一種基于飛參面板數(shù)據(jù)模型的重著陸預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提供一種基于飛參面板數(shù)據(jù)模型的重著陸預(yù)測(cè)方法，即基于飛參面板數(shù)據(jù) 的重著陸預(yù)測(cè)模型，屬于航空飛行安全管理預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛行安全一直是航空安全管理的重要課題。飛行安全的復(fù)雜性在于：不僅要考慮 影響飛行安全的各種客觀和主觀因素，還要對(duì)飛行的各個(gè)階段進(jìn)行動(dòng)態(tài)的安全控制。一般 情況下，飛機(jī)的整個(gè)飛行過程可分為滑跑、起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)近、著陸和滑行等幾個(gè) 階段。數(shù)據(jù)顯示，著陸階段具有最高的飛行事故發(fā)生率，因此對(duì)飛機(jī)著陸安全的預(yù)防與控 制具有重要意義。重著陸，也稱硬著陸，是著陸階段對(duì)飛行安全影響極為重要的安全隱患。 頻繁發(fā)生重著陸會(huì)加速起落架的疲勞損傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成機(jī)毀人亡?？湛偷木S修手冊(cè)對(duì)重 著陸的定義如下：飛機(jī)著陸時(shí)垂直加速度超過規(guī)定極限值或者垂直方向上的速度超過規(guī)定 值，即為重著陸。飛參數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)記錄著飛機(jī)的飛行狀態(tài)信息，綜合反映了飛機(jī)的飛行健康 狀況，已有研究證明，可通過飛參數(shù)據(jù)的分析開展飛行安全的研究。
[0003] 本發(fā)明在前述研究基礎(chǔ)之上，提出一種基于飛參面板數(shù)據(jù)模型的重著陸預(yù)測(cè)方 法。該方法包括對(duì)飛參數(shù)據(jù)的切片處理、降維分析和飛參面板數(shù)據(jù)建模等，在飛機(jī)著陸之前 實(shí)現(xiàn)了重著陸的預(yù)測(cè)，對(duì)飛機(jī)著陸安全的預(yù)測(cè)和預(yù)警具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 1、目的：本發(fā)明的目的在于針對(duì)飛機(jī)著陸安全問題的重要性和飛參數(shù)據(jù)研究的不 足，提供一種基于飛參面板數(shù)據(jù)模型的重著陸預(yù)測(cè)方法。該模型綜合考慮了飛行高度和著 陸架次兩個(gè)維度的飛參數(shù)據(jù)信息并提出飛參數(shù)據(jù)處理和分析的方法，基于處理和分析后的 飛參數(shù)據(jù)，建立飛參面板數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)重著陸的預(yù)測(cè)。
[0005] 2、技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明一種基于飛參面板數(shù)據(jù)模型的重著陸預(yù)測(cè)方法，該方法實(shí)現(xiàn)的具體步驟如 下：
[0007] 步驟一：飛參數(shù)據(jù)初選，提供數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)
[0008] 飛參數(shù)據(jù)初選是指對(duì)原始飛參數(shù)據(jù)進(jìn)行初步篩選，去除無用數(shù)據(jù)，保留研究所需 數(shù)據(jù)的過程；飛參數(shù)據(jù)初選包括以下內(nèi)容：首先，根據(jù)原始飛參數(shù)據(jù)繪制散點(diǎn)圖，判斷每一 次飛機(jī)的著陸時(shí)刻并獲取此時(shí)的著陸載荷值；當(dāng)著陸載荷值超過規(guī)定限值時(shí)，判定此次著 陸為重著陸，否則，判定未發(fā)生重著陸；其次，去除著陸后數(shù)據(jù)；本發(fā)明重點(diǎn)為在飛機(jī)著陸 之前對(duì)重著陸做出預(yù)測(cè)，故飛機(jī)著陸后數(shù)據(jù)沒有價(jià)值，需將其剔除。
[0009] 步驟二：對(duì)飛參數(shù)據(jù)進(jìn)行切片處理
