行业观点 / Solution Information

航空公司应该如何使用QAR译码数据

2020-11-16

目前QAR译码数据已被各个航空公司或部门广泛应用于飞行过程仿真重现、飞行品质监控与改善、飞行技术评价、飞机维修维护、安全品质评估、油耗评测与节能技术的改进、事故因素调查、主动安全管理等工作,并发挥了重要的作用。

我最早接触QAR,还是从2014年的SMS系统设计与实施开始,相比1997年,原民航总局要求所有121部下运行的飞机加装QAR设备,并对每个航班实施监控和数据分析的时间,算是刚刚入门。不过在为多家航空公司提供产品和技术支持的过程中,我对QAR和SMS的有机融合有了比较清晰的定义和设计,恰逢当下参与ARJ21-700型飞机QAR的应用,借此,有机会梳理QAR数据的处理和应用,本文着重梳理QAR数据的应用流程,后续针对QAR与SMS融合、QAR在数据可视化及QAR特定场景模型应用方面会有针对性思考。

本文从QAR是什么开始,尝试梳理出QAR常见数据模式、使用陷阱和使用流程。

一、QAR是什么

QAR(Quick Access Recorder)快速存取记录器,继承与发展于飞行数据记录器(俗称黑匣子)系统,是一种重要的记录飞机飞行参数的机载电子设备,不过我们谈到QAR,通常指的是QAR中存储的飞行数据,即QAR数据。

目前飞机上的FDR和CVR,即我们俗称的“黑匣子”,主要用于事故调查。


图表1 - FDR、CVR常用于事故调查

相比黑匣子,QAR不需要拆装,并且大多数都能通过地面移动通讯网络将数据发送到航空公司数据处理中心,其飞行数据更为方便读取,因此QAR大量被用于航后飞行技术分析、发动机健康分析、飞行安全事件调查等,是在飞行品质分析、运行品质分析和飞机健康管理等方面重要的数据仓库。


图表2 - QAR大多数可无线传输,常用于日常监控

二、QAR数据模式

QAR数据通常以四种模式呈现,原始数据、工程值数据、CSV数据和可视化数据。

原始数据是被记录在记录器上,QAR光盘或PCMCIA卡的纯二进制数据(非文本数据)。


图表3 - QAR数据帧结构示例

工程值数据是原始数据进行译码后得到的数据,是对飞行真实数据的还原。

工程值数据分两大类:一类是模拟量参数,如:高度、空速、垂直加速度等。另一类是开关量参数,如:起落架收放,按发话按钮,发动机火警等,开关量参数只反映两种状态。

工程值参数是由原始数据译码恢复产生的。这些参数在原始数据中大致又分为五种方式,包括连帧型、跳帧型、超级帧型、双字槽型和密集采样型,决定了参数采集的频次。

连帧型:每个帧的同一字槽都出现这个参数,每秒钟记录一次。

跳帧型:每隔过一个帧或隔过三个帧的同一字槽出现一次。每两秒或四秒采样一次。

双字槽型:参数取值范围很大,精度高,如:高度、经度、纬度,用双字槽来扩充数位。

采集密集型:用于垂直加速度等需要每秒多次采集的参数。多次采样放于同一帧不同字槽里,一般垂直加速度每秒采8次。

CSV数据是译码软件依据用户选择的飞行参数,导出可供再次加工使用的关系型QAR数据。


图表4 - 译码软件输出的CSV文件,供二次分析使用

QAR图形化数据是把按时间(一秒)序列,通过合理拟合计算模型,把数据呈现为可视化,直观呈现参数走势和准确还原飞行过程。


图表5 - QAR可视化数据

原始数据、工程值数据、CSV数据和可视化数据中,原始数据通过译码软件提取工程值数据,工程值数据通过译码软件导出CSV数据,CSV数据通过数据分析和可视化技术实现QAR数据的可视化分析,是数据分层递进,逐级高阶应用推进的过程。目前航空公司的高阶QAR应用,大部分把CSV数据作为基础数据。


图表6 - QAR数据分类

三、QAR数据应用需要避免的陷阱

【引用自公众号,民航Safety:QAR分析的初衷是通过译码形成的工程值及相关事件的抓取,提取有用信息和形成结论,对QAR数据加以详细研究和概括并指导后续的训练,从而达到持续安全的目的。可惜,由于对QAR译码软件事件报告弊端的认知不足,以及管理层过于简单粗暴的急于降低事件率的做法,导致调查总结不充分,在惩罚文化的影响下,极易形成误杀,这样一来形成了“QAR飞行理念”,这个理念与正常飞行理念和程序是有差距的。】

【引用自公众号,资深机长陈建国:很多使用QAR重罚飞行员的公司飞行员已经忘了什么是飞行安全的基石。他们可以遗忘了基础知识、生疏了基本功,不熟悉民航规章、没看过训练手册,甚至什么是合适的安全决策依据和策略都可以统统不懂,但是对于哪些是QAR三级事件标准却能滚瓜烂熟。

