智慧空中交通管理系統(tǒng)及其運(yùn)用

摘 要：針對(duì)新型智慧空中交通管理系統(tǒng)，在明確系統(tǒng)框架、關(guān)鍵技術(shù)和支撐平臺(tái)的基礎(chǔ)上，對(duì)其在不同方面的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行分析，為系統(tǒng)優(yōu)化及發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：空中交通管理；系統(tǒng)框架；關(guān)鍵技術(shù)；應(yīng)用

智慧空中交通管理系統(tǒng)將現(xiàn)有管理系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)的未來發(fā)展走向，由空中運(yùn)行管理工作涉及的不同環(huán)節(jié)入手，以可靠連接計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施與空中交通管理基礎(chǔ)設(shè)施為新系統(tǒng)的特色，同時(shí)注重人和系統(tǒng)之間產(chǎn)生的相互作用，從而使現(xiàn)代空中交通管理踏上新臺(tái)階。

1 智慧空中交通管理系統(tǒng)框架

（1）感知層。感知層相當(dāng)于系統(tǒng)神經(jīng)末梢，同時(shí)也是確保系統(tǒng)得以正常運(yùn)行的重要保障。感知層由三部分構(gòu)成，分別為機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面、航路傳感器與管制中心。其中，航路傳感器主要包括一次雷達(dá)、二次雷達(dá)和自動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)等。一次雷達(dá)的主要作用在于監(jiān)視機(jī)場(chǎng)附近及航路上的飛行情況；二次雷達(dá)的主要作用在于監(jiān)視高密度空域及終端區(qū)上的飛行情況；自動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)主要作用在于監(jiān)視山區(qū)、叢林、沙漠及大洋空域上的飛行情況?？紤]到細(xì)微故障容易造成連鎖反應(yīng)，使管理服務(wù)受到影響而直接威脅到飛行安全，所以感知層還要包含可對(duì)系統(tǒng)導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)視的傳感器[1]。

（2）網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層是對(duì)復(fù)雜空管信息進(jìn)行融合的重要基礎(chǔ)，通常采用空中交通管理局域網(wǎng)、Internet網(wǎng)與航空固定通信網(wǎng)等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。正是對(duì)此類網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的充分應(yīng)用，可為全新的空中交通管理系統(tǒng)提供良好的互聯(lián)互通支撐。

（3）平臺(tái)層。平臺(tái)層還可稱作系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)層，是指對(duì)監(jiān)視數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用，建立直接面向管理的應(yīng)用型平臺(tái)，根據(jù)不同的應(yīng)用服務(wù)類型，可分為交通服務(wù)、計(jì)劃管理、流量管理和空域管理等若干種。由于已經(jīng)有部分平臺(tái)可以在空中交通管理中應(yīng)用，所以智慧管理系統(tǒng)能在現(xiàn)有平臺(tái)上通過合理的改造直接實(shí)現(xiàn)，無需對(duì)平臺(tái)進(jìn)行重新開發(fā)。

（4）專業(yè)應(yīng)用及決策支持層。該層的主要作用為向交通管理活動(dòng)提供必要的決策支持，為流量管理、告警、設(shè)備監(jiān)視與空域管理等新服務(wù)的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)條件，是使空中交通管理真正走上協(xié)同一體化道路的重要舉措，有利于提升空域資源實(shí)際利用率。

2 智慧空中交通管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

（1）RFID技術(shù)。RFID即射頻識(shí)別，具有非接觸與自動(dòng)識(shí)別等特點(diǎn)，利用射頻信號(hào)對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，同時(shí)獲取信息和參數(shù)，整個(gè)識(shí)別過程可徹底擺脫人工干預(yù)。技術(shù)原理為：磁場(chǎng)中有標(biāo)簽進(jìn)入以后，對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行接收，依靠感應(yīng)電流所獲能量對(duì)儲(chǔ)存于芯片當(dāng)中的信息實(shí)施發(fā)送，由解讀器對(duì)信息進(jìn)行讀取與解碼之后，傳輸至系統(tǒng)開始分析處理[2]。

