智慧空管有多智慧

智慧民航建設作為“十四五”民航發(fā)展的主線，涉及民航發(fā)展的全領域、全主體、全要素、全周期。本文擬從建設目標、組成架構、運行概念、運行場景和發(fā)展路徑等方面介紹智慧空管的初步成果。

智慧民航建設作為“十四五”民航發(fā)展的主線，涉及民航發(fā)展的全領域、全主體、全要素、全周期。其中，智慧空管需要我們搶抓新一輪科技革命機遇，加速實現(xiàn)新一代信息通信技術與民航空管系統(tǒng)的深度融合，實現(xiàn)對空管系統(tǒng)安全、運行、服務等需求做出數(shù)字化處理、智能化響應和智慧化支撐，以智慧促安全、以智慧促運行、以智慧促服務，推動實現(xiàn)智慧空管。本文擬從建設目標、組成架構、運行概念、運行場景和發(fā)展路徑等方面介紹智慧空管的初步成果。

智慧空管建設目標

智慧空管的智慧究竟要體現(xiàn)在哪里呢？未來的建設目標又是什么呢？總結下來，彈性敏捷適變、數(shù)據(jù)匯聚賦能、廣泛協(xié)同交互、融合一體運行、科學智能決策等五條基本可以覆蓋未來智慧空管的建設方向。

面對航空業(yè)快速發(fā)展變化，各類運行挑戰(zhàn)日益復雜困難，航班運行需求呈現(xiàn)差異化、多樣性、易變性等特點。通過技術驅動，使得空管的職能邊界、運行流程、支撐條件、能力要求等能夠彈性、敏捷、快速地變化以適應不同時期、不同地域、不同需求的運行挑戰(zhàn)。

數(shù)據(jù)是運行管理的“血液”，通過建設一批通信、導航、監(jiān)視、氣象、情報等新型數(shù)字化基礎設施，統(tǒng)一規(guī)劃建設各級各地的數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)中臺、數(shù)據(jù)倉庫等，拓展感知范圍，并形成海量數(shù)據(jù)治理能力，用數(shù)據(jù)說話，以數(shù)據(jù)驅動運行服務、業(yè)務流程、決策規(guī)劃等轉型升級，實現(xiàn)空管體系的數(shù)字化賦能。

基于統(tǒng)一兼容的數(shù)據(jù)交換標準和運行規(guī)范，形成一致的信息互操作語義，有效銜接不同運行主體之間的運行流程，實現(xiàn)空地、軍民、國內與國際、多級管制單位、空管-機場-航司、民航與其他交通行業(yè)等多方之間的高效協(xié)同互操作運行。

通過信息融合、系統(tǒng)融合和運行融合，突破傳統(tǒng)專業(yè)和系統(tǒng)界限，減少部門間協(xié)調，構建一種全新的一體化、互用式的空管運行模式，無縫銜接流量管理、排序管理、管制指揮全流程，服務航班“門到門”的運行，實現(xiàn)國際民航組織推薦的ATM（空中交通管理）概念。

基于海量數(shù)據(jù)賦能，充分運用各種智能化新技術，打造空管“智慧中樞”，培育面向復雜運行環(huán)境的計算推理、趨勢預測、規(guī)律發(fā)現(xiàn)、科學決策等能力，實現(xiàn)對體系內各級各類一線運行人員和管理者的決策支持。

智慧空管組成架構

目前的研究表明，智慧空管組成架構大致是：通過智慧技術賦能智慧設施、智慧管理、智慧安全、智慧協(xié)同，共同支撐智慧運行和智慧服務。

智慧技術是指通過智慧技術應用，全面賦能新技術裝備，助力智慧空管建設中各目標的實現(xiàn)。當前，賦能技術主要以云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動互聯(lián)網(wǎng)、5G、北斗、區(qū)塊鏈、量子計算等信息通信技術為代表，結合其他基礎領域，如導航、新材料、航空器、控制、機器人、管理學、心理學、社會學等，通過智慧空管各種賦能技術的應用，全面賦能新技術裝備，助力智慧空管建設中各目標的實現(xiàn)。

智慧設施是指通過基礎設施建設，構筑全面泛在感知和廣域協(xié)同交互的能力。智慧設施包括感知互聯(lián)系統(tǒng)和支撐平臺兩部分，感知互聯(lián)系統(tǒng)通過建設包括通信設備、導航設備、監(jiān)視設備、氣象設備、民航通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等在內的感知互聯(lián)系統(tǒng)，構筑全面泛在感知和廣域協(xié)同交互能力，融入全域數(shù)字化資源的泛在網(wǎng)絡，為相關方提供網(wǎng)絡化互聯(lián)的“感知互聯(lián)底座”。支撐平臺包括 SWIM 廣域信息交換平臺、空管資源管理平臺、空管云平臺、空管大數(shù)據(jù)平臺、協(xié)商平臺、運行監(jiān)控平臺、民航一體化運行平臺等在內的通用平臺，集聚行業(yè)內外優(yōu)勢資源，統(tǒng)籌關鍵核心能力，發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢，實現(xiàn)多方高效協(xié)同運行。

