飞行数据应用与航空安全及训练

1、飞行数据应用与航空安全及训练摘要: 介绍了飞行数据记录系统的发展历史及使用现状，探讨了译码技术结合航空安全与飞行训练的未来发展方向。关键词: 飞行数据记录系统; QAR; 航空安全; 大数据随着中国改革开放后的经济崛起，中国民航业飞速地发展。仅笔者所在公司，从 1988年成立以来，短短近 30 年间飞机数量就迅速扩大至 630 架飞机。同时，在册飞行员数量也呈爆发式增长。如此的快速发展，必须做好的就是健康度以及可持续性。因此航空安全成为首当其冲的关键点。中国民用航空局从 1998 年 1 月 1 日起，强制要求在所有运输类飞机上安装 QAR 译码器或等同设备，对事故调查，分析查找原因以及对机组与飞机状态监控，发现消除隐患起到非常重要的保障作用。一、飞行数据记录发展介绍（一）飞行数据采集方式介绍FDR（Flight data recorder）飞行数据记录仪。也就是常说的黑匣子，黑匣子由 FDR 与 CVR 两部分组成。FDR 用来循环记录例如高度、空速、航向和飞机姿态等28 项飞行数据，某些 FDR 可以记录超过 300 项的其他飞行参数曲线。循环记录时间为 25 小时。CVR（Coc

2、kpit voice recorder）驾驶舱语音记录器 。CVR 用来记录飞行驾驶舱内机组的语音，还有驾驶舱内其他声音。磁带设备 30 分钟循环，固体记录设备 2 小时循环。快速存取记录器（Quick access recorder）简称QAR。专指机载飞行携带的用于记录数据的装置，这种飞机本身配有保护装置，该记录器能够连续记录600小时，达到128MB的记录存储量，能够实现对几百个数据的同时采集记录，几乎包含了所有能够反映飞机飞行操纵品质监测参数1。DAR (Digital aids recorder ) 数字式飞机综合数据记录器。和 FDR 比较类似。FDR与QAR共用一个数据源，记录项目不可随意修改，作为飞行事故调查的主要依据。DAR 的记录项目可以修改，因此更主要应用于运营企业为了监控飞行品质及飞机状态增减所需要的记录项目，而不可作为事故调查依据。（二）飞行数据记录系统（FDRS）发展历史美国1908 年军用飞机发生了第一例事故。在此之后飞行事故频繁发生，因此有必要发明一种仪器，该仪器能够记录并保存飞机的飞行过程。在日后需要对飞行事件进行调查时，可以再现并最大程度还原飞行过程

3、。记录飞行数据的历史最初是由特兄弟公司记录飞机螺旋桨的旋转所创造的，而最早的飞行记录器则是由澳大利亚的戴维 沃伦博士于1953 年发明；第一代飞行记录器对飞行数据的记录方法是使用针尖在金属箔带上进行刻槽。但箔带不但不具备重复使用性，保存能力也较差。且如果某段刻槽受损，该数据即永远丢失。不但如此，第一代飞行记录器所记录的飞行参数也较少，仅能记录飞机航向、气压式高度值、指示空速、垂直过载和时间等 5 个飞行参数；第二代飞行记录器也差强人意，读取一次便会损毁；目前新一代的记录器为集成式电路飞行数据记录器。现代新型的 WQAR 与 WDAR 利用 WGL 无线网络传输器，在飞机落地后就立即将所记载的飞行数据进行压缩并传向基站，达到了数据的实时，也避免了数据的丢失。二、飞行安全概述飞行安全是指在航空器运行期间不发生由于飞行或其他原因造成的人员伤亡、航空器损坏等事故。飞行安全与航空地面安全和空防安全统称为航空安全。影响飞行安全的因素众多，总的可以归纳为“ 人、机、环” 三大要点。（一）影响飞行安全的人为因素由于人的失误对飞行安全造成的影响即人为因素，不犯错误的人几乎不存在，人的所有行为都有可能产生

