本發(fā)明涉及一種飛行品質(zhì)監(jiān)控的方法，具體地說(shuō)是一種基于時(shí)態(tài)地理信息系統(tǒng)(GIS)對(duì)飛行品質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控的方法。

背景技術(shù)：

飛行品質(zhì)監(jiān)控是收集和分析日常飛行數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，用于提高飛行機(jī)組的操縱品質(zhì)，是國(guó)際上公認(rèn)的保證飛行安全的重要手段之一，已得到世界民航業(yè)的普遍認(rèn)可。飛行品質(zhì)監(jiān)控的價(jià)值在于通過(guò)監(jiān)測(cè)飛行參數(shù)超限情況，盡早地識(shí)別出不符合標(biāo)準(zhǔn)的操作、存在缺陷的程序、航空器性能的衰減、空中交通管制系統(tǒng)的不完善等安全隱患，為改進(jìn)措施的制定及實(shí)施提供數(shù)據(jù)和信息支持。

但是，目前在飛行品質(zhì)監(jiān)控中對(duì)于飛行數(shù)據(jù)的管理和分析大多以不安全事件記錄為中心，主要基于對(duì)不同機(jī)型或超限事件分類的直觀統(tǒng)計(jì)，如某一機(jī)型的航段監(jiān)控率、超限事件發(fā)生率等。這些分析局限于一些表象特征，而且各統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)間相互獨(dú)立，缺乏對(duì)飛行品質(zhì)監(jiān)控信息深層次、系統(tǒng)性地挖掘與應(yīng)用。另一方面，已有的對(duì)飛行數(shù)據(jù)的分析方法多數(shù)是靜態(tài)的，沒(méi)有將不同時(shí)間段的飛行數(shù)據(jù)有效地聯(lián)結(jié)起來(lái)，缺少對(duì)歷史數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)地統(tǒng)計(jì)顯示，以及對(duì)未來(lái)可能發(fā)生事件的估計(jì)和預(yù)警。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種基于時(shí)態(tài)GIS的飛行品質(zhì)監(jiān)控方法，通過(guò)對(duì)飛行品質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空建模分析，探索超限事件發(fā)生的時(shí)空分布規(guī)律，在一定程度上對(duì)超限事件的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，為飛行安全預(yù)警管理提供有效參考。

本發(fā)明的一種基于時(shí)態(tài)GIS的飛行品質(zhì)監(jiān)控的方法，包括以下步驟：

第一步，飛行超限事件時(shí)空分布統(tǒng)計(jì)；

包括超限事件空間分布、時(shí)間分布的統(tǒng)計(jì)分析；基本統(tǒng)計(jì)項(xiàng)的計(jì)算；采用相關(guān)性分析方法，開(kāi)展重點(diǎn)因子分析。

第二步，飛行超限事件多時(shí)空因子回歸分析；

包括多因子線性地理回歸模型的建立和多時(shí)空因子回歸分析。

第三步，航空網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析與安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；

包括安全風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重模型的構(gòu)建、系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估。

第四步，基于時(shí)態(tài)GIS的飛行品質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)模型構(gòu)建與可視化。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明基于時(shí)態(tài)GIS進(jìn)行飛行品質(zhì)監(jiān)控，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明改變傳統(tǒng)的飛行品質(zhì)監(jiān)控中就事件分析事件、缺乏系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)的問(wèn)題，可以為決策提供更加科學(xué)的依據(jù)。

2、本發(fā)明解決目前分析因子單一，對(duì)海量數(shù)據(jù)缺乏有效分析模型和方法的問(wèn)題。

3、建立了超限事件的時(shí)空分析模型及可視化。

附圖說(shuō)明

圖1A和圖1B是本發(fā)明的系統(tǒng)數(shù)據(jù)概念模型示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