智慧管理是指以數(shù)據(jù)賦能為驅動、以流程優(yōu)化為核心，創(chuàng)新管理形態(tài)，提升綜合管理能力。

智慧安全是指通過構建集中監(jiān)管、分級監(jiān)控的整體安全管理體系，實現(xiàn)信息安全、網(wǎng)絡安全、服務安全、運行安全、運維安全、平臺安全、戰(zhàn)略安全等內容，為智慧空管提供全方位、多要素的安全運行保障。

智慧協(xié)同是指通過空管行業(yè)內的協(xié)同以及與外部的協(xié)同，形成“內外雙協(xié)同”機制，提升智慧空管運行效率。智慧協(xié)同是智慧空管的重要智慧手段和能力倍增器。內協(xié)同是指空管各地區(qū)、分局、場站以及各部門的多層級架構，要求體系內多方高效配合，協(xié)調各類資源按需科學調配。

外協(xié)同是空管部門與機場、航空公司、軍方、通航用戶、周邊國家、國際組織等多個利益相關方，通過一致、高效的信息交換加強協(xié)同，一是支撐保障我國軍事國防、經濟建設、社會發(fā)展等內循環(huán)重大需求，練好內功;在此基礎之上，發(fā)揮我國航空大國、航空強國的影響力，引領地區(qū)以及國際航空領域標準、規(guī)則與法律法規(guī)的制定，掌握航空發(fā)展主導權。

智慧運行是指統(tǒng)籌各方資源，智能調配各種保障能力，通過智慧管制、智慧流量和智慧空域有效結合，實現(xiàn)安全高效、精準可預測、綠色經濟的一體化智慧運行。

智慧服務是指通過不同的服務架構，面向空管系統(tǒng)內外提供彈性、敏捷、靈活、智能的服務，具體包括智慧氣象、智慧情報、智慧通航三方面內容。

智慧空管運行概念

智慧空管運行應該是一個基于面向多元需求的運行，以最大化保障多元用戶的需求為目標，針對有人機/無人機運行、臨近空間運行、高速/低速運行、管制/非管制運行等不同運行需求，通過智慧手段打造差異化服務能力，優(yōu)化服務流程，提供不同等級、形式、內容的服務，構建新型運行保障體系，面向多元用戶空中服務需求靈活配置資源。

針對空管運行保障的各個業(yè)務環(huán)節(jié)、業(yè)務類型和決策需求進行數(shù)字化轉型，形成空管領域數(shù)據(jù)積累與數(shù)據(jù)資產，打造數(shù)字化平臺，改變當前依靠個人經驗定性“拍板”決策的方式，依靠數(shù)據(jù)科學定量決策，優(yōu)化現(xiàn)有運行流程，為達到更高能力的智慧運行水平奠定基礎。

建立多方協(xié)同會商機制，通過智慧手段增強系統(tǒng)級的協(xié)同運行能力，減少人工協(xié)調的隨意性、差異性，暢通軍民航、空管、機場和航空公司等各方的信息和決策通道，增強地地協(xié)同、空地協(xié)同能力，提升軍民協(xié)同、地區(qū)間協(xié)同、國家間協(xié)同水平，形成協(xié)同高效的運行體系。

以全局運行效能最優(yōu)為目標，以網(wǎng)絡化TBO（基于航跡的運行）運行能力為基礎，以每架航空器全生命周期航跡管理為抓手，從戰(zhàn)略、預戰(zhàn)術、戰(zhàn)術三個不同階段切入，形成流量管理、排序管理、管制指揮一體化運行的服務模式，減少多層級服務不連續(xù)導致的空間與時間資源浪費，實現(xiàn)ICAO推薦的ATM運行概念。

隨著科技進步，具有人工智能的系統(tǒng)和設備更廣泛地參與到空管運行中，需要重新鑒定管制員與智能化系統(tǒng)的關系，優(yōu)化未來管制運行的模式，推動空管運行從“以人為主”，發(fā)展到“人機共治”，再到“機主人輔”，降低管制員工作負荷，提升系統(tǒng)運行效能和安全水平，最終實現(xiàn)智能化、智慧化運行。

智慧空管發(fā)展路徑

2021年是“十四五”建設開局之年，研究組在充分調研當前的空管運行現(xiàn)狀與客觀技術條件基礎上，制定了智慧空管的發(fā)展路徑。智慧空管的發(fā)展不能一蹴而就，應循序漸進，需要充分調研、全面論證、積極試點探索并穩(wěn)妥推進，適時調整以響應行業(yè)需求的發(fā)展和變化，根據(jù)技術成熟度水平，不斷進行發(fā)展路徑的迭代。

