01

現(xiàn)狀

近年來，一些航空發(fā)達(dá)國家充分利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新科技成果，開發(fā)出了不少新的空中交通管理系統(tǒng)和解決方案，其中有的尚處于試驗和推廣階段，有的則已投入實際應(yīng)用，并取得了很好的效果。例如，美國空管應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立了國家飛行數(shù)據(jù)中心和流量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫；法國泰雷茲公司運用人工智能技術(shù)，通過語言識別、觸摸屏等技術(shù)實現(xiàn)了管制服務(wù)的智能化。

我國 “十二五”期間空管共保障航班起降3391萬架次，比前一個五年增長了61.7%。預(yù)計到2020年我國運輸飛機數(shù)量將達(dá)到4600架，每年航班起降1300萬架次，年人均出行0.5次。在這種情況下，利用新的科技成果緩解空管系統(tǒng)發(fā)展中的矛盾，似乎成為一種更為切實可行的解決方案。

02

“智慧空管”的初步構(gòu)想

在今年3月20日召開的民航空管科學(xué)技術(shù)交流會上，民航局空管局局長車進(jìn)軍表示，空管是一個依賴技術(shù)進(jìn)步的行業(yè)，目前以雷達(dá)管制為主的空管體系與未來以智慧鏈為主的科學(xué)管制方式之間，需要以“智慧空管”作為過渡。

互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)創(chuàng)新成果與新一代航空技術(shù)的深度融合，正在推動傳統(tǒng)空管向“智慧空管”過渡

這種“智慧”不僅僅體現(xiàn)在自動化的運行設(shè)備，更重要的是能夠給予給管理員以智能輔助，使其在管制過程中更聰明、更精確、更高效，使乘客在飛機起飛、著陸過程中有更好的飛行體驗。

提及建設(shè)“智慧空管”的初步構(gòu)想，車進(jìn)軍表示，運行層面，通過把大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)融合到新一代航空航天技術(shù)中，可實現(xiàn)全國空域的動態(tài)靈活管理，全國流量的精細(xì)化管理，形成管制指揮的智能輔助支撐；通過將新一代傳感技術(shù)和智能信息融合到與機場一體化，推動集成塔臺等技術(shù)進(jìn)步，實現(xiàn)場面運行的協(xié)同化；通過推進(jìn)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、地面增強系統(tǒng)等星基導(dǎo)航技術(shù)以及廣域信息技術(shù)等協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用，獲得空天地一體的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而構(gòu)建起全面互聯(lián)、互通、互動的智慧化協(xié)同運行環(huán)境。

管理層面，將應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算、信息模型等技術(shù)建設(shè)智慧化的空管生產(chǎn)運行管理信息系統(tǒng)，通過對管制運行、航空氣象等海量信息數(shù)據(jù)的深度挖掘，實現(xiàn)空管數(shù)字化管理、科學(xué)化決策。

服務(wù)層面，將借助“互聯(lián)網(wǎng)+”實現(xiàn)機場和航空公司信息共享，為旅客出行提供更加便捷的信息化服務(wù)，改進(jìn)旅客的出行體驗。

03

空管新技術(shù)和新計劃

空管是一個學(xué)科跨度大、技術(shù)交叉緊、國際化程度高的專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?？展苄吕砟?、新技術(shù)、新應(yīng)用的不斷出現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及它們與空管技術(shù)實現(xiàn)的融合式發(fā)展，都為“智慧空管”的發(fā)展提供了強大的支撐。

“智慧空管”不僅僅體現(xiàn)在自動化的運行設(shè)備，更重要的是能夠給予空管員的指揮與決策提供智能輔助支撐

空天地一體化網(wǎng)絡(luò)

“空天地一體化網(wǎng)絡(luò)”是未來國家電子信息系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，“空天地一體化網(wǎng)絡(luò)”系統(tǒng)建設(shè)關(guān)系到國家經(jīng)濟和國家安全發(fā)展戰(zhàn)略。

由中國工程院院士張軍領(lǐng)導(dǎo)的國家空管新航行系統(tǒng)重點實驗室對此開展了前瞻性技術(shù)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，為中國民航構(gòu)建新一代空管系統(tǒng)打下良好的技術(shù)和人才基礎(chǔ)。張軍表示：

過去10年，航空航天技術(shù)的高速發(fā)展使得天基平臺和空基平臺能力得到了很大提高。特別是以大型長航時無人機和臨近空間飛艇為代表的臨空平臺的發(fā)展，更是彌補了“空天地一體化網(wǎng)絡(luò)”中空基平臺的空缺，極大地推動了“空天地一體化網(wǎng)絡(luò)”的發(fā)展。

2013年，國家自然科學(xué)基金委設(shè)立“空間信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”重大研究計劃，專門開展空天地一體化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究。在重大研究計劃的支持下，針對“空間信息網(wǎng)絡(luò)模型與高效組網(wǎng)機理” “空間動態(tài)網(wǎng)絡(luò)高速傳輸理論與方法” “空間信息稀疏表征與融合處理”等核心科學(xué)問題上，有了重大突破。

