智慧空管技術(shù)的進(jìn)展

李鋼 鄭毅

中國(guó)民航空管改革的總目標(biāo)是建設(shè)“四強(qiáng)空管（強(qiáng)安全、強(qiáng)效率、強(qiáng)智慧、強(qiáng)協(xié)同）”，智慧空管是四強(qiáng)空管中重要的一環(huán)，可以分為“智慧運(yùn)行、智慧服務(wù)、智慧設(shè)施、智慧管理”四個(gè)層面。近年來(lái)，民航局和空管局對(duì)智慧空管進(jìn)行了頂層設(shè)計(jì)，在推動(dòng)和建設(shè)智慧空管的實(shí)際工作中，也取得了大量成果。

本文以智慧運(yùn)行與智慧設(shè)施為出發(fā)點(diǎn)，探討技術(shù)體系層面上的共識(shí)，結(jié)合其他國(guó)家和組織對(duì)下一代空管系統(tǒng)的研究，對(duì)智慧空管的技術(shù)體系、實(shí)現(xiàn)智慧空管所需的基礎(chǔ)設(shè)施，作出思考。

打破“數(shù)據(jù)孤島”

要實(shí)現(xiàn)智慧空管，首先要實(shí)現(xiàn)空管的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。通過(guò)持續(xù)創(chuàng)新來(lái)適應(yīng)數(shù)字化時(shí)代，是建設(shè)現(xiàn)代化空管技術(shù)體系的有效途徑。

空管數(shù)字化是基于當(dāng)前強(qiáng)大的信息化技術(shù)所提供的支持和能力，讓空管業(yè)務(wù)和信息技術(shù)真正產(chǎn)生交互，即在大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的支持下，為空管業(yè)務(wù)的達(dá)成，提供更高效的途徑。

空管數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)是空管生產(chǎn)工具的信息化改造。在信息化改造完成之后，由于有大數(shù)據(jù)、人工智能等越來(lái)越強(qiáng)大算力的支持，空管決策方式和決策能力都將會(huì)獲得極大的改變和提升。

當(dāng)然，空管生產(chǎn)工具的數(shù)字化并不是一個(gè)需要完全從頭開始的工作。近年來(lái)，塔臺(tái)管制員的視覺觀察及地空語(yǔ)音通信已經(jīng)在一定程度上實(shí)現(xiàn)了“數(shù)據(jù)化”。不過(guò)，空管的大部分設(shè)備及系統(tǒng)是獨(dú)立運(yùn)行的，設(shè)備及系統(tǒng)之間不能實(shí)現(xiàn)高效的信息交互。例如，針對(duì)同一個(gè)航班，不同的自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)獨(dú)立進(jìn)行航跡推算，產(chǎn)生的飛行數(shù)據(jù)自然就各有差異。

目前，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到這種“數(shù)據(jù)孤島”的現(xiàn)狀，在西北空管局和華東空管局“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”的前期工作中，以及中國(guó)民航局空管局大數(shù)據(jù)平臺(tái)研究中，數(shù)據(jù)治理，或者說(shuō)是空管生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)研究都是第一位的工作。相關(guān)信息顯示，空管生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)第一稿已經(jīng)編寫完成。

以云平臺(tái)為基礎(chǔ)的服務(wù)

筆者認(rèn)為，智慧空管的基礎(chǔ)設(shè)施，是以云化“廣域信息管理（SWIM）”服務(wù)為核心，基于高速發(fā)展的大數(shù)據(jù)云服務(wù)（例如華為云或者阿里云提供的從數(shù)據(jù)分析到語(yǔ)音、圖像識(shí)別，到人工智能服務(wù)），通過(guò)逐漸完善中的“空管生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)”和其他國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，連接空管現(xiàn)有生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)的體系。

