劉成杰 隋東 蘇祖輝 靳學(xué)梅

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和5G通信等新技術(shù)的發(fā)展，智慧民航和智慧空管開始受到各航空強國的重視。

智慧民航是運用新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的最新成果，分析整合民航各種信息和要素資源，最終實現(xiàn)對行業(yè)安全、服務(wù)、保障等進行數(shù)字化，加強其智能化效應(yīng)和智慧化支撐的建設(shè)過程，是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代技術(shù)在民航領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和深度融合。

智慧空管是智慧民航的重要組成部分，可理解為是利用新一代信息技術(shù)來感知、分析、融合空中交通管理各類信息，通過廣泛數(shù)據(jù)獲取、深度信息融合、安全信息共享、高效協(xié)同決策，逐步提升航班運行和空中交通管理數(shù)字化、智能化水平，實現(xiàn)“四強空管”發(fā)展目標。同時，與下一代空中交通運行體系——基于航跡運行（TBO）進行深度融合，推進國際民航組織提出的“航空系統(tǒng)組塊升級（ASBU）”路線圖的實施，為國際民航貢獻中國智慧。

按照中國民航局空管局的規(guī)劃，未來將重點圍繞智慧運行、智慧服務(wù)、智慧設(shè)施、智慧管理四個方面全面深化智慧空管。

智慧空管的特征

綜觀當前全球空中交通和新一代信息技術(shù)的趨勢，智慧空管的發(fā)展呈現(xiàn)出四大特征。

首先，基于航跡運行是未來空管發(fā)展的核心體系。按照國際民航達成的初步共識，2035年，基于航跡運行將以航班運行全生命周期為基礎(chǔ)，實現(xiàn)空中交通規(guī)則和空管服務(wù)的全過程一體化。與過去相比，基于航跡運行將可以根據(jù)飛機的性能、航班時刻、氣象條件、安全要求等多種因素，綜合優(yōu)化航班群體的航跡，從而使飛行與空管建立共同的行進優(yōu)勢，大大提高協(xié)同性、精準性、安全性。針對航班擁堵延誤等國際共同難點問題，需綜合運用新一代信息技術(shù)和新管理思想來緩解這一難題。目前，中國電科萊斯信息和北京航空航天大學(xué)等單位在中國民航局空管局的組織下，進行了前沿研究論證。

其次，新一代信息技術(shù)將很快在空管技術(shù)發(fā)展中掀起浪潮。云計算技術(shù)可以將空管運行數(shù)據(jù)儲存并部署在云端，依靠云計算可以迅速實現(xiàn)快速連接。大數(shù)據(jù)技術(shù)也可以將空管運行數(shù)據(jù)分析得更深入、更徹底，特別是在空管運行性能評估及性能改進上大有空間。目前，南京航空航天大學(xué)和中國電科萊斯信息等單位已就此進行了研究論證，初步提出了航班運行分析指標體系，并初步研發(fā)了多維綜合數(shù)據(jù)分析功能。

第三，管制智能化將成為不可阻擋的趨勢。管制智能化能將管制員從繁重的工作中解脫出來，降低出錯率，提高效率。未來，空管智能技術(shù)能將地面自動化系統(tǒng)與飛機機載控制計算機有機融合為一個整體，發(fā)展形成天、空、地一體化的管制框架，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信取代語音通信，管制機器人逐步取代管制員。未來，精確計算將逐步取代人工計算，以智能化方式自動給出管制解決方案。目前，南京航空航天大學(xué)等單位對管制智能機器人進行了前沿研究論證，開發(fā)了空中交通管理仿真原型系統(tǒng)，并在民航安全評估領(lǐng)域進行了探索應(yīng)用。

第四，航班全面深入?yún)f(xié)同智能化運行。航班的運行管理涉及多個參與主體，包括：空管、機場、航空公司、航空器制造商、氣象部門等，全國航班運行要想做到安全和高效，就需要各個運行單位充分協(xié)同交互，分享信息協(xié)同決策。目前，國際民航組織提出的廣義信息管理系統(tǒng)（SWIM）等一批技術(shù)以及工程也在抓緊推進，助力全球民航單位互聯(lián)互通，協(xié)同運行。

智慧航班運行

2020年全國民航工作會議提出，2021年要推動運行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，探索構(gòu)建民航數(shù)據(jù)資源融合應(yīng)用生態(tài)體系，搭建民航智慧運行數(shù)字化環(huán)境。氣象信息、導(dǎo)航信息、告警預(yù)測等信息是航班運行的重要參數(shù)，這些都要求航空公司不斷提高對航班管控的及時性，通過將異常識別關(guān)口前移，早發(fā)現(xiàn)、早處置，最大程度降低航班運行風(fēng)險，為安全運行保駕護航。

