智慧空管建設(shè)的幾點建議

民航西北空管局 趙冠楠

近年來打造“智慧民航”成為熱點話題。建設(shè)“智慧民航”首先必須實現(xiàn)“智慧空管”。本文研究了“智慧空管”是“智慧民航”的重要組成部分以及其發(fā)展需求，論述了國內(nèi)外智慧空管發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，通過討論智慧空管目前發(fā)展遇到的問題和瓶頸所在，給出了作者自己關(guān)于智慧空管的一些思考和見解。

近年來，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)＋和5G技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能和智慧技術(shù)融入到人們生活的方方面面。特別是打造“智慧民航”成為熱點話題。用智能技術(shù)和方法解決民航行發(fā)展不平衡不充分的問題，集合行業(yè)各部分的智慧，建設(shè)“智慧民航”滿足人民日益增長的對美好生活和高質(zhì)量民航服務(wù)的需求。建設(shè)“智慧民航”首先必須實現(xiàn)“智慧空管”。“智慧空管”是“智慧民航”的重要組成部分，是借助于大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等新一代信息技術(shù)，處理整合空管信息，更好更快捷獲取共享、融合信息，為空管提共高效決策、精細(xì)管理和精準(zhǔn)服務(wù)，全面提升空管系統(tǒng)統(tǒng)一化、數(shù)字化、智能化管理水平，最終實現(xiàn)智慧空管目標(biāo)[1]。

1 智慧空管發(fā)展需求

2018年12月，民航局印發(fā)了《新時代民航強國建設(shè)行動綱要》?！缎袆泳V要》要求民航與綜合交通深度融合，形成一批以機場為核心的現(xiàn)代化綜合交通樞紐，形成安全、高效、智慧、協(xié)同的現(xiàn)代化空中交通管理體系。推動民航與互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的深度融合。實現(xiàn)從“跟隨者”向“并行者”“領(lǐng)跑者”轉(zhuǎn)變。

2019年9月，國務(wù)院印發(fā)了《交通強國建設(shè)綱要》。建設(shè)交通強國，是黨中央立足國情、著眼大局、面向未來作出的重大戰(zhàn)略決策?！督ㄔO(shè)綱要》要求推動數(shù)據(jù)資源化交通發(fā)展，加快交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)、交通服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、能源網(wǎng)絡(luò)、信息網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展，建設(shè)泛在、先進(jìn)的交通信息基礎(chǔ)設(shè)施。

為貫徹落實中央在北京大興國際機場關(guān)于四型機場建設(shè)的指示要求，加強頂層設(shè)計，民航局制定了《中國民航四型機場建設(shè)行動綱要（2020-2035年）》。依托科技進(jìn)步、改革創(chuàng)新、協(xié)同共享，全過程、全要素、全方位優(yōu)化，實現(xiàn)安全運營、智能化生產(chǎn)管理、便捷高效的旅客出行、綠色和諧的環(huán)境，充分體現(xiàn)新時代對高質(zhì)量發(fā)展要求機場。

2021年2月，國務(wù)院印發(fā)的《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》（簡稱《規(guī)劃綱要》）提出了構(gòu)建便捷順暢、經(jīng)濟(jì)高效、綠色集約、智能先進(jìn)、安全可靠的現(xiàn)代化高質(zhì)量國家綜合立體交通網(wǎng)，對新時代民航基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和發(fā)展提出了要求，《規(guī)劃綱要》提出到2035年基本實現(xiàn)國家綜合立體交通網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施全要素、全周期數(shù)字化的發(fā)展目標(biāo)，為智慧民航建設(shè)指明了方向。

2021年6月，中國民用航空局與科學(xué)技術(shù)部在京共同簽署《中國新一代智慧民航自主創(chuàng)新聯(lián)合行動計劃綱要》，根據(jù)《綱要》規(guī)劃，民航局與科技部將圍繞智慧民航建設(shè)，瞄準(zhǔn)制約民航發(fā)展的關(guān)鍵短板，強化科技支撐及引導(dǎo)，落實民航安全、智慧機場、智慧空管、智慧航空器運行與運輸服務(wù)等七方面的重點任務(wù)，實現(xiàn)多項關(guān)鍵核心技術(shù)裝備自主掌控，形成國際一流的民航科技創(chuàng)新能力，為建成保障有力、人民滿意、競爭力強的民航強國提供強大科技支撐。

2 國內(nèi)外智慧空管發(fā)展及趨勢

2.1 國外民航空管發(fā)展

20世紀(jì)30年代初，隨著民用航空運輸逐漸興起，對于飛機在天空中的飛行規(guī)則和管理機構(gòu)應(yīng)運而生，受限于當(dāng)時的技術(shù)水平，飛行僅能在白天進(jìn)行，通過彩色旗幟就可以實現(xiàn)簡單的飛機起降指揮。

