基于高通量衛(wèi)星的智慧飛機(jī)應(yīng)用

文|于楊 時紫劍 劉麗 何文婷 吳君妍 劉陽 張帆

1.星航互聯(lián)（北京）科技有限公司

2.中國衛(wèi)通集團(tuán)股份有限公司

一、前言

互聯(lián)飛機(jī)和智慧飛機(jī)是指將飛機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)中的一個聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，滿足航空公司運(yùn)行部門、客艙服務(wù)和乘客消費(fèi)性通信需要。乘客通過機(jī)上客艙WiFi解決方案，接入互聯(lián)網(wǎng)。乘客可以瀏覽網(wǎng)絡(luò)、聊天，或借助寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)接收或傳輸音頻和視頻流，因此對客艙網(wǎng)絡(luò)通信所需的帶寬要求很高，并且需求還在不斷增加；而機(jī)艙乘務(wù)員用來管理機(jī)艙和乘客信息的應(yīng)用所需的帶寬較低[1]。自2017年中星16號Ka 高通量衛(wèi)星成功發(fā)射以來，已完成電信級通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和機(jī)載終端適航取證，使航空互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入商用階段，可為飛機(jī)提供200Mbit/s 和10Mbit/s以上的下載和回傳速率，使客艙乘客享受與地面同等的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，也為智慧飛機(jī)帶來了可能。

接入高速網(wǎng)絡(luò)的同時，也使駕駛艙與乘務(wù)人員保持時時在線，可實(shí)現(xiàn)更好的飛行操作和安全要求。駕駛艙中使用的電子飛行包需要聯(lián)網(wǎng)以進(jìn)行天氣監(jiān)測和預(yù)報、飛行跟蹤、運(yùn)行優(yōu)化和健康監(jiān)測（包括飛機(jī)和各設(shè)備健康監(jiān)測，以增加組件的使用壽命）。

通過智慧飛機(jī)，航空公司不僅向乘客提供創(chuàng)新服務(wù)，增加輔營收入并提升服務(wù)質(zhì)量，而且還可優(yōu)化航班運(yùn)營，減少成本消耗并提高運(yùn)行效率。航空公司對聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的興趣不僅在于提供航空互聯(lián)網(wǎng)（IFC）服務(wù)，同時還在于向飛行機(jī)組人員、機(jī)艙服務(wù)人員和地面人員之間提供數(shù)據(jù)通信，以改善維護(hù)和運(yùn)營。

二、國際基于高通量衛(wèi)星的智慧飛機(jī)應(yīng)用

國際上對于智慧飛機(jī)的研究、應(yīng)用起步較早，目前隨著高通量衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用推廣，聯(lián)網(wǎng)飛機(jī)數(shù)不斷增加，智慧飛機(jī)應(yīng)用也在各航空公司機(jī)隊(duì)不斷普及。2017年，澳洲航空公司QANTAS 在波音737機(jī)隊(duì)（約75 架）應(yīng)用衛(wèi)訊公司（Viasat）的Ka 高通量衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，形成空地一體解決方案，使飛行期間的航空器通信尋址報告系統(tǒng)（ACARS）、電子飛行包（EFB）、快速存取記錄器（QAR）等飛機(jī)駕駛艙大流量數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸成為可能，相對于傳統(tǒng)的空地通信手段，高通量衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)突破了帶寬限制，降低了通信傳輸成本。

除駕駛艙的智慧飛機(jī)應(yīng)用外，國際上多家公司也基于高通量衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了客艙互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。以機(jī)上多媒體業(yè)務(wù)為例，美國GoGo 公司是市場上最早且擁有眾多具備交互式網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV）商業(yè)飛機(jī)的航空互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商，在2019年推出了新一代機(jī)載網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品支持IPTV 業(yè)務(wù)。泰雷茲作為第二大IFE 系統(tǒng)制造商，具備利用高通量Ka 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)設(shè)施向用戶提供互聯(lián)網(wǎng)娛樂、IPTV 等服務(wù)的能力。借助Viasat 的超高容量衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，捷藍(lán)航空（JetBlue）在紐約和倫敦之間運(yùn)營的空客A321遠(yuǎn)程飛機(jī)，配備國際直播電視節(jié)目為特色的椅背娛樂系統(tǒng)，節(jié)目包括BBC、CNBC、Sky News、CNN International 以及體育賽事直播內(nèi)容。[2]

三、國內(nèi)基于高通量衛(wèi)星的智慧飛機(jī)應(yīng)用

目前相較于國外，中國的飛機(jī)聯(lián)網(wǎng)數(shù)還較少，智慧飛機(jī)應(yīng)用尚處于起步階段，未來國內(nèi)航空互聯(lián)網(wǎng)市場有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1.基于高通量衛(wèi)星的飛機(jī)前后艙融合通信

