一种飞机着陆过程中冲出跑道风险的检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种飞机着陆过程中冲出跑道风险的检测方法及装置，用于解决定量检测民航飞机着陆阶段冲出跑道风险的问题。该方法包含危险红线的计算方法和使用该方法进行风险检测两个部分：(1)危险红线：是对飞机在着陆阶段冲出跑道临界情况的一种度量。(2)计算方法：以QAR(Quick Access Recorder，快速存取记录器)数据为输入，首先对地理位置信息及跑道进行匹配后进行形状匹配，然后针对各种着陆的环境，使用大量航班着陆数据计算冲出跑道的危险红线用于拟合冲出跑道的临界包线，作为检测冲出跑道危险性检测的基准值，最后使用危险红线对着陆阶段航段数据进行检测，并给出该飞机的冲出跑道的危险值。

【技术实现步骤摘要】
一种飞机着陆过程中冲出跑道风险的检测方法及装置
本专利技术涉及民航领域，是基于QAR数据的降落质量评价系统，是一种在大数据条件下智能检测着陆风险的方法。
技术介绍
在民用航空领域，最终进近和着陆是飞机飞行中最关键的阶段。尽管飞机着陆阶段时间仅占飞行平均时间的1％，但根据波音公司对全球全重6万磅以上的商用喷气飞机相关事故统计数据显示，2003—2012年间23％的致命事故、17％的机载死亡人数发生在该阶段。在进近和着陆事故中，飞机偏离跑道事故所占比例较大。根据澳大利亚运输安全委员会(AustrilianTransportSafetyBureau，简称ATSB)的统计显示，1998年1月1日至2007年12月31日期间共发生141起飞机偏离跑道事故，其中72起是冲出跑道，冲出跑道事故所造成的财产损失及人员伤亡较严重。因此，飞机冲出跑道事故的风险管理研究对航空安全来说有着重要的意义。虽然冲出跑道对航空安全具有重大威胁，但在现有实践中，大部分是事后对事故的分析，对影响因素的分析也只停留在定性分析的层次上，同时，只分析了部分冲出跑道的案例，忽略了冲出跑道危险性较大的样例，无法形成有效的指标定义冲出跑道超限事件。鉴于飞机冲出跑道对航空安全的重要意义，需要设计一种针对冲出跑道风险的检测方法，用于在事故发生前对飞机着陆阶段进行定量评价。《AnanalysisofflightQuickAccessRecorder(QAR)dataanditsapplicationsinpreventinglandingincidents》中使用平飘距离(跑道入口端线到接地点的距离)作为冲出跑道风险值评价标准。平飘距离较长是冲出跑道的原因之一，并不能完全代表冲出跑道的风险；且使用平飘距离进行评价无法对飞机接地后进行冲出跑道风险的评估。本专利技术使用剩余跑道距离和速度进行融合的方法作为冲出跑道的风险值。不仅涵盖了平飘距离这一评价标准，同时结合速度对着陆过程冲出跑道风险进行评价；同时在接地后也可以对冲出跑道的风险进行量化评价。
技术实现思路
本专利技术解决技术问题：针对民航飞机着陆过程中只能进行事故后分析的情况，同时针对现有冲出跑道评价标准无法完全代表冲出跑道风险及无法全着陆过程评价冲出跑道风险的现状，提供一种飞机着陆过程中冲出跑道风险的检测方法及装置，实现民航飞机在着陆过程中针对冲出跑道危险事件进行评估与预警。本专利技术技术解决方案：一种飞机着陆过程中冲出跑道风险的检测方法，实现步骤如下：(1)根据飞机着陆机场跑道的拓扑结构对QAR历史数据中飞机着陆的经纬度进行校正与纠偏，得到校正后的着陆序列，所述着陆序列包含原QAR数据的所有信息，并使用校正后的经纬度坐标替换未校正的部分；(2)根据校正后的着陆序列中校正后的经纬度坐标与跑道出口端线的经纬度坐标计算与飞机与跑道出口的距离，记为距离序列；选取着陆序列中的径向速度并记为着陆速度序列。定义跑道参数，参数包括：跑道编号、任意方法进行指标化的风向、风速、气温、雨量、雪量、能见度、跑道污染程度信息,对全部跑道参数条件下的距离序列与着陆速度序列计算出剩余跑道距离对于径向速度的回归曲线，记为危险红线，对应的回归方程f(v)＝a·exp(bv+c)+d-h，v为径向速度，f(v)为剩余跑道距离，a、b、c、d为该回归方程的参数，h为安全阈值；(3)对于待检测的历史QAR数据，根据其跑道参数选取对应的危险红线方程并计算其任意时刻下QAR数据中的径向速度与使用经纬度坐标和跑道端线经纬度坐标计算出的剩余跑道距离、QAR数据中的径向速度与危险红线的欧氏距离，所述距离记为s,Risk值为该时刻冲出跑道的风险；(4)对于待检测的实时QAR数据，使用机场跑道入口经纬度信息和飞机QAR数据对飞机着陆经纬度进行纠偏，使用(2)中方法计算距离序列与着陆速度序列，根据其跑道参数选取对应的危险红线方程计算当前时刻的剩余跑道距离、实时QAR数据中的径向速度与危险红线的欧氏距离，所述距离记为s，Risk值为当前时刻冲出跑道的风险。