淺談空管自動化系統中大數據的提取與應用

摘 要 隨著我國民航空管事業的快速發展，配套服務的空管自動化系統日益完善，空管自動化系統和相關系統在運行中產生了大量的原始數據，空管自動化系統也進入了大數據時代。大數據挖掘和云計算技術的迅速興起，可以從海量的數據中提取出有用的信息。利用好空管自動化系統的大數據信息，進行合理地分析和挖掘，可以更好地促進民航空管事業的前進與發展，為空管運行決策提供幫助和參考。

關鍵詞 THALES自動化系統;大數據;數據提取;數據應用;前景

1空管自動化系統大數據概述

1.1 空管自動化系統簡介

空管自動化系統常被業內人員稱為空管系統的心臟，或者管制人員的眼睛和大腦。其主要功能是集中處理航空器的監視數據、飛行計劃數據、氣象數據等各項信息，實現監視數據與飛行計劃動態相關聯，將有關告警和提示等信息進行圖形化處理和顯示，使管制人員僅面對雷達顯示器即可了解空中交通的實時動態，航空器的具體方位、高度和預計飛行方向等[1]。

1.2 空管自動化系統中的數據與分類

空管自動化系統中數據種類紛繁復雜，空管自動化系統是依托計算機技術為基礎，實時接收、處理并顯示可以按類別主用分成以下幾類：

（1）監視航跡數據（雷達、ADS等）;

（2）報文數據（AFTN報文、AIDC、CPDLC等）;

（3）氣象數據（QNH、GRIB2）;

（4）告警數據（系統計算出來的沖突告警STCA、近地告警MSAW、偏航告警RAM等）;

（5）日志數據（系統處理后記錄的相關日志信息）。

2大數據的提取

2.1 REC數據

泰雷茲自動化系中的REC服務器專門負責系統數據的記錄。它以每15分鐘創建一個新文件夾的形式，將系統中的數據按不同的類別，分別存放在central，fifo，local，system等目錄下。這些記錄的數據用于系統席位重演回放時使用，由回放服務器以系統特定的方式重新組裝后生成泰雷茲系統可以讀取的回放數據。但缺點是不易被其他外部系統讀取，無法提取使用。

2.2 EFEED服務器與輸出信道

泰雷茲自動化系中的EFEED服務器專門負責向外輸出定制的數據與信息。它是將系統中其他服務器處理過的系統進行整理分類，以數據字典中定義格式進行定制輸出[2]。

3現階段大數據的應用

3.1 大數據平臺的數據的儲存與解析

為了更好地儲存與解析空管自動化系統產生的海量數據，我方技術人員聯合南開大學與華泰英翔空管技術有限公司，共同研發了一套針對空管自動化系統的大數據存儲與解析平臺。大數據平臺的數據主要來源有EFEED實時數據以及部分關鍵REC數據，這些數據都有自己固定的格式，因此需要若干臺機器專門負責解析這些數據。數據解析完之后輸送到Kafka中，然后通過發布訂閱的模式可以供存儲模塊（Hadoop及基于Hadoop的hive等）以及實時分析模塊等若干消費者使用。Kafka集群以及其若干數據消費者共同組成了大數據平臺。

大數據平臺系統軟件功能模塊

當完成對EFEED數據以及REC數據的解析后，數據需要進一步輸送到Kafka集群，這樣所有需要數據的組件可以根據發布-訂閱機制靈活地從Kafka訂閱所需要的數據進行存儲或者實時計算。針對目前已經解析的EFEED數據可以根據類別（例如飛行計劃數據、雷達數據）分成不同的topic輸送到Kafka集群。后續將REC數據解析完畢后，可設計一個整體的數據分類策略。

首先，從數據存儲的角度，數據經過Kafka之后需要在數據庫中進行存儲，目前可考慮的技術模塊有Cassandra以及基于HDFS的HBase或Hive （在大數據架構中Hive和HBase是協作關? 系）。Cassandra的問題在于不支持對海量數據并發訪問的支持，并且Cassandra未采用HDFS文件系統，與Hadoop難以協同。

