淺談空中交通管理大數(shù)據(jù)

朱雅峰

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)成為了當(dāng)今推動(dòng)各行各業(yè)飛速發(fā)展的重要指標(biāo)。民航空管系統(tǒng)也積極投身到大數(shù)據(jù)的建設(shè)中去，搭建大數(shù)據(jù)信息共享平臺(tái)，推動(dòng)空管信息化建設(shè)。文章先介紹大數(shù)據(jù)和空中交通管理大數(shù)據(jù)的概念，然后通過(guò)實(shí)例說(shuō)明空管大數(shù)據(jù)的主要來(lái)源，再對(duì)空管大數(shù)據(jù)現(xiàn)狀、分析及應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)空中交通管理大數(shù)據(jù)

1大數(shù)據(jù)和空中交通管理大數(shù)據(jù)的定義

大數(shù)據(jù)是一個(gè)體量大、類別多并且難以用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)工具對(duì)其進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)集合。大數(shù)據(jù)不僅僅是指海量的信息，更強(qiáng)調(diào)向信息能如何篩選和處理。大數(shù)據(jù)的處理流程分別是采集、導(dǎo)入和預(yù)處理、統(tǒng)計(jì)和分析，最后是數(shù)據(jù)挖潛。大數(shù)據(jù)的主要特點(diǎn)：數(shù)據(jù)（Volume）大、數(shù)據(jù)類別（Variety）大、處理數(shù)據(jù)速度（Velocity）快、數(shù)據(jù)真實(shí)性（Veracity）高。

空中交通活動(dòng)也涉及多種海量數(shù)據(jù)。空中交通管理的海量數(shù)據(jù)具有體量巨大、類型繁多、真實(shí)性高、處理速度快等大數(shù)據(jù)的特征，所以我們把空中交通管理過(guò)程中所涉及到的各種海量數(shù)據(jù)的總和稱為空中交通管理大數(shù)據(jù)（簡(jiǎn)稱空管大數(shù)據(jù)）?？展艽髷?shù)據(jù)的處理流程是收集、整理、統(tǒng)計(jì)、分析及應(yīng)用。

2 空管大數(shù)據(jù)的主要來(lái)源

本文以航班完整生命周期中所產(chǎn)生的各種空管數(shù)據(jù)為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明空管大數(shù)據(jù)的主要來(lái)源。

2.1航班計(jì)劃階段

航班計(jì)劃數(shù)據(jù)航班的產(chǎn)生從航班計(jì)劃開(kāi)始。各航空公司向民用航空飛行計(jì)劃審批部門申報(bào)航班計(jì)劃，經(jīng)過(guò)審核批準(zhǔn)后，生成航班初始計(jì)劃，大量航班計(jì)劃組成航班計(jì)劃數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 航班預(yù)先飛行計(jì)劃階段

預(yù)先飛行計(jì)劃報(bào)文數(shù)據(jù)主要包括：領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)（簡(jiǎn)稱FPL報(bào)，F(xiàn)PL報(bào)包含大量準(zhǔn)確的航班信息，如執(zhí)行航班機(jī)型、尾流等級(jí)、機(jī)載設(shè)備、預(yù)計(jì)起飛時(shí)間、航路、注冊(cè)號(hào)、是否符合各類運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)等）、修訂領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)（簡(jiǎn)稱CHG報(bào)，CHG報(bào)用于更新及修改FPL報(bào)）、取消領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)（簡(jiǎn)稱CNL報(bào)，CNL報(bào)用于取消先前拍發(fā)FPL報(bào)）、延誤報(bào)（簡(jiǎn)稱DLA報(bào)，DLA報(bào)用于通報(bào)預(yù)計(jì)航班延誤情況）。

航行情報(bào)數(shù)據(jù)主要包括：航行通報(bào)（簡(jiǎn)稱NOTAM，通常包含各機(jī)場(chǎng)、導(dǎo)航臺(tái)、導(dǎo)航設(shè)施的關(guān)閉時(shí)段，不停航施工，新增障礙物，航路關(guān)閉時(shí)段，禁航，臨時(shí)限制區(qū)禁區(qū)范圍，運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)變更等重要信息）、航圖等。

氣象數(shù)據(jù)氣象數(shù)據(jù)包含天氣預(yù)報(bào)、衛(wèi)星云圖、風(fēng)廓線圖及天氣雷達(dá)回波圖以及機(jī)場(chǎng)溫度、濕度、露點(diǎn)溫度、風(fēng)向、風(fēng)速、QNH值、重要天氣預(yù)警等。