所述步骤(1)具体实现过程如下：(11)数据准备：跑道拓扑结构序列及着陆部分的待纠偏QAR数据，高度<120ft，其中跑道拓扑序列为相应机场的各条滑行道的地理位置坐标序列，记为R＝{ri},ri为第i条滑行道的经纬度坐标序列，每条滑行道的经纬度坐标序列中包括：跑道入口端线中心点经纬度坐标以及从跑道与滑行道交点开始到滑行道结束为止，以设定间隔为间隔测量的滑行道中心经纬度坐标，记为：s0为在84坐标系下的跑道头处的跑道中心的经纬度坐标，为滑行道中心经纬度坐标，待校正的经纬度坐标序列记为(12)最小化校正误差：校正误差其中对于待纠偏的经纬度坐标序列的全部点平移至跑道与滑行道交点位置，其偏移量为并计算对应该偏移量的校正误差D，校正误差的最小值Dmin对应的偏移量即为校正偏移量，为在84坐标系下的着陆数据经纬度坐标点，偏移量代表将着陆序列中的第j点平移至滑行道与跑道的交点处的偏移量，M为着陆序列长度，N为脱离道起点至脱离道终点的序列长度；(13)数据校正：原数据中经纬度坐标校正为为校正后的经纬度坐标，为原经纬度坐标，为偏移量。所述(2)具体实现过程如下：(21)数据筛选：根据跑道参数中跑道编号、任意方法进行指标化的风向、风速、气温、雨量、雪量、能见度、跑道污染程度信息，筛选符合条件的距离序列和着陆速度序列；(22)拟合危险红线方程：回归方程为g(v)＝a·exp(bv+c)+d，对步骤(21)中筛选的数据使用最小二乘法选取a,b,c,d四个参数，危险红线方程对应的曲线容留安全阈值后即得到所需的危险红线方程，方程定义为：f(v)＝g(v)-h。所述(3)具体实现过程如下：(31)通过跑道参数选取对应的危险红线方程；(32)对历史QAR数据计算，并进行经纬度纠偏，对于待检测的时刻，计算该待检测的时刻纠偏后的经纬度坐标与跑道出口端线经纬度坐标的欧式距离，记为剩余跑道距离s，该待检测的时刻的径向速度记为v，根据剩余跑道距离和径向速度计算冲出跑道危险值，Risk为冲出跑道风险值。所述步骤(4)具体实现过程如下：(41)通过跑道参数选取对应的危险红线方程；(42)获取实时QAR数据中高度为50英尺时的经纬度坐标，记为获取跑道入口端线中点经纬度坐标记为偏移量为原数据中经纬度坐标校正为(43)对于当前时刻，计算该当前时刻纠偏后的经纬度坐标与跑道出口端线经纬度坐标的欧式距离，记为剩余跑道距离s，该当前时刻的径向速度记为v，根据剩余跑道距离和径向速度计算冲出跑道危险值，Risk为冲出跑道风险值，h为安全阈值。所述安全阈值h取值为1000。本专利技术一种飞机着陆过程中冲出跑道风险的检测装置，包括：存储模块、数据校正模块、检测模块、数据收发模块；存储模块：负责存储跑道id、跑道头尾经纬度坐标跑道基本参数、跑道对应的危险红线方程参数；数据校正模块：负责飞机着陆的经纬度进行校正与纠偏，对实时QAR数据进行经纬度校正，校正方法为：(1)高度为50英尺时的经纬度坐标，记为(2)获取跑道入口端线中点经纬度坐标记为偏移量为(3)原数据中经纬度坐标校正为并将校正后的经纬度坐标和飞机径向速度提供给检测模块进行危险性预测；检测模块：用于检测冲出跑道风险，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞机着陆过程中冲出跑道风险的检测方法，其特征在于：实现步骤如下：(1)根据飞机着陆机场跑道的拓扑结构对快速存取记录器QAR历史数据中飞机着陆的经纬度进行校正与纠偏，得到校正后的着陆序列，所述着陆序列包含原QAR数据的所有信息，并使用校正后的经纬度坐标替换未校正的部分；(2)根据校正后的着陆序列中校正后的经纬度坐标与跑道出口端线的经纬度坐标计算飞机与跑道出口的距离，记为距离序列；选取着陆序列中的径向速度并记为着陆速度序列；定义跑道参数，参数包括：跑道编号、任意方法进行指标化的风向、风速、气温、雨量、雪量、能见度、跑道污染程度信息,对全部跑道参数条件下的距离序列与着陆速度序列计算出剩余跑道距离对于径向速度的回归曲线，记为危险红线，对应的回归方程f(v)＝a·exp(bv+c)+d‑h，v为径向速度，f(v)为剩余跑道距离，a、b、c、d为该回归方程的参数，h为安全阈值；(3)对于待检测的历史QAR数据，根据其跑道参数选取对应的危险红线方程并计算其任意时刻下QAR数据中的径向速度与使用经纬度坐标和跑道端线经纬度坐标计算出的剩余跑道距离、QAR数据中的径向速度与危险红线的欧氏距离，所述距离记为s,...

