基于飛行計(jì)劃集中處理的FIXM模型的應(yīng)用研究

向征

摘要：隨著民航運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，航班數(shù)量越來越多，飛行計(jì)劃信息和數(shù)據(jù)的空前擴(kuò)大，為保證這些信息和數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行高效、規(guī)范、安全地傳輸和共享，需要對(duì)飛行數(shù)據(jù)交換模型（FIXM）與飛行計(jì)劃進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)新，以便在未來更好地發(fā)揮廣域信息系統(tǒng)相互協(xié)同工作的能力。在基于飛行計(jì)劃集中處理的基礎(chǔ)下，對(duì)FIXM模型展開應(yīng)用研究，F(xiàn)IXM模型與飛行計(jì)劃集中處理有機(jī)的結(jié)合起來，通過XML格式文件實(shí)現(xiàn)用戶、公司、機(jī)場(chǎng)、空管之間的信息傳遞與共享，從而提高空管自動(dòng)化水平，提高航跡的可預(yù)測(cè)性，提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的容量。為未來民航的發(fā)展新模式提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：飛行計(jì)劃集中處理;FIXM;擴(kuò)展飛行計(jì)劃;應(yīng)用研究

Abstract： With the civil aviation transportation industry rapid development， the flight number is increasing， the flight information and data are increasing. In order to ensure that the information and data can be efficient， standardized， safe transmission and sharing， it needs to apply Flight Information Exchange Model （FIXM） with the flight plan， in order to better play to the Wide-area Information System in the future ability to work with each other. Under the basis of centralized processing based on flight plan， the application study of the FIXM is carried out， and the FIXM and the flight plan centralized processing are organically combined to realize the transmission and sharing of information between users， companies， airports and air traffic controllers through XML format files， and by extending the sample analysis of flight plans. The result is that by using the extended flight plan， the flight safety can be enhanced， air traffic automation can be improved， the workload of the computer can be reduced， the predictability of the track can be improved， and the capacity of the entire network can be improved. It provides a theoretical basis for the development of new models of civil aviation in the future.

0? 引言

2012年，F(xiàn)AA將廣域信息系統(tǒng)的概念層次從的三個(gè)層次（NextGen應(yīng)用層、SWIM信息傳遞基礎(chǔ)設(shè)施層、FTI IP backbone）增加到四層次，新增的層面是數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)包括飛行數(shù)據(jù)交換模型（FIXM）、航空情發(fā)展報(bào)交換模型（AIXM）、氣象數(shù)據(jù)交換模型（WXXM）。三個(gè)子項(xiàng)目均在有條不紊地持續(xù)發(fā)展中。同年，SESAR開始實(shí)施第一步計(jì)劃原型驗(yàn)證，主要包括飛行目標(biāo)數(shù)據(jù)（FOD）的分配、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的發(fā)布和訂閱、拓展NOP B2B的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[1]。

為切實(shí)提高民航信息化水平，國際上優(yōu)先發(fā)展的是廣域信息系統(tǒng)。其中，數(shù)據(jù)交換模型（FIXM）尤為突出，其主要包括飛行計(jì)劃、飛行性能、航空器空中動(dòng)態(tài)位置、航空器運(yùn)行的4D信息等數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，飛行計(jì)劃集中處理也迎來了新的研究發(fā)展。其中FIXM包含了飛行計(jì)劃，兩者之間必然存在著聯(lián)系。所以，我國亟需在原有的模式基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新研究，將兩者有機(jī)的結(jié)合。

本文主要是將FIXM模型與飛行計(jì)劃集中處理有機(jī)結(jié)合，在FIXM模型中，將電報(bào)的相關(guān)信息內(nèi)容通過XML格式在廣域信息系統(tǒng)中進(jìn)行傳遞，實(shí)現(xiàn)民航相關(guān)單位之間的信息共享。

1? 飛行計(jì)劃集中處理概述

飛行計(jì)劃是指航空器重復(fù)性飛行數(shù)據(jù)和非重復(fù)性飛行計(jì)劃的統(tǒng)稱[2]，飛行計(jì)劃處理是現(xiàn)如今空中交通管理的核心任務(wù)。飛行計(jì)劃的集中處理主要是為了實(shí)現(xiàn)飛行計(jì)劃的統(tǒng)一申請(qǐng)、生成、更新，以及解決飛行計(jì)劃帶來的一致性和完整性問題，為區(qū)域內(nèi)提供精確統(tǒng)一的信息傳遞服務(wù)[3]。

我國飛行計(jì)劃集中處理主要依托是所建立“1個(gè)中心、5個(gè)系統(tǒng)”的民航信息網(wǎng)，它在民航信息網(wǎng)中扮演著重要的角色，它是保證航班運(yùn)行全流程安全和確保民航單位之間重要信息交流的的主要支撐[4]。目前，我國已建立了北京、上海兩個(gè)飛行計(jì)劃處理中心，統(tǒng)一進(jìn)行全國的飛行計(jì)劃業(yè)務(wù)管理。在全國民航空域的指定所有飛行任務(wù)，航空器營(yíng)運(yùn)人將飛行計(jì)劃通過領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)提交給指定的電報(bào)收發(fā)單位，其中這些飛行計(jì)劃必須先由全國兩個(gè)飛行計(jì)劃處理中心來按照分工進(jìn)行審核處理，然后再按照航空器營(yíng)運(yùn)人或其代理人要求發(fā)送到指定的管制單位。