（2）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)是對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)、分布式信息處理、傳感器及無線通信等技術(shù)進(jìn)行集成而得到的具有信息獲取能力與分析處理能力的新技術(shù)。在系統(tǒng)不同環(huán)節(jié)布置傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)空域單元實(shí)際運(yùn)行情況的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，明確設(shè)備所處狀態(tài)，并對(duì)獲得的信息實(shí)施處理之后采取無線方法予以傳輸，以此確保管理部門可以在第一時(shí)間獲取設(shè)備狀態(tài)及空情數(shù)據(jù)。

3 智慧空中交通管理系統(tǒng)的支撐平臺(tái)

（1）交通服務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)作用在于對(duì)航空器的起降與航行進(jìn)行管理，以確保系統(tǒng)安全及飛行秩序?yàn)槟繕?biāo)。其承擔(dān)以下任務(wù)：避免飛機(jī)相撞；避免飛機(jī)滑行和其他物體、飛機(jī)與車輛等相撞；提升空域資源實(shí)際利用率。基于智慧空中交通管理系統(tǒng)，該平臺(tái)致力于將以EUROCAT為基礎(chǔ)，深入探究基于物聯(lián)網(wǎng)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)整合，旨在管制席位對(duì)交通態(tài)勢(shì)施以實(shí)時(shí)顯示，從而實(shí)現(xiàn)交通服務(wù)全覆蓋。

（2）流量管理平臺(tái)。該平臺(tái)作用在于當(dāng)空中的實(shí)際交通流量和管制服務(wù)最大能力相接近時(shí)，對(duì)流量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保以最佳的流量狀態(tài)順利通過空域，達(dá)到提升空域及機(jī)場(chǎng)等資源實(shí)際利用率的目的。該平臺(tái)構(gòu)建需要應(yīng)用協(xié)同決策機(jī)制，通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的合理開發(fā)、運(yùn)用，采取多源數(shù)據(jù)接入等方法有效提高數(shù)據(jù)交互水平，同時(shí)依靠相關(guān)決策模型，實(shí)現(xiàn)更高的自動(dòng)管理水平，從而對(duì)空情進(jìn)行智能化預(yù)測(cè)評(píng)估，良好適應(yīng)日益增長的交通需要[3]。

（3）空域管理平臺(tái)。該平臺(tái)綜合各用戶需求，對(duì)時(shí)間及空間進(jìn)行合理化劃分，以此實(shí)現(xiàn)資源利用最大化目標(biāo)。為了有效提高管理的水平和效能，保證資源利用具有更好的靈活性與安全性，同時(shí)增進(jìn)用戶之間的合作與協(xié)同能力，系統(tǒng)深入探究了怎樣以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心實(shí)現(xiàn)廣泛感知，利用新興數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)空域?qū)嶋H使用狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視，使各個(gè)部門都能認(rèn)識(shí)到空域管理具有的重要作用；探究怎樣從戰(zhàn)術(shù)角度入手對(duì)不同用戶提出的空域需求進(jìn)行管理，平衡不同區(qū)域、國家的空域需求。

4 智慧空中交通管理系統(tǒng)應(yīng)用

（1）場(chǎng)面運(yùn)行管理。在航空運(yùn)輸系統(tǒng)中，機(jī)場(chǎng)是十分重要的組成部分，其場(chǎng)面管理的效能會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)管理水平帶來直接的影響。場(chǎng)面運(yùn)行管理指的是借助現(xiàn)階段新型科技對(duì)各類資源實(shí)施協(xié)同決策及動(dòng)態(tài)監(jiān)控，將確保運(yùn)行效率與安全作為根本目標(biāo)，同時(shí)盡可能降低人員工作強(qiáng)度。在智慧空中交通管理系統(tǒng)中，可將不同類型的傳感器應(yīng)用于系統(tǒng)的場(chǎng)面監(jiān)視，以此對(duì)目標(biāo)的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視，再應(yīng)用配套平臺(tái)完成沖突控制及滑行調(diào)度，最終為場(chǎng)面活動(dòng)的全體參與人員提供合理化的建議、指導(dǎo)。