而要實(shí)現(xiàn)云化服務(wù)，必須實(shí)現(xiàn)三大過(guò)程：在空管單位建立云平臺(tái)，接入各類的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，逐漸向云平臺(tái)遷移生產(chǎn)系統(tǒng);在云平臺(tái)上建立更完備的數(shù)字化服務(wù);將空管服務(wù)最終建立在云平臺(tái)的各種數(shù)字化應(yīng)用中。這是空管數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必由之路，也是“智慧運(yùn)行”與“智慧設(shè)施”的重要支柱。云平臺(tái)也是大數(shù)據(jù)平臺(tái)，標(biāo)準(zhǔn)化的空管生產(chǎn)數(shù)據(jù)能夠有效地（結(jié)構(gòu)化或者非結(jié)構(gòu)化的）得到存儲(chǔ)，并可以有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘及數(shù)據(jù)分析。

我國(guó)空管運(yùn)行的主體大致包括區(qū)域管制中心、空管分局站、機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)，一次性為不同層級(jí)和規(guī)模的空管單位建立統(tǒng)一的云平臺(tái)并不現(xiàn)實(shí)，在各空管單位建設(shè)可在專用網(wǎng)絡(luò)（民航大網(wǎng)）上互聯(lián)的私有云系統(tǒng)，并逐漸互聯(lián)為多中心的空管專有云系統(tǒng)，應(yīng)該是一個(gè)可行的方案。

云平臺(tái)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)，在技術(shù)上有賴于廣域信息管理體系架構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展。廣域信息管理能夠?qū)崿F(xiàn)空管運(yùn)行環(huán)境（航路、機(jī)場(chǎng)、終端區(qū)、網(wǎng)絡(luò)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(dá)成航行信息交換的完成度并不理想，我國(guó)就幾乎沒有使用該技術(shù)進(jìn)行飛行數(shù)據(jù)信息交換。要達(dá)成這個(gè)目的，需要充分研究我國(guó)運(yùn)行的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)行飛行數(shù)據(jù)傳輸和交換方式的充分交聯(lián)，在保持現(xiàn)有體系正常運(yùn)行的前提下，在妥善推進(jìn)基于航跡運(yùn)行的過(guò)程中，逐漸過(guò)渡到以廣域信息管理為中心的飛行數(shù)據(jù)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(yè)務(wù)，國(guó)際民航組織亞太地區(qū)分辦事處已經(jīng)成立了一個(gè)基于廣域信息管理進(jìn)行監(jiān)視信息共享的任務(wù)組，在大數(shù)據(jù)平臺(tái)上匯聚監(jiān)視信息，實(shí)施數(shù)據(jù)記錄與融合，并進(jìn)行航跡信息跨國(guó)、跨區(qū)域的共享工作。這也是空管大數(shù)據(jù)平臺(tái)可行的工作目標(biāo)之一。

從技術(shù)上看，目前實(shí)施空管生產(chǎn)工具信息化改造的條件已經(jīng)成熟。首先，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展，無(wú)論是歐洲單一天空計(jì)劃（SESAR），還是美國(guó)的下一代空管系統(tǒng)（NextGen），或者國(guó)際民航組織的全球空中航行計(jì)劃（ICAO GANP），廣域信息管理都是確定使用的數(shù)據(jù)交互方式。其次，云平臺(tái)的架構(gòu)已成熟，無(wú)論是公有云還是私有云，均可以進(jìn)行有效的互聯(lián)及擴(kuò)展。

在一個(gè)空管分局站的規(guī)模條件下，其云平臺(tái)至少能夠具備以下能力：飛行數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化或者非結(jié)構(gòu)化的大數(shù)據(jù)儲(chǔ)存服務(wù);基于飛行數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)的分析、檢索、匯聚、分發(fā)等服務(wù);基于消息隊(duì)列的監(jiān)視數(shù)據(jù)分發(fā)與存儲(chǔ)服務(wù);基于IP化音頻的音頻記錄與分析服務(wù);針對(duì)氣象系統(tǒng)的IWXXM服務(wù);SWIM的基礎(chǔ)服務(wù)，包含集成化數(shù)據(jù)服務(wù)、發(fā)現(xiàn)服務(wù)、變更管理服務(wù)、通知服務(wù)和依賴管理服務(wù)。