正如《中國民用航空局關(guān)于推進新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)五年行動方案》所提到的，智慧運行就是要以航班運行為核心，以秒級管控為目標，提高行業(yè)主體間的協(xié)同運行水平和服務(wù)保障能力，打造數(shù)據(jù)流、業(yè)務(wù)流、指令流等各類資源要素有機融合的民航生態(tài)圈，實現(xiàn)全面感知、泛在互聯(lián)、人機協(xié)同、全球共享，構(gòu)建新一代航空運輸系統(tǒng)。

根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，中國民航局空管局將逐步把大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)融合到航行技術(shù)中，實現(xiàn)全國空中交通的動態(tài)聯(lián)合管理，全國流量的精細化管理，管制智慧的智能輔助支撐。將全面實現(xiàn)基于性能的導(dǎo)航、機場協(xié)同決策、數(shù)字化通關(guān)，在有條件地區(qū)逐步推行高級場面活動控制引導(dǎo)系統(tǒng)、數(shù)字/智慧塔臺，積極開展語音識別等一批前瞻技術(shù)研發(fā)。

可以預(yù)見，大數(shù)據(jù)和人工智能等新技術(shù)的日趨成熟，將給航班運行帶來多方面提升。以機場和扇區(qū)容量預(yù)測舉例，2017年，麻省理工學(xué)院的空管專家、人工智能專家和氣象專家等對雷雨影響下機場容量接收率的預(yù)測進行了研究論證，探索使用人工智能/機器學(xué)習(xí)的技術(shù)結(jié)合大量歷史數(shù)據(jù)進行預(yù)測給出。

目前，對于雷雨期間機場容量的評估無法客觀量化，一般根據(jù)值班員經(jīng)驗確定，其精度和客觀程度不能保證。對于同一場景，不同值班人員可能會給出差異較大的不同容量值。若容量預(yù)測過小，會存在未使用容量即浪費時隙，從而導(dǎo)致不必要的延誤和經(jīng)濟損失，影響航班正常性和旅客體驗等;若容量預(yù)測過大，則會導(dǎo)致航班在扇區(qū)或機場的過量，超出管制員的工作負荷，進一步引發(fā)管制安全風(fēng)險，如空中繞飛、突然發(fā)布尾流間隔或不接收流控等。

未來，隨著智慧航班運行的建設(shè)推進，可預(yù)期新技術(shù)新工具將助力提升全國200多個機場和近1000個扇區(qū)的容量評估預(yù)測，進而降低全國航班總體延誤率，同時也提升整個國家空域系統(tǒng)的航空器承載量等。新技術(shù)將充分吸收經(jīng)驗豐富值班主任的評估經(jīng)驗，同時結(jié)合航空器制造商的飛機性能數(shù)據(jù)，進行深度機器學(xué)習(xí)預(yù)測，對于同一場景，盡量避免不同值班人員可能會給出差異容量值。

智慧協(xié)同服務(wù)

在智慧服務(wù)方面，中國民航局空管局計劃構(gòu)建互聯(lián)互通環(huán)境，實現(xiàn)航班、流量、氣象、情報、通信導(dǎo)航多信息共享，推動航空公司、機場、空管深入合作，建設(shè)具有中國特色的信息系統(tǒng)。目前，中國空管和機場的協(xié)作已居世界領(lǐng)先水平，但空管和航空公司、航空器制造商的協(xié)作還有待深入。

未來，新技術(shù)日趨成熟，將給協(xié)同服務(wù)帶來多方面提升。以提升航班全生命周期可預(yù)測性為例，智慧協(xié)同服務(wù)將可以為航班全生命周期智能畫像，通過對航班綜合多維畫像挖掘計算各個重要時間節(jié)點信息，對航班進程階段進行提前精確預(yù)測，如高精度預(yù)計落地時間、高精度空中過點時間、高質(zhì)量計算起飛時間、航班目標撤輪檔時間等，這些數(shù)據(jù)對機場、航空公司以及旅客等保障準備工作至關(guān)重要。

此外，智慧協(xié)同服務(wù)還將采用機器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘算法，結(jié)合飛機性能數(shù)據(jù)對自動化、場面電子進程單、流量系統(tǒng)等系統(tǒng)中的航班執(zhí)行數(shù)據(jù)與條件數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)性分析，使對航班全生命周期的預(yù)測更精準，服務(wù)各個相關(guān)方。

