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基于贝叶斯网络的着陆阶段冲偏出跑道事件风险因素分析与路径识别方法

齐心歌,  杨瑞桐,  雷博文,  刘畅

齐心歌, 杨瑞桐, 雷博文, 刘畅. 基于贝叶斯网络的着陆阶段冲偏出跑道事件风险因素分析与路径识别方法[J]. 交通信息与安全, 2026, 44(4): 58-67. doi: 10.3963/j.issn.1674-4861.2026.04.006
引用本文: 齐心歌, 杨瑞桐, 雷博文, 刘畅. 基于贝叶斯网络的着陆阶段冲偏出跑道事件风险因素分析与路径识别方法[J]. 交通信息与安全, 2026, 44(4): 58-67. doi: 10.3963/j.issn.1674-4861.2026.04.006
QI Xinge, YANG Ruitong, LEI Bowen, LIU Chang. Risk Factor Analysis and Path Identification Method for Runway Excursion During Landing Based on Bayesian Network[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2026, 44(4): 58-67. doi: 10.3963/j.issn.1674-4861.2026.04.006
Citation: QI Xinge, YANG Ruitong, LEI Bowen, LIU Chang. Risk Factor Analysis and Path Identification Method for Runway Excursion During Landing Based on Bayesian Network[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2026, 44(4): 58-67. doi: 10.3963/j.issn.1674-4861.2026.04.006

基于贝叶斯网络的着陆阶段冲偏出跑道事件风险因素分析与路径识别方法

doi: 10.3963/j.issn.1674-4861.2026.04.006
基金项目: 

国家自然科学基金民航联合研究基金重点项目 U2433206

中央高校基本科研业务费 3122026014

研究生科研创新项目 2025YJSKC09002

详细信息
    通讯作者:

    齐心歌(1991—),博士,讲师. 研究方向: 风险分析与控制、人为因素与民航安全. E-mail: xinge.qi@outlook.com

  • 中图分类号: V328.1

Risk Factor Analysis and Path Identification Method for Runway Excursion During Landing Based on Bayesian Network

  • 摘要: 针对民航飞机着陆阶段冲偏出跑道风险因素关系复杂、统计关联难以直接反映飞行物理作用关系,以及关键风险路径缺乏量化诊断的问题,研究了融合关联规则与贝叶斯网络(Bayesian network,BN)的冲偏出跑道风险分析与路径识别方法。以某航空公司B737-800机队224条有效快速存取记录器(quick access recorder,QAR)着陆记录为基础,选取飞机状态、飞行员操纵和环境风3类15个关键参数,采用Apriori算法挖掘参数间的强关联关系形成BN候选连接,并依据冲出跑道能量耗散机理与偏出跑道侧向动力学机理对连接方向进行校验,剔除缺乏物理依据的统计关联,形成数据关联与飞行物理机理联合约束的网络结构。采用期望最大化(expectation-maximization,EM)算法学习网络参数,通过互信息(mutual information,MI)识别关键风险因素,结合贝叶斯反向推理与变异率(ratio of variation,ROV)对目标高风险状态下的上游关联路径进行量化诊断。结果表明:①地速处于高风险状态时,仰角与刹车压力对应路径的ROV值分别为0.348和0.306;②垂直载荷处于高风险状态时,下降率对应路径的ROV值为3.911;③偏出跑道中,坡度处于高风险状态时,方向舵位置对应路径的ROV值为0.222。量化结果区分了不同目标高风险状态下的关键上游关联路径,实现了冲偏出跑道风险分析由关键因素识别向关键路径量化诊断的拓展。

     

  • 图  1  飞机着陆阶段风险形成过程示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of aircraft landing process and risk factors

    图  2  冲偏出跑道风险分析方法技术路线图

    Figure  2.  Technical roadmap for analyzing runway excursions

    图  3  冲出跑道BN结构

    Figure  3.  Bayesian network structure for runway overrun

    图  4  偏出跑道BN结构

    Figure  4.  Bayesian network structure for runway veer-off

    图  5  冲出跑道贝叶斯网络参数学习结果

    Figure  5.  Parameter learning results of Bayesian network for runway overrun

    图  6  偏出跑道贝叶斯网络参数学习结果

    Figure  6.  Parameter learning results of Bayesian network for runway veer-off

    图  7  地速目标节点敏感性分析

    Figure  7.  Sensitivity analysis for ground speed

    图  8  垂直载荷节点敏感性分析

    Figure  8.  Sensitivity analysis for vertical load

    图  9  磁航向目标节点敏感性分析

    Figure  9.  Sensitivity analysis for magnetic heading

    图  10  坡度节点敏感性分析

    Figure  10.  Sensitivity analysis for bank angle

    表  1  核心参数状态分级与物理数值对照示例

    Table  1.   Examples of state classification and physical value correspondence for key parameters

