讓空管系統(tǒng)更“聰明”

賴懿

智慧民航建設(shè)是新時(shí)期民航業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的大課題，而在智慧民航建設(shè)中，智慧空管的建設(shè)又是重中之重。近年來，隨著航空運(yùn)輸量的持續(xù)增長和飛行活動(dòng)的日趨多元化，空域運(yùn)行態(tài)勢(shì)也日漸復(fù)雜多變，過去傳統(tǒng)的陸基、區(qū)域分立式、運(yùn)行粗放式的空管系統(tǒng)已無法滿足行業(yè)發(fā)展的需要，以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，融合多種類型的信息收集、互聯(lián)互通、智能化的智慧空中交通管理系統(tǒng)，成為行業(yè)未來發(fā)展的主要方向。

智慧空管設(shè)想

空中交通管理系統(tǒng) （ATMS），是指利用多種管理工具，通過對(duì)多架次飛機(jī)的起降與航行進(jìn)行管理，維護(hù)和促進(jìn)空中交通安全，保障空中交通秩序與空中交通順暢的管理系統(tǒng)。

“十二五”期間，我國空管共保障航班起降3391萬架次，比前一個(gè)五年增長了61.7%。預(yù)計(jì)到2020年，我國運(yùn)輸飛機(jī)數(shù)量將達(dá)到4600架，每年航班起降1300萬架次，年人均出行0.5次。這使得傳統(tǒng)空管系統(tǒng)在大密度航班的管理環(huán)境下無法積極有效地應(yīng)對(duì)，嚴(yán)重威脅到空中交通的安全性和效率。

在此背景下，如何將互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)創(chuàng)新成果與新一代航空技術(shù)相融合，推動(dòng)傳統(tǒng)空管向智慧空管過渡是行業(yè)亟須解決的問題。

放眼國外，歐美航空發(fā)達(dá)國家已經(jīng)利用新技術(shù)開發(fā)了不少新的空中交通管理系統(tǒng)和解決方案，其中一些正處于試驗(yàn)階段，一些已處于推廣和使用階段。例如，美國空管利用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立了國家飛行數(shù)據(jù)中心和流量系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，法國泰雷茲公司利用語言識(shí)別、觸摸屏等人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了管制服務(wù)的智能化。

在我國，空中交通管制目前主要以雷達(dá)管制為主，空中交通管理系統(tǒng)的主要特征之一是數(shù)字化，即利用各類地空數(shù)據(jù)鏈，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)與地面空管系統(tǒng)之間的數(shù)字化管理與指揮。十幾年前，空管局就開始實(shí)施民航數(shù)字空管工程，數(shù)字化起飛前放行技術(shù)（DCL）和數(shù)字化航站自動(dòng)情報(bào)服務(wù)技術(shù)（D-ATIS）是其中的兩類代表性技術(shù)。DCL主要解決人工話音預(yù)放行服務(wù)中出現(xiàn)的通信頻道擁擠、話音歧義等問題，可以大幅降低管理員、飛行員的工作強(qiáng)度和工作壓力，提高安全性。D-ATIS技術(shù)則利用合成語音和數(shù)據(jù)鏈兩種方式，將機(jī)場(chǎng)氣象、跑道狀況等信息自動(dòng)上傳到飛機(jī)，能顯著提高大型機(jī)場(chǎng)管制服務(wù)效率和信息服務(wù)水平。截至2018年，我國44個(gè)繁忙機(jī)場(chǎng)都采用了DCL和D-ATIS技術(shù)。

但是，這些技術(shù)的使用只是讓我國空管系統(tǒng)達(dá)到了“半自動(dòng)化”水平。例如，實(shí)現(xiàn)管制指揮功能的管制自動(dòng)化系統(tǒng)，并非真正實(shí)現(xiàn)了“自動(dòng)化”，而是實(shí)現(xiàn)了監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行計(jì)劃等數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理，實(shí)際的管理指揮還得依賴管理員的操作。因此，未來要實(shí)現(xiàn)以智慧鏈為主的科學(xué)管制，則必須經(jīng)過智慧空管的過渡。

