基于虛擬融合技術(shù)的QAR數(shù)據(jù)應(yīng)用模式構(gòu)思

韓靜茹

摘 要： 中國(guó)民航飛行品質(zhì)監(jiān)控基站匯集了大量快速存取記錄器（ QAR，Quick Access Record）數(shù)據(jù)，雖然QAR數(shù)據(jù)具有很高的應(yīng)用價(jià)值，但僅僅基于QAR數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，維度不夠豐富，而QAR數(shù)據(jù)包含敏感信息，因此不能利用傳統(tǒng)的拷貝方式，與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。為解決此問(wèn)題，本文提出利用虛擬融合技術(shù)，經(jīng)過(guò)元數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)構(gòu)建和元數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等過(guò)程，構(gòu)建QAR數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)集的融合，以此作為底層數(shù)據(jù)源，在數(shù)據(jù)不做物理搬遷條件下，進(jìn)行多源數(shù)據(jù)綜合分析，深度挖掘QAR等飛行數(shù)據(jù)的價(jià)值。經(jīng)過(guò)實(shí)例驗(yàn)證，在不復(fù)制拷貝的條件下，通過(guò)融合基站數(shù)據(jù)與不安全事件庫(kù)，進(jìn)行關(guān)聯(lián)匹配分析，匹配結(jié)果正確。

關(guān)鍵詞： QAR；虛擬融合；飛行品質(zhì)監(jiān)控；元數(shù)據(jù)

1.引言

目前我國(guó)要求各運(yùn)輸航空公司按照民航局《飛行品質(zhì)監(jiān)控（FOQA）實(shí)施與管理》咨詢通告開(kāi)展本公司的飛行品質(zhì)監(jiān)控工作。[1]2017年，中國(guó)民航飛行品質(zhì)監(jiān)控基站正式運(yùn)行，每日收集中國(guó)民航三千余架飛機(jī)的快速存取記錄器（ QAR，Quick Access Record）數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量巨大。QAR數(shù)據(jù)記錄了整個(gè)航段的各類飛行參數(shù)的數(shù)值，為航空器操作、維修和設(shè)計(jì)以及民航領(lǐng)域的安全管理提供數(shù)據(jù)和信息支持。

擁有如此龐大有價(jià)值的數(shù)據(jù)樣本，科研工作者以此為基礎(chǔ)，開(kāi)展了民航安全、民航運(yùn)行等各個(gè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析工作。目前，QAR數(shù)據(jù)的利用主要集中在三個(gè)方面： 一、飛機(jī)性能監(jiān)控與機(jī)務(wù)維修。如利用QAR 數(shù)據(jù)進(jìn)行航空器性能風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。[2]二、利用QAR 數(shù)據(jù)對(duì)飛行品質(zhì)進(jìn)行分析。局方基站工程師利用QAR數(shù)據(jù)開(kāi)展了各類飛行品質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析，如地面滑行時(shí)間統(tǒng)計(jì)、起降機(jī)場(chǎng)風(fēng)速風(fēng)向分析、沖偏出跑道風(fēng)險(xiǎn)分析。三、事故調(diào)查中，利用QAR數(shù)據(jù)進(jìn)行飛行仿真，更直觀的展現(xiàn)事故情形。雖然，QAR數(shù)據(jù)價(jià)值廣闊，利用QAR數(shù)據(jù)也已經(jīng)開(kāi)展了很多相關(guān)分析，但是限于QAR數(shù)據(jù)的特殊性，以上的應(yīng)用分析研究?jī)H僅依靠QAR單一數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)分析維度單一。若想利用QAR數(shù)據(jù)進(jìn)行更深層次的分析，勢(shì)必要融合多源數(shù)據(jù)，比如機(jī)組資源數(shù)據(jù)，運(yùn)行數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)等等，而QAR數(shù)據(jù)相對(duì)敏感，不允許采用傳統(tǒng)拷貝復(fù)制的方式，與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行集成融合。

