大數(shù)據(jù)背景下的空管實(shí)驗(yàn)室建設(shè)探索

白 鵬， 楊新湦， 張亞宜， 牟龍芳

(中國(guó)民航大學(xué) 空中交通管理學(xué)院， 天津 300300)

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大數(shù)據(jù)背景下的空管實(shí)驗(yàn)室建設(shè)探索

白 鵬， 楊新湦， 張亞宜， 牟龍芳

(中國(guó)民航大學(xué) 空中交通管理學(xué)院， 天津 300300)

針對(duì)現(xiàn)階段空管實(shí)驗(yàn)室存在的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)規(guī)模小、分布分散、訓(xùn)練管理模式相對(duì)落后的現(xiàn)狀，將大數(shù)據(jù)的先進(jìn)處理模式與管理理念引入到實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)規(guī)劃中。通過數(shù)據(jù)整合、信息梳理、資源共享、管理平臺(tái)等方面的優(yōu)化，可顯著提高管理效率、完善評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)構(gòu)建良好的創(chuàng)新環(huán)境。

大數(shù)據(jù)；云；空管；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

1 大數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介

大數(shù)據(jù)是指數(shù)據(jù)規(guī)模超過傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)處理能力的大規(guī)模數(shù)據(jù)，是需要具有全面性、洞察力和流程優(yōu)化能力的革新性處理模式才能處理的海量、多樣化和高增長(zhǎng)率的數(shù)據(jù)信息資源[1]。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，數(shù)據(jù)信息時(shí)代先后經(jīng)歷了計(jì)算能力先導(dǎo)、存儲(chǔ)能力先導(dǎo)2個(gè)階段。隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的日趨成熟，以網(wǎng)絡(luò)運(yùn)載作為先導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代已經(jīng)開啟[2]，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)載量都將面臨幾何式遞增，大數(shù)據(jù)迅猛發(fā)展態(tài)勢(shì)已現(xiàn)端倪。

大數(shù)據(jù)伴隨著高性能的云端計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘，已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際生活的各個(gè)方面[3]。例如：谷歌公司曾經(jīng)利用大數(shù)據(jù)的挖掘與計(jì)算，在某些地區(qū)較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出美國(guó)流感病毒發(fā)作、傳染的蔓延趨勢(shì)，并且結(jié)合地區(qū)特點(diǎn)，判斷出了各個(gè)地區(qū)病毒的感染發(fā)病程度，為政府、醫(yī)院等機(jī)構(gòu)提供了可供參考的預(yù)言結(jié)論，從而提高了該類疾病的治愈成功率；在國(guó)外應(yīng)用廣泛的大型社交網(wǎng)站，如Facebook，擁有超過10億的客戶數(shù)量，通過對(duì)客戶關(guān)注、社會(huì)交往、習(xí)慣行為等方面的統(tǒng)計(jì)與分析，制作出針對(duì)不同用戶群體的用戶體驗(yàn)以及更有針對(duì)性的廣告投放；在交通方面，結(jié)合大數(shù)據(jù)信息集成與優(yōu)化組合優(yōu)勢(shì)，可以更好地配置交通運(yùn)輸?shù)馁Y源、提高交通預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率，從而提高交通運(yùn)行效率[4]，增強(qiáng)交通運(yùn)輸安全保障能力。

大數(shù)據(jù)已經(jīng)被引入到工作、交通、醫(yī)療、娛樂等諸多領(lǐng)域[5]，在為人類帶來前所未有的數(shù)據(jù)體驗(yàn)的同時(shí)，也改變著人類的行為習(xí)慣。

2 大數(shù)據(jù)特點(diǎn)

關(guān)于大數(shù)據(jù)特點(diǎn)的描述，在2001年，DougLaney曾經(jīng)提出了“3V”的經(jīng)典特征[6]，包括數(shù)量(volume)、速度(velocity)和種類(variety)。隨著研究的不斷深入，對(duì)大數(shù)據(jù)特點(diǎn)的描述有了更加廣泛的理解與定義，目前普遍被認(rèn)可的特點(diǎn)總結(jié)為“4V”，包括：容量(規(guī)模性,volume)、高速性(velocity)、多樣性(variety)與價(jià)值性(value)。

(1) 容量(規(guī)模性)。大數(shù)據(jù)的容量不僅單純指數(shù)據(jù)規(guī)模的增加，同時(shí)包括數(shù)據(jù)信息的完整性。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)模從TB躍升至ZB級(jí)別[7]，并且需要保證在傳輸、存儲(chǔ)過程中數(shù)據(jù)內(nèi)容的準(zhǔn)確：不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤或在沒有授權(quán)的情況下被篡改，從而保證了數(shù)據(jù)的精確性與可靠性。

