能指数；计算在一定次数的飞行中操作评判参数的超限率，并根据所述超限率确定对应的危险可能性等级和危险严重性等级，并根据所述危险可能性等级和所述危险严重性等级计算得到多个操作风险指数；根据每一操作风险指数计算每一操作评判参数各自的权重，并分别对每一操作性能指数进行加权，得到多个加权后的操作性能指数；根据多个加权后的操作性能指数，计算得到单次飞行的操作性能评分。本发明通过对超限事件发生的具体操作评判参数内容进行全面分析，并分别计算各个操作评判参数对于操作性能的影响权重因子，从而使得评分机制细化到每一具体的航班飞行中，评分结果更加精确。此外，本发明考虑了单个飞行员或某个飞行机队在某一段时间内的操作参数变化，对其进行实时客观的评分，从而可以为飞行员后续的操作提供实时动态的数据支持。
附图说明
[0058]
图1为本实施例中的基于qar数据的飞行员操作性能评分方法的流程图。
具体实施方式
[0059]
为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0060]
实施例
[0061]
如图1所示，第一方面，本实施例提供一种基于qar数据的飞行员操作性能评分方法，包括但不限于由步骤s101～步骤s105实现：
[0062]
步骤s101.利用qar系统采集某一机型多次飞行过程中的姿态和航迹数据，并基于飞行性能标准从所述姿态和航迹数据中提取操作评判参数集；
[0063]
其中，优选的，所述姿态和航迹数据至少包括：连续量的速度数据(包括但不限于地速、空速和风速)、长度数据(包括但不限于气压高度和无线电高度)和角度数据(包括但不限于磁航向角、俯仰角、滚转角和风向)，离散量的前/主起落架称重信号数据、襟缝翼位置数据、副翼位置数据、反推数据和起落架上/下位锁数据。
[0064]
其中，需要说明的是，所述飞行性能标准可以是gb/t 14410.4-2008《飞行力学概念、量和符号第4部分飞行性能》，根据该标准手册，可以从所述姿态和航迹数据中提取操作评判参数集，并将所述评判参数集建立参数提取表，具体如表一所示。
[0065]
表一操作评判参数提取表
[0066]
[0067]
[0068]
[0069][0070]
步骤s102.基于飞行操作过程能力指数模型，计算单次飞行过程中的每一操作评判参数分别对应的操作性能指数；
[0071]
作为步骤s102一个可能的设计，基于飞行操作过程能力指数模型，计算单次飞行过程中的每一操作评判参数分别对应的操作性能指数，包括：
[0072]
步骤s1021.定义第j次飞行的操作评判参数p
ij
的质量标准下限值和/或质量标准上限值
[0073]
其中，所述质量标准下限值为操作评判参数p
ij
的下限严重偏差、下限较大偏差和下限一般偏差中的数值最大者，所述质量标准上限值为操作评判参数p
ij
的上限严重偏差、上限较大偏差和上限一般偏差中的数值最小者；
[0074]
步骤s1022.当操作评判参数中p
ij
既有质量标准下限值又有质量标准上限值时，单次飞行过程中的每一操作性能指数c
ij
的计算公式如下：
[0075][0076]
其中，ε
ij
表示公差中心与操作评判参数p
ij
的偏移量，σ
ij
表示第j-int次飞行至第j次飞行的操作评判参数p
ij
的标准差，优选的，int的取值为30，当然可以理解的是，也可以根据具体需要对int进行取值，此处不做限定；
[0077]
步骤s1023.当操作评判参数中p
ij
仅有质量标准下限值时，单次飞行过程中的每一操作性能指数c
ij
的计算公式如下：
[0078][0079]
步骤s1024.当操作评判参数中p
ij
仅有质量标准上限值时，单次飞行过程中的每一操作性能指数c
ij
的计算公式如下：
[0080][0081]
其中，需要说明的是，上述公式(1)(2)(3)是基于过程能力指数公式进行的改进，该过程能力指数公式记载在gb/t 17989.2-2020《控制图第2部分：常规控制图》中，当然，可以理解的是，本实施例此处仅示出了其中一种基于过程能力指数公式所做的改进，也可以通过对c
pm
(田口过程能力指数)、c
pk (有偏移的短期过程能力指数)、p
pk
(有偏移的长期过程能力指数)和西格玛的改进进行计算，以适用于不同的业务场景，满足用户需求。
[0082]
步骤s103.计算在一定次数的飞行中操作评判参数的超限率，并根据所述超限率确定所述操作评判参数对应的危险可能性等级和危险严重性等级，并根据所述危险可能性等级和所述危险严重性等级计算得到多个操作风险指数；
[0083]
在步骤s103的一种可能的设计中，计算在在一定次数的飞行中操作评判参数的超限率，并根据所述超限率确定危险可能性等级和危险严重性等级，包括：
[0084]
步骤s1031.假设在第j-int次至第j次飞行中，所有操作评判参数pi发生超限次数为bi次，其中，bi≤int；
[0085]
其中，需要说明的是，第j次飞行评判参数p
ij
，若大于质量标准上限值或者小于质量标准下限值则认为发生了1次超限事件。
[0086]
步骤s1032.则在jnt次飞行中，操作评判参数pi的超限率bi的计算公式为：
[0087]bi
＝(bi/int)
×
100％，(4)
[0088]
