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Jun 08, 2023

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Scientific Reports volume 13, numero articolo: 14175 (2023) Cita questo articolo 1 Dettagli sulle metriche alternative I registratori ad accesso rapido (QAR) forniscono un'importante fonte di dati per la qualità delle operazioni di volo

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 14175 (2023) Citare questo articolo

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Dettagli sulle metriche

I registratori ad accesso rapido (QAR) forniscono un'importante fonte di dati per la garanzia della qualità delle operazioni di volo (FOQA) e la sicurezza del volo. È generalmente caratterizzato da grande volume, alta dimensionalità e alta frequenza, e queste caratteristiche si traducono in estreme complessità e incertezze nel suo utilizzo e comprensione. In questo studio, abbiamo proposto un modello di rete TFA-CAE (Convolutional Auto-Encoder) basato su Time-Feature Attention (TFA) per estrarre le caratteristiche di volo essenziali dai dati QAR. Come caso di studio, abbiamo utilizzato i dati QAR dell'atterraggio all'aeroporto internazionale di Kunming Changshui e all'aeroporto internazionale di Lhasa Gonggar come dati sperimentali. I risultati mostrano che (1) il modello TFA-CAE offre le migliori prestazioni nell'estrazione di caratteristiche di volo rappresentative rispetto ad alcuni approcci tradizionali o simili, come l'analisi delle componenti principali (PCA), l'auto-codificatore convoluzionale (CAE), l'auto-attenzione modelli CAE (SA-CAE), Auto-Encoder basati su Gate Recurrent Unit (GRU-AE) e TFA-GRU-AE; (2) si possono riconoscere schemi di volo corrispondenti a diverse piste; e (3) i voli anomali possono effettivamente deviare da molte osservazioni. Nel complesso, il modello TFA-CAE fornisce una tecnica consolidata per un ulteriore utilizzo dei dati QAR, come il rilevamento del rischio di volo o FOQA.

L'aviazione civile è costantemente impegnata a migliorare la sicurezza del volo. Per cambiare la natura incline agli incidenti dell’aviazione civile cinese e migliorare la sicurezza del volo, la Civil Aviation Administration of China (CAAC) ha deciso nel 1997 di rendere obbligatorio il progetto di monitoraggio della qualità del volo per tutte le compagnie aeree di trasporto. Dal 1° gennaio 1998, tutti gli aerei da trasporto registrati in Cina dovevano installare un registratore ad accesso rapido (QAR) o un'apparecchiatura equivalente per registrare lo stato di tutti gli aerei durante i voli. I dati di volo registrati dai QAR vengono utilizzati per monitorare le operazioni di volo, le prestazioni dell'aeromobile, ecc., per rilevare voli difettosi che si discostano dalle procedure di volo standard. Inoltre, le cause dei voli difettosi vengono analizzate e poi affrontate sviluppando corrispondenti misure di guida migliorate, con conseguente ulteriore miglioramento della qualità del volo. Alla fine del 2013, la CAAC ha approvato il progetto di costruzione della stazione base di monitoraggio della qualità del volo per raccogliere, elaborare e analizzare tutti i dati QAR degli aeromobili in Cina. Alla fine del 2017, la stazione base aveva raccolto dati QAR da oltre 3.000 aerei prelevati da tutti i 51 vettori aerei da trasporto nella categoria dell'aviazione civile cinese. Un'enorme quantità di dati di volo viene raccolta continuamente in questa stazione base, che fornisce un database completo per lo studio dei rischi di volo e dei metodi basati sui dati.

I dati ADS-B (Automatic Dependent Surveillance Broadcast) sono un altro tipo di dati di volo e vengono utilizzati anche per il monitoraggio della qualità del volo, come l'orario di atterraggio dell'aereo1, la stima dell'orario di arrivo dell'aereo2,3. I dati ADS-B hanno una buona tempestività rispetto ai dati QAR, ma vengono registrati solo un numero limitato di parametri di volo (circa 40 parametri di volo), il che li rende insufficienti per essere utilizzati in scenari applicativi complessi. Rispetto ai dati ADS-B, i dati QAR sono generalmente caratterizzati da dati ad alta dimensione e ad alta frequenza per registrare i dettagli di un volo, inclusi tempo, posizione, operazioni di volo, assetto di volo, dinamica di volo e ambiente esterno (fino a 2000 voli parametri). I parametri di volo registrati riflettono lo stato del sistema dell'aereo. Ad esempio, un valore eccessivo del parametro di volo AOA (angolo di attacco) può suggerire potenziali rischi di stallo dell'aereo mentre il parametro di volo VRTG (accelerazione normale) viene solitamente utilizzato per indicare l'atterraggio pesante quando un aereo tocca il suolo. Pertanto, i dati QAR possono essere utilizzati per monitorare e rilevare vari eventi di volo. Tuttavia, queste caratteristiche comportano estrema complessità e incertezze nel suo utilizzo e comprensione. L'estrazione delle caratteristiche, come un tipico argomento di data mining, fornisce un mezzo tecnico per risolvere la maledizione dimensionale4. Svolge un ruolo chiave in molte applicazioni, come la classificazione5, la regressione6 e il data mining7,8, ed è anche una base preliminare nella diagnosi dei guasti che si concentra sull'estrazione delle caratteristiche del guasto9,10,11,12.