(2) 高速性[8]。包括3個(gè)方面：①存儲(chǔ)過程的高速性。信息數(shù)據(jù)規(guī)模越發(fā)龐大，必然導(dǎo)致對(duì)存儲(chǔ)過程的要求度提高，不僅需要突破傳統(tǒng)存儲(chǔ)過程的速度限制，同時(shí)要保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過程中的安全性。②數(shù)據(jù)流移動(dòng)的高速性。信息數(shù)據(jù)規(guī)模越發(fā)龐大，伴隨著對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的越發(fā)依賴，要求數(shù)據(jù)流移動(dòng)速度的高效和安全。③數(shù)據(jù)決斷的高速性。隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，各個(gè)行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性的要求不斷提升，同時(shí)由于數(shù)據(jù)規(guī)模龐大，需要在數(shù)據(jù)處理的過程中滿足時(shí)間敏感性與分析決策精準(zhǔn)性。

(3) 多樣性。相對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模式而言，對(duì)海量數(shù)據(jù)管理的健壯性要求更高，克服傳統(tǒng)方法無法處理異構(gòu)數(shù)據(jù)與可變數(shù)據(jù)的弊端[9]，融合結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化以及非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)屬性，增強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的兼容度，加強(qiáng)對(duì)各類數(shù)據(jù)的處理能力，提高排除沖突的問題處理能力[10]。

(4) 價(jià)值。大數(shù)據(jù)時(shí)代通過海量數(shù)據(jù)的分析提取與數(shù)據(jù)處理，可以在疾病預(yù)防、交通規(guī)劃與預(yù)測(cè)、物流分析、生活?yuàn)蕵?、商業(yè)廣告等各個(gè)方面提供高可信度的技術(shù)支持。

3 空管類實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)階段存在問題

3.1 缺乏成熟的協(xié)同訓(xùn)練培養(yǎng)

我國(guó)培養(yǎng)管制員的學(xué)校主要有中國(guó)民航大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、中國(guó)民用航空飛行學(xué)院，結(jié)合我院實(shí)際情況與后兩所院校的走訪調(diào)研，各個(gè)學(xué)校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)均按照模塊課的培養(yǎng)模式進(jìn)行，這種教學(xué)模式具有很強(qiáng)的針對(duì)性，同時(shí)很好地滿足了訓(xùn)練強(qiáng)度的要求。但是由于數(shù)據(jù)無法共享，導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)各自為戰(zhàn)，無法滿足協(xié)同管制的要求，并且各個(gè)模塊課之間對(duì)于特情處理的訓(xùn)練內(nèi)容、訓(xùn)練時(shí)間無法統(tǒng)一。我院管制類實(shí)驗(yàn)室于2012年開始嘗試?yán)米灾餮邪l(fā)的塔臺(tái)、雷達(dá)模擬管制設(shè)備進(jìn)行過聯(lián)網(wǎng)協(xié)同[11]，取得了一些好的經(jīng)驗(yàn)，但由于缺乏完善的數(shù)據(jù)管理支持，目前這種嘗試仍然停留在試運(yùn)行階段。

3.2 數(shù)據(jù)規(guī)模小，缺乏有效整合

目前，一些實(shí)驗(yàn)課程以及專業(yè)課程的素材比較分散。例如管制類實(shí)驗(yàn)課程需要陸空通話、航空氣象等多門課程作為前期的鋪墊與支撐[12]，但各門課程之間間隔若干學(xué)期，當(dāng)學(xué)員進(jìn)行管制模擬系統(tǒng)訓(xùn)練時(shí)，在管制規(guī)則記憶、管制區(qū)域掌控、航空器排序等方面技能的養(yǎng)成會(huì)牽扯學(xué)員大量精力，而前述課程所學(xué)又有所遺忘，降低了訓(xùn)練的效率，同時(shí)，由于受到數(shù)據(jù)管理水平低下的制約，各類課程的知識(shí)點(diǎn)集成度偏低，不利于學(xué)生構(gòu)建良好的知識(shí)體系。

3.3 缺乏創(chuàng)新能力培養(yǎng)的土壤

空管類專業(yè)具有多學(xué)科交叉融合的特性，我國(guó)空管類院校要求教師具有不同的學(xué)科背景，以我院教師為例，共有教師104人，其中不同學(xué)科專業(yè)背景的人數(shù)如表1所示。

表1 空管學(xué)院教師專業(yè)分布情況

不同知識(shí)背景的教師到學(xué)院工作，有效促進(jìn)了各學(xué)科的相互交流，但也帶來了一定的弊端。教師到學(xué)院后進(jìn)行一年的空管專業(yè)學(xué)習(xí)，之后分配系室進(jìn)行教學(xué)，無法保證對(duì)空管專業(yè)有全面、深入的認(rèn)知，另外由于各系室之間相對(duì)獨(dú)立，資源數(shù)據(jù)共享度不足，為教師、學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)造成了壁壘。