設(shè)備設(shè)施運(yùn)行數(shù)據(jù)主要包括設(shè)施設(shè)備運(yùn)行情況、故障情況、維護(hù)情況等。

其他空域用戶飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)主要包括軍航活動(dòng)計(jì)劃和通用航空飛行計(jì)劃。通常包括批次或航班號(hào)、航班性質(zhì)、架次、機(jī)型、起落機(jī)場(chǎng)、飛行高度、飛行路徑、活動(dòng)范圍、避讓要求等。其他空域用戶飛活動(dòng)對(duì)空管運(yùn)行影響非常大，空管單位會(huì)在其他空域用戶飛行計(jì)劃內(nèi)容提前評(píng)估活動(dòng)影響范圍及時(shí)間，進(jìn)行流量預(yù)戰(zhàn)術(shù)分析，確定是否采取流量管理措施。

流量預(yù)戰(zhàn)術(shù)階段數(shù)據(jù)空管流量管理部門會(huì)收集次日所轄范圍內(nèi)氣象條件、空域條件、設(shè)備設(shè)施等相關(guān)運(yùn)行要素，綜合機(jī)場(chǎng)容量、停機(jī)位飽和程度、扇區(qū)容量、航路航線限制、其他空域用戶活動(dòng)情況以及特殊情況等因素，進(jìn)行流量預(yù)戰(zhàn)術(shù)分析，確定次日是否采取流量管理措施，是否發(fā)布大面積航班延誤預(yù)警（簡(jiǎn)稱MDRS）。

2.3 航班執(zhí)行階段

飛行計(jì)劃報(bào)文數(shù)據(jù)主要包括：起飛報(bào)（簡(jiǎn)稱DEP報(bào)，DEP報(bào)包含航班實(shí)際起飛時(shí)間及應(yīng)答機(jī)、起落地）、落地報(bào)（簡(jiǎn)稱AAR報(bào)，ARR報(bào)提供實(shí)際落地時(shí)間、應(yīng)答機(jī)、起落地）、現(xiàn)行飛行變更報(bào)（簡(jiǎn)稱CPL報(bào)，當(dāng)航班在空中動(dòng)態(tài)發(fā)生改變時(shí)如返航備降、RVSM改變等，拍發(fā)CPL更新航班動(dòng)態(tài)信息）。

航跡數(shù)據(jù)主要包括一次雷達(dá)和二次雷達(dá)信號(hào)以及廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視信號(hào)等。

語(yǔ)音數(shù)據(jù)主要包括陸空通話數(shù)據(jù)以及各管制單位或部門通報(bào)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)。

機(jī)組及公司通報(bào)信息飛行中機(jī)組觀測(cè)到的信息（如不明飛行物、山火、氣球、無(wú)線電干擾、飛鳥、顛簸、雷雨等），飛行員將向管制員及時(shí)報(bào)告，由管制員對(duì)此類信息進(jìn)行記錄和處理。航空公司收到各類信息（如非法干擾、機(jī)載設(shè)備告警信息等）會(huì)通過(guò)電話向管制員及時(shí)報(bào)告，由管制員對(duì)此類信息進(jìn)行記錄和處理。

安全信息數(shù)據(jù)飛行中如果遇到不正常情況（故障、惡劣天氣、病人、油量緊張、顛簸等）需要繞飛、改變高度層、甚至返航備降的，飛行員在決策后將決定和原因及要求告訴管制員，由管制員指揮并向相關(guān)單位通報(bào)。返航備降的，相應(yīng)管制單位向沿途各部門拍發(fā)CPL報(bào)更新相關(guān)航班數(shù)據(jù)。

其他空域用戶活動(dòng)數(shù)據(jù)其他空域用戶開(kāi)始活動(dòng)后，向空管單位通報(bào)活動(dòng)開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、過(guò)點(diǎn)時(shí)間、具體避讓要求等。管單位會(huì)在根據(jù)活動(dòng)情況及時(shí)評(píng)估活動(dòng)實(shí)際影響情況，進(jìn)行流量戰(zhàn)術(shù)分析，確定是否采取流量管理措施。

流量戰(zhàn)術(shù)階段數(shù)據(jù)空管流量管理部門會(huì)根據(jù)流量預(yù)戰(zhàn)術(shù)分析預(yù)案、全國(guó)會(huì)商結(jié)果結(jié)合區(qū)域范圍內(nèi)流量和容量的動(dòng)態(tài)變化，確定是否采取以及修改流量管理措施，對(duì)相關(guān)空管單位發(fā)布流量控制，通常有高度限制、時(shí)間限制、空域限制等方式。流量控制要包含起始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、限制內(nèi)容和原因。