在20世紀(jì)40年代初，航空器陸續(xù)安裝無線電通信和機載導(dǎo)航設(shè)備，商業(yè)航班逐步增多，程序管制開始成為主流，各國開始陸續(xù)修訂發(fā)布了法規(guī)規(guī)章，建設(shè)塔臺、管制中心。

20世紀(jì)50年代后，隨著一次和二次監(jiān)視雷達(dá)的應(yīng)用，采用雷達(dá)管制方式，直接在雷達(dá)屏幕上獲取航空器相關(guān)數(shù)據(jù)。

20世紀(jì)60年代后，計算機技術(shù)飛速發(fā)展，空中交通管制方式也逐步引用。

20世紀(jì)70年代中期，在FAA的策劃下，以雷達(dá)和計算機技術(shù)并用的半自動化空管系統(tǒng)形成。

20世紀(jì)80年代至2015年前后，隨著通信技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)等的不斷發(fā)展，歐美等發(fā)達(dá)國家的空管系統(tǒng)在可靠性、安全性、自動化和智能化等方面不斷提升。

2015年隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等逐步進(jìn)入空管領(lǐng)域，國外等一些國家紛紛構(gòu)建了下一代智慧空管技術(shù)。

美國聯(lián)邦航空局（FAA）推出的新一代航空運輸系統(tǒng)（Next Generation Air Transportation System），是采用新標(biāo)準(zhǔn)、新技術(shù)、新裝備和新程序集成相關(guān)航空業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，采用新運行方式、業(yè)務(wù)形態(tài)和管理模式發(fā)展下一代系統(tǒng)。

歐盟各國為保持其空管和航空業(yè)在全球的領(lǐng)導(dǎo)地位，提高歐洲航空業(yè)在全球的競爭力，研究制定了單一天空計劃SESAR（Single European Sky ATM Research），以降低航空環(huán)境影響，提高航空安全、安保和社會效益等。

2010年日本成立了一個由工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和政府代表組成的研究小組，其中包括學(xué)術(shù)專家，運營商，研究機構(gòu)和民航局，制定了“未來空中交通系統(tǒng)的長期愿景——智能空中交通系統(tǒng)”，以規(guī)劃指導(dǎo)日本民航業(yè)的未來發(fā)展和與世界交互。

2.2 國內(nèi)民航空管發(fā)展

2.2.1 信息化已基本實現(xiàn)

20世紀(jì)70年代之前，中國航空實施對空指揮主要以手工作業(yè)的方式，為盡快改善這種狀況，20世紀(jì)70年代初，中國從法國引進(jìn)了空管系統(tǒng)。自20世紀(jì)90年代起，國內(nèi)民航空管通過大規(guī)模引進(jìn)和建設(shè)監(jiān)視雷達(dá)、自動化系統(tǒng)、地空甚高頻通信電臺、地面導(dǎo)航設(shè)備等，快速實現(xiàn)了空管系統(tǒng)的首次技術(shù)升級，三大標(biāo)志性事件為實施雷達(dá)管制、實施縮小垂直間隔（RVSM）和建成三大區(qū)域管制中心（北京、上海、廣州）為標(biāo)志，在空管運行保障能力和運行模式上實現(xiàn)首次突破，中國民航空管體系現(xiàn)代化和信息化初步形成。

2.2.2 數(shù)字化快速發(fā)展

在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)民航不斷推進(jìn)技術(shù)革新，以在衛(wèi)星導(dǎo)航、數(shù)據(jù)通信和計算機智能為基礎(chǔ)，民航空管部門加大力度研究基于性能導(dǎo)航（PBN）、數(shù)字化放行許可（DCL）、自動相關(guān)監(jiān)視（ADS－B）、航班運行協(xié)同決策（CDM）與流量管理（ATFM）、基于航跡的運行（TBO）等新技術(shù)、新方法，并不斷推廣應(yīng)用，增加新技術(shù)試點，國內(nèi)民航空管朝著數(shù)字化方向快速發(fā)展。

2.2.3 自動化發(fā)展不均衡

我國空中交通管制系統(tǒng)僅達(dá)到了“半自動化”水平。例如，管制自動化終端系統(tǒng)并非真正實現(xiàn)了“自動化”，僅實現(xiàn)了監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行計劃等數(shù)據(jù)的自動化處理，無法集成飛行計劃、氣象等系統(tǒng)，實際的管制指揮更得依賴管理員的操作。因此，我國空管系統(tǒng)自動化和集成化水平還有待進(jìn)一步發(fā)展提升。