目前飛機(jī)前艙數(shù)據(jù)傳輸主要使用ACARS，中國民航約有97%的運(yùn)輸飛機(jī)安裝了甚高頻ACARS系統(tǒng)，衛(wèi)星通信方式由L 波段的海事衛(wèi)星完成，這兩種方式均為窄帶通信，無法進(jìn)行高速實(shí)時傳送且流量費(fèi)用很高，在窄體機(jī)覆蓋率很低。高通量衛(wèi)星可為前艙提供大帶寬網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)飛機(jī)的飛行階段將非安全信息通過低成本、高速率的寬帶衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈路通道發(fā)送，以高性價比方式完成數(shù)據(jù)傳輸和交互。

基于前后艙融合的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可支持前艙飛行數(shù)據(jù)和后艙乘客上網(wǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)的協(xié)同傳輸，其架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 基于前后艙融合的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

高通量機(jī)載衛(wèi)星通信系統(tǒng)由綜合信息服務(wù)平臺、高通量衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、Ka 機(jī)載衛(wèi)星終端、客艙WiFi 系統(tǒng)以及飛機(jī)數(shù)據(jù)接口設(shè)備組成。其中綜合信息服務(wù)平臺是智慧飛機(jī)前后艙應(yīng)用的支撐平臺，通過地面專線與各航空公司互聯(lián)。客艙WiFi系統(tǒng)由機(jī)上服務(wù)器和無線接入點(diǎn)構(gòu)成，為客艙娛樂和網(wǎng)絡(luò)接入提供入口。飛機(jī)的快速存取器（QAR）通過網(wǎng)絡(luò)隔離方式將多種飛機(jī)數(shù)據(jù)如飛行數(shù)據(jù)、艙音數(shù)據(jù)、EFB 電子飛行包等輔助數(shù)據(jù)實(shí)時回傳給航空運(yùn)行控制中心（AOC）。AOC 作為航空公司的資源整合和信息整合核心，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和分析，對航班統(tǒng)一調(diào)度指揮和集中管理，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程客艙空防安全監(jiān)控、遠(yuǎn)程空中突發(fā)事件處置、遠(yuǎn)程機(jī)務(wù)技術(shù)支持、遠(yuǎn)程服務(wù)監(jiān)督等各類應(yīng)用，使飛行運(yùn)行更加合理、高效；可提供實(shí)時位置和天氣信息，進(jìn)行航班跟蹤，并決定其整個飛行趨勢，減少燃油消耗，優(yōu)化飛行效率；通過數(shù)據(jù)的監(jiān)控和大數(shù)據(jù)分析，預(yù)判飛機(jī)存在的故障，提前做出決策，優(yōu)化航司運(yùn)行流程和運(yùn)行效率，有效輔助航司提升安全管理水平。

2.智慧飛機(jī)客艙互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

客艙互聯(lián)網(wǎng)的智慧應(yīng)用包括乘客上網(wǎng)、網(wǎng)頁和媒體瀏覽、社交通訊、目的地信息等服務(wù)，這里重點(diǎn)論述通過衛(wèi)星高通量化后賦予客艙服務(wù)的創(chuàng)新應(yīng)用，如精準(zhǔn)推送、機(jī)上醫(yī)療和機(jī)上互聯(lián)網(wǎng)多媒體客艙服務(wù)。

（1）大數(shù)據(jù)技術(shù)提升客艙服務(wù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)和多媒體的迅速發(fā)展，大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)推送這一新的信息化處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。人們最先在網(wǎng)絡(luò)上看到的是新聞、視頻、置于優(yōu)先位置的商品等，但隨著信息技術(shù)的發(fā)展以及大數(shù)據(jù)應(yīng)用的興起，大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)推送發(fā)展得越來越全面，信息定制化、資訊分眾化也得到廣泛應(yīng)用。

在航空領(lǐng)域，根據(jù)市場調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，全年乘客中，男性占比略高于女性，達(dá)52.6%。航空乘客的出行目的主要包括兩類：商務(wù)出行和旅行探親。從年齡角度對乘客進(jìn)行分析， 25至34 歲乘客占比達(dá)35.8%，是航空公司的主要受眾群體，35 至44 歲乘客占比達(dá)26.4%，為第二大用戶群體。從調(diào)研結(jié)果來看，航空乘客變得越來越年輕化、個性化，尤其是90 后、80后正在迅速地成為出行的中堅(jiān)力量，消費(fèi)觀念更超前，同時在消費(fèi)過程中也更注重品質(zhì)、安全、可靠等特性。他們不僅希望獲得舒適的環(huán)境和優(yōu)質(zhì)便捷的服務(wù)，同時也希望享受到差異化、個性化的服務(wù)和產(chǎn)品。