虛擬融合技術(shù)能夠很好的解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)融合物理遷移的問(wèn)題。本研究引入元數(shù)據(jù)理念，經(jīng)過(guò)倉(cāng)庫(kù)構(gòu)建和元數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等過(guò)程，構(gòu)建QAR數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)集的融合，以此作為底層數(shù)據(jù)源，在數(shù)據(jù)不做物理搬遷條件下，進(jìn)行多源數(shù)據(jù)綜合分析，深度挖掘QAR等飛行數(shù)據(jù)的價(jià)值。

2.虛擬融合流程

122.1QAR工程值結(jié)構(gòu)

QAR原始數(shù)據(jù)為二進(jìn)制文件，經(jīng)過(guò)譯碼軟件譯碼后，可以生成工程值文件，目前比較通用的譯碼軟件如AGS、AirFase，都可將QAR工程值存儲(chǔ)為CSV格式的文件，下圖所示為某架B737飛機(jī)的部分譯碼參數(shù)的CSV文件：

2.2虛擬融合

元數(shù)據(jù)（Metadata），又稱中介數(shù)據(jù)、中繼數(shù)據(jù)，為描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)（data about data），主要是描述數(shù)據(jù)屬性（property）的信息，用來(lái)支持如指示存儲(chǔ)位置、歷史數(shù)據(jù)、資源查找、文件記錄等功能。[3]元數(shù)據(jù)主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的建立過(guò)程中，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)的重要組成部分，它描述哪些數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中，幫助決策分析者對(duì)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的內(nèi)容定位；同時(shí)定義數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的方式，作為數(shù)據(jù)匯總、映射和清洗的指南。[4]而這些特性可以應(yīng)用到虛擬融合場(chǎng)景。虛擬融合技術(shù)基于元數(shù)據(jù)理念，通過(guò)元數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)構(gòu)建、元數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，構(gòu)建數(shù)據(jù)的虛擬整合。

虛擬融合框架負(fù)責(zé)建立和存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)模型和模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，在數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用過(guò)程中，根據(jù)元數(shù)據(jù)信息將查詢和計(jì)算分解，分解后的子查詢和計(jì)算下發(fā)到各個(gè)原始數(shù)據(jù)庫(kù)或文件管理服務(wù)器，利用原始本地資源進(jìn)行計(jì)算和查詢，最后將計(jì)算和查詢結(jié)果在返回到虛擬融合框架，進(jìn)行業(yè)務(wù)整合，最終將結(jié)果返回應(yīng)用。整個(gè)流程數(shù)據(jù)始終沒(méi)有離開(kāi)原始存儲(chǔ)位置，返回的中間值為計(jì)算結(jié)果而非原始記錄，從而保證數(shù)據(jù)安全的同時(shí)，進(jìn)行了聯(lián)合查詢計(jì)算。

3.應(yīng)用案例

1233.1案例概述

局方基站按照《運(yùn)輸航空承運(yùn)人飛行品質(zhì)監(jiān)控（FOQA）實(shí)施與管理》咨詢通告的要求，已經(jīng)建立了飛行品質(zhì)監(jiān)控信息上報(bào)的工作程序[5]。每日收集的QAR數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)基站事件程序處理，觸發(fā)超限事件告警，理論上這些超限事件已經(jīng)被各航空公司或機(jī)場(chǎng)經(jīng)航安網(wǎng)上報(bào)，但實(shí)際存在漏報(bào)、瞞報(bào)的情況。因此局方基站觸發(fā)的5級(jí)超限事件需要和航安網(wǎng)上報(bào)事件進(jìn)行對(duì)比匹配，如果匹配成功，則說(shuō)明該事件已正常上報(bào)，如果匹配失敗，則表明可能存在漏報(bào)情況，應(yīng)啟動(dòng)事件核查程序。

選取局方基站觸發(fā)超限事件與航安網(wǎng)不安全事件庫(kù)進(jìn)行匹配。同時(shí)，與CSV文件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，將超限時(shí)間前后5秒的監(jiān)控參數(shù)值輸出。