2.2.4 智慧化積極探索

2017年，民航局開始組織專家論證智慧民用航空運輸系統(tǒng)，重點研究中國建設(shè)智慧民用航空運輸系統(tǒng)的發(fā)展愿景、擬突破的關(guān)鍵技術(shù)、實施路徑等。2018—2021年期間，我國智慧空管從頂層設(shè)計、政策法規(guī)、專業(yè)發(fā)展、設(shè)備設(shè)施、管理機構(gòu)、運營機構(gòu)、學(xué)術(shù)研究機構(gòu)等多方面開展了大量積極有效的智慧空管建設(shè)工作。

3 智慧空管發(fā)展面臨的問題

3.1 如何打破信息孤島，解決數(shù)據(jù)融合

現(xiàn)有空管涉及幾十個專業(yè)，各個專業(yè)均有自己的多個專用業(yè)務(wù)系統(tǒng)或軟件，這些業(yè)務(wù)系統(tǒng)或軟件有的是國外進(jìn)口，例如氣象自動觀測系統(tǒng)使用的Vaisala，儀表著陸系統(tǒng)、Normarc，雷達(dá)系統(tǒng)英德拉，有的是國產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備，例如自動化使用川大智勝、南京萊斯，通信系統(tǒng)北京海格云熙等，這些系統(tǒng)均為業(yè)務(wù)專用系統(tǒng)，各個生產(chǎn)廠家的數(shù)據(jù)接口不開放、不統(tǒng)一、不互通，形成了一個個信息孤島，相互之間不聯(lián)動。

3.2 新技術(shù)、新產(chǎn)品的應(yīng)用如何安全過渡

人工智能、5G、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的發(fā)展驅(qū)動著智慧空管建設(shè)不斷深化，但是新技術(shù)、新產(chǎn)品在空管這種高安全、高可靠的行業(yè)內(nèi)如何實現(xiàn)技術(shù)、產(chǎn)品的立項論證、可行性分析、測試和應(yīng)用、人員培訓(xùn)、規(guī)章制度建設(shè)等過程來保證原有系統(tǒng)到新系統(tǒng)的無縫升級，做到安全等級不下降，空管業(yè)務(wù)不中斷，人員效能不降低。

3.3 智慧空管的軟硬件技術(shù)質(zhì)量如何管控

智慧空管與現(xiàn)有空管的核心區(qū)別就是在現(xiàn)有空管信息化從人工到數(shù)字化，過渡到自動化、綜合化，最終達(dá)到智能化，從以前的以人為主，到系統(tǒng)輔助決策，那么相關(guān)軟硬件的全生命周期技術(shù)質(zhì)量管控顯得至關(guān)重要，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證、試驗和質(zhì)量體系要求仍處于空白狀態(tài)。

3.4 智慧空管的生態(tài)鏈如何構(gòu)建

智慧空管的發(fā)展目標(biāo)并非一成不變，是隨著空管業(yè)務(wù)的發(fā)展和科技進(jìn)步進(jìn)行動態(tài)的變化，如何構(gòu)建出合理的智慧空管生態(tài)鏈，來保證智慧空管的良性健康發(fā)展有很強的必要性。在此涉及參與的機構(gòu)包括管理方、研究機構(gòu)、企業(yè)、技術(shù)提供者和業(yè)務(wù)人員等，在規(guī)章制度、科研方向、產(chǎn)業(yè)政策上鼓勵相關(guān)參與者積極創(chuàng)新，開發(fā)和發(fā)展新技術(shù)、新產(chǎn)品為智慧空管在安全提升、效能提升和改革創(chuàng)新提供源動力。

3.5 智慧空管的發(fā)展如何評價

智慧空管不是一個大概念，需要針對技術(shù)和產(chǎn)品建立相應(yīng)的智慧水平進(jìn)行評價，也需要對業(yè)務(wù)部門的智慧化水平建立相應(yīng)量化的評價體系，這樣才能更加明確和細(xì)化智慧空管的建設(shè)目標(biāo)。謹(jǐn)防以智慧為口號，大干快上，一擁而上，重復(fù)建設(shè)、過度建設(shè)?；ヂ?lián)網(wǎng)共享經(jīng)濟(jì)的浪潮帶來的諸多問題要引以為戒。

4 智慧空管發(fā)展的建議

4.1 以專業(yè)促安全，以融合提效能

以安全為首要原則，尊重各個專業(yè)系統(tǒng)的技術(shù)特點，專業(yè)的系統(tǒng)完成專業(yè)的功能，在此基礎(chǔ)上制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享和通信規(guī)范，打通各個系統(tǒng)之間的通信壁壘，提升聯(lián)動工作效能。在具體實施方面，對于新增加系統(tǒng)，在采購技術(shù)條件上必須要求供應(yīng)商提供符合規(guī)范的通信接口，對現(xiàn)有已經(jīng)投入使用的系統(tǒng)可采取由原廠售后增加或第三方轉(zhuǎn)換的方式達(dá)到滿足通信規(guī)范的要求。