通過高通量衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，能將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸回地面，經(jīng)過地面平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并將處理后的數(shù)據(jù)通過指定的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。分析后的結(jié)果可應(yīng)用于精準(zhǔn)內(nèi)容推送、精準(zhǔn)廣告推送、精準(zhǔn)電商產(chǎn)品推送等，通過對用戶和產(chǎn)品的詳細(xì)分析，能整合資源，提高效率，進(jìn)而幫助航司在服務(wù)旅客、提升服務(wù)品質(zhì)、實(shí)現(xiàn)智慧飛機(jī)等方面實(shí)現(xiàn)更大的價值。

精準(zhǔn)推送首先要建立用戶畫像，通過大量原始數(shù)據(jù)的獲取，構(gòu)建用戶畫像原始數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)信息標(biāo)簽化，構(gòu)建形成用戶畫像標(biāo)簽庫，通過標(biāo)簽的組合、聚合和拓展，形成用戶畫像，后續(xù)結(jié)合推薦算法進(jìn)行精準(zhǔn)推送。在航空互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，通過對飛行中乘客的分析和定位，開展精準(zhǔn)化推送和營銷，可以使航空公司獲得以下優(yōu)勢：

1）構(gòu)建一個可以直接觸達(dá)乘客的方式和渠道，用來提供個性化服務(wù)，最終使乘客轉(zhuǎn)化為實(shí)際用戶。

2）對于乘客在空中的所有在途時間，航司在為乘客提供個性服務(wù)過程中，可以通過電商、廣告、內(nèi)容、目的地服務(wù)等方式獲得各項(xiàng)收益，同時獲取乘客的數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)數(shù)據(jù)變現(xiàn)和運(yùn)營打下基礎(chǔ)。

3）在航前和航后提供個性化服務(wù)，比如將機(jī)上網(wǎng)絡(luò)與機(jī)票銷售、航空餐食、升艙服務(wù)、機(jī)上廣播、行李送達(dá)、VIP 服務(wù)等進(jìn)行結(jié)合，使得航司服務(wù)品質(zhì)和運(yùn)行效率獲得進(jìn)一步提升。

（2）機(jī)上醫(yī)療助力提高服務(wù)能力和運(yùn)營效益

隨著中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，航空出行已經(jīng)成為社會公眾的重要選擇，而空中乘客突發(fā)疾病事件也逐漸增多。據(jù)估計，每604 次航班中就發(fā)生一次某種形式的機(jī)上緊急醫(yī)療事件，2017年全球共發(fā)生6.1萬起緊急事件，因緊急情況導(dǎo)致的備降發(fā)生率為1%～13%不等。最近的研究表明，實(shí)際備降率在7%～13%。備降1%相當(dāng)于610 次備降，7%相當(dāng)于4270 次，13%相當(dāng)于7921 次，根據(jù)乘客和航空公司機(jī)上緊急事件數(shù)據(jù)，每百萬名乘客的機(jī)上死亡率約為0.1%～0.8%。[3]

中國各航空公司幾乎在每個航班上配備了血壓計、聽診器、吸氧設(shè)備、針筒以及葡萄糖注射液、地塞米松注射液等為數(shù)不多的應(yīng)急救治物品。然而飛機(jī)不同于陸地交通工具，在萬米高空之中，當(dāng)乘客在飛行過程中突發(fā)急癥，主要依賴機(jī)上乘務(wù)組進(jìn)行處理，上述配備的應(yīng)急救治設(shè)備僅能應(yīng)付一些簡單的病癥。但乘務(wù)員畢竟非醫(yī)療專業(yè)人士，當(dāng)乘客突發(fā)不適特別是嚴(yán)重癥狀時，機(jī)上乘務(wù)組一般會通過機(jī)上廣播尋醫(yī)的方式來尋求醫(yī)生和其他醫(yī)療專業(yè)人員的專業(yè)幫助，以免錯誤施救使病人錯過最佳搶救時間。

基于高通量衛(wèi)星的智慧飛機(jī)可支撐機(jī)上救援工作，可在機(jī)上發(fā)生緊急醫(yī)療事件時，通過機(jī)載設(shè)備與地面醫(yī)療專家創(chuàng)建溝通渠道，機(jī)組人員與醫(yī)療專家一起，第一時間開展專業(yè)救護(hù)工作，為挽救生命爭取黃金時間，同時避免耽誤其他乘客行程和減少航司不必要的經(jīng)濟(jì)損失。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商可為機(jī)上醫(yī)療終端設(shè)置免認(rèn)證登錄模式，保障乘務(wù)組及時與地面醫(yī)療救護(hù)中心建立連接；事件發(fā)生時通信（通話錄音、視頻影像、患者監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)）過程應(yīng)確保過程記錄完整。

