基于SWIM的空管分析型信息資源交換平臺(tái)建設(shè)初探

徐丹

摘 要：2003年航行大會(huì)提出了到2025年前后建立一個(gè)可交互性、無(wú)縫隙、全球一體化的空中交通管制系統(tǒng)（CNS/ATM）。2005年國(guó)際民航組織決定采用其作為國(guó)際航空信息發(fā)布系統(tǒng)。近年來(lái)伴隨著民航空管行業(yè)信息化的快速推進(jìn)，一大批業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)引接及協(xié)同決策需求日益增長(zhǎng)，因此必須采取技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)空管資源的高效共享和交換。本文旨在研究SWIM的先進(jìn)技術(shù)理念上，以最大限度的綜合集成地空數(shù)據(jù)通信、地地?cái)?shù)據(jù)通信以及空管信息化系統(tǒng)為主旨，對(duì)建立空管分析型信息資源交換平臺(tái)進(jìn)行初步探索。最終實(shí)現(xiàn)為空管用戶(hù)提供一體化和無(wú)縫隙的綜合信息服務(wù)。

關(guān)鍵詞：空管分析；信息資源；總體功能

1 潮流之勢(shì)

SWIM（廣域信息管理）的概念是在1997年由歐洲航行安全組織向聯(lián)邦航空局提出，其核心理念是依托統(tǒng)一的信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)資源共享。民航空管通過(guò)SWIM，可以實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換，確?？展軆?nèi)部及與機(jī)場(chǎng)、航空公司等相關(guān)單位的相關(guān)數(shù)據(jù)能安全、有效和及時(shí)地共享和交換。其最終目標(biāo)是搭建統(tǒng)一、靈活、高效的信息共享架構(gòu)。SWIM的提出為構(gòu)建新一代空中交通管理系統(tǒng)奠定了信息共享基礎(chǔ)。

空管的“十二五”規(guī)劃中制定了中國(guó)民航在未來(lái)20年SWIM技術(shù)的發(fā)展戰(zhàn)略、技術(shù)框架和實(shí)施計(jì)劃，通過(guò)這些戰(zhàn)略計(jì)劃，解決中國(guó)民航運(yùn)行信息集成和運(yùn)行治理問(wèn)題。華東空管局已建成了華東空管航班信息一體化管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將華東地區(qū)各機(jī)場(chǎng)及空域的信息通過(guò)DDN專(zhuān)線(xiàn)匯集到上海數(shù)據(jù)中心，虹橋分中心。數(shù)據(jù)中心能從AFTN和SITA 電報(bào)接口、機(jī)場(chǎng)信息系統(tǒng)橋位接口、情報(bào)接口等收集各類(lèi)信息，最終生成可供塔臺(tái)使用的航班等待、推出、開(kāi)車(chē)、放行的時(shí)刻，非常有利于空管調(diào)配航班以及機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行保障能力，提高航班正常率。

其他地區(qū)空管局建立了大量的分析型應(yīng)用系統(tǒng)，如CDM系統(tǒng)、不安全事件快速檢測(cè)系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)大多彼此獨(dú)立，功能需求上相似度高。在借鑒成果的同時(shí)，亟待解決結(jié)合本地區(qū)飛行保障實(shí)際的信息資源統(tǒng)一交換平臺(tái)?；谝陨蠋c(diǎn)，我們亟需打通信息交互瓶頸，朝著建設(shè)分析型應(yīng)用的破局之路大步向前。

2 破局之路

相比傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)模式，由業(yè)務(wù)給出業(yè)務(wù)需求，在由對(duì)應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)給出數(shù)據(jù)反饋給業(yè)務(wù)部門(mén)不同，SWIM是一個(gè)面向網(wǎng)絡(luò)化分布式應(yīng)用系統(tǒng)，同時(shí)支持各種應(yīng)用包括各類(lèi)基本的ATM數(shù)據(jù)，也支持各種應(yīng)用如航班運(yùn)行管理、飛行計(jì)劃管理、地空通信、地基通信和氣象服務(wù)等。最終目的是支持空管各類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，確保新系統(tǒng)的建設(shè)不受軟硬件和數(shù)據(jù)格式等技術(shù)上的限制。將空管應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與IT基礎(chǔ)設(shè)施的開(kāi)發(fā)相互獨(dú)立，降低新系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)，保持可擴(kuò)展性、靈活性和可維護(hù)性。因此，它并不以數(shù)據(jù)管理中心的形式體現(xiàn)，而是一種虛擬的信息池，通過(guò)與應(yīng)用系統(tǒng)的連接和信息交互來(lái)對(duì)不同來(lái)源的異質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚和派發(fā)，實(shí)現(xiàn)空管業(yè)務(wù)信息的共享與交換。