（2）空域運(yùn)行管理。如今，空域運(yùn)行所具有的復(fù)雜性日益增加，為適應(yīng)這一需要，空中管理對(duì)于空域管理專業(yè)必須將動(dòng)態(tài)化的運(yùn)行管理作為主要研究方向。在智慧空中交通管理系統(tǒng)中，可對(duì)不同類型的監(jiān)視方式進(jìn)行融合，以此完成協(xié)同和動(dòng)態(tài)化的空域運(yùn)行監(jiān)視，同時(shí)配以專業(yè)應(yīng)用平臺(tái)，根據(jù)環(huán)境及使用要求，為管制員提供相應(yīng)的管理決策。

（3）協(xié)同流量管理。協(xié)同流量管理指的是以各方協(xié)同的方式對(duì)流量實(shí)施管理的模式，即對(duì)由使用者與管理者提供的各類信息實(shí)施整合，再經(jīng)過協(xié)同處理提出有效管理措施。在智慧空中交通管理系統(tǒng)中，可將傳感單元設(shè)置于不同部分之間，借助物聯(lián)網(wǎng)提供的強(qiáng)大支持，共享空中交通態(tài)勢(shì)信息，同時(shí)配以專業(yè)應(yīng)用平臺(tái)，開展協(xié)同流量管理活動(dòng)[4]。

（4）跑道運(yùn)行安全管理。在飛行區(qū)的運(yùn)行管理中，跑道是一項(xiàng)十分重要的資源，其運(yùn)行安全涉及以下內(nèi)容：避免跑道遭受侵入、防止飛機(jī)沖出或偏離跑道、跑道上異物檢測(cè)。在智慧空中交通管理系統(tǒng)中，可充分利用傳感器技術(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)視跑道實(shí)際使用狀況，確保管制部門可在第一時(shí)間獲取相關(guān)信息，提升機(jī)場(chǎng)跑道對(duì)于不安全因素的預(yù)控能力。

（5）設(shè)備狀態(tài)管理。我國的空中交通管理設(shè)備正不斷向網(wǎng)絡(luò)化、精密化與系統(tǒng)化的方向發(fā)展?？罩薪煌ü芾碓O(shè)備得以正常運(yùn)行必須得到保障技術(shù)大力支持。如前所述，任何一個(gè)細(xì)微故障都有演變?yōu)檫B鎖反應(yīng)的可能，如果故障處理不及時(shí)，還會(huì)威脅到飛行安全。在智慧空中交通管理系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)管理，可將傳感器設(shè)置于各種空中管理設(shè)備中，同時(shí)借助物聯(lián)網(wǎng)傳輸信息，以便及時(shí)開展保養(yǎng)和維修。

5 結(jié)束語

智慧空中交通管理系統(tǒng)作為現(xiàn)階段空中交通管理發(fā)展的必然結(jié)果，它以RFID與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，以交通服務(wù)平臺(tái)、流量管理平臺(tái)和空域管理平臺(tái)為支撐平臺(tái)，可在場(chǎng)面運(yùn)行管理、空域運(yùn)行管理、協(xié)同流量管理等方面實(shí)現(xiàn)良好應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[4]張進(jìn)，胡明華，張晨.空中交通管理中的復(fù)雜性研究[J].航空學(xué)報(bào)，2014（11）：2132-2142.

作者簡介：王瑞，男，漢族，新疆阿勒泰市，本科，助理工程師，民航西南空中交通管理局，研究方向：空中交通管制。