崗位值班數(shù)據(jù)管制員的值班情況以及值班時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)，可用于分析管制員工作負(fù)荷。

3 空管大數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀

通過(guò)對(duì)航班完整生命周期中所產(chǎn)生的各種空管數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單介紹，可以看出空管數(shù)據(jù)具有體量巨大、類型繁多、來(lái)源廣泛、時(shí)效性強(qiáng)的典型大數(shù)據(jù)特征。

這些空管數(shù)據(jù)來(lái)源渠道多，獲取較為零散。各數(shù)據(jù)使用的平臺(tái)和系統(tǒng)繁多，各子系統(tǒng)功能單一，系統(tǒng)間交互少。各類系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式繁雜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有語(yǔ)音數(shù)據(jù)、報(bào)文數(shù)據(jù)等，甚至有些數(shù)據(jù)是文本形式，不能被計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)化分析，這類數(shù)據(jù)需要管制員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在腦海里進(jìn)行對(duì)比和整合，個(gè)體差異性大?；A(chǔ)數(shù)據(jù)收集困難，分析整理頭緒多，預(yù)判風(fēng)險(xiǎn)手段單一等問(wèn)題。

總體而言，當(dāng)前民航空管系統(tǒng)對(duì)空管大數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)程度較低，數(shù)據(jù)的來(lái)源渠道多、交互性差、利用率低。

4空管大數(shù)據(jù)的分析及應(yīng)用

空管大數(shù)據(jù)不單單是指海量的空中交通活動(dòng)的信息，更強(qiáng)調(diào)信息能如何篩選和處理，因此對(duì)數(shù)據(jù)的收集和分析顯得至關(guān)重要。基于當(dāng)前的現(xiàn)狀，做好數(shù)據(jù)的收集和分析工作，我認(rèn)為需要做好下面幾點(diǎn)：

（1）做好空管大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分類，將各類數(shù)據(jù)根據(jù)需要分好類，當(dāng)前空管數(shù)據(jù)大體分成四類數(shù)據(jù)，即監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行數(shù)據(jù)、記錄儀數(shù)據(jù)和日志文件；

（2）在數(shù)據(jù)分類的基礎(chǔ)上，做好數(shù)據(jù)格式的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，便于數(shù)據(jù)的收集整理以及分析；

（3）做好各類空管大數(shù)據(jù)的整合和交互。優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法、多維建模等方式加強(qiáng)各類數(shù)據(jù)的整合利用；通過(guò)技術(shù)手段如建立民航廣域信息管理系統(tǒng)（SWIM）將所有傳感器系統(tǒng)、各級(jí)各類空管系統(tǒng)連接成有機(jī)的整體，構(gòu)建一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為中心的信息交換體系，增強(qiáng)各類空管數(shù)據(jù)的交互性。

（4）做好數(shù)據(jù)的權(quán)限控制并加以區(qū)別，同時(shí)增加必要的網(wǎng)絡(luò)安全措施，充分保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和安全性。

（5）針對(duì)不同的用戶的需求，允許用戶自由定制人機(jī)界面，提高圖像化程度，使數(shù)據(jù)更為直觀。

隨著民航業(yè)的飛速發(fā)展，空管大數(shù)據(jù)的應(yīng)用日益廣泛，比如：空域結(jié)構(gòu)優(yōu)化、空中交通流量管理、4D航跡、沖突探測(cè)及告警、飛行計(jì)劃及飛行流量統(tǒng)計(jì)、日志分析、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的方面等。5 結(jié)束語(yǔ)

大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用可以有效保障航空交通安全，目前空管系統(tǒng)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)于空中交通流量管理、空域管理、運(yùn)行監(jiān)控、保證飛行安全、提高空管運(yùn)行服務(wù)品質(zhì)等方面發(fā)揮了重要作用。同時(shí)，大數(shù)據(jù)技術(shù)也在不斷求新求變，為空中交通管理做出更大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]《美國(guó)空管大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究》作者：張晨 凌帆

[2]《民航空管大數(shù)據(jù)平臺(tái)研究與設(shè)計(jì)》 作者：孫利強(qiáng) 張榮

（作者單位：中國(guó)民用航空中南地區(qū)空中交通管理局）