只有当飞行员抛弃对被QAR事件处罚的恐惧之后,才能回归到正确的决策流程上。依照航校学习的基础理论去做出正确的决策,在这个比较罕见的故障中,挽救整个飞机的人的生命。而不是做出生命让位于QAR事件的决策。】

QAR应该归属于飞机技术部门用于技术分析和训练提高技术水平,而不是安全监察部门用来处罚飞行员,同样针对QAR数据的管理,航空公司也需要确保QAR数据的安全可控,以下节选自某航司QAR数据相关管理规定:

【 一、安监部为集团飞行数据管理职能部门,负责管理飞行数据译码系统。 各航空运输分子公司,飞行总队,机务工程部,信息中心等单位建立和完善飞行数据的查看、调用、授权机制,明确本单位人员管理、权限分配。

二、飞行数据的查看、调用、授权。
(一)查看飞行数据,仅限于将该数据用于安全信息验证、飞行过程分析、试飞验证。
(二)调用飞行原始数据,用于飞行排故、飞机性能优化。
(三)安监部根据工作需要可授权相关单位、部门和个人使用飞行数据,并承担由此带来的责任。
(四)各航空运输分子公司和飞行总队应建立飞行数据分析和讲评程序,明确分析、讲评内容、参加人员资质和人员范围。

三、飞行数据应用负面清单
1、仅依据飞行品质监控事件统计数据对飞行员进行处罚。
2、仅依据飞行品质监控事件统计数据为飞行技术排查的依据。
3、仅依据孤立的飞行品质监控事件对飞行员技术能力进行评价。
4、仅依据飞行品质监控事件和事件发生率对飞行员进行技术排名,对单位进行考核。
5、除事件调查外,未经本人同意公布飞行员个人飞行数据。
6、违反规定擅自扩大飞行品质监控事件讲评范围。
7、要求飞行员把飞行品质监控标准当做SOP执行。

四、QAR数据使用流程

QAR高阶数据分析和可视化通常始于AGS、AIRFACE等译码软件生成的CSV关系型数据,通过特定分析模型, 包括仿真、品质监控、飞行评价、维修维护、安全评估、油耗评测等,实现QAR飞行数据的高阶应用价值。

从译码软件导出的CSV数据,因各种已知和未知的原因,通常需要对数据进行相关的清洗、截取和修正,才能确保QAR数据的客观可用。


图表7 - QAR CSV数据的处理流程

结合QAR在SMS方面的应用落地来看,以下概要介绍S1、S2、S3重点环节需要关注的主要问题。

S1:数据清洗

每个CSV文件包含多行,每行对应一个数据采集时刻(单位:秒),即第i行表示QAR记录过程中的第i秒的飞行参数。每行对应多个QAR采集参数,大部分参数采集频率为1HZ(每秒采样1次),部分参数采集频率高于1HZ(最大8HZ),这类参数将在同一行中多次出现,也有部分参数为几秒采样1次(最小0.5HZ),这类参数则隔几行出现1次,其采集频次与工程值参数采集模式相关,包括连帧型、跳帧型、超级帧型、双字槽型和密集采样型。以下是ARJ21-700某次飞行的QAR数据样例:


图表8 - CSV示例文件

数据清洗重点完成跨天时间和参数跳变两大问题。


图表9 - 跨天问题和参数跳变问题是数据清洗的两大重点

S2:参数选取

提取数据分析模型中需要的QAR参数,比如航路轨迹恢复模型中的需要的每个时间点的经度、纬度、无线电高度等等,比如跑道滑行路线恢复模型中需要的每个时间点的经度、纬度、无线电高度、发动机转速、纵向加速度、空速、地速、垂直速度、襟翼状态、起落架空地电门状态、扰流板状态、真实高度、俯仰角等等,比如进近评价模型中的襟翼构型、起落架位置、减速板位置、下滑、航向、俯仰姿态、仰角变化率、横滚姿态角度、下降率、近地警告等等。以下为参数示例,QAR采集参数可以根据实际需要调整,并不固定,同一时刻可采集数百个乃至上千个不同的飞行参数数据。


图表10 - QAR部分参数示例(某机型)

S3:数据修正

QAR数据由于译码错位或采集误差等因素,会存在部分数据字段错位或信息缺失等明显异常情况。结合异常数据所处时间点附近一段时间内,飞机状态的所有参数数据,对异常数据进行识别、删除和推断补全。

常见异常数据识别:CSV文件不完整,没有从起飞到着陆的全过程;CSV文件为出发地和目的地都相同的飞行训练数据;译码输出的CSV文件参数错位,即在参数1那一列中的某一行,显示参数2的数据;参数取值超出理论取值范围;参数取值出现不合逻辑的跳变等。

删除操作:对于异常数据的CSV文件格式异常情况,视作无效数据而弃用;对于CSV文件本身格式正确,仅是参数取值偶有异常的数据,仅删去CSV文件中的异常数据,之后结合其他参数推断补全。

推断补全:对于速度、经纬度、高度等连续数值类参数,一般取前后平均值;对于襟翼状态、缝翼状态等离散的状态类参数,一般取前值或后值填充。

<全文完>

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