3.2融合機(jī)理

實(shí)驗(yàn)總共涉及三個(gè)數(shù)據(jù)源，如下：

1、QAR工程值文件：實(shí)驗(yàn)選取全量參數(shù)CSV文件作為數(shù)據(jù)源之一。

2、局方基站超限事件庫(kù)：該事件庫(kù)為AGS系統(tǒng)采用的Sybase數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)了AGS處理QAR原始數(shù)據(jù)生成的超限事件。

3、航安網(wǎng)不安全事件庫(kù)：該事件庫(kù)為Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)了全民航上報(bào)的不安全事件。

QAR工程值文件命名規(guī)則為：飛機(jī)號(hào) + FileNo + 譯碼日期，F(xiàn)ileNo為AGS譯碼軟件譯碼后生產(chǎn)的唯一標(biāo)識(shí)。因此與局方基站超限事件庫(kù)可通過(guò)飛機(jī)號(hào)與FileNo號(hào)關(guān)聯(lián)；局方基站超限事件庫(kù)與航安網(wǎng)不安全事件庫(kù)匹配原則為：飛機(jī)號(hào)相同，事件觸發(fā)時(shí)間與事件上報(bào)時(shí)間相差小于48小時(shí)。如滿足匹配原則，則視為匹配成功。

3.3結(jié)果展示

利用上述邏輯，對(duì)三個(gè)數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，在此基礎(chǔ)上匹配查詢了2018年7月的接地俯仰角超限事件，查詢結(jié)果如下圖所示：

比對(duì)結(jié)果列表顯示8條數(shù)據(jù)，其中前4列顯示信息為局方基站超限事件庫(kù)，后三列為航安網(wǎng)不安全事件庫(kù)，根據(jù)飛機(jī)號(hào)和發(fā)生事件核對(duì)，匹配結(jié)果正確，但是存在兩條超限事件關(guān)聯(lián)同一條航安網(wǎng)事件的情況，這是由于兩個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控事件關(guān)注點(diǎn)不同，超限事件同一航班監(jiān)控到兩條事件，而事件發(fā)生原因?qū)儆谖淖置枋?，如果需要進(jìn)一步精準(zhǔn)對(duì)比則需利用文本挖掘進(jìn)行匹配，但不屬于本課題關(guān)注點(diǎn)，在此不進(jìn)行詳述。

點(diǎn)擊結(jié)果中某條數(shù)據(jù)，可以查看當(dāng)前事件前后10分鐘的CSV明細(xì)數(shù)據(jù)，如下圖所示，顯示了無(wú)線電高度、垂直加速度、低速、空速等信息。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文主要討論了一種基于虛擬融合技術(shù)的QAR應(yīng)用分析模式，指出了在數(shù)據(jù)不做物理遷移的情況下，進(jìn)行QAR數(shù)據(jù)與多源數(shù)據(jù)融合的思路，進(jìn)而多維度的挖掘QAR數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)事件對(duì)比案例，展示了融合后分析結(jié)果，驗(yàn)證了虛擬融合框架對(duì)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)運(yùn)算的處理。但對(duì)于復(fù)雜模型的數(shù)據(jù)分析，算法可能存在無(wú)法有效拆分的情況，因此利用運(yùn)算分解替代數(shù)據(jù)拷貝復(fù)制，無(wú)論從運(yùn)算正確率還是運(yùn)算效率上都需進(jìn)一步驗(yàn)證，可作為下一步研究的方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 俞力玲. 中國(guó)民航飛行品質(zhì)監(jiān)控回顧與展望[J].航空安全，2012，8（140）：51-53.

[2] 祁明亮、邵雪焱、池宏. QAR超限事件飛行操作風(fēng)險(xiǎn)診斷方法[J]北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào) 2011，10 （37）：1207-1210.

[3] 吉文杰、夏小玲. 基于元數(shù)據(jù)的電子政務(wù)發(fā)布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2011，12（28）：175-178.

[4] 余葉蘭. 基于銀行數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的元數(shù)據(jù)管理體系研究[J]. 湖北第二師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，2（34），38-40.

[5] 中國(guó)民用航空局.飛行運(yùn)行品質(zhì)監(jiān)控（FOQA）實(shí)施與管理（AC-121/135-FS-2012-45）.2012.