本發(fā)明屬于民用航空信息估算領(lǐng)域，特別是涉及一種民用航空飛機(jī)燃油消耗量估計(jì)方法，以及基于燃油消耗量的污染物排放量估計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、進(jìn)入21世紀(jì)以來，日益惡劣的氣候環(huán)境和極端天氣現(xiàn)象對(duì)人們的財(cái)產(chǎn)和人身安全造成了威脅，而二氧化碳排放過多引起的溫室效應(yīng)以及其他影響會(huì)直接或間接的對(duì)環(huán)境造成影響。實(shí)現(xiàn)減排需要對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的碳排放總量進(jìn)行精確估算并進(jìn)行監(jiān)控，而作為所有交通方式中排放強(qiáng)度最高的民航運(yùn)輸業(yè)，需要一個(gè)更精確快速的排放總量估算方法。

2、飛行活動(dòng)產(chǎn)生的二氧化碳主要由燃油燃燒生成，并且二氧化碳是其最主要的生成物，因此一般認(rèn)為二氧化碳排放量與消耗的燃油量成線性相關(guān)關(guān)系?，F(xiàn)在大多研究通過估計(jì)燃油消耗量對(duì)二氧化碳排放量進(jìn)行間接估計(jì)。即單次飛行的二氧化碳排放量主要通過以下步驟進(jìn)行計(jì)算：

3、1)將單次飛行按飛行階段劃分為推出、起飛、垂直爬升、爬升、巡航、下降、進(jìn)近、著陸、滑入階段。

4、2)按照機(jī)型，將各階段消耗時(shí)間與來自icao數(shù)據(jù)庫的或根據(jù)以往數(shù)據(jù)計(jì)算得到的各階段燃油流量直接相乘得到在各個(gè)階段消耗的燃油總量。

5、3)將各個(gè)階段燃油消耗量進(jìn)行相加并乘以航空燃油與二氧化碳的排放系數(shù)，得到單次飛行排放的二氧化碳總量。

6、飛機(jī)飛行過程中燃油流量和排放系數(shù)在不同飛行階段存在不同程度的差異。目前多數(shù)研究采用了icao所建議的lto各階段的平均時(shí)間，將此時(shí)間與icao數(shù)據(jù)庫中的相應(yīng)燃油流量結(jié)合得到燃油消耗量，并據(jù)此計(jì)算相應(yīng)的排放物，這種粗略的計(jì)算并未考慮不同航班/航線對(duì)飛行階段持續(xù)時(shí)間的影響，會(huì)在自下而上的計(jì)算中引入較大誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種民用航空飛機(jī)燃油消耗量估計(jì)方法。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種民用航空飛機(jī)燃油消耗量估計(jì)方法，包括以下步驟：

3、從qar數(shù)據(jù)中提取出航行時(shí)間信息、航線屬性信息與總?cè)加拖牧?，所述航行時(shí)間信息包括航行全過程中各個(gè)階段的時(shí)長(zhǎng)，所述航線屬性信息包括航行高度信息與飛機(jī)起飛前的總重量；

4、構(gòu)建樣本集訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，所述訓(xùn)練樣本集中的每個(gè)樣本包括輸入向量與真值標(biāo)簽；所述輸入向量包括所述航行時(shí)間信息與所述航線屬性信息；所述真值標(biāo)簽為所述總?cè)加拖牧浚?/p>

5、獲取待估計(jì)航空飛機(jī)的航班數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的qar數(shù)據(jù)，從所述航班數(shù)據(jù)中提取航行時(shí)間信息，從對(duì)應(yīng)的qar數(shù)據(jù)中提取航線屬性信息，組成待估特征向量；

6、將所述待估特征向量輸入訓(xùn)練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，輸出總?cè)加拖牧康墓烙?jì)值。