根據(jù)中國民航局的初步設(shè)想，未來智慧空管的整個(gè)系統(tǒng)將由感知層、基礎(chǔ)設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)、應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)、決策處理平臺(tái)等部分組成。在系統(tǒng)中，感知層作為智慧空管的神經(jīng)末梢，起到收集信息數(shù)據(jù)的作用，主要通過在管制中心、機(jī)場(chǎng)、航路等各個(gè)與飛行相關(guān)設(shè)施中的加裝雷達(dá)、監(jiān)視系統(tǒng)、探頭、傳感器、射頻標(biāo)簽等設(shè)施來搜集飛行狀態(tài)、外部環(huán)境等一系列與飛行相關(guān)的數(shù)據(jù)。然后，通過互聯(lián)網(wǎng)、無線通訊技術(shù)、空管部門的局域網(wǎng)等物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，將信息傳遞至應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)。應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行分析處理后，將分析結(jié)果進(jìn)一步上報(bào)至決策處理平臺(tái)。決策處理平臺(tái)通過大數(shù)據(jù)算法選出最優(yōu)的空域、流量管理方案。

從平臺(tái)層面來看，在智慧空管系統(tǒng)運(yùn)行過程中，離不開一系列信息化平臺(tái)的有力支撐。通過信息化平臺(tái)，智慧空管系統(tǒng)可以處理多種搜集而來的信息和數(shù)據(jù)，為智能化決策提供保障。

智慧空管系統(tǒng)主要涉及空中交通服務(wù)平臺(tái)、飛行流量管控平臺(tái)和空域信息管理平臺(tái)三大部分?？罩薪煌ǚ?wù)平臺(tái)由塔臺(tái)和進(jìn)近管制服務(wù)終端控制系統(tǒng)組成，主要作用在于對(duì)航空器的起降和航行進(jìn)行管理，從而確保空中交通秩序與安全。

飛行流量管控平臺(tái)利用系統(tǒng)內(nèi)各部分信息的綜合處理協(xié)同決策模式，通過物聯(lián)網(wǎng)將多種數(shù)據(jù)接入來提升數(shù)據(jù)間的交互性，對(duì)空情狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測(cè)與評(píng)估，測(cè)算空域內(nèi)航班的數(shù)量與密度，最大限度地保障并優(yōu)化機(jī)場(chǎng)、空域流量的利用率。

空域信息管理平臺(tái)主要面向空域需求，對(duì)空域使用進(jìn)行管理，保障空域利用達(dá)到經(jīng)濟(jì)性與安全性的平衡?？沼蛐畔⑵脚_(tái)依托物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)庫中歷史數(shù)據(jù)的全面分析，結(jié)合當(dāng)前空域利用狀態(tài)，設(shè)計(jì)出安全、高效的空域利用方案。

未來發(fā)展趨勢(shì)

為了支撐民航業(yè)快速發(fā)展，圍繞智慧空管建設(shè)，我國已經(jīng)開始了諸多基礎(chǔ)技術(shù)研究。

2013年，國家自然科學(xué)基金委出臺(tái)“空間信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”重大研究計(jì)劃，組織開展空天地一體化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究。在該計(jì)劃的支持下，我國在“空間信息網(wǎng)絡(luò)模型與高效組網(wǎng)機(jī)理”、“空間動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)高速傳輸理論與方法”、“空間信息稀疏表征與融合處理”等領(lǐng)域有了重大突破。

在加快基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)的同時(shí)，中國民航局也通過與國際民航組織合作，積極學(xué)習(xí)、借鑒其他國家和地區(qū)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)。在首屆亞太地區(qū)民航部長級(jí)會(huì)議上，中國民航局倡議亞太地區(qū)各國將空中航行納入國家規(guī)劃，在2022年前推進(jìn)“亞太無縫空管計(jì)劃”的實(shí)施。

該計(jì)劃實(shí)施的重點(diǎn)包括：基于性能的導(dǎo)航（PBN）、廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視技術(shù)（ADS-B）應(yīng)用、空中流量協(xié)同決策（CDM）、航空情報(bào)管理系統(tǒng)（AIM）等。這些技術(shù)的應(yīng)用與推廣對(duì)于保障地區(qū)空中交通運(yùn)行安全、提高運(yùn)行效率將有顯著的作用。

此外，中國民航局還倡議建立亞太地區(qū)航行技術(shù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織。歷史上，美國航空無線電技術(shù)委員會(huì) （RTCA）和歐洲民用航空設(shè)備協(xié)會(huì)（EUROCAE）在民航新技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用以及推廣等方面發(fā)揮了巨大的作用，亞太地區(qū)作為全球民航業(yè)發(fā)展最活躍的地區(qū)，卻缺乏這樣的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織。從長遠(yuǎn)來看，亞太地區(qū)航行技術(shù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織的建立，將對(duì)該地區(qū)民航運(yùn)輸業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展起到積極的作用。