[0010] 本發(fā)明基于高度變化的重著陸預(yù)測(cè)理念，對(duì)飛參數(shù)據(jù)按照飛行高度進(jìn)行切片處 理；由于飛參數(shù)據(jù)采集的起始點(diǎn)不一致，初選后的飛參數(shù)據(jù)，不同飛行架次的飛行高度數(shù)據(jù) 區(qū)間具有不一致性。為保證研究的飛參數(shù)據(jù)表現(xiàn)出相對(duì)一致的數(shù)據(jù)特征，需要設(shè)定統(tǒng)一的 飛行高度范圍（如9m-2m)，而該范圍之外的數(shù)據(jù)將被剔除；
[0011] 飛參數(shù)據(jù)切片處理是指按照飛行高度值，每間隔一定高度值截取一部分飛參數(shù)據(jù) 的處理方法，截取后的飛參數(shù)據(jù)將作為數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，其余數(shù)據(jù)將被剔除；如在9m-2m的 高度范圍內(nèi)，每隔0. 5m對(duì)飛參數(shù)據(jù)進(jìn)行一次截取，則可以截取15次；
[0012] 步驟三：對(duì)飛參數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析
[0013] 為定量化地測(cè)定飛參變量之間關(guān)系的密切程度，需對(duì)飛參變量做相關(guān)性分析。即 通過統(tǒng)計(jì)分析方法計(jì)算相關(guān)系數(shù)來了解飛參變量間的相關(guān)關(guān)系，本發(fā)明采用Pearson相關(guān) 檢驗(yàn)方法。
[0014] 步驟四：利用因子分析對(duì)飛參數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理
[0015] 降維處理是指，將多個(gè)變量整合成少數(shù)幾個(gè)變量來研究總體的方法，該方法可以 降低模型分析中變量的維度進(jìn)而簡(jiǎn)化模型。因子分析正是一種"降維"的統(tǒng)計(jì)分析方法，其 基本原則是在盡可能損失較少原始信息的前提下，將多個(gè)變量綜合成少數(shù)幾個(gè)指標(biāo)來研究 總體各方面的信息，并且綜合后的少數(shù)幾個(gè)指標(biāo)所包含的信息彼此不重復(fù)，即變量不相關(guān)； 飛參數(shù)據(jù)中存在多個(gè)飛參變量，過多的變量會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的相關(guān)性，一方面會(huì)造成模型的冗 余，降低模型運(yùn)行效率；另一方面無用的信息也會(huì)造成模型偏差，因此，本文采用因子分析 對(duì)飛參數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，以從眾多飛參變量中提取關(guān)鍵有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息，降維處理后 得到的因子將作為模型建立的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；
[0016] 步驟五：建立飛參面板數(shù)據(jù)模型
[0017] 面板數(shù)據(jù)回歸模型有多種類別，如混合模型、變截距模型、變系數(shù)模型等等；為驗(yàn) 證何種面板數(shù)據(jù)模型更為有效，依次建立飛參面板數(shù)據(jù)混合模型、飛參面板數(shù)據(jù)變截距模 型和飛參面板數(shù)據(jù)變系數(shù)模型，并通過模型檢驗(yàn)，選出最優(yōu)模型；飛參面板數(shù)據(jù)模型的建立 基于經(jīng)過降維處理的飛參因子，飛參因子fj ht(j = 1，2,…，k ;h = 1，2,…，N ;t = 1，2,…， T)表示在第t次著陸、高度h處的第j個(gè)飛參因子的取值，為面板數(shù)據(jù)，其中k為模型中飛 參因子的總個(gè)數(shù)，則飛參面板數(shù)據(jù)模型的一般表示形式為：
[0018] Lht= ah+blhflht+b2hf2ht+~+b khfkht+uht
[0019] 等價(jià)于：
[0020] Lht= a h+bhfht+uht(h = 1，2，…，N ;t = 1，2，…，T)
