01

現(xiàn)狀

近年來(lái)，一些航空發(fā)達(dá)國(guó)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(kāi)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(yàn)和推廣階段，有的則已投入實(shí)際應(yīng)用，并取得了很好的效果。例如，美國(guó)空管應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立了國(guó)家飛行數(shù)據(jù)中心和流量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)；法國(guó)泰雷茲公司運(yùn)用人工智能技術(shù)，通過(guò)語(yǔ)言識(shí)別、觸摸屏等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了管制服務(wù)的智能化。

我國(guó) “十二五”期間空管共保障航班起降3391萬(wàn)架次，比前一個(gè)五年增長(zhǎng)了61.7%。預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)運(yùn)輸飛機(jī)數(shù)量將達(dá)到4600架，每年航班起降1300萬(wàn)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(shí)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(kāi)的民航空管科學(xué)技術(shù)交流會(huì)上，民航局空管局局長(zhǎng)車進(jìn)軍表示，空管是一個(gè)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(lái)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(guò)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(dòng)傳統(tǒng)空管向“智慧空管”過(guò)渡

這種“智慧”不僅僅體現(xiàn)在自動(dòng)化的運(yùn)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(guò)程中更聰明、更精確、更高效，使乘客在飛機(jī)起飛、著陸過(guò)程中有更好的飛行體驗(yàn)。

提及建設(shè)“智慧空管”的初步構(gòu)想，車進(jìn)軍表示，運(yùn)行層面，通過(guò)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(shí)現(xiàn)全國(guó)空域的動(dòng)態(tài)靈活管理，全國(guó)流量的精細(xì)化管理，形成管制指揮的智能輔助支撐；通過(guò)將新一代傳感技術(shù)和智能信息融合到與機(jī)場(chǎng)一體化，推動(dòng)集成塔臺(tái)等技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)面運(yùn)行的協(xié)同化；通過(guò)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(qiáng)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(dòng)的智慧化協(xié)同運(yùn)行環(huán)境。

管理層面，將應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、信息模型等技術(shù)建設(shè)智慧化的空管生產(chǎn)運(yùn)行管理信息系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)管制運(yùn)行、航空氣象等海量信息數(shù)據(jù)的深度挖掘，實(shí)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(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)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(yàn)。

03

空管新技術(shù)和新計(jì)劃

空管是一個(gè)學(xué)科跨度大、技術(shù)交叉緊、國(guó)際化程度高的專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。空管新理念、新技術(shù)、新應(yīng)用的不斷出現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)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(shí)現(xiàn)的融合式發(fā)展，都為“智慧空管”的發(fā)展提供了強(qiáng)大的支撐。

“智慧空管”不僅僅體現(xiàn)在自動(dòng)化的運(yùn)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(lái)國(guó)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(guó)家經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全發(fā)展戰(zhàn)略。

由中國(guó)工程院院士張軍領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)家空管新航行系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)此開(kāi)展了前瞻性技術(shù)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，為中國(guó)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(guò)去10年，航空航天技術(shù)的高速發(fā)展使得天基平臺(tái)和空基平臺(tái)能力得到了很大提高。特別是以大型長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)和臨近空間飛艇為代表的臨空平臺(tái)的發(fā)展，更是彌補(bǔ)了“空天地一體化網(wǎng)絡(luò)”中空基平臺(tái)的空缺，極大地推動(dòng)了“空天地一體化網(wǎng)絡(luò)”的發(fā)展。

2013年，國(guó)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(jì)劃，專門(mén)開(kāi)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(jì)劃的支持下，針對(duì)“空間信息網(wǎng)絡(luò)模型與高效組網(wǎng)機(jī)理” “空間動(dòng)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(wèn)題上，有了重大突破。

未來(lái)，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(cè)（如臺(tái)風(fēng)探測(cè)、雷電探測(cè)）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(lái)，無(wú)人機(jī)對(duì)民航飛機(jī)干擾事件頻發(fā)，對(duì)民航的安全運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。而針對(duì)“低、慢、小”目標(biāo)探測(cè)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(diǎn)。