塔臺(tái)數(shù)字化

隨著當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展，尚未數(shù)字化的塔臺(tái)管制員視覺觀察信息，在遠(yuǎn)程塔臺(tái)的實(shí)踐過(guò)程中，也得到了數(shù)字化。國(guó)際民航組織明確了遠(yuǎn)程塔臺(tái)不僅可以提供遠(yuǎn)程機(jī)場(chǎng)的空中交通管理服務(wù)，還可以用于本地塔臺(tái)空中交通管理的增強(qiáng)服務(wù)，也可以作為應(yīng)急解決方案，在塔臺(tái)不可用的情況下，確保服務(wù)的連續(xù)性;國(guó)際民航組織稱遠(yuǎn)程塔臺(tái)技術(shù)為數(shù)字空中交通服務(wù)，遠(yuǎn)程塔臺(tái)技術(shù)實(shí)際上解決了塔臺(tái)管制員視覺觀察數(shù)字化的問(wèn)題。

我國(guó)已經(jīng)在新疆機(jī)場(chǎng)集團(tuán)進(jìn)行了遠(yuǎn)程塔臺(tái)的試點(diǎn)。此外，哈爾濱站坪塔臺(tái)和廣州白云機(jī)場(chǎng)站坪塔臺(tái)目前也已利用遠(yuǎn)程塔臺(tái)技術(shù)完成了視覺觀察的數(shù)字化，并完全依靠數(shù)字化視頻圖像進(jìn)行指揮。

數(shù)字化視頻可以進(jìn)行數(shù)字圖像增強(qiáng)，以消除雨、霧、霾等現(xiàn)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(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)。而且，基于人工智能的場(chǎng)面目標(biāo)識(shí)別、聯(lián)合場(chǎng)面監(jiān)視設(shè)備的沖突探測(cè)、計(jì)算機(jī)視覺算法對(duì)非合作目標(biāo)位置確定、機(jī)場(chǎng)不同級(jí)別禁區(qū)的侵入威脅識(shí)別等技術(shù)，都將增強(qiáng)塔臺(tái)管制員對(duì)場(chǎng)面運(yùn)行狀態(tài)的掌控。

向四強(qiáng)空管進(jìn)軍

智慧空管是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，既需要持續(xù)推進(jìn)空管系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備的整體建設(shè)，整合智慧基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化;也需要加快推進(jìn)空管數(shù)據(jù)中心建設(shè)，完成運(yùn)行數(shù)據(jù)的智能化融合;還需要完成對(duì)安全管理綜合體系、現(xiàn)代化流量管理體系、空域精細(xì)化管理體系的建設(shè)。

人工智能、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)等信息技術(shù)已經(jīng)深入到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，并推動(dòng)了各領(lǐng)域不同程度的技術(shù)變革?？展苄袠I(yè)是一個(gè)龐大的體系，涉及的專業(yè)和部門眾多，不是一個(gè)地區(qū)或部門就能順利推進(jìn)智慧空管工作的，但不考慮各地區(qū)和部門的差異性，忽略技術(shù)進(jìn)步的漸進(jìn)過(guò)程，也不能達(dá)成最優(yōu)的結(jié)果。

在統(tǒng)籌管理和協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，由下至上，充分考慮運(yùn)行單位或部門的設(shè)備現(xiàn)狀和業(yè)務(wù)規(guī)模，分步驟推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，建設(shè)智慧空管的基礎(chǔ)設(shè)施，充分考慮空管與機(jī)場(chǎng)部門的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)中小機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)的數(shù)字化，最終完成智慧空管的變革，這將是達(dá)成“四強(qiáng)空管”總目標(biāo)的任務(wù)方向。