7、進(jìn)一步的，所述航行全過程包括滑出階段、飛行階段與滑入階段；所述飛行階段包括起飛階段、爬升階段、巡航階段、降落階段、進(jìn)近階段與著陸階段。

8、進(jìn)一步的，從航班數(shù)據(jù)中提取航行時(shí)間信息的步驟如下：根據(jù)航班數(shù)據(jù)集記錄的四個(gè)時(shí)間點(diǎn)：出發(fā)時(shí)刻、起飛時(shí)刻、降落時(shí)刻和到達(dá)時(shí)刻，計(jì)算得到滑出階段、飛行階段和滑入階段時(shí)長(zhǎng)；并根據(jù)飛行階段中各個(gè)階段的固定時(shí)長(zhǎng)占比乘以飛行階段時(shí)長(zhǎng)計(jì)算出起飛階段、爬升階段、巡航階段、降落階段、進(jìn)近階段與著陸階段時(shí)長(zhǎng)。

9、進(jìn)一步的，所述航行高度信息包括起飛高度、降落高度與最大巡航高度。

10、進(jìn)一步的，按如下任意一種方式從qar數(shù)據(jù)中提取總?cè)加拖牧浚?/p>

11、1)出發(fā)時(shí)的剩余燃油總量減去到達(dá)目的地時(shí)的剩余燃油總量；

12、2)累加出發(fā)時(shí)刻直到到達(dá)目的地時(shí)刻的燃油流量。

13、進(jìn)一步的，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型采用xgboost模型。

14、進(jìn)一步的，訓(xùn)練時(shí)采用grid-search策略對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的超參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)。

15、進(jìn)一步的，為每個(gè)機(jī)型分別訓(xùn)練對(duì)應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型用于估計(jì)單次航行的總?cè)加拖牧俊?/p>

16、本發(fā)明還提供一種民用航空飛機(jī)污染物排放量估計(jì)方法，采用本發(fā)明所述的民用航空飛機(jī)燃油消耗量估計(jì)方法獲取總?cè)加拖牧康墓烙?jì)值，將總?cè)加拖牧康墓烙?jì)值乘以相應(yīng)的污染物排放系數(shù)，得到污染物排放量。

17、進(jìn)一步的，將總?cè)加拖牧康墓烙?jì)值乘以二氧化碳排放系數(shù)，得到二氧化碳排放量。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括：

19、1、從訓(xùn)練數(shù)據(jù)上，本發(fā)明應(yīng)用了從qar數(shù)據(jù)中提取得到的具體信息，相對(duì)其他方法能更精確得到各階段消耗時(shí)間，此外，本發(fā)明從qar數(shù)據(jù)中提取了航線屬性信息，考慮到了不同航班/航線對(duì)飛行階段持續(xù)時(shí)間的影響，本發(fā)明能夠針對(duì)不同的航線更加準(zhǔn)確的估計(jì)燃油消耗量。

20、2、從燃油量的估算來看，本發(fā)明利用了體量更小航班數(shù)據(jù)。從航班信息中提取相應(yīng)的信息，如各階段消耗時(shí)間。并借助qar數(shù)據(jù)對(duì)航班信息數(shù)據(jù)中沒有體現(xiàn)的階段進(jìn)行估算，即根據(jù)飛行階段中各個(gè)階段的固定時(shí)長(zhǎng)占比乘以飛行階段時(shí)長(zhǎng)計(jì)算出起飛階段、爬升階段、巡航階段、降落階段、進(jìn)近階段與著陸階段時(shí)長(zhǎng)，彌補(bǔ)了航班數(shù)據(jù)各階段用時(shí)不夠精細(xì)的缺陷。

21、3、從估計(jì)模型來看，本發(fā)明利用了xgboost模型實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油消耗量的估計(jì)，該模型可以建立諸多自變量燃油消耗量的非線性模型，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的估計(jì)。該模型提供并行樹提升，被用來解決許多數(shù)據(jù)科學(xué)問題。此外，本方法采用了grid-search對(duì)xgboost的超參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)來達(dá)到最佳的效果。

