智慧空管技术的进展

智慧空管技术的进展中国民航空管改革的总目标是建设“四强空管（强安全、强效率、强智慧、强协同）””，智慧空管是四强空管中重要的一环，可以分为“智慧运行、智慧服务、智慧设施、智慧管理”四个层面。近年来，民航局和空管局对智慧空管进行了顶层设计，在推动和建设智慧空管的实际工作中，也取得了大量成果。本文以智慧运行与智慧设施为出发点，探讨技术体系层面上的共识，结合其他国家和组织对下一代空管系统的研究，对智慧空管的技术体系、实现智慧空管所需的基础设施，作出思考。打破“数据孤岛”要实现智慧空管，首先要实现空管的数字化转型。通过持续创新来适应数字化时代，是建设现代化空管技术体系的有效途径。空管数字化是基于当前强大的信息化技术所提供的支持和能力，让空管业务和信息技术真正产生交互，即在大数据、人工智能、云计算、物联网等信息技术的支持下，为空管业务的达成，提供更高效的途径。空管数字化转型的基础是空管生产工具的信息化改造。在信息化改造完成之后，由于有大数据、人工智能等越来越强大算力的支持，空管决策方式和决策能力都将会获得极大的改变和提升。当然，空管生产工具的数字化并不是一个需要完全从头开始的工作。近年来，塔台管制员的视觉观察及地空语音通信已经在一定程度上实现了“数据化”。不过，空管的大部分设备及系统是独立运行的，设备及系统之间不能实现高效的信息交互。例如，针对同一个航班，不同的自动化系统会独立进行航迹推算，产生的飞行数据自然就各有差异。目前，行业内已经充分认识到这种“数据孤岛”的现状，在西北空管局和华东空管局“数字化转型”的前期工作中，以及中国民航局空管局大数据平台研究中，数据治理，或者说是空管生产数据信息标准研究都是第一位的工作。相关信息显示，空管生产数据信息标准第一稿已经编写完成。以云平台为基础的服务笔者认为，智慧空管的基础设施，是以云化“广域信息管理（SWIM）”服务为核心，基于高速发展的大数据云服务（例如华为云或者阿里云提供的从数据分析到语音、图像识别，到人工智能服务），通过逐渐完善中的“空管生产数据信息标准”和其他国际标准，连接空管现有生产运行系统的体系。而要实现云化服务，必须实现三大过程：在空管单位建立云平台，接入各类的生产数据，逐渐向云平台迁移生产系统;在云平台上建立更完备的数字化服务;将空管服务最终建立在云平台的各种数字化应用中。这是空管数字化转型的必由之路，也是“智慧运行”与“智慧设施”的重要支柱。云平台也是大数据平台，标准化的空管生产数据能够有效地（结构化或者非结构化的）得到存储，并可以有效地进行数据挖掘及数据分析。我国空管运行的主体大致包括区域管制中心、空管分局站、机场塔台，一次性为不同层级和规模的空管单位建立统一的云平台并不现实，在各空管单位建设可在专用网络（民航大网）上互联的私有云系统，并逐渐互联为多中心的空管专有云系统，应该是一个可行的方案。云平台服务的实现，在技术上有赖于广域信息管理体系架构的进一步发展。广域信息管理能够实现空管运行环境（航路、机场、终端区、网络管理）之间的互操作，也可以更有效地完成信息交换。但是，目前全球使用广域信息管理达成航行信息交换的完成度并不理想，我国就几乎没有使用该技术进行飞行数据信息交换。要达成这个目的，需要充分研究我国运行的现状，实现与现行飞行数据传输和交换方式的充分交联，在保持现有体系正常运行的前提下，在妥善推进基于航迹运行的过程中，逐渐过渡到以广域信息管理为中心的飞行数据交换模式。广域信息管理也可能成为航迹信息共享的核心业务，国际民航组织亚太地区分办事处已经成立了一个基于广域信息管理进行监视信息共享的任务组，在大数据平台上汇聚监视信息，实施数据记录与融合，并进行航迹信息跨国、跨区域的共享工作。这也是空管大数据平台可行的工作目标之一。从技术上看，目前实施空管生产工具信息化改造的条件已经成熟。首先，经过长期发展，无论是欧洲单一天空计划(SESAR)，还是美国的下一代空管系统(NextGen)，或者国际民航组织的全球空中航行计划(ICAOGANP)，广域信息管理都是确定使用的数据交互方式。其次，云平台的架构已成熟，无论是公有云还是私有云，均可以进行有效的互联及扩展。在一个空管分局站的规模条件下，其云平台至少能够具备以下能力：飞行数据的结构化或者非结构化的大数据储存服务;基于飞行数据大数据的分析、检索、汇聚、分发等服务；基于消息队列的监视数据分发与存储服务;基于IP化音频的音频记录与分析服务;针对气象系统的IWXXM服務;SWIM的基础服务，包含集成化数据服务、发现服务、变更管理服务、通知服务和依赖管理服务。塔台数字化随着当前的技术发展，尚未数字化的塔台管制员视觉观察信息，在远程塔台的实践过程中，也得到了数字化。国际民航组织明确了远程塔台不仅可以提供远程机场的空中交通管理服务，还可以用于本地塔台空中交通管理的增强服务，也可以作为应急解决方案，在塔台不可用的情况下，确保服务的连续性;国际民航组织称远程塔台技术为数字空中交通服务，远程塔台技术实际上解决了塔台管制员视觉观察数字化的问题。我国已经在新疆机场集团进行了远程塔台的试点。此外，哈尔滨站坪塔台和广州白云机场站坪塔台目前也已利用远程塔台技术完成了视觉观察的数字化，并完全依靠数字化视频图像进行指挥。数字化视频可以进行数字图像增强，以消除雨、雾、霾等现象的影响，也可以利用视频传感器更灵敏的感光能力，在夜间及弱光下对图像进行增强。而且，基于人工智能的场面目标识别、联合场面监视设备的冲突探测、计算机视觉算法对非合作目标位置确定、机场不同级别禁区的侵入威胁识别等技术，都将增强塔台管制员对场面运行状态的掌控。向四强空管进军智慧空管是一项复杂的系统工程，既需要持续推进空管系统设施设备的整体建设，整合智慧基础设施建设，完成业务数据化;也需要加快推进空管数据中心建设，完成运行数据的智能化融合;还需要完成对安全管理综合体系、现代化流量管理体系、空域精细化管理体系的建设。人工智能、云计算、虚拟现实等信息技术已经深入到社会的各个领域，并推动了各领域不同程度的技术变革。空管行业是一个庞大的体系，涉及的专业和部门众多，不是一个地区或部门就能顺利推进智慧空管工作的，但不考虑各地区和部门的差异性，忽略技术进步的渐进过程，也