智慧空管技術的進展

李鋼 鄭毅

中國民航空管改革的總目標是建設“四強空管（強安全、強效率、強智慧、強協同）”，智慧空管是四強空管中重要的一環，可以分為“智慧運行、智慧服務、智慧設施、智慧管理”四個層面。近年來，民航局和空管局對智慧空管進行了頂層設計，在推動和建設智慧空管的實際工作中，也取得了大量成果。

本文以智慧運行與智慧設施為出發點，探討技術體系層面上的共識，結合其他國家和組織對下一代空管系統的研究，對智慧空管的技術體系、實現智慧空管所需的基礎設施，作出思考。

打破“數據孤島”

要實現智慧空管，首先要實現空管的數字化轉型。通過持續創新來適應數字化時代，是建設現代化空管技術體系的有效途徑。

空管數字化是基于當前強大的信息化技術所提供的支持和能力，讓空管業務和信息技術真正產生交互，即在大數據、人工智能、云計算、物聯網等信息技術的支持下，為空管業務的達成，提供更高效的途徑。

空管數字化轉型的基礎是空管生產工具的信息化改造。在信息化改造完成之后，由于有大數據、人工智能等越來越強大算力的支持，空管決策方式和決策能力都將會獲得極大的改變和提升。

當然，空管生產工具的數字化并不是一個需要完全從頭開始的工作。近年來，塔臺管制員的視覺觀察及地空語音通信已經在一定程度上實現了“數據化”。不過，空管的大部分設備及系統是獨立運行的，設備及系統之間不能實現高效的信息交互。例如，針對同一個航班，不同的自動化系統會獨立進行航跡推算，產生的飛行數據自然就各有差異。

目前，行業內已經充分認識到這種“數據孤島”的現狀，在西北空管局和華東空管局“數字化轉型”的前期工作中，以及中國民航局空管局大數據平臺研究中，數據治理，或者說是空管生產數據信息標準研究都是第一位的工作。相關信息顯示，空管生產數據信息標準第一稿已經編寫完成。

以云平臺為基礎的服務

筆者認為，智慧空管的基礎設施，是以云化“廣域信息管理（SWIM）”服務為核心，基于高速發展的大數據云服務（例如華為云或者阿里云提供的從數據分析到語音、圖像識別，到人工智能服務），通過逐漸完善中的“空管生產數據信息標準”和其他國際標準，連接空管現有生產運行系統的體系。

而要實現云化服務，必須實現三大過程：在空管單位建立云平臺，接入各類的生產數據，逐漸向云平臺遷移生產系統;在云平臺上建立更完備的數字化服務;將空管服務最終建立在云平臺的各種數字化應用中。這是空管數字化轉型的必由之路，也是“智慧運行”與“智慧設施”的重要支柱。云平臺也是大數據平臺，標準化的空管生產數據能夠有效地（結構化或者非結構化的）得到存儲，并可以有效地進行數據挖掘及數據分析。

我國空管運行的主體大致包括區域管制中心、空管分局站、機場塔臺，一次性為不同層級和規模的空管單位建立統一的云平臺并不現實，在各空管單位建設可在專用網絡（民航大網）上互聯的私有云系統，并逐漸互聯為多中心的空管專有云系統，應該是一個可行的方案。

云平臺服務的實現，在技術上有賴于廣域信息管理體系架構的進一步發展。廣域信息管理能夠實現空管運行環境（航路、機場、終端區、網絡管理）之間的互操作，也可以更有效地完成信息交換。

但是，目前全球使用廣域信息管理達成航行信息交換的完成度并不理想，我國就幾乎沒有使用該技術進行飛行數據信息交換。要達成這個目的，需要充分研究我國運行的現狀，實現與現行飛行數據傳輸和交換方式的充分交聯，在保持現有體系正常運行的前提下，在妥善推進基于航跡運行的過程中，逐漸過渡到以廣域信息管理為中心的飛行數據交換模式。

廣域信息管理也可能成為航跡信息共享的核心業務，國際民航組織亞太地區分辦事處已經成立了一個基于廣域信息管理進行監視信息共享的任務組，在大數據平臺上匯聚監視信息，實施數據記錄與融合，并進行航跡信息跨國、跨區域的共享工作。這也是空管大數據平臺可行的工作目標之一。

從技術上看，目前實施空管生產工具信息化改造的條件已經成熟。首先，經過長期發展，無論是歐洲單一天空計劃（SESAR），還是美國的下一代空管系統（NextGen），或者國際民航組織的全球空中航行計劃（ICAO GANP），廣域信息管理都是確定使用的數據交互方式。其次，云平臺的架構已成熟，無論是公有云還是私有云，均可以進行有效的互聯及擴展。

在一個空管分局站的規模條件下，其云平臺至少能夠具備以下能力：飛行數據的結構化或者非結構化的大數據儲存服務;基于飛行數據大數據的分析、檢索、匯聚、分發等服務;基于消息隊列的監視數據分發與存儲服務;基于IP化音頻的音頻記錄與分析服務;針對氣象系統的IWXXM服務;SWIM的基礎服務，包含集成化數據服務、發現服務、變更管理服務、通知服務和依賴管理服務。

塔臺數字化

隨著當前的技術發展，尚未數字化的塔臺管制員視覺觀察信息，在遠程塔臺的實踐過程中，也得到了數字化。國際民航組織明確了遠程塔臺不僅可以提供遠程機場的空中交通管理服務，還可以用于本地塔臺空中交通管理的增強服務，也可以作為應急解決方案，在塔臺不可用的情況下，確保服務的連續性;國際民航組織稱遠程塔臺技術為數字空中交通服務，遠程塔臺技術實際上解決了塔臺管制員視覺觀察數字化的問題。

我國已經在新疆機場集團進行了遠程塔臺的試點。此外，哈爾濱站坪塔臺和廣州白云機場站坪塔臺目前也已利用遠程塔臺技術完成了視覺觀察的數字化，并完全依靠數字化視頻圖像進行指揮。

數字化視頻可以進行數字圖像增強，以消除雨、霧、霾等現象的影響，也可以利用視頻傳感器更靈敏的感光能力，在夜間及弱光下對圖像進行增強。而且，基于人工智能的場面目標識別、聯合場面監視設備的沖突探測、計算機視覺算法對非合作目標位置確定、機場不同級別禁區的侵入威脅識別等技術，都將增強塔臺管制員對場面運行狀態的掌控。

向四強空管進軍

智慧空管是一項復雜的系統工程，既需要持續推進空管系統設施設備的整體建設，整合智慧基礎設施建設，完成業務數據化;也需要加快推進空管數據中心建設，完成運行數據的智能化融合;還需要完成對安全管理綜合體系、現代化流量管理體系、空域精細化管理體系的建設。

人工智能、云計算、虛擬現實等信息技術已經深入到社會的各個領域，并推動了各領域不同程度的技術變革。空管行業是一個龐大的體系，涉及的專業和部門眾多，不是一個地區或部門就能順利推進智慧空管工作的，但不考慮各地區和部門的差異性，忽略技術進步的漸進過程，也不能達成最優的結果。

在統籌管理和協調的基礎上，由下至上，充分考慮運行單位或部門的設備現狀和業務規模，分步驟推進數字化轉型，建設智慧空管的基礎設施，充分考慮空管與機場部門的互聯互通，實現中小機場塔臺的數字化，最終完成智慧空管的變革，這將是達成“四強空管”總目標的任務方向。