SWIM幾大優(yōu)勢(shì)：

SWIM的目的是面向服務(wù)架構(gòu)的。為支持現(xiàn)代和下一代應(yīng)用程序服務(wù)的工具。例如基于航跡管理的評(píng)估器、4D軌跡模式、協(xié)作決策過(guò)程等；降低了開(kāi)發(fā)成本，開(kāi)發(fā)人員避免需要獨(dú)特的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信而專(zhuān)注于業(yè)務(wù)邏輯和用戶(hù)界面的開(kāi)發(fā)；SWIM通過(guò)現(xiàn)有的硬件和軟件，利用SOA（Service Oriented Architecture）面向服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)降低運(yùn)行和維護(hù)成本；SWIM基于現(xiàn)有的ATC系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的一定的可用性，實(shí)現(xiàn)與空管和其他決策機(jī)構(gòu)連接，風(fēng)險(xiǎn)和成本很低。由SWIM提供相關(guān)的核心設(shè)施和標(biāo)準(zhǔn)；SWIM平臺(tái)可完成廣域信息共享，向各方提供及時(shí)準(zhǔn)確的信息。同時(shí)，它還提供了一個(gè)共通的平臺(tái)，完成新的系統(tǒng)和原有系統(tǒng)之間的交互；SWIM平臺(tái)的出現(xiàn)，正是符合空管行業(yè)數(shù)據(jù)融合的系統(tǒng)向智能化、集成化發(fā)張的趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)不斷開(kāi)拓新的領(lǐng)域，產(chǎn)生新的增長(zhǎng)點(diǎn)；SWIM平臺(tái)的建立勢(shì)必對(duì)工作流程進(jìn)行重新梳理的過(guò)程。是重塑管理的一個(gè)好的辦法。

3 建設(shè)探索

3.1 基于SWIM的平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

在SWIM平臺(tái)中，每個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)“松耦合”協(xié)作關(guān)系，采用SOA架構(gòu)、ESB總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)（ESB）完成集成各子系統(tǒng)服務(wù)、對(duì)外或子系統(tǒng)間相互提供服務(wù)的目的。各個(gè)系統(tǒng)作為服務(wù)注冊(cè)在平臺(tái)上進(jìn)行信息交互。每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)有自己的服務(wù)接口。完成特定的功能。其他系統(tǒng)通過(guò)SWIM服務(wù)功能調(diào)用相關(guān)服務(wù)。這些服務(wù)是符合SWIM規(guī)范可以被識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)方式。

3.2 總體功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

空管SWIM平臺(tái)要實(shí)現(xiàn)信息交互的目的，首先必須依靠各區(qū)域空中交通管制信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)作為基本環(huán)境，由其進(jìn)行IP網(wǎng)絡(luò)連接及安全管理、入侵探測(cè)與響應(yīng)、身份認(rèn)證管理、命名與地址服務(wù)。平臺(tái)以服務(wù)總線(xiàn)技術(shù)（ESB）及面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)（SOA）為框架構(gòu)建。完成服務(wù)功能包括：邊界保護(hù)、信息服務(wù)、安全服務(wù)、企業(yè)服務(wù)及接口管理。信息服務(wù)通過(guò)服務(wù)接口與空管用戶(hù)和非空管用戶(hù)進(jìn)行交互。

3.4 ESB設(shè)計(jì)方案

ESB 是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了通信、互連、轉(zhuǎn)換、可移植性和安全性標(biāo)準(zhǔn)接口的企業(yè)基礎(chǔ)軟件平臺(tái)。完成的主要功能是通信和消息處理、消息路由、交互服務(wù)和建模等。