智慧設(shè)施設(shè)備

根據(jù)規(guī)劃，“十四五”時期是國產(chǎn)衛(wèi)星、國產(chǎn)大飛機以及5G、北斗等相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)型升級的重要窗口期，我國智慧民航建設(shè)要特別注重國產(chǎn)技術(shù)的使用，形成和輸出標準，同時輸出技術(shù)裝備，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。

在智慧設(shè)施方面，中國民航局空管局計劃統(tǒng)籌部署全國空管設(shè)備設(shè)施，逐步實現(xiàn)以自動化系統(tǒng)、流量管理系統(tǒng)、多元檢測系統(tǒng)、地空通訊系統(tǒng)、星際導(dǎo)航系統(tǒng)為核心的，與高密度、大流量相匹配的現(xiàn)代化智能化建設(shè)，將大力推進北斗衛(wèi)星系統(tǒng)導(dǎo)航運用，推進無人機、高速航空器等新型交通方式下空管智能化設(shè)備研發(fā)。

新理念新技術(shù)等要發(fā)揮作用，一般需依托相應(yīng)的設(shè)施設(shè)備和信息系統(tǒng)來落地應(yīng)用。目前，空管已初步建設(shè)或在研可賦能智慧空管的信息系統(tǒng)，比如安全評估、空管仿真、全國流量系統(tǒng)、進港管理智能工具、場面管理智能工具、智慧塔臺等系統(tǒng)。

2021年5月19日，民航運行管理中心、民航氣象中心、民航情報管理中心工程（簡稱“三中心工程”）正式通過行業(yè)驗收。民航運行管理中心是全國空中交通管理的總指揮中心，居中協(xié)調(diào)，統(tǒng)攬全局?？罩薪煌髁抗芾硎侨珖展苓\行的“總開關(guān)”和“前置閥”。流量管理是對空管部門、機場、航空公司的所有運行數(shù)據(jù)進行集中分析與挖掘的技術(shù)，為全國航班起飛降落排序調(diào)度和空管綜合決策提供支持。以前，流量管理系統(tǒng)片區(qū)化，各地區(qū)分別開發(fā)自己的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)不交互、不能合理地配置航班流量。而全國流量系統(tǒng)由中國民航局空管局統(tǒng)一管理，實現(xiàn)了全國統(tǒng)一標準、“一盤棋”航班調(diào)配，讓民航飛機運行更為高效和安全，也能有效降低航班延誤，提升機場和航空公司的運行效率以及旅客的出行感受，最終也讓更多的飛機飛起來。

智慧數(shù)據(jù)管理

在智慧管理方面，中國民航局空管局規(guī)劃建設(shè)機制順暢、權(quán)責(zé)明細、運轉(zhuǎn)高效、成本可控、管理科學(xué)的空管生產(chǎn)運行系統(tǒng)，特別是針對管制運行、航空氣象、協(xié)同交互等海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的深度解決，實現(xiàn)空管的數(shù)字化管理與科學(xué)化決策。

未來，隨著空管的多種信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心的建設(shè)完善，將承載全國航班運行多方面的數(shù)據(jù)，如航班計劃、飛機航跡、氣象數(shù)據(jù)、流控數(shù)據(jù)、運行規(guī)則、機場和公司協(xié)同數(shù)據(jù)等，再結(jié)合飛機性能、航空氣象等數(shù)據(jù)，形成寶貴的數(shù)據(jù)礦產(chǎn)，助力新時代民航強國建設(shè)。

在此基礎(chǔ)上，筆者建議對民航大數(shù)據(jù)實行更加積極的開放戰(zhàn)略，將空管與航空公司、飛機制造商、機場等更好結(jié)合，拓展新的開放領(lǐng)域，提升跨單位跨行業(yè)跨國界的合作水平和層次。另外，建議充分利用相關(guān)國家政策，積極推進“一帶一路”框架下的交流合作，共同把握交通和航空數(shù)字化發(fā)展新機遇。

未來可期

目前，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和5G等新技術(shù)仍處于發(fā)展完善階段，但發(fā)展迅速，其廣闊的前景十分引人注目?？梢灶A(yù)見，到2030年左右，將基本形成技術(shù)先進、開放融合、安全可靠的智慧空管技術(shù)體系框架。我國應(yīng)該盡快完成智慧空管創(chuàng)新應(yīng)用平臺建設(shè)，在此平臺基礎(chǔ)上實現(xiàn)一批自主創(chuàng)新、技術(shù)先進的智能化空管產(chǎn)品、解決方案和對外服務(wù)，進一步提升智能化決策能力，為安全風(fēng)險管控科學(xué)高效、基于航跡和性能的管制運行、世界一流的流量管理體系提供支撐，全面構(gòu)建并有序運行智能化空中交通管理系統(tǒng)，迎接新一輪產(chǎn)業(yè)革命。