未來，空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)還將更廣泛地應(yīng)用于航空監(jiān)視、地面交通監(jiān)視、海洋監(jiān)視、氣象探測（如臺風(fēng)探測、雷電探測）等重要關(guān)鍵領(lǐng)域，為各行業(yè)應(yīng)用提供重要技術(shù)手段。

低空監(jiān)視技術(shù)

近年來，無人機對民航飛機干擾事件頻發(fā)，對民航的安全運營產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。而針對“低、慢、小”目標(biāo)探測的低空監(jiān)視技術(shù)研究可提高空中安全與空域資源使用效率，因此成為行業(yè)關(guān)注的熱點。

中國工程院院士陳志杰從空管角度介紹了低空監(jiān)視技術(shù)的發(fā)展趨勢。陳志杰介紹，低空監(jiān)視體系是空管空防的聯(lián)合監(jiān)視，既包括雷達(dá)、光電、自動相關(guān)監(jiān)視、多點定位等多種傳感器，還包括功能強大的信息處理系統(tǒng)，形成可支持決策的有價值的情報。從未來發(fā)展方向看，傳感器與信息處理系統(tǒng)形成一個密不可分的整體，而且隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展，分布式、網(wǎng)絡(luò)化云探測將漸成主流。

國家空域技術(shù)重點實驗室對基于大數(shù)據(jù)分析的低空目標(biāo)識別技術(shù)進(jìn)行了深入研究。該技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合，對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究其內(nèi)在規(guī)律，為低空探測識別提供了可能；采用多頻段探測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，利用包括微波、紅外、光電等各種有源和無源探測器，進(jìn)行體系集成和信息融合，可以有效提高發(fā)現(xiàn)概率并獲得穩(wěn)定跟蹤，改善低空目標(biāo)探測性能。

低空目標(biāo)識別技術(shù)可以匯集各類空中目標(biāo)以不同高度、不同速度、不同姿態(tài)飛行時被不同體制、不同頻段、不同波形探測的回波數(shù)據(jù)，以及所處的電磁環(huán)境、氣象環(huán)境、地理環(huán)境等多方面信息，形成目標(biāo)分類識別的大數(shù)據(jù)，挖掘并區(qū)分目標(biāo)類別的不同特征。

同時，它還可以接入軍航、民航、氣象、公安等信息，包括實時探測、信號特征、飛行計劃、目標(biāo)動向癥候、典型目標(biāo)規(guī)律等數(shù)據(jù)，及氣象環(huán)境、地貌等多域、多維度信息，利用歷史數(shù)據(jù)對隱藏在表象之下的規(guī)律進(jìn)行研究，形成低空綜合探測能力。

除了基于大數(shù)據(jù)分析的低空目標(biāo)智能識別技術(shù)之外，國家空域技術(shù)重點實驗室還提出了一種通航和無人機身份自動識別與監(jiān)視系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以允許通航飛行員攜帶手持智能終端；還可以在無人機上內(nèi)嵌芯片，當(dāng)飛機起飛后通過無線通信公網(wǎng)把航空器注冊信息、飛行員執(zhí)照信息、飛行計劃意圖信息等傳到地面的終端，進(jìn)行飛行中的身份識別、位置跟蹤與監(jiān)視。這樣，既可以實現(xiàn)“飛機一上天就看得見”的目標(biāo)，又可記錄飛行是否按計劃執(zhí)行，為違規(guī)查處提供證據(jù)；此外，當(dāng)飛機失事后，可快速啟動救援并為責(zé)任認(rèn)定提供支持。通過大量數(shù)據(jù)積累后，還可建立通航和無人機的飛行信用等級，讓具有良好信譽的航空器和飛行員獲得更好的服務(wù)保障。

目前，這項通航和無人機身份自動識別與監(jiān)視系統(tǒng)已經(jīng)在北京、海南地區(qū)進(jìn)行了為期兩年、兩萬架次的飛行試驗驗證，現(xiàn)已基本成熟可用。

陳志杰強調(diào)，目前這項系統(tǒng)是基于4G TD-LET體制的公網(wǎng)，未來還將基于5G公網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展需求，構(gòu)建低空通航與無人機飛行的信息物理融合空間，并著重研究解決低空公網(wǎng)與中高空ADS-B數(shù)據(jù)鏈的通信連接問題。

陳志杰還表示，從技術(shù)角度看，發(fā)展空地一體化的綜合監(jiān)視技術(shù)，并按性能、分需求開展有針對性的監(jiān)視技術(shù)應(yīng)用，是未來低空多元監(jiān)視體系構(gòu)建的重點。目前實驗室已經(jīng)在低空通航與無人機監(jiān)視層面做出了一些探索，但距離形成綜合監(jiān)視體系還有很長的路要走。

亞太無縫空管計劃

今年2月召開的首屆亞太地區(qū)民航部長級會議通過了《北京宣言》，在空中航行服務(wù)方面，亞太地區(qū)各國將把空中航行納入國家規(guī)劃，一致同意在2022年前推進(jìn)“亞太無縫空管計劃”的實施。