2? FIXM模型概述

2.1 FIXM的組成部分

2.1.1 FIXM概念模型

FIXM概念模型使用統(tǒng)一建模語言（UML）來描述FIXM在使用中航班信息和空中交通流量信息交換所涉及的場(chǎng)景。概念模型最主要的作用就是描述運(yùn)行環(huán)境中的各因素之間的關(guān)系，與此同時(shí)，F(xiàn)IXM概念模型必須保持與FF-ICE之間緊密聯(lián)系和對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.1.2 FIXM邏輯模型

FIXM邏輯模型較于概念模型更為具體，邏輯模型主要通過從技術(shù)層面角度描述航班信息在系統(tǒng)之間的交換，例如空—地交換。FIXM邏輯模型的強(qiáng)大之處便是它能夠準(zhǔn)確定位外部運(yùn)行環(huán)境對(duì)信息數(shù)據(jù)實(shí)體的各種限制條件。

2.1.3 FIXM XML范式

FIXM XML范式是通過XML語言將FIXM邏輯模型中的結(jié)構(gòu)體具體描述出來，又稱FIXM 物理模型。FIXM物理模型是FIXM邏輯模型的擴(kuò)展，通過FIXM邏輯模型擴(kuò)展而來的FIXM物理模型將可以支持空—地之間的數(shù)據(jù)交換，其內(nèi)容和格式將遵照FIXM管理中有關(guān)規(guī)則以確保其各方面的安全性和效率。

2.2 XML概述

XML全稱是Extensible Markup Language，中文可翻譯為可擴(kuò)展標(biāo)記語言。XML是一種語言，其主要用于傳輸數(shù)據(jù)。它不僅能夠提供關(guān)于數(shù)據(jù)內(nèi)容自身的信息，而且能偶對(duì)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，XML數(shù)據(jù)庫還額外提供了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析能力。簡(jiǎn)而言之，XML具有使用簡(jiǎn)單、可自定義標(biāo)記等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍十分寬闊。

XML格式非常適合作為飛行數(shù)據(jù)模型的格式是因?yàn)樗且环N能兼容各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式，并且它還能夠簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)傳輸、共享，從而達(dá)到跨平臺(tái)交流等特點(diǎn)。其中，F(xiàn)IXM是以XML格式為數(shù)據(jù)傳輸為基礎(chǔ)。

2.3 飛行目標(biāo)數(shù)據(jù)

FIXM簡(jiǎn)而言之，其實(shí)就是一種飛行信息交換模型，用于捕獲全球標(biāo)準(zhǔn)化的飛行和流量信息，其目的是為了對(duì)組成一個(gè)航班的所有信息進(jìn)行統(tǒng)一的定義，并且是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)更加明確。FIXM模式能夠使得與飛行相關(guān)的各部門單位能夠在統(tǒng)一的飛行數(shù)據(jù)模式下進(jìn)行無縫的工作管理。FIXM體系結(jié)構(gòu)主要有以下三種：①ISO 19100系列標(biāo)準(zhǔn);②“核心數(shù)據(jù)+拓展數(shù)據(jù)”模式;③基于FIXM的飛行數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。

基于FIXM的飛行數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)圍繞飛行目標(biāo)數(shù)據(jù)（FOD）展開，飛行數(shù)據(jù)的共享和交換實(shí)際上是FOD的傳輸。FOD是運(yùn)用XML對(duì)每個(gè)航班生成一個(gè)符合標(biāo)準(zhǔn)的飛行目標(biāo)數(shù)據(jù)文件塊。系統(tǒng)根據(jù)空中交通管理部門提交的飛行計(jì)劃，按照全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一架次的航班生成FOD;根據(jù)空管AFTN網(wǎng)絡(luò)、二次雷達(dá)、ADS-B、場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)信息、航空公司的ACARS系統(tǒng)信息、機(jī)場(chǎng)的地面機(jī)位運(yùn)行控制系統(tǒng)等信息，對(duì)每架次飛行FOD進(jìn)行實(shí)時(shí)更新、修訂和管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)每架次飛行的整個(gè)飛行動(dòng)態(tài)的全過程監(jiān)控[5]。

3? 擴(kuò)展飛行計(jì)劃的應(yīng)用研究

3.1 擴(kuò)展飛行計(jì)劃概述

當(dāng)前航空器基于4D航跡的運(yùn)行需要一種新型的飛行計(jì)劃，因此網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)需要自動(dòng)訪問越來越多有關(guān)飛行計(jì)劃的數(shù)據(jù)，并將其集成到網(wǎng)絡(luò)管理計(jì)算機(jī)計(jì)劃和實(shí)時(shí)航跡追蹤系統(tǒng)中。因此需要一種最好的飛行計(jì)劃格式并且能夠?qū)w行計(jì)劃集成到當(dāng)前的飛行計(jì)劃設(shè)施中。為解決上述問題，提出了擴(kuò)展飛行計(jì)劃方案，將4D飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)集成到網(wǎng)絡(luò)管理計(jì)算機(jī)的飛行計(jì)劃接收和分發(fā)系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)了空域用戶和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)之間的4D航跡信息交換。