因此在所有數據解析完之后分析總體數據量來決定采用哪一種技術。與此同時，經過Spark計算所得結果的結果也可以放到數據庫中進行存儲，后續進一步可視化將結果更直觀地展示給用戶。

其次，從數據計算的角度。對于實時計算的需求，數據從Kafka集群輸出可直接送往spark計算集群進行實時計算，計算結果可以存儲在數據庫中。對于非實時計算需求，spark計算集群可從數據庫例如HBase讀取數據進行批量處理。

最后，從提供給用戶服務的角度。對于數據轉發的需求，將原始數據存儲數據庫之后，可在此基礎上將數據轉發給所需要地用戶。對于spark集群的計算結果，可通過nodejs提供web服務，用戶可查詢spark集群處理結果。

大數據平臺架構圖與數據處理流程

3.2 REC數據在培訓模擬機系統數據的應用

模擬機系統是為管制員提供模擬練習的培訓實操平臺，它的系統處理機制、軟件版本與數據配置應與在用系統盡量保持一致（目前華北空管局管制模擬機系統與主用系統軟件與版本相同，這也為開發模擬機編題軟件提供了便利）。培訓教員在目前的模式下，需要按照模擬機編題軟件，人工編寫模擬題目為管制員進行實操培訓與練習，而人工編寫的題目往往無法完全模擬真實的管制運行態勢。

Bdaf系統是一款專門為模擬機系統編題而開發的工具軟件，它能夠將泰雷茲空管自動化系統REC服務器記錄下的飛行計劃數據，飛行數據過點數據等信息提取出來，并提供用戶指定不同的時間段和扇區編號進行分類的功能，再根據培訓教員指定的時間段和扇區，將飛行計劃數據自動轉換到模擬機練習劇本中去，重現當時的空情態勢用于模擬練習，這樣就可以做到完全重現真實的空情態勢，使得進行模擬練習的管制員訓練到更加真實而有意義的題目。

Bdaf的工作原理如下：首先，Bdaf將提取的原始飛行計劃數據轉存到Microsoft Access數據庫（程序文件夾中的bdaf.mdb文件），可方便用戶隨時導出成Excel形成報表。再轉換練習劇本生成模擬計劃SKP時，程序根據用戶輸入的要仿真的模擬時刻和扇區，將原始飛行計劃中的過點信息逐一比較計算，生成滿足條件的實際過點時間（以下簡稱AAT）、出現位置和高度FL要素。最后將航路串使用原飛行計劃解析后的航路點，并只保留進區域前一個點到出區域之后一個點。計算出的出現位置，以變量的形式聲明在航路串中。

這里我們重點介紹一下通過比較真實飛行計劃中的時間與仿真時刻的時間前后關系，并根據判斷結果實現真實航班計劃到模擬機系統練習題目中計劃狀態轉變的判斷過程：

4結束語

隨著空管自動化系統的復雜度與集成度的提高，空管大數據會呈現爆炸式的增長。進一步研究、挖掘和利用好大數據信息，可以更精確地分析與把握民航航班的運行規律，分析空管自動化系統的發展前進方向。目前空管自動化系統的大數據挖掘分析還處于初步階段，現階段的主要應用于航班計劃、管制席位使用與開合扇區等統計功能，較為實際的應用是本文之前介紹的實際數據應用于模擬機系統，可以將真實的管制情景用于模擬題目中，滿足管制練習的需要。

空管系統大數據分析有著十分廣闊的的應用前景，隨著進一步的研究與分析，“空管自動化系統的大數據存儲與解析平臺”項目的進展，分析挖掘出來的空管系統大數據會為空管運行指揮提供更強有力的幫助與保障。

參考文獻

[1] 民用航空空中交通管理管理信息系統技術規范第1部分 系統數據與接口：MHT4018.1-2004[S].北京：中國標準出版社，2004.

[2] 民用航空空中交通管理管理信息系統技術規范第2部分 系統與網絡安全：MHT4018.2-2004[S].北京：中國標準出版社，2004.

作者簡介

劉佩銘（1990-），男，北京人;學歷：本科，工程學士，職稱：工程師，現就職單位：民航華北空管局技術保障中心，研究方向：空管自動化專業。