讓空管系統更“聰明”

賴懿

智慧民航建設是新時期民航業高質量發展的大課題，而在智慧民航建設中，智慧空管的建設又是重中之重。近年來，隨著航空運輸量的持續增長和飛行活動的日趨多元化，空域運行態勢也日漸復雜多變，過去傳統的陸基、區域分立式、運行粗放式的空管系統已無法滿足行業發展的需要，以信息技術為基礎，融合多種類型的信息收集、互聯互通、智能化的智慧空中交通管理系統，成為行業未來發展的主要方向。

智慧空管設想

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

“十二五”期間，我國空管共保障航班起降3391萬架次，比前一個五年增長了61.7%。預計到2020年，我國運輸飛機數量將達到4600架，每年航班起降1300萬架次，年人均出行0.5次。這使得傳統空管系統在大密度航班的管理環境下無法積極有效地應對，嚴重威脅到空中交通的安全性和效率。

在此背景下，如何將互聯網、大數據、人工智能等技術創新成果與新一代航空技術相融合，推動傳統空管向智慧空管過渡是行業亟須解決的問題。

放眼國外，歐美航空發達國家已經利用新技術開發了不少新的空中交通管理系統和解決方案，其中一些正處于試驗階段，一些已處于推廣和使用階段。例如，美國空管利用大數據技術建立了國家飛行數據中心和流量系統數據庫，法國泰雷茲公司利用語言識別、觸摸屏等人工智能技術，實現了管制服務的智能化。

在我國，空中交通管制目前主要以雷達管制為主，空中交通管理系統的主要特征之一是數字化，即利用各類地空數據鏈，實現飛機與地面空管系統之間的數字化管理與指揮。十幾年前，空管局就開始實施民航數字空管工程，數字化起飛前放行技術（DCL）和數字化航站自動情報服務技術（D-ATIS）是其中的兩類代表性技術。DCL主要解決人工話音預放行服務中出現的通信頻道擁擠、話音歧義等問題，可以大幅降低管理員、飛行員的工作強度和工作壓力，提高安全性。D-ATIS技術則利用合成語音和數據鏈兩種方式，將機場氣象、跑道狀況等信息自動上傳到飛機，能顯著提高大型機場管制服務效率和信息服務水平。截至2018年，我國44個繁忙機場都采用了DCL和D-ATIS技術。

但是，這些技術的使用只是讓我國空管系統達到了“半自動化”水平。例如，實現管制指揮功能的管制自動化系統，并非真正實現了“自動化”，而是實現了監視數據、飛行計劃等數據的自動化處理，實際的管理指揮還得依賴管理員的操作。因此，未來要實現以智慧鏈為主的科學管制，則必須經過智慧空管的過渡。

根據中國民航局的初步設想，未來智慧空管的整個系統將由感知層、基礎設施物聯網、應用服務平臺、決策處理平臺等部分組成。在系統中，感知層作為智慧空管的神經末梢，起到收集信息數據的作用，主要通過在管制中心、機場、航路等各個與飛行相關設施中的加裝雷達、監視系統、探頭、傳感器、射頻標簽等設施來搜集飛行狀態、外部環境等一系列與飛行相關的數據。然后，通過互聯網、無線通訊技術、空管部門的局域網等物聯網平臺，將信息傳遞至應用服務平臺。應用服務平臺對相關信息進行分析處理后，將分析結果進一步上報至決策處理平臺。決策處理平臺通過大數據算法選出最優的空域、流量管理方案。

從平臺層面來看，在智慧空管系統運行過程中，離不開一系列信息化平臺的有力支撐。通過信息化平臺，智慧空管系統可以處理多種搜集而來的信息和數據，為智能化決策提供保障。

智慧空管系統主要涉及空中交通服務平臺、飛行流量管控平臺和空域信息管理平臺三大部分。空中交通服務平臺由塔臺和進近管制服務終端控制系統組成，主要作用在于對航空器的起降和航行進行管理，從而確保空中交通秩序與安全。

飛行流量管控平臺利用系統內各部分信息的綜合處理協同決策模式，通過物聯網將多種數據接入來提升數據間的交互性，對空情狀態進行實時監控、預測與評估，測算空域內航班的數量與密度，最大限度地保障并優化機場、空域流量的利用率。

空域信息管理平臺主要面向空域需求，對空域使用進行管理，保障空域利用達到經濟性與安全性的平衡。空域信息平臺依托物聯網和大數據技術，通過對數據庫中歷史數據的全面分析，結合當前空域利用狀態，設計出安全、高效的空域利用方案。

未來發展趨勢

為了支撐民航業快速發展，圍繞智慧空管建設，我國已經開始了諸多基礎技術研究。

2013年，國家自然科學基金委出臺“空間信息網絡基礎理論與關鍵技術”重大研究計劃，組織開展空天地一體化網絡基礎理論與關鍵技術研究。在該計劃的支持下，我國在“空間信息網絡模型與高效組網機理”、“空間動態網絡高速傳輸理論與方法”、“空間信息稀疏表征與融合處理”等領域有了重大突破。

在加快基礎技術研發的同時，中國民航局也通過與國際民航組織合作，積極學習、借鑒其他國家和地區的發展經驗。在首屆亞太地區民航部長級會議上，中國民航局倡議亞太地區各國將空中航行納入國家規劃，在2022年前推進“亞太無縫空管計劃”的實施。

該計劃實施的重點包括：基于性能的導航（PBN）、廣播式自動相關監視技術（ADS-B）應用、空中流量協同決策（CDM）、航空情報管理系統（AIM）等。這些技術的應用與推廣對于保障地區空中交通運行安全、提高運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航行技術工業標準化組織。歷史上，美國航空無線電技術委員會 （RTCA）和歐洲民用航空設備協會（EUROCAE）在民航新技術的發展、應用以及推廣等方面發揮了巨大的作用，亞太地區作為全球民航業發展最活躍的地區，卻缺乏這樣的一個標準化組織。從長遠來看，亞太地區航行技術工業標準化組織的建立，將對該地區民航運輸業的持續健康發展起到積極的作用。