本發(fā)明的基于時(shí)態(tài)GIS的飛行品質(zhì)監(jiān)控的方法，包括以下步驟：

第一步，飛行超限事件時(shí)空分布統(tǒng)計(jì)，包括以下步驟：

1.1、對(duì)所有系統(tǒng)要素(機(jī)場(chǎng)、航線、飛機(jī))進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)項(xiàng)的計(jì)算，基本統(tǒng)計(jì)項(xiàng)將作為系統(tǒng)要素的基本屬性，在系統(tǒng)中可以隨時(shí)查詢，并且將作為基本數(shù)據(jù)參與其他更高層次、更宏觀的統(tǒng)計(jì)分析中。所述的基本統(tǒng)計(jì)項(xiàng)包括統(tǒng)計(jì)對(duì)象、統(tǒng)計(jì)時(shí)段、事件類別和統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的組合。統(tǒng)計(jì)對(duì)象為機(jī)場(chǎng)、航線和飛機(jī)，統(tǒng)計(jì)時(shí)段為晝夜、月、季節(jié)和年，事件類別為單類和多類，統(tǒng)計(jì)指標(biāo)為“事件密度”和“事件頻率”。由于機(jī)場(chǎng)分布在不同的地理位置，具有空間屬性，而統(tǒng)計(jì)時(shí)段具有時(shí)間屬性，所以基本統(tǒng)計(jì)項(xiàng)包括了對(duì)時(shí)間空間的統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)指標(biāo)需要計(jì)算不同時(shí)空分布的超限事件的發(fā)生密度和頻率。例如計(jì)算發(fā)生在華東地區(qū)機(jī)場(chǎng)的上半年的所有類型3級(jí)超限事件的發(fā)生頻率。

1.2、采用相關(guān)性分析方法，開(kāi)展重點(diǎn)因子分析，所述的重點(diǎn)因子包括時(shí)間因子和空間因子，機(jī)場(chǎng)地理環(huán)境、機(jī)場(chǎng)等級(jí)、跑道、航線長(zhǎng)度、飛行高度等為空間因子，飛行時(shí)間、飛行季節(jié)等為時(shí)間因子。對(duì)不同類型超限事件的頻率和重點(diǎn)因子(包括時(shí)間因子和空間因子)做相關(guān)性分析，使用的指標(biāo)為相關(guān)系數(shù)ρ_XY：

其中，Cov(X，Y)為X，Y的協(xié)方差，D(X)、D(Y)分別為X、Y的方差。X代表不同類型超限事件的頻率，Y代表所選取的時(shí)間因子或空間因子，比如機(jī)場(chǎng)海拔高度等。通過(guò)得到的相關(guān)系數(shù)ρ_XY大小可以分析超限事件與時(shí)間因子或空間因子分布的相關(guān)性。定義相關(guān)系數(shù)|ρ_XY|>0.6的為強(qiáng)相關(guān)典型事件，0.4≤|ρ_XY|≤0.6的為中相關(guān)典型事件，|ρ_XY|<0.4的為弱相關(guān)典型事件。

第二步，飛行超限事件多時(shí)空因子回歸分析，包括以下步驟：

2.1、多因子線性地理回歸模型的建立；

設(shè)某一超限事件y受p個(gè)因子x₁,x₂,…,x_p的影響，其內(nèi)在聯(lián)系是線性關(guān)系，通過(guò)n組觀測(cè)，得到n組地理數(shù)據(jù)為(y_i；x_i1,x_i2,…,x_ip),i＝1,2,…,n。則有第i個(gè)超限事件的頻率y_i與p個(gè)因子之間的數(shù)學(xué)模型為：

y_i＝β₀+β₁x_i1+β₂x_i2+…+β_px_ip+ε_i

式中，β₀,β₁,…,β_p為待定參數(shù)，令β＝β₀,β₁,…,β_p，ε_i為隨機(jī)變量。為了估計(jì)β，采用最小二乘法，則得超限事件的多因子線性地理回歸模型為：

式中，為超限事件的頻率估計(jì)值，b₀為常數(shù)項(xiàng)，b₁,b₂,…,b_p為偏回歸系數(shù)，表明當(dāng)其他因子(自變量)都固定時(shí)，偏回歸系數(shù)每變化一個(gè)單位而使平均改變的數(shù)值。該回歸模型在幾何上表示一個(gè)超平面，也可稱為超限事件的頻率估計(jì)值對(duì)p個(gè)因子x₁,x₂,…,x_p的回歸平面。

2.2、多時(shí)空因子回歸分析。超限事件的頻率會(huì)受到機(jī)場(chǎng)海拔、氣溫、風(fēng)速等空間因子和季節(jié)、晝夜等時(shí)間因子的影響，必定存在所述頻率與某一因子有較強(qiáng)相關(guān)性的超限事件，以及與多種因子均呈現(xiàn)相關(guān)性的超限事件。采用上述構(gòu)建的多因子線性地理回歸模型，進(jìn)行多因子回歸分析，偏回歸系數(shù)取置信度為0.8，可以解算出多時(shí)空因子回歸分析的復(fù)相關(guān)系數(shù)，其中復(fù)相關(guān)系數(shù)表征超限事件的頻率與多個(gè)時(shí)空因子間的線性相關(guān)程度。