【技术特征摘要】
1.一种飞机着陆过程中冲出跑道风险的检测方法，其特征在于：实现步骤如下：(1)根据飞机着陆机场跑道的拓扑结构对快速存取记录器QAR历史数据中飞机着陆的经纬度进行校正与纠偏，得到校正后的着陆序列，所述着陆序列包含原QAR数据的所有信息，并使用校正后的经纬度坐标替换未校正的部分；(2)根据校正后的着陆序列中校正后的经纬度坐标与跑道出口端线的经纬度坐标计算飞机与跑道出口的距离，记为距离序列；选取着陆序列中的径向速度并记为着陆速度序列；定义跑道参数，参数包括：跑道编号、任意方法进行指标化的风向、风速、气温、雨量、雪量、能见度、跑道污染程度信息,对全部跑道参数条件下的距离序列与着陆速度序列计算出剩余跑道距离对于径向速度的回归曲线，记为危险红线，对应的回归方程f(v)＝a·exp(bv+c)+d-h，v为径向速度，f(v)为剩余跑道距离，a、b、c、d为该回归方程的参数，h为安全阈值；(3)对于待检测的历史QAR数据，根据其跑道参数选取对应的危险红线方程并计算其任意时刻下QAR数据中的径向速度与使用经纬度坐标和跑道端线经纬度坐标计算出的剩余跑道距离、QAR数据中的径向速度与危险红线的欧氏距离，所述距离记为s,Risk值为该时刻冲出跑道的风险；(4)对于待检测的实时QAR数据，使用机场跑道入口经纬度信息和飞机QAR数据对飞机着陆经纬度进行纠偏，使用(2)中方法计算距离序列与着陆速度序列，根据其跑道参数选取对应的危险红线方程计算当前时刻的剩余跑道距离、实时QAR数据中的径向速度与危险红线的欧氏距离，所述距离记为s，Risk值为当前时刻冲出跑道的风险。2.根据权利要求1所述的飞机着陆过程中冲出跑道风险的检测方法，其特征在于：所述步骤(1)具体实现过程如下：(11)数据准备：跑道拓扑结构序列及着陆部分的待纠偏QAR数据，高度<120ft，其中跑道拓扑序列为相应机场的各条滑行道的地理位置坐标序列，记为R＝{ri},ri为第i条滑行道的经纬度坐标序列，每条滑行道的经纬度坐标序列中包括：跑道入口端线中心点经纬度坐标以及从跑道与滑行道交点开始到滑行道结束为止，以设定间隔为间隔测量的滑行道中心经纬度坐标，记为：s0为在84坐标系下的跑道头处的跑道中心的经纬度坐标，为滑行道中心经纬度坐标，待校正的经纬度坐标序列记为(12)最小化校正误差：校正误差其中对于待纠偏的经纬度坐标序列的全部点平移至跑道与滑行道交点位置，其偏移量为并计算对应该偏移量的校正误差D，校正误差的最小值Dmin对应的偏移量即为校正偏移量，为在84坐标系下的着陆数据经纬度坐标点，偏移量代表将着陆序列中的第j点平移至滑行道与跑道的交点处的偏移量，M为着陆序列长度，N为脱离道起点至脱离道终点的序列长度；(13)数据校正：原数据中经纬度坐标校正为为校正后的经纬度坐标，为原经纬度坐标，为偏移量。3.根据权利要求1所述的飞机着陆过程中冲出跑道风险的检测方法，其特征在于：所述步骤(2)具体实现过程如下：(21)数据筛...

【专利技术属性】
技术研发人员：诸彤宇，彭一洋，陆禹成，王浩锋，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，中国民航科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11