4 大數(shù)據(jù)對(duì)空管類實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)化

4.1 促進(jìn)整合，提高處理效率

對(duì)于規(guī)模而言，大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的區(qū)別不僅停留在數(shù)據(jù)量本身，更體現(xiàn)在數(shù)據(jù)類型的復(fù)雜化、多樣化。具體到空管專業(yè)，對(duì)于數(shù)據(jù)的類型包括模擬仿真的三維場(chǎng)景、飛行二維態(tài)勢(shì)顯示，也包括中英文常規(guī)陸空通話、特情陸空通話、機(jī)場(chǎng)通波等音頻，同時(shí)還包括空域航圖等圖像數(shù)據(jù)，以及飛機(jī)性能、廣播報(bào)文等實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)文本數(shù)據(jù)。羅伯特福萊提出大數(shù)據(jù)的定義首先應(yīng)滿足“復(fù)雜性”[13]，而空管實(shí)驗(yàn)室由于涉及到多類型海量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源排列特性以及復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系，使得有效查詢的效率低下，而大數(shù)據(jù)技術(shù)帶來的云搜索與數(shù)據(jù)庫(kù)工具，可以迅速將目標(biāo)數(shù)據(jù)解析出來，從而大大提高數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢的執(zhí)行效率，提高數(shù)據(jù)管理水平，見圖1。

圖1 空管數(shù)據(jù)有效整合層次圖

4.2 優(yōu)化管理，提供有效數(shù)據(jù)

實(shí)時(shí)雷達(dá)航跡、交通態(tài)勢(shì)等海量數(shù)據(jù)，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、人為差錯(cuò)評(píng)定、管制疲勞程度測(cè)試等方面是必不可少的寶貴數(shù)據(jù)，但是由于數(shù)據(jù)規(guī)模龐大、增長(zhǎng)速度快等特點(diǎn)，也為教學(xué)、科研等工作增加了難度。而運(yùn)用大數(shù)據(jù)背景下的云計(jì)算、云處理等方式，不僅能有效融合各類海量數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以搭建數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，在信息資源共享的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度加工利用，有效過濾冗余或無效信息，結(jié)合管制知識(shí)的融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的智能化，見圖2。

圖2 空管數(shù)據(jù)有效保障流程圖

4.3 積累數(shù)據(jù)，提高評(píng)價(jià)精度

綜合類實(shí)踐課程教學(xué)效果的評(píng)價(jià)體系建設(shè)的復(fù)雜度高、難度大，并且需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改變進(jìn)行及時(shí)的升級(jí)調(diào)整。大數(shù)據(jù)思想不僅能夠積累訓(xùn)練過程中的數(shù)據(jù)信息以及達(dá)成目標(biāo)，同時(shí)對(duì)于非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)同樣具有良好的兼容能力。利用大數(shù)據(jù)的這些優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的過程樣本和結(jié)果樣本，豐富評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的形式和內(nèi)容，及時(shí)修正由訓(xùn)練內(nèi)容改變而引起的目標(biāo)變化，為構(gòu)建高效、合理、精確的評(píng)價(jià)體系提供技術(shù)支撐，見圖3。

圖3 空管數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)體系示意圖

4.4 資源共享，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)共享理念可以將空管類的知識(shí)和數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)融合，在此基礎(chǔ)上奠定空管教師、學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備。利用掌握的知識(shí)分析、處理數(shù)據(jù)，利用有效數(shù)據(jù)鞏固、測(cè)試知識(shí)的掌握程度，拓寬知識(shí)面，深化科研內(nèi)容。搭建大數(shù)據(jù)科研交流平臺(tái)，通過學(xué)術(shù)交流活動(dòng)激發(fā)科研興趣，在學(xué)術(shù)活動(dòng)中，不僅能和其他團(tuán)隊(duì)分享科研狀態(tài)、學(xué)習(xí)體會(huì)，同時(shí)也有利于各種思想的交流。通過共享擴(kuò)寬眼界，通過積累產(chǎn)生理解，通過交流產(chǎn)生思想，最終達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新能力、凝練創(chuàng)新成果的目的,見圖4。

圖4 資源共享培養(yǎng)創(chuàng)新能力示意圖

5 結(jié)束語(yǔ)

基于大數(shù)據(jù)的空管類實(shí)驗(yàn)體系將先進(jìn)的數(shù)據(jù)管理模式引入教學(xué)科研中，立足專業(yè)知識(shí)技能積累，緊跟空管協(xié)同運(yùn)行發(fā)展趨勢(shì)，滿足了空管類實(shí)驗(yàn)室科研與教學(xué)的需求。通過搭建大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)課程平臺(tái)，精確構(gòu)建實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練項(xiàng)目，豐富實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，縮短空管人才培養(yǎng)周期，有效提高人才培養(yǎng)水平。

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Exploration of construction of air traffic control laboratory under big data background

Bai Peng， Yang Xinsheng， Zhang Yayi， Mu Longfang

(College of Air Traffic Management, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China)

Focusing on the present status that the small scale of experimental data, scattered data distribution, and the backward of training management in air traffic control laboratory, this article introduces the advanced process model and management concept in to the construction planning of the laboratory. Combining the optimization of data integration, information summary, resource sharing and management platform, this article significantly improves the management efficiency and evaluation standard, building a good innovation environment for laboratory construction.

big data； cloud； air traffic control； construction of laboratory

2014- 06- 11

國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2011BAH24B10)；“國(guó)家空管運(yùn)行安全技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”開放基金課題；中國(guó)民航大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目

白鵬(1984—)，男，河北張家口，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸和實(shí)驗(yàn)管理.

E-mail：342126260@qq.com

TP399；G482

A

1002-4956(2015)2- 0228- 03