第三步，航空網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析與安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，包括以下步驟：

3.1、建立安全風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重模型。通過(guò)分析計(jì)算，賦予航空網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)所有機(jī)場(chǎng)、航線、飛機(jī)、航段等要素以安全風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重，從而構(gòu)建一個(gè)具有安全風(fēng)險(xiǎn)特征的權(quán)重模型，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)特征研究和進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。各權(quán)重的計(jì)算方案如下：

飛機(jī)權(quán)重：

表示第i架飛機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重，為第i架飛機(jī)的超限事件頻率，為所有飛機(jī)事件頻率的平均值。

航段權(quán)重：

w(l_i)為第i個(gè)航段l_i的風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重，為執(zhí)行該航段的所有飛機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重，r_t為時(shí)段(晝夜)相關(guān)系數(shù)，r_d為飛行距離相關(guān)系數(shù)。

航線權(quán)重：?jiǎn)挝粫r(shí)間(日)內(nèi)飛行于該航線的所有航段權(quán)重之和。即：n為該航線上航段的總數(shù)量。

機(jī)場(chǎng)權(quán)重：m為與該機(jī)場(chǎng)相連的航線數(shù)量。

w(s_it)表示與機(jī)場(chǎng)a_i相連航線的權(quán)重，r_g和r_l分別為機(jī)場(chǎng)a_i的地理相關(guān)系數(shù)和航段密度相關(guān)系數(shù)。

3.2、在建立各要素的權(quán)重模型的基礎(chǔ)上，開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)分析，包括超限事件概率分布、平均超限事件頻率、飛機(jī)超限事件頻率分布、機(jī)場(chǎng)超限事件頻率分布等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)航空網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)和控制。選取復(fù)相關(guān)系數(shù)大于0.6的10個(gè)超限事件，將空間、時(shí)間因子參數(shù)代入第二步中的多因子線性地理回歸模型方程，得到超限事件頻率的估計(jì)值，與真實(shí)的超限事件頻率作比較，可以定量的進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

第四步，基于時(shí)態(tài)GIS的飛行品質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)模型構(gòu)建與可視化，包括以下步驟：

4.1、設(shè)計(jì)“航空要素－飛行過(guò)程－安全事件”的三元系統(tǒng)模型，見(jiàn)圖1A和圖1B；航空要素(或稱為實(shí)體)選取與航空最具密切關(guān)系的機(jī)場(chǎng)、航線及飛機(jī)。其中機(jī)場(chǎng)、航線由于具有明確的地理位置而歸于地理要素，飛機(jī)則為運(yùn)動(dòng)要素。一個(gè)“飛行過(guò)程”定義為一個(gè)飛機(jī)從一個(gè)機(jī)場(chǎng)起飛沿著一個(gè)航線飛行至另一個(gè)機(jī)場(chǎng)降落的過(guò)程，其對(duì)應(yīng)于“航段”。一個(gè)“不安全事件”即為發(fā)生在某個(gè)飛行過(guò)程中的一個(gè)超限事件。整個(gè)航空網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)處于其涉及的地理空間范圍內(nèi)，因此理論上講，整個(gè)系統(tǒng)中的所有元素均具有地理特征。

4.2、基于時(shí)態(tài)GIS的統(tǒng)計(jì)、查詢結(jié)果可視化，可視化的數(shù)據(jù)包括安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、航空網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。超限事件發(fā)生的頻率顯示可以隨著時(shí)間的變化而動(dòng)態(tài)變化，可以按日、月、年動(dòng)態(tài)顯示所有機(jī)場(chǎng)發(fā)生的超限事件的頻率。

安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)：包括航段記錄數(shù)據(jù)和超限事件記錄數(shù)據(jù)。

航空網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)：主要包括飛機(jī)、機(jī)場(chǎng)、航線等時(shí)空數(shù)據(jù)。

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)：包括地形地貌數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)以及必要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等。

將上述第一步得到的基本統(tǒng)計(jì)項(xiàng)結(jié)果、第二步得到的多時(shí)空因子回歸分析結(jié)果和第三步得到的航空網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要素權(quán)重?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合圖層顯示技術(shù)和軟件插件組合技術(shù)，底層顯示基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù).jpg文件，上層顯示統(tǒng)計(jì)查詢的FOQA結(jié)果.shp文件，采用VB編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)操作的“插件式”設(shè)計(jì)與集成管理，以時(shí)間軸動(dòng)態(tài)顯示不同時(shí)間階段的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)時(shí)態(tài)GIS的FOQA可視化。

上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中實(shí)施方式等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。