技術(shù)特征：

1.一種民用航空飛機(jī)燃油消耗量估計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的民用航空飛機(jī)燃油消耗量估計(jì)方法，其特征在于：所述航行全過程包括滑出階段、飛行階段與滑入階段；所述飛行階段包括起飛階段、爬升階段、巡航階段、降落階段、進(jìn)近階段與著陸階段。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的民用航空飛機(jī)燃油消耗量估計(jì)方法，其特征在于：從航班數(shù)據(jù)中提取航行時(shí)間信息的步驟如下：根據(jù)航班數(shù)據(jù)集記錄的四個(gè)時(shí)間點(diǎn)：出發(fā)時(shí)刻、起飛時(shí)刻、降落時(shí)刻和到達(dá)時(shí)刻，計(jì)算得到滑出階段、飛行階段和滑入階段時(shí)長(zhǎng)；并根據(jù)飛行階段中各個(gè)階段的固定時(shí)長(zhǎng)占比乘以飛行階段時(shí)長(zhǎng)計(jì)算出起飛階段、爬升階段、巡航階段、降落階段、進(jìn)近階段與著陸階段時(shí)長(zhǎng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的民用航空飛機(jī)燃油消耗量估計(jì)方法，其特征在于：所述航行高度信息包括起飛高度、降落高度與最大巡航高度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的民用航空飛機(jī)燃油消耗量估計(jì)方法，其特征在于：按如下任意一種方式從qar數(shù)據(jù)中提取總?cè)加拖牧浚?/p>

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的民用航空飛機(jī)燃油消耗量估計(jì)方法，其特征在于：所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型采用xgboost模型。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的民用航空飛機(jī)燃油消耗量估計(jì)方法，其特征在于：訓(xùn)練時(shí)采用grid-search策略對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的超參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的民用航空飛機(jī)燃油消耗量估計(jì)方法，其特征在于：為每個(gè)機(jī)型分別訓(xùn)練對(duì)應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型用于估計(jì)單次航行的總?cè)加拖牧俊?/p>

9.一種民用航空飛機(jī)污染物排放量估計(jì)方法，其特征在于：采用如權(quán)利要求1～8任一所述的民用航空飛機(jī)燃油消耗量估計(jì)方法獲取總?cè)加拖牧康墓烙?jì)值，將總?cè)加拖牧康墓烙?jì)值乘以相應(yīng)的污染物排放系數(shù)，得到污染物排放量。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的民用航空飛機(jī)污染物排放量估計(jì)方法，其特征在于：將總?cè)加拖牧康墓烙?jì)值乘以二氧化碳排放系數(shù)，得到二氧化碳排放量。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于民用航空信息估算領(lǐng)域，提供了一種民用航空飛機(jī)燃油消耗量估計(jì)方法以及污染物排放量估計(jì)方法，從QAR數(shù)據(jù)中提取出航行時(shí)間信息、航線屬性信息與總?cè)加拖牧浚粯?gòu)建樣本集訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，訓(xùn)練樣本集中的每個(gè)樣本包括輸入向量與真值標(biāo)簽；輸入向量包括所述航行時(shí)間信息與所述航線屬性信息；真值標(biāo)簽為所述總?cè)加拖牧浚猾@取待估計(jì)航空飛機(jī)的航班數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的QAR數(shù)據(jù)，從航班數(shù)據(jù)中提取航行時(shí)間信息，從對(duì)應(yīng)的QAR數(shù)據(jù)中提取航線屬性信息，組成待估特征向量；將待估特征向量輸入訓(xùn)練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，輸出總?cè)加拖牧康墓烙?jì)值，再基于總?cè)加拖牧抗烙?jì)污染物排放量。本發(fā)明能夠針對(duì)不同的航線更加準(zhǔn)確的估計(jì)燃油消耗量。

技術(shù)研發(fā)人員：孫華波,王純,盧賓賓,張晨,張宇鑫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國民航科學(xué)技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10