高通量衛(wèi)星機(jī)上救援系統(tǒng)一方面幫助社會公眾和廣大乘客提升乘機(jī)醫(yī)療防護(hù)知識，做好乘機(jī)前的預(yù)防和準(zhǔn)備，盡量降低因空中醫(yī)療意外事件和因不及時救治導(dǎo)致的后果；還將有效提高機(jī)上救助效率，加快空地救助銜接的響應(yīng)速度，系統(tǒng)提升航空公司的應(yīng)急救助能力，更加有效地保障乘客安全出行；以及為航班減少不必要的備降，提升航司管理水平和運(yùn)營效益，提升競爭優(yōu)勢。

（3）機(jī)上互聯(lián)網(wǎng)多媒體服務(wù)提高乘客滿意度

由于機(jī)上上網(wǎng)功能的缺失，目前中國的機(jī)上IPTV 市場仍處于空白。隨著航空互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，IPTV 業(yè)務(wù)作為機(jī)上高速互聯(lián)的典型應(yīng)用場景，發(fā)展空間巨大。

機(jī)上互聯(lián)網(wǎng)多媒體服務(wù)，是一種利用寬帶網(wǎng)，集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信等技術(shù)于一體，與地面IPTV 類似，向空中用戶提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式服務(wù)的技術(shù)。利用高通量衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)設(shè)施，以機(jī)載服務(wù)器作為終端設(shè)備，通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供包括電視節(jié)目在內(nèi)的多種數(shù)字媒體服務(wù)，乘客可接入客艙WiFi 來訪問在機(jī)載服務(wù)器上呈現(xiàn)的直播視頻流和其他數(shù)字媒體信息服務(wù)。

按照傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，作為承載視音頻業(yè)務(wù)的接入網(wǎng)絡(luò)勢必帶來帶寬的急劇消耗和網(wǎng)絡(luò)擁擠問題。因此，機(jī)上互聯(lián)網(wǎng)多媒體服務(wù)的應(yīng)用，高帶寬保障是首要條件，而基于高通量衛(wèi)星的通信網(wǎng)絡(luò)在解決了支持IP 組播技術(shù)、機(jī)上服務(wù)器安全、內(nèi)容及信道加密傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)并滿足相應(yīng)管理要求的同時，可為此業(yè)務(wù)的發(fā)展賦能。

智慧客艙引入互聯(lián)網(wǎng)多媒體服務(wù)可為航司帶來巨大優(yōu)勢，可在不能連接地面網(wǎng)絡(luò)的飛行器上提供海量的、優(yōu)質(zhì)的信息服務(wù)，可為廣告宣傳、內(nèi)容制作等產(chǎn)業(yè)提供橫向延展的能力，衍生出新的海量應(yīng)用，如炒股、查找資料、醫(yī)院/景點(diǎn)/門票/電影預(yù)約、餐飲查詢、航班查詢、選秀投票等多種互動服務(wù)。這些提升了航司客艙運(yùn)營的多樣性，帶來新的輔營收入，為乘客的機(jī)上長途旅行帶來便捷，提高了乘客滿意度，強(qiáng)化了品牌效應(yīng)。

四、結(jié)束語

司提升管理水平和運(yùn)營效益；機(jī)上互聯(lián)網(wǎng)多媒體服務(wù)提升了航司客艙運(yùn)營的多樣性，帶來新的輔營收入，為乘客的機(jī)上長途旅行帶來便捷，提高了乘客滿意度，強(qiáng)化了品牌效應(yīng)。

本文針對飛機(jī)接入高通量衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)后成為互聯(lián)飛機(jī)和智慧飛機(jī)，提出了一種基于高通量衛(wèi)星，使用飛機(jī)數(shù)據(jù)接口設(shè)備將飛機(jī)數(shù)據(jù)回傳給航空公司以及使用客艙WiFi 系統(tǒng)服務(wù)客艙互聯(lián)網(wǎng)接入的前后艙融合衛(wèi)星通信的解決方案。分析了網(wǎng)絡(luò)接入后，航空運(yùn)行控制中心可利用飛機(jī)運(yùn)行信息，使飛行運(yùn)行更加合理、高效，減少燃油消耗，也可輔助航司提升安全管理水平。

開展客艙互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用形成智慧飛機(jī)，提出了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過精準(zhǔn)推送建立用戶畫像，用互聯(lián)網(wǎng)思維進(jìn)行分析研究和應(yīng)用，幫助航司更好地了解乘客、服務(wù)乘客，從而達(dá)到提高服務(wù)品質(zhì)的目的；機(jī)上醫(yī)療加快空地救助銜接的響應(yīng)速度，系統(tǒng)提升航空公司的應(yīng)急救助能力，更加有效地保障乘客安全出行，為航班減少不必要的備降，助力航