張軍介紹，該計劃實施的重點包括：基于性能的導(dǎo)航（PBN）、廣播式自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)（ADS-B）應(yīng)用、空中流量協(xié)同決策（CDM）、航空情報管理系統(tǒng)（AIM）等。這些技術(shù)的應(yīng)用與推廣對于保障地區(qū)空中交通運行安全、提高運行效率具有非常顯著的作用。

張軍說，亞太地區(qū)對這些實施重點把握得非常準(zhǔn)確，這些技術(shù)的應(yīng)用與推廣對于保障地區(qū)空中交通運行安全、提高運行效率具有非常顯著的作用。中國是亞太地區(qū)第一、全球第二大航空運輸市場，中國民航在“亞太無縫空管計劃”的實施中應(yīng)當(dāng)發(fā)揮與民航大國地位相匹配的重要作用。

首先，在戰(zhàn)略規(guī)劃層面上，我國應(yīng)該將“亞太地區(qū)的無縫空管”計劃納入民航空管發(fā)展戰(zhàn)略。事實上，在2015年民航局空管局制定的面向2030年的“中國民航空管系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略”已經(jīng)考慮到了與亞太地區(qū)無縫流量運行的問題。

其次，在新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用方面，倡議建立亞太地區(qū)的航行技術(shù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織。美國航空無線電技術(shù)委員會標(biāo)準(zhǔn)(RTCA)和歐洲民用航空設(shè)備協(xié)會(EUROCAE)在民航新技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用以及推廣等方面發(fā)揮了巨大的作用，而亞太地區(qū)作為全球民航發(fā)展最活躍的地區(qū)，卻缺乏這樣的一個標(biāo)準(zhǔn)化組織，這在一定程度上限制了亞太地區(qū)空管無縫運行的發(fā)展進(jìn)程。

最后，我國應(yīng)結(jié)合“一帶一路”國家戰(zhàn)略，構(gòu)建亞太地區(qū)的空管國際化合作交流平臺，加大國際合作交流的廣度與力度，通過學(xué)術(shù)交流、技術(shù)交流、應(yīng)用交流、人才交流等全方位的國際合作交流，更好地服務(wù)于亞太地區(qū)空管無縫運行。

04

展望：空管系統(tǒng)發(fā)展方向

張軍表示，目前空中交通管理系統(tǒng)的主要特征之一是數(shù)字化，即利用各類地空數(shù)據(jù)鏈，實現(xiàn)飛機與地面空管系統(tǒng)之間的數(shù)字化管理與指揮。民航空管在十幾年前就實施了民航數(shù)字空管工程，目前應(yīng)用與推廣的數(shù)字化起飛前放行技術(shù)（DCL）和數(shù)字化航站自動情報服務(wù)技術(shù)（D-ATIS）是其中的兩類代表性技術(shù)。DCL主要解決人工話音預(yù)放行服務(wù)中出現(xiàn)的通信頻道擁擠、話音歧義性等問題，數(shù)字化后能夠大幅降低管理員、飛行員的工作強度和工作壓力，提高管理員的管理效率和安全性。D-ATIS技術(shù)則利用合成語音和數(shù)據(jù)鏈兩種方式將機場氣象、跑道狀況等信息自動上傳到飛機，顯著提高大型機場管制服務(wù)效率和信息服務(wù)水平。截至2018年1月，在全國主要的44個繁忙機場塔臺采用了DCL和D-ATIS服務(wù)。

現(xiàn)階段，空管系統(tǒng)只是達(dá)到了“半自動化”水平。例如，實現(xiàn)管制指揮功能的管制自動化系統(tǒng)，并非真正實現(xiàn)了“自動化”，而是實現(xiàn)了監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行計劃等數(shù)據(jù)的自動化處理，實際的管理指揮還得依賴管理員的操作。因此，空管系統(tǒng)自動化的水平還有待進(jìn)一步發(fā)展提升。

張軍認(rèn)為，未來空管系統(tǒng)的方向是協(xié)同化、精細(xì)化、智慧化。

協(xié)同化是指空管運行將更強調(diào)空管內(nèi)部、軍地空管之間，以及與航空公司、機場等之間的協(xié)同運行；精細(xì)化是指實現(xiàn)對空中交通未來運行狀態(tài)（包括氣象）的精準(zhǔn)預(yù)測和航班運行的準(zhǔn)確控制與定時到達(dá)；智慧化是指將互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與空管傳統(tǒng)技術(shù)和設(shè)施設(shè)備實現(xiàn)深度融合，促進(jìn)智慧空管的發(fā)展。

此外，張軍還表示非?？春萌斯ぶ悄芗夹g(shù)在未來空管系統(tǒng)中的應(yīng)用前景。他說，隨著無人機、無人值守機場塔臺等無人化應(yīng)用需求的增加以及人力資源成本的提升，人工智能技術(shù)在空中交通管理中的應(yīng)用將大有作為。