4、失误和出现偏差，其区别只是产生错误的频次和错误产生后果严重程度的不同。在飞行安全的分析过程中，飞机各仪器与驾驶人员是人为因素的主要构成部分，驾驶员的疏忽大意、措施失当、失误以及仪器发生故障等是人为因素造成飞行不安全事件的主要原因。（二）影响飞行安全的飞机因素飞机对飞行安全造成影响的首要因素是飞机故障原因，比如飞机操纵系统、发动机、起落架等机械系统发生故障、飞机软件突发的逻辑错误等；第二，飞机本身存在的设计缺陷；第三，飞机在飞行过程中因飞机的重量、惯量、结构、重心状态发生变化导致超出包线。在分析飞行安全的过程中，飞机设计缺陷和硬件发生故障将造成飞机操控异常进而导致飞机的气动力特性受到影响，飞机飞行状态改变会对飞机的质量和动力特性产生影响，两者都影响到飞机的动态反应和平衡特性。在飞机正常飞行过程中，除去能够直接造成飞行事故的飞机故障以外，其它大部分飞行状态的改变和飞机故障不会影响到飞行安全。虽然如此，然而在特定的某种情况下，该故障则可能变成影响飞行安全的要素，尤其是因设计缺陷引起的触发性飞行事故。（三）影响飞行安全的飞行环境因素飞行环境因素主要包含以下因素：密度、温度、气压及大风、乱流颠簸

5、、雨雪、结冰等外界气象条件；道面摩擦系数、污染物覆盖程度、积水深度等跑道条件；飞机关键表面、典型表面积冰程度和积冰类型等飞机自身环境条件。环境因素严重影响着民用航空器的飞行安全。驾驶员在恶劣的环境因素下很容易发生误判，飞机的气动性能在恶劣的环境因素下也很容易发生改变，因此发生事故的可能性在恶劣的环境下被大大地提高。在飞行安全环境因素中对飞机气动性能产生影响的三个主要外部因素分别是：结冰、雨、风。风的因素主要体现为风切变、乱流颠簸、大阵风等。主要影响飞行品质的是乱流、颠簸与大阵风，而主要影响飞行安全的是风切变。垂直风切变与下击暴流容易导致极为严重的后果。民航客机如果在起降过程中遭遇低空风切变，由于飞机自身重量及惯性较大，又是在低空，飞机很难有足够的动能与势能可让机组在有限的时间与空间中进行机动和改出。因此，假如驾驶员在遭遇风切变时不及时采取处置措施，或采取错误处置程序，飞机将发生掉高度现象，致使飞行事故的发生。 三、飞行训练发展历史最早时期，我国民航沿用的是老式苏联训练模式。先由机务人员担任地面教员，对飞行学员进行飞机系统知识的传授，学员学习完飞机系统知识培训后上飞机由飞行教员进行带飞训

6、练。学员的飞行技能掌握到底如何，完全由教员进行判断，带有很大主观性。且学员在航校与公司副驾驶阶段，通常会经历很多不同飞行观点及风格的机长与教员，彼此要求不一致，使学员常常无所适从。由于每次飞行机组人员的心境、思想和外界环境都不一样，因此飞机制造商及航空公司也无法对具体操纵细节进行统一精细化规定。即使出台部分规定，也无法达到有效实时监管。关于安全方面的训练则只有通过“ 讲故事”等方式来叙述分析已发生的各种事故和思想教育，以达到安全警示方面的作用。四、飞行数据与安全的结合涉及飞行安全的工作内容非常广泛，其主要流程可分为：1、系统工作分析；2、危险源识别，风险评估2；3、制定风险缓解措施并实施，跟踪监控；4、事件调查分析；5、制定整改措施，跟踪监控。其中，危险源识别属于事前防微杜渐，事件调查分析属于事后亡羊补牢。而在这两种方法的实施过程中，飞行数据以及舱音记录都成了不可或缺的重要手段。对于危险源识别，飞行数据可用于飞行品质监控，将风险把控关口前移；对于事件调查，飞行数据可以基本真实还原事发经过，对于参与调查人员起到很大帮助。而无论事前还是事后，在风险缓解措施及整改方案制定发布出后，作为闭环管