    状态等级 地速Z3/knot 垂直载荷Z4/g 坡度Z5/ (°)
    状态0 (低) $ \leqslant 11.0 $ >11.0~37.0 >37.0~108.0
    状态1 (中) $ \leqslant 0.96 $ >0.96~0.98 >0.98~1.00
    状态2 (高) $ \leqslant 0.18 $ >0.18~0.25 >0.25~0.35
    状态3 (极高) >108.0 >1.00 >0.35
    注: 表中物理数值为随机抽取单一航班数据的四分位划分示例,仅用于展示本文的离散化方法。
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    表  2  参数名与分类状态

    Table  2.   Parameter name and classification status

    分类 序号 参数名 代号 采样频率/Hz 分类状态
    飞机状态 1 仰角 Z1 8 {0, 1, 2, 3}
    2 下降率 Z2 4 {0, 1, 2, 3}
    3 地速 Z3 1 {0, 1, 2, 3}
    4 垂直载荷 Z4 16 {0, 1, 2, 3}
    5 坡度 Z5 4 {0, 1, 2, 3}
    6 磁航向 Z6 1 {0, 1, 2, 3}
    7 航向道偏离 Z7 1 {0, 1, 2, 3}
    飞机操纵 1 驾驶杆位置 C1 1 {0, 1, 2, 3}
    2 升降舵位置 C2 1 {0, 1, 2, 3}
    3 油门杆位置 C3 1 {0, 1, 2, 3}
    4 刹车压力 C4 1 {0, 1, 2, 3}
    5 驾驶盘位置 C5 1 {0, 1, 2, 3}
    6 方向舵位置 C6 8 {0, 1, 2, 3}
    气象条件 1 径向风 H1 1 {0, 1, 2, 3}
    2 侧风 H2 1 {0, 1, 2, 3}
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    表  3  冲偏出跑道风险因素关联规则汇总表

    Table  3.   Association rules of risk factors for runway excursion

    风险维度 目标参数(Y) 代表性关联影响因素(X) 支持度 置信度
    冲出跑道 仰角(Z1_3) 径向风(H1_0)+升降舵位置(C2_0) 0.156 0.900
    地速(Z3_3) 仰角(Z1_3)+油门杆位置(C3_3) 0.155 0.995
    偏出跑道 垂直载荷(Z4_3) 仰角(Z1_3) 0.105 0.447
    磁航向(Z6_1) 坡度(Z5_3) 0.153 0.634
    坡度(Z5_0) 航向道偏离(Z7_0) 0.144 0.531
    注:参数采用“代号_等级”形式,下划线后的数字代表四分位离散化等级(如0代表低风险,3代表极高风险)
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    表  4  冲出跑道关键路径识别结果

    Table  4.   Key path identification results for runway overrun

    分类 目标节点 上游节点 先验概率 后验概率 变异率$\left(I_{\text {ROV }}\right)$
    地速 Z3 H1 0.268 0.343 0.280
    C4 0.209 0.273 0.306
    C2 0.259 0.293 0.131
    Z1 0.247 0.333 0.348
    垂直载荷 Z4 Z1 0.244 0.611 1.504
    Z2 0.045 0.221 3.911
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    表  5  偏出跑道关键路径识别结果

    Table  5.   Key path identification results for runway veer-off

    分类 目标节点 上游节点 先验概率 后验概率 变异率$\left(I_{\text {ROV }}\right)$
    坡度 Z5 Z6 0.233 0.262 0.125
    H2 0.235 0.249 0.060
    C6 0.293 0.358 0.222
    磁航向 Z6 Z5 0.335 0.342 0.021
    H2 0.258 0.273 0.058
    Z7 0.169 0.182 0.077
    C6 0.344 0.369 0.073
    C4 0.457 0.481 0.053
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  • 收稿日期:  2026-01-04
  • 网络出版日期:  2026-11-06

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