SWIM平臺(tái)采用松散耦合的應(yīng)用程序體系結(jié)構(gòu)SOA架構(gòu)，將原來(lái)各自為政的空管系統(tǒng)整合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和復(fù)用。將每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)作為獨(dú)立的信息服務(wù)，可以獨(dú)立完成特定的服務(wù)，每個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)接口可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)功能的相互調(diào)用，對(duì)已建立的連接無(wú)影響。從而適應(yīng)應(yīng)用程序需求的變化。Web Service 是SOA 架構(gòu)中的基本單元，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用Hibernate，Spring 和Struts2 框架技術(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯開(kāi)發(fā)。

3.5 平臺(tái)架構(gòu)

SWIM平臺(tái)由連接層、傳輸層、轉(zhuǎn)換層、監(jiān)控管理層構(gòu)成。實(shí)現(xiàn)的功能如下：

連接層：負(fù)責(zé)為異構(gòu)系統(tǒng)提供適配器，在不改動(dòng)其應(yīng)用系統(tǒng)的前提下，依據(jù)某種策略進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取并發(fā)布到信息總線(xiàn)。

傳輸層：負(fù)責(zé)在所有系統(tǒng)之間傳輸路由數(shù)據(jù)和消息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、服務(wù)命令的上傳和下達(dá)。

轉(zhuǎn)換層：負(fù)責(zé)將信息總線(xiàn)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理，包括對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、對(duì)數(shù)據(jù)的有限性進(jìn)行校驗(yàn)和分析

監(jiān)控管理層：負(fù)責(zé)提供功能強(qiáng)大的監(jiān)控工具、實(shí)現(xiàn)SWIM平臺(tái)集中、遠(yuǎn)程、統(tǒng)一的監(jiān)控管理。

3.6 接入設(shè)計(jì)

SWIM平臺(tái)可以滿(mǎn)足數(shù)據(jù)信息在接入的各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中順暢流動(dòng)的需求。各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息需打包成XML文件?？梢运椭燎爸脵C(jī)服務(wù)器某一文件目錄下，并對(duì)平臺(tái)開(kāi)放前置機(jī)目錄，平臺(tái)通過(guò)FTP文件適配器交換數(shù)據(jù)。或者對(duì)平臺(tái)直接開(kāi)放前置機(jī)的接口數(shù)據(jù)庫(kù)，

送到通過(guò)前端適配器接入SWIM平臺(tái)，平臺(tái)將技術(shù)服務(wù)層（提供核心服務(wù)）和數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層（提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)接口）封裝為“SWIM網(wǎng)關(guān)”。最終實(shí)現(xiàn)平臺(tái)可以獲取各系統(tǒng)的信息，解析、分類(lèi)、封裝、發(fā)布給其他需要信息的系統(tǒng)。

4 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的功能

經(jīng)過(guò)各類(lèi)信息包括CDM系統(tǒng)、氣象、航行情報(bào)和設(shè)備保障的引接，SWIM平臺(tái)可承擔(dān)全國(guó)民航空管運(yùn)行數(shù)據(jù)中心的功能，必將成為最全最大的航行綜合信息平臺(tái)，為各項(xiàng)應(yīng)用功能的開(kāi)發(fā)夯實(shí)了基礎(chǔ)。

空管大數(shù)據(jù)借由SWIM平臺(tái)可以使信息整合和利用充分發(fā)揮作用，為空管各單位及航空公司、機(jī)場(chǎng)相關(guān)運(yùn)行系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，真正讓數(shù)據(jù)做到來(lái)自于運(yùn)行，最終用之于運(yùn)行。最終實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的深度分析和信息交換，為現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)指揮、公開(kāi)信息發(fā)布、領(lǐng)導(dǎo)層提供決策支持等功能，同時(shí)提供為其他相關(guān)單位機(jī)場(chǎng)、航空公司、軍方和社會(huì)公眾發(fā)布信息的服務(wù)。

關(guān)于分析型資源整合的幾點(diǎn)思考：

分析型資源平臺(tái)主要承擔(dān)實(shí)時(shí)空管運(yùn)行態(tài)勢(shì)的監(jiān)控、協(xié)調(diào)運(yùn)行、流量輔助決策、航班延誤的應(yīng)急處置、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)并大屏顯示。