4.2 鼓勵技術(shù)創(chuàng)新發(fā)芽，夯實成果轉(zhuǎn)換落地

在日新月異的科技化浪潮中，空管要以安全為前提，積極擁抱新技術(shù)、新產(chǎn)品，大膽嘗試，小心求證。建立研發(fā)和應(yīng)用兩套管理機制，鼓勵業(yè)內(nèi)外采用創(chuàng)新發(fā)展，在應(yīng)用管理方面以能用、管用、好用的漸進(jìn)式管理策略，建立分階段評價標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 建立質(zhì)量體系管控，規(guī)范行業(yè)發(fā)展

有效的質(zhì)量體系是保障產(chǎn)品質(zhì)量的基石，ISO9001國際質(zhì)量體系是最基本的質(zhì)量保證，在此基礎(chǔ)上，各行各業(yè)特別是安全敏感度較高的行業(yè)均建立了自身行業(yè)特點的質(zhì)量體系認(rèn)證，在民航機載產(chǎn)品從研制、生產(chǎn)、維修均有國際適航規(guī)章的要求，鐵路系統(tǒng)設(shè)備廠商均要滿足IRIS認(rèn)證（國際鐵路工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），煤礦設(shè)備均要通過防爆和煤安質(zhì)量體系認(rèn)證。但由于空管設(shè)備絕大多數(shù)屬于進(jìn)口，局方對其研發(fā)、生產(chǎn)、維修等質(zhì)量體系并無有效管控手段，但隨著國產(chǎn)化設(shè)備的逐步推進(jìn)和替代，急需建立相應(yīng)的質(zhì)量體系管控手段，規(guī)范行業(yè)發(fā)展。

4.4 激發(fā)內(nèi)部活力，鼓勵外部競爭

空管設(shè)備天然具有高可靠、高安全的要求，一旦使用成熟穩(wěn)定，無論從安全管理和業(yè)務(wù)應(yīng)用出發(fā)，管理方、使用方和設(shè)備提供商均希望不進(jìn)行頻繁的升級和更新，只要不影響正常使用，即使效率低一點或者人工可以完善，也不愿進(jìn)行升級和更新，這一方面有安全責(zé)任決策風(fēng)險的問題，也有設(shè)備提供商的單一或壟斷帶來的可選擇性少的問題。

在構(gòu)建智慧空管的生態(tài)鏈中，需求來自于業(yè)務(wù)一線，頂層規(guī)劃來自于局方，而實際技術(shù)和產(chǎn)品提供者只能是設(shè)備供應(yīng)商，由于空管整體設(shè)備和產(chǎn)品的生命周期較長，行業(yè)門檻高，導(dǎo)致各個細(xì)分專業(yè)的供應(yīng)商較為單一和穩(wěn)定，競爭性不高，供應(yīng)商對智慧化升級和更新熱情不高。

隨著智慧民航建設(shè)的不斷深入，空管對于智慧化建設(shè)需求強烈，伴隨著空管設(shè)備的國產(chǎn)化浪潮，引入國產(chǎn)競爭和新興外國競爭者，以智慧空管為新一輪空管建設(shè)的重點，激發(fā)原有供應(yīng)商的智慧化升級熱情，同時給予國產(chǎn)廠商開放的競爭平臺，構(gòu)建智慧空管生態(tài)鏈良性發(fā)展。

4.5 制定智慧空管技術(shù)路線和評價標(biāo)準(zhǔn)，指明建設(shè)方向和目標(biāo)

智慧空管不是口號也不是噱頭，其核心是通過智慧化科技手段提升空管的安全水平和業(yè)務(wù)效能，以滿足我國民航的高質(zhì)量發(fā)展需求。因此在頂層策劃上既要具有智慧民航一盤棋的整體觀，也要根據(jù)空管各個專業(yè)業(yè)務(wù)特點有的放矢，不搞“一刀切”，更不搞“大雜燴”。

從問題出發(fā)，收集和調(diào)研現(xiàn)有空管在安全和效能上有哪些短板和問題，鑒別哪些是技術(shù)問題，哪些是管理問題，評估技術(shù)提升的可行性和風(fēng)險。構(gòu)建智慧空管的技術(shù)路線和量化評價標(biāo)準(zhǔn)，避免因技術(shù)路線不一致和評價標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一帶來的信息壁障和重復(fù)建設(shè)，根據(jù)各個單位的實際情況分階段實施，基礎(chǔ)條件好的先試先行，基礎(chǔ)薄弱的逐步推進(jìn)，不盲目求新，各行其是。

引用

[1] 石文先,朱新平.智慧空中交通管理系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2013(9):51-55.