步骤s1033.根据所述超限率bi划分多个危险可能性等级；
[0089]
具体的，将操作评判参数pi划分为多个危险可能性等级可以是，基于gjb/z99-97
《系统安全工程手册》中的危险可能性等级划分方法，按照超限率bi的值为0至20％、20％至40％、40％至60％、60％至80％和80％至100％分别划分为e(极少)、d(很少)、c(偶然)、b(很可能)和a(经常)5个等级。当然可以理解的是，此处示出的只是其中一种危险可能性的等级划分方式，当然可以选择其他的划分方式，此处不做限定。
[0090]
步骤s1034.根据操作评判参数pi超限时可能引起的事故后果，划分多个危险严重性等级。
[0091]
具体的，将操作评判参数pi划分为多个危险严重性等级可以是，基于gjb/z99-97《系统安全工程手册》中的危险严重性等级划分方法，按照超限时可能引起的事故后果，将危险严重性等级划分为i(灾难的)、ii(严重的)、iii(轻度的)和tv(轻微的)四个危险严重性等级。当然，可以理解的是，此处示出的只是其中一种危险严重性的等级划分方式，当然可以选择其他的划分方式，此处不做限定。
[0092]
其中，优选的，根据所述危险可能性等级和所述危险严重性等级计算得到多个操作风险指数可以是：参照gjb/z 99-97《系统安全工程手册》危险的风险指数计算方法得到所述操作风险指数。
[0093]
步骤s104.根据每一操作风险指数计算每一操作评判参数各自的权重，并分别对每一操作性能指数进行加权，得到多个加权后的操作性能指数；
[0094]
在步骤s104一种可能的设计中，根据每一操作风险指数计算每一操作评判参数各自的权重，并分别对每一操作性能指数进行加权，得到多个加权后的操作性能指数，包括：
[0095]
步骤s1041.根据第j次飞行中，每一操作风险指数r
ij
和操作评判参数p
ij
的总数量n，计算每一操作评判参数p
ij
各自的权重w
ij
，计算公式如下：
[0096][0097]
利用每一操作评判参数p
ij
各自的权重w
ij
，分别对每一操作性能指数c
ij
进行加权，得到多个加权后的操作性能指数计算公式如下：
[0099]
步骤s105.根据多个加权后的操作性能指数，计算得到单次飞行的操作性能评分。
[0100]
在步骤s105一种可能的设计中，根据多个加权后的操作性能指数，计算得到单次飞行的操作性能评分，包括：
[0101]
步骤s1051.基于sigmoid激活函数，将每一加权后的操作性能指数转换为百分制的每一操作性能评分结果s
ij
，计算公式如下：
[0102][0103]
步骤s1052.根据每一操作性能评分结果s
ij
，计算得到单次飞行的操作性能评分sj，计算公式如下：
[0104][0105]
优选的，在计算得到单次飞行的操作性能评分之后，所述方法还包括：
[0106]
步骤s106.计算某飞行员或某飞行机队在某时间段内的总操作性能评分。
[0107]
在步骤s106一种可能的设计中，计算某飞行员或某飞行机队在某时间段内的总操作性能评分，包括：
[0108]
根据单次飞行的操作性能评分sj，计算某飞行员或某飞行机队在某时间段内的总操作性能评分s，计算公式如下：
[0109][0110]
其中，m表示某飞行员或某飞行机队在某时间段内的总飞行次数。
[0111]
基于上述公开的内容，本实施例利用qar系统采集某一机型多次飞行过程中的姿态和航迹数据，并基于飞行性能标准从所述姿态和航迹数据中提取操作评判参数集；基于飞行操作过程能力指数模型，计算单次飞行过程中的每一操作评判参数分别对应的操作性能指数；计算在一定次数的飞行中操作评判参数的超限率，并根据所述超限率确定对应的危险可能性等级和危险严重性等级，并根据所述危险可能性等级和所述危险严重性等级计算得到多个操作风险指数；根据每一操作风险指数计算每一操作评判参数各自的权重，并分别对每一操作性能指数进行加权，得到多个加权后的操作性能指数；根据多个加权后的操作性能指数，计算得到单次飞行的操作性能评分。本发明通过对超限事件发生的具体操作评判参数内容进行全面分析，并分别计算各个操作评判参数对于操作性能的影响权重因子，从而使得评分机制细化到每一具体的航班飞行中，评分结果更加精确。此外，本发明考虑了单个飞行员或某个飞行机队在某一段时间内的操作参数变化，对其进行实时客观的评分，从而可以为飞行员后续的操作提供实时动态的数据支持。
[0112]
第二方面，本发明提供一种计算机设备，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的基于qar数据的飞行员操作性能评分方法。
[0113]
第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的基于qar数据的飞行员操作性能评分方法。
[0114]
第四方面，本发明提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面任意一种可能的设计中如第一方面任意一种可能的设计中所述的基于qar数据的飞行员操作性能评分方法。
[0115]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。