發(fā)展路徑的總體思路是近期目標積極穩(wěn)妥，可指導“十四五”期間的空管體系建設與能力提升;中期目標適度超前，助力多領域民航強國建設，并根據(jù)第一階段發(fā)展情況及時進行調整;遠期目標科學前瞻，以體現(xiàn)未來空管、航空業(yè)發(fā)展趨勢為主，并適時調整變化。

近期（2021-2025）以數(shù)字化、平臺化為目標，重點突破新型基礎設施建設，形成一套以數(shù)據(jù)中心為核心的新型基礎設施（支撐）平臺，構建一個天空地一體化的CNS網(wǎng)絡;搭建數(shù)字化平臺，增強數(shù)字治理能力，優(yōu)化全民航運行協(xié)調的流量管理系統(tǒng);打造信息共享平臺，改進業(yè)務模塊和業(yè)務運行方式。

新型基礎設施建設主要針對新技術在通信、導航和監(jiān)視方面的技術改進和完善。通過航空寬帶通信和5G通信技術打造智慧空管的新型通信設施;通過北斗系統(tǒng)、GBAS/SBAS/ABAS打造新型導航設施;通過相控陣雷達、圖像識別和場面監(jiān)視打造新型監(jiān)視設施。通過構建天空地一體化的通信導航監(jiān)視等傳感設施網(wǎng)絡，構成未來智慧空管運行的“神經末梢”，實現(xiàn)全面透徹感知、寬帶泛在互聯(lián)、智能協(xié)同運行等能力。

增強數(shù)據(jù)治理能力，通過數(shù)字化轉型建設，統(tǒng)一全國各地各級的數(shù)據(jù)資產目錄清單與體系標準，存儲并治理生產運行過程中產生的各類數(shù)據(jù)，形成可觀的數(shù)據(jù)資產目錄。建設全國數(shù)據(jù)中心，構建一套以數(shù)據(jù)為核心的業(yè)務管理體系。

建立系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換標準，搭建運行信息交換共享平臺，實現(xiàn)管制、流量、空域、氣象、情報、通航、設施設備等信息交換。

中期（2026-2035）以智能化、協(xié)同化為目標，重點提升運行的自動化和智能化水平，具有較強能力的資源統(tǒng)一集中分配能力，保障多元混合需求運行。初步形成綜合的ATM管理平臺，完成以動態(tài)容量評估、智能流量管理、自主間隔管理等技術為支撐的資源集中配置系統(tǒng)，構建一個靈活精細、高效協(xié)同的空域管理系統(tǒng)，形成一套定義清晰、可互操作的運行標準體系和軍民航協(xié)同運行機制。

動態(tài)容量和智能流量管理形成高效容流匹配機制。精準掌握空域容量的動態(tài)變化，利用智能決策技術將流量在時間和空間上分配在可用空域資源中。

多模式自主間隔管理針對不同類型運行需求和不同類型航空器性能，在涉及到不確定因素干擾、多方信息協(xié)同決策以及多種自動化設備融合等條件下，使用航跡沖突優(yōu)化管理技術，進行高效的間隔計算和控制。

在綜合ATM管理平臺中，設計管制員畫像庫實現(xiàn)對管制員能力的精準掌控，并獲取空域資源的時空屬性，打造滿足4D航跡運行的資源配置系統(tǒng)。

從國家統(tǒng)一管制、軍民融合運行發(fā)展的角度出發(fā)，針對全球空管一體化發(fā)展需求，結合國內外空管標準現(xiàn)狀，兼容軍民航各自標準規(guī)范要求，綜合考慮新一代信息技術在空管中的應用，形成一套支撐軍民航融合運行、兼容跨國互操作的智慧空管運行標準體系和運行機制。

遠期（2036-2050）以智慧化、自主化為目標，構建以全面感知、泛在互聯(lián)、智能決策和實時響應的智慧體系。圍繞智慧空管的建設，打造以全4D航跡為基礎的中央集中統(tǒng)一管理系統(tǒng)，形成一套高度精細化、智慧化的空管自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)基于效能的運行，解決高密度復雜運行問題，實現(xiàn)量序跡一體化融合運行。

在運行方面，實現(xiàn)秒級飛行控制過程，由地面超級計算核心實施精準計算和管制，空中航空器執(zhí)行管制指令，達到整體運行最優(yōu)。在系統(tǒng)方面，完成智慧化ATM運行的態(tài)勢感知、決策優(yōu)化、復雜度控制、快速推演預測以及多重應急干預機制等諸多關鍵技術的研究和應用，逐步實現(xiàn)智慧化ATM運行。（本文摘自中國民航局空管局技術中心《智慧空管研究報告》）