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系統識別號 U0026-2507201304041100
論文名稱(中文) 希-黃轉換在飛航安全分析之應用
論文名稱(英文) The Application of Hilbert-Huang Transform in the Analysis of Flight Safety
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 民航研究所
系所名稱(英) Institute of Civil Aviation
學年度 101
學期 2
出版年 102
研究生(中文) 林能發
研究生(英文) Neng-Fa Lin
學號 Q46001014
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 126頁
口試委員 指導教授-景鴻鑫
口試委員-宛同
口試委員-祝如竹
口試委員-何慶生
中文關鍵字 奇異值分解  希-黃轉換  本質模態函數  剩餘函數 
英文關鍵字 Singular Value Decomposition  Hilbert -Huang Transform  Intrinsic Mode Functions  Residual function 
學科別分類
中文摘要 本研究針對量化分析飛航事件的可行性,提出以希-黃轉換(Hilbert-Huang Transform)的方式進行分析。利用經驗模態分解法可以把原始資料分解成多個本質模態函數(Intrinsic Mode Function)。本研究透過分析由飛航記錄所得到的數據,經由奇異值分解得到每一瞬間的情境矩陣U,並選取比重最大的情境向量u_1進行分析,其中包含最主要的四項參數u_11~u_14,分別是特徵高度、沉降率、速度以及N1。透過經驗模態分解法將情境向量四參數分成趨勢線行為的剩餘函數,以及情境向量跳動程度的本質模態函數。透過分析正常航班與事故航班,在情境向量四參數上的趨勢行為與資料跳動程度上,進行事故因素釐清。最後透過瞬時頻率概念分析本質模態函數在每一瞬間情境向量跳動的振幅以及頻率,並分析正常航班與事故航班在訊號跳動程度上的差異性,透過比較正常航班與大園、名古屋航班的趨勢行為以及訊號跳動程度進行事故發生的
本研究分別從代表趨勢行為的剩餘函數與訊號跳動程度的本質模態函數進行分析,分別從趨勢性與跳動程度來分析正常航班與事故航班的差異。並透過希爾伯特頻譜求取整體性的整合頻譜重心,以一個振幅以及頻率代表整個飛行模態的情形。以此提供一個量化基準對飛航班安全評判上的基準。
英文摘要 In this study, quantitative analysis of the flight from the point of view, by using “Hilbert-Huang Transform”, we translate the flight data into some Intrinsic Mode Function. These “Intrinsic Mode Function” represent different signal components. In this study we analysis of the four main parameters: height, speed, sedimentation rate, and N1. By comparing normal and accident flight, respectively, from the trend and beating degree of factor analysis of accident, further quantitative indicators as border incidents.
Through the method of Hilbert-Huang Transform, we found that in Nagoya accident and Dayuan accident has different factors affecting crash. For Dayuan accident the cause of the crash aircraft mainly from the trend, this is the residual function. In Nagoya accident, the main signal from an accident suffered in the beating of the moment, which is Intrinsic Mode Function’s beating degree. In this study, through the overall concept, by finding out the geometric center and trend Analysis, we understand the different between the normal and accident flight. This study further to define the boundaries of an accident, as well as flight quantifiable indicators.
論文目次 摘要 I
目錄 VIII
表目錄 XII
圖目錄 XIII
第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 文獻回顧 5
1-2.1 現有飛安理論 5
1-2.2複雜系統 8
1-2.3安全管理系統 10
1-2.4飛航操作品質保證系統(FOQA系統) 12
1-2.5飛航風險分析-專家系統 14
1-2.6 飛航安全之工程分析-線性系統觀點 15
1-3 研究動機與目的 16
第二章 奇異值分解 19
2-1奇異值分解 19
2-1奇異值分解之定理 19
2-1.2 奇異值數據取樣 21
2-1.2 高斯窗濾波 22
2-2情境矩陣 23
2-2.1奇異值 23
2-2.2情境矩陣 24
第三章 希爾伯特-黃轉換(Hilbert-Huang Transform) 26
3-1 希爾伯特轉換(Hilbert Transform) 28
3-1.1希爾伯特轉換的定義 28
3-1.2希爾伯特轉換的限制 31
3-2本質模態函數(Intrinsic Mode Function) 33
3-3經驗模態分解法(Empirical Mode Decomposition) 35
3-4完整性與正交性(Completeness & Orthogonality) 37
3-5希爾伯特頻譜(Hilbert Spectrum) 38
第四章 研究方法 39
4-1研究樣本 39
4-2本質模態函數(IMF)與剩餘函數(Residual)建立 40
4-3剩餘函數(Residual)分析方法 40
4-3.1 cosθ比較 41
4-4本質模態函數(IMF)分析方法 42
4-4.1離散標準差分析 42
4-4.2時變率分析 43
4-5希爾伯特頻譜分析 44
4-5.1時域分析 45
4-5.2頻域分析 46
4-5.3模態重心 47
第五章 結果與討論 50
5-1剩餘函數(Residual)分析結果 50
5-1.1特徵向量u1cosθ值結果 51
5-1.2剩餘函數向量cosθ結果 51
5-2本質模態函數(IMF)分析結果 52
5-2.1離散標準差結果 52
5-2.2時變率結果 54
5-3希爾伯特頻譜分析結果 56
5-3.1時域分析結果 57
5-3.2頻域分析結果 58
5-4模態重心 59
第六章 結論與建議 61
6.1結論 61
6.2建議 65
參考文獻 67
附表 70
附圖 73
參考文獻 【1】 Huang, N. E., Shen, Z., Long, S. R., Wu, M. C., Shih, H. H., Zheng, Q., Yen, N. C., Tung, C. C. and Liu H. H, 1998, “The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis,” Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 454(1971), pp. 903-995.
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