擴(kuò)展飛行計(jì)劃是領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)（FPL）的延伸，在FPL的基礎(chǔ)上需要添加空域用戶的新信息，包括：①由飛行運(yùn)控中心飛行計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算的4D航跡（已提交的航跡），用于支持運(yùn)行飛行計(jì)劃的生成。4D航跡信息不局限于4D航路點(diǎn)，它包含航跡上每個(gè)航路點(diǎn)的附加元素，如航空器的速度和重量，以及特定飛行性能數(shù)據(jù)，包括預(yù)測(cè)的航空器飛行時(shí)的爬升和下降剖面;②航空器的性能數(shù)據(jù)：航空器的爬升和下降性能。

3.2 飛行計(jì)劃集中處理的FIXM模型應(yīng)用

FIXM模型是航班信息表示格式和交換模型，它主要是對(duì)航班信息進(jìn)行建模，但沒有給出規(guī)定的信息交換的傳輸格式。即FIXM只能表示航班信息的內(nèi)容。

FIXM模型應(yīng)用主要是：航空器營(yíng)運(yùn)人或其代理人通過內(nèi)容格式將FIXM模型中的航班信息直接提交給指定電報(bào)收發(fā)單位，其中這些飛行計(jì)劃必須先由全國兩個(gè)飛行計(jì)劃處理中心來按照分工進(jìn)行審核處理，然后再按照航空器營(yíng)運(yùn)人或其代理人要求發(fā)送到指定的管制單位。飛行計(jì)劃集中處理與FIXM模型有機(jī)結(jié)合能夠大大提高傳遞和交換相關(guān)的航班信息及報(bào)文信息的效率，從減少資源浪費(fèi)。

3.3 擴(kuò)展飛行計(jì)劃樣例分析

本文通過擴(kuò)展飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)（XML格式）中的部分內(nèi)容進(jìn)行樣例分析。通過擴(kuò)展飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)得到：擴(kuò)展飛行計(jì)劃的中心對(duì)象是FIXM邏輯模型，關(guān)于航班的所有信息組包含那些邀請(qǐng)擴(kuò)展飛行計(jì)劃遵循的規(guī)范內(nèi)容。選取的擴(kuò)展飛行計(jì)劃包含航班類型，其中分為：目的地類型的機(jī)場(chǎng);航機(jī)航路的類型;飛行性能數(shù)據(jù)類型;其他信息類型。其他信息類型又包含了：擴(kuò)展飛行計(jì)劃特殊處理代碼類型、ID類型;總預(yù)計(jì)持續(xù)時(shí)間類型。例如：總預(yù)計(jì)經(jīng)過時(shí)間，對(duì)于儀表飛行規(guī)則（IFR）飛行，經(jīng)過時(shí)間要求從起飛至到達(dá)的制定位置航路點(diǎn)，由涉及的導(dǎo)航輔助裝置規(guī)定，從一個(gè)儀表進(jìn)近程序開始，或如果沒有導(dǎo)航輔助設(shè)備與目的地機(jī)場(chǎng)相關(guān)。

擴(kuò)展飛行計(jì)劃主要就是依靠FIXM模型中邏輯模型的這些特殊能力將飛行計(jì)劃集中處理更好地應(yīng)用于我國民航事業(yè)的發(fā)展，通過使用擴(kuò)展飛行計(jì)劃能夠增強(qiáng)航班運(yùn)行的安全性，提高空管自動(dòng)化程度，減少計(jì)算機(jī)的工作量，提高航跡的可預(yù)測(cè)性，提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的容量。為未來民航的發(fā)展新模式提供了理論依據(jù)。

4? 結(jié)束語

通過在飛行計(jì)劃集中處理下的FIXM模型應(yīng)用研究，將FIXM模型與飛行計(jì)劃集中處理有機(jī)的結(jié)合起來，從而得到使用擴(kuò)展飛行計(jì)劃能夠增強(qiáng)航班運(yùn)行的安全性，提高空管自動(dòng)化水平，減少計(jì)算機(jī)的工作量，提高航跡的可預(yù)測(cè)性，提升整個(gè)廣域信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的容量，為未來民航的發(fā)展新模式提供了借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐佳.基于SWIM的飛行數(shù)據(jù)交換模型研究[D].中國民用航空飛行學(xué)院，2015.

[2]Air Traffic Management. ICAO. DOC4444-ATM/501（15th Edition）-2007. 2007.

[3]張明偉.民航華北地區(qū)飛行計(jì)劃一體化處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京：南京理工大學(xué)，2006.

[4]趙鳳娟.飛行計(jì)劃集中處理在空管的應(yīng)用分析[J].民航管理，2017（6）：65-66.

[5]徐佳.基于FIXM的飛行數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)研究[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2017（01）：94-96.