7、理，需跟踪监控措施是否有效，则飞行数据记录又在此粉墨登场，发光发热。换句话说，今天的飞行安全工作与飞行数据分析息息相关，牢不可分。五、飞行数据现阶段应用情况自从第一台黑匣子问世以来，全球民航界都越来越重视飞行数据的实际应用。ICA O国际民航组织的国际民用航空公约附件 6、Doc9859 号文件；FAA 的咨询通告AC- 120- 80；CAA 的CA P739；JAA 的JAR - OPS 1. 037皆提出了用飞行数据监控飞行品质的概念。中国民用航空局在 2000年12月以及2012年2月分别下发了飞行品质监控工作管理规定和飞行品质监控实施与管理等两份文件。此两份文件对 FOQA（Flight operational quality assurance）飞行品质监控有着不同的定义。工作管理规定将FOQA 定义为专指通过机载装置记录和采集飞机飞行过程中的数据，对发动机、机组操控进行趋势分析和事件探寻监测的一种方法3 。而实施与管理中关于FOQA 的定义进一步改进为分析和收录飞机飞行过程中数据的系统，用来提升飞机操控质量、完善操控程序、改进ATC（空中交通管制）程序、飞行训练大纲、航空

8、器设计和维修以及飞行过程服务或降低运营成本，并为飞行安全风险管理提供信息与数据支持保障4。由此可见，飞行数据的应用面随着时间的推移愈加成熟宽广，除了事件探测和趋势分析，在飞行训练、飞机系统设计维护、空管程序改善等方面都逐渐渗透，风险把控关口不断前移。而这些应用返馈回来的效果就是中国民航的事故率大大降低，航空安全保障日益加深。6、 飞行品质监控应用现阶段存在的不足虽然飞行数据在品质监控方面有了长足的进步，但仍有很多不足之处。主要体现在以下方面：（一）飞行数据的实时性当今大多数运营企业在飞机上都加装了 WQAR 与 WDAR。飞机落地后，无线网络打开，当次航班所记录的飞行数据随即被压缩传往基地数据库。但若飞往网络覆盖不好的区域，飞行数据不一定能被发送，因此也就造成数据获得的滞后。且每次航班落地才收到数据，并不能真正达到“ 实时” 的效果。（二）人工飞行品质分析的局限大多数航空公司都制定了 QAR 译码标准，旨在发现风险趋势。但目前普遍使用译码进行安全管理的方法都是对超限率和超限结构进行统计，然后对单次可能具有较大风险的超限事件进行筛选，进而详细分析。此种方法在一定程度上提前了风控关口，因为

9、减少整个机队的轻度超限，就减少了整个机队的严重或典型超限，也因此减少了相应的差错或事故率。此种“ 闯红灯照相” 方法对事前预防虽有一定帮助，但不能做到真正的防范于未然。因为隐藏在超限以下存在偏差的部分无法检测，且受人员精力和时间限制，分析数量非常有限。除非同一飞行人员多次发生同样类别的超限，否则对单个超限属于必然现象还是偶发现象无法即时判定。这样就造成安全管理者用单次飞行数据对机组进行提醒时机组的重视程度不够，提醒的内容也不够深入细化。且机队或个人真实水平受分析者主观认知影响较大，也让部分机组形成“ 管理者拿译码说事” 等不利于风险改善的负面错觉。另外人工译码分析对诸如“ 擦机尾” 等突发性强、通常仅与操纵技术和习惯相关不含违规因素、可能突然击穿安全底线的瞬时风险更是无法预测及监控。（三）飞行数据应用于飞行训练方面未完全展开当前 FOQA 在实际航班生产中应用的较为广泛，但在飞行训练领域还显得捉襟见肘。通常仅是在航班生产出现译码后，安排当事机组上模拟机针对该项译码进行专项训练或补充训练。至于如何设置科目，达到何种标准并未有统一要求，也无法通过观察了解模拟机训练使受训人员操纵手法改进的具体程度。只有再经过训练后对该人员的译码长期跟踪而进行闭环。除上述不足方面外，飞行数据应用在很多方面还未正式延伸。下面即介绍当前各研发企业或航空公司对上述不足方面的改进探索，以及对飞行数据未来应用的展望。 七、飞行数据应用前景与未来（一）数据传递更加实时目前，针对增强飞行数据的实时性有两套方案。方案一是考虑在空中设置热点，当飞机在空中途经热点网络覆盖区域时，自动向基站传送压缩飞行数据。方案二是由于 EFB 电子飞行包的应用在各航空公司大幅推广，考虑将飞行数据实时传至飞行员个人 EFB 上，待 EFB 可以联网时再将数据传送至基站5。除此之外，远期规划还需等待空中无线网络发展建设成熟，才能真正实现数据实时、源源不断且廉价地传向地面基站。（二）“ 大数据” 技术与飞行数据的结合近年来大数据技术与云计算、云储存技术得到实质性的理论

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