4.1 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面活動(dòng)引導(dǎo)控制

平臺(tái)通過(guò)引接處理雷達(dá)（SSR或PSR/SSR）及場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)、多點(diǎn)監(jiān)視（MDS）等輸出的目標(biāo)監(jiān)視數(shù)據(jù)，對(duì)覆蓋范圍內(nèi)的場(chǎng)面航空器和車(chē)輛進(jìn)行連續(xù)的定位標(biāo)示，使管制員監(jiān)視界面及時(shí)掌控跑道場(chǎng)面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)行態(tài)勢(shì)、環(huán)境等因素，這一功能的實(shí)現(xiàn)必將大幅提高機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度等天氣條件下運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 空中交通態(tài)勢(shì)監(jiān)控和流量管理

作為平臺(tái)核心功能板塊，提供一個(gè)信息全方位的高效聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行態(tài)勢(shì)監(jiān)控、流量預(yù)測(cè)、協(xié)調(diào)決策機(jī)制、信息集成顯示、信息多維統(tǒng)計(jì)分析等功能。在空管內(nèi)部以及關(guān)系單位間建立功能完善、高效聯(lián)動(dòng)的信息平臺(tái)。

4.3自動(dòng)化系統(tǒng)功能

平臺(tái)集成的數(shù)據(jù)按照功能設(shè)置功能席位，信息功能與現(xiàn)有塔臺(tái)自動(dòng)化相同，待條件成熟后，可替代現(xiàn)用塔臺(tái)空管自動(dòng)化，有利于提高自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一致性，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)量和人機(jī)界面的減少，進(jìn)而減輕管制員的工作負(fù)荷和壓力。

4.4 AIDC服務(wù)功能

AIDC服務(wù)功能最為航管重要的一項(xiàng)技術(shù)，為跨區(qū)航班移交提供了比較快捷、高效的平臺(tái)，利用SWIM平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)全面共享的模式，脫離現(xiàn)有的點(diǎn)到點(diǎn)的形式，對(duì)于今后的AIDC的發(fā)展具有里程碑式的意義。應(yīng)用好AIDC，可以實(shí)現(xiàn)一定程度的自動(dòng)化操作，降低了管制移交的工作強(qiáng)度。當(dāng)然在共享之前，各管制區(qū)域必須對(duì)管制工作協(xié)議方面做大量的研討，對(duì)一些參數(shù)、必要的協(xié)議格式標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確，增強(qiáng)AIDC技術(shù)的運(yùn)行范圍和準(zhǔn)確度。

4.5 航班動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)排序

根據(jù)航班的動(dòng)態(tài)信息和機(jī)場(chǎng)各種運(yùn)行條件，以及CDM系統(tǒng)推算出的撤輪檔時(shí)間和計(jì)算出的起飛時(shí)間，對(duì)起飛的飛機(jī)進(jìn)行排序，根據(jù)放行系統(tǒng)DCL的管制信息實(shí)現(xiàn)流量管理，確定航空器的放行、滑行、起飛等時(shí)間控制。

4.6 航班由于空管原因的正常性統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)

為空管保障單位提供用于統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)記錄、整理然后分析由于空管原因?qū)е潞桨嗖徽５慕y(tǒng)計(jì)。使其在多元環(huán)境下進(jìn)行，保證公開(kāi)透明。

4.7大屏顯示

管制員是最想得知場(chǎng)地運(yùn)行動(dòng)態(tài)和當(dāng)日空中態(tài)勢(shì)的群體，在各類(lèi)生產(chǎn)信息中，挑選出那些最能反映航班、空域、機(jī)場(chǎng)場(chǎng)地的幾類(lèi)信息并合理組合，以最直觀、吸引眼球的方式呈現(xiàn)到LED屏幕。

5 結(jié)語(yǔ)

SWIM技術(shù)是新一代空中交通管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，為滿(mǎn)足我國(guó)空管業(yè)務(wù)高速發(fā)展的需求，必須改善技術(shù)手段，找到一種高效聯(lián)動(dòng)、協(xié)同決策能力的途徑。SWIM應(yīng)用于民航是大勢(shì)所趨，適時(shí)開(kāi)展相關(guān)研究和建設(shè)探索，必將推動(dòng)空管信息共享和交換，實(shí)現(xiàn)各部門(mén)決策數(shù)據(jù)在應(yīng)用層面的互通和信息共享。

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