[0021] 其中，Lht表示在第t次著陸、高度h處著陸載荷的預(yù)測(cè)值；ah表示隨高度變化的模 型常數(shù)項(xiàng)或截距；f ht為飛參因子；bh為飛參因子系數(shù)，表示相應(yīng)的飛參因子對(duì)模型的影響 程度；Uht為模型誤差項(xiàng)；
[0022] (1)飛參面板數(shù)據(jù)混合模型
[0023] 在該模型中，著陸載荷值的預(yù)測(cè)結(jié)果不受飛行高度的影響，即在不同飛行高度狀 態(tài)下，對(duì)著陸載荷值的預(yù)測(cè)值基本保持一致，即S i= a _j= a，b ;= b _j= b，模型可改寫為：
[0024] Lht= a+bf ht+uht(h = 1，2，…，N ;t = 1，2，…，T)
[0025] (2)飛參面板數(shù)據(jù)變截距模型
[0026] 在該模型中，根據(jù)飛行高度影響是常數(shù)還是隨機(jī)變量的不同，可分為固定影響模 型和隨機(jī)影響模型兩種，這兩種模型的選擇可通過豪斯曼檢驗(yàn)方法得出。首先，利用豪斯曼 檢驗(yàn)確定飛行高度影響的類型；其次，建立飛參面板數(shù)據(jù)變截距模型；在該模型中，著陸載 荷值的預(yù)測(cè)結(jié)果受到飛行高度的影響，且該影響只表現(xiàn)在模型的截距上，可通過^的差異 得以體現(xiàn)；而飛參因子對(duì)著陸載荷值預(yù)測(cè)的影響不隨飛行高度的變化發(fā)生改變，即a ,， h= b _j= b，模型可改寫為：
[0027] Lht= ah+bfht+uht(h = 1，2，…，N ;t = 1，2，…，T)
[0028] (3)飛參面板數(shù)據(jù)變系數(shù)模型
[0029] 在該模型中，著陸載荷值的預(yù)測(cè)結(jié)果受到飛行高度的影響，且該影響不僅僅表現(xiàn) 在模型的截距上，還表現(xiàn)在飛參因子對(duì)著陸載荷值預(yù)測(cè)的影響隨著飛行高度的變化而發(fā)生 改變；這種影響可由化和b h的差異在模型中體現(xiàn)，即a a y匕辛b j，則模型可表示為：
[0030] Lht= a h+bhfht+uht(h = 1，2，…，N ;t = 1，2，…，T)
[0031] 建立飛參面板數(shù)據(jù)模型后，需要對(duì)三類面板數(shù)據(jù)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，模型檢驗(yàn)內(nèi)容包 括模型整體的顯著性檢驗(yàn)、飛參因子對(duì)著陸載荷影響程度的顯著性檢驗(yàn)以及飛參因子變量 的自相關(guān)性檢驗(yàn)等；此外，通過協(xié)方差檢驗(yàn)，從三類飛參面板數(shù)據(jù)模型中篩選出與飛參面板 數(shù)據(jù)最相符的模型；
[0032] 步驟六：檢驗(yàn)飛參面板數(shù)據(jù)模型
[0033] 為考量個(gè)體是否會(huì)對(duì)面板數(shù)據(jù)模型產(chǎn)生影響以及選取何種面板數(shù)據(jù)模型最為有 效，需要對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)；通過模型的檢驗(yàn)與優(yōu)選，可以提高參數(shù)估計(jì)的有效性并減少模型 的預(yù)測(cè)偏差；協(xié)方差分析檢驗(yàn)，作為一種將回歸分析和方差分析相結(jié)合的因變量影響因素 分析方法，常常用于混合模型、變截距模型和變系數(shù)模型三類面板數(shù)據(jù)模型的優(yōu)選；
[0034] 為檢驗(yàn)個(gè)體是否對(duì)模型產(chǎn)生影響，即判定混合模型是否有效，提出假設(shè)H1:
[0035] Hya1= a2 =…=awbi = b2 =…=bw
[0036] 若已經(jīng)證實(shí)個(gè)體對(duì)模型具有影響，則需要進(jìn)一步檢驗(yàn)個(gè)體對(duì)模型產(chǎn)生何種影響， 即判定變截距模型和變系數(shù)模型哪個(gè)模型更為有效，提出假設(shè)H 2:
[0037] H2:b 1= b 2 =…=b N
[0038] 假設(shè)檢驗(yàn)采用F統(tǒng)計(jì)量，計(jì)算混合模型的殘差平方和S1，計(jì)算變截距模型的殘差平 方和S 2，計(jì)算變系數(shù)模型的殘差平方和S3，給定顯著性水平下F統(tǒng)計(jì)量的臨界值為Fa;
[0039