中國(guó)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(shì)。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(dòng)相關(guān)監(jiān)視、多點(diǎn)定位等多種傳感器，還包括功能強(qiáng)大的信息處理系統(tǒng)，形成可支持決策的有價(jià)值的情報(bào)。從未來(lái)發(fā)展方向看，傳感器與信息處理系統(tǒng)形成一個(gè)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(cè)將漸成主流。

國(guó)家空域技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)基于大數(shù)據(jù)分析的低空目標(biāo)識(shí)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(duì)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(cè)識(shí)別提供了可能；采用多頻段探測(cè)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(wú)源探測(cè)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(cè)性能。

低空目標(biāo)識(shí)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(shí)被不同體制、不同頻段、不同波形探測(cè)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(shí)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(shí)，它還可以接入軍航、民航、氣象、公安等信息，包括實(shí)時(shí)探測(cè)、信號(hào)特征、飛行計(jì)劃、目標(biāo)動(dòng)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(duì)隱藏在表象之下的規(guī)律進(jìn)行研究，形成低空綜合探測(cè)能力。

除了基于大數(shù)據(jù)分析的低空目標(biāo)智能識(shí)別技術(shù)之外，國(guó)家空域技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室還提出了一種通航和無(wú)人機(jī)身份自動(dòng)識(shí)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(wú)人機(jī)上內(nèi)嵌芯片，當(dāng)飛機(jī)起飛后通過(guò)無(wú)線通信公網(wǎng)把航空器注冊(cè)信息、飛行員執(zhí)照信息、飛行計(jì)劃意圖信息等傳到地面的終端，進(jìn)行飛行中的身份識(shí)別、位置跟蹤與監(jiān)視。這樣，既可以實(shí)現(xiàn)“飛機(jī)一上天就看得見(jiàn)”的目標(biāo)，又可記錄飛行是否按計(jì)劃執(zhí)行，為違規(guī)查處提供證據(jù)；此外，當(dāng)飛機(jī)失事后，可快速啟動(dòng)救援并為責(zé)任認(rèn)定提供支持。通過(guò)大量數(shù)據(jù)積累后，還可建立通航和無(wú)人機(jī)的飛行信用等級(jí)，讓具有良好信譽(yù)的航空器和飛行員獲得更好的服務(wù)保障。

目前，這項(xiàng)通航和無(wú)人機(jī)身份自動(dòng)識(shí)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(wàn)架次的飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，現(xiàn)已基本成熟可用。

陳志杰強(qiáng)調(diào)，目前這項(xiàng)系統(tǒng)是基于4G TD-LET體制的公網(wǎng)，未來(lái)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(wú)人機(jī)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(wèn)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(kāi)展有針對(duì)性的監(jiān)視技術(shù)應(yīng)用，是未來(lái)低空多元監(jiān)視體系構(gòu)建的重點(diǎn)。目前實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在低空通航與無(wú)人機(jī)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(zhǎng)的路要走。

亞太無(wú)縫空管計(jì)劃

今年2月召開(kāi)的首屆亞太地區(qū)民航部長(zhǎng)級(jí)會(huì)議通過(guò)了《北京宣言》，在空中航行服務(wù)方面，亞太地區(qū)各國(guó)將把空中航行納入國(guó)家規(guī)劃，一致同意在2022年前推進(jìn)“亞太無(wú)縫空管計(jì)劃”的實(shí)施。

張軍介紹，該計(jì)劃實(shí)施的重點(diǎn)包括：基于性能的導(dǎo)航（PBN）、廣播式自動(dòng)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(bào)管理系統(tǒng)（AIM）等。這些技術(shù)的應(yīng)用與推廣對(duì)于保障地區(qū)空中交通運(yùn)行安全、提高運(yùn)行效率具有非常顯著的作用。

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

首先，在戰(zhàn)略規(guī)劃層面上，我國(guó)應(yīng)該將“亞太地區(qū)的無(wú)縫空管”計(jì)劃納入民航空管發(fā)展戰(zhàn)略。事實(shí)上，在2015年民航局空管局制定的面向2030年的“中國(guó)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(wú)縫流量運(yùn)行的問(wèn)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(guó)航空無(wú)線電技術(shù)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(RTCA)和歐洲民用航空設(shè)備協(xié)會(huì)(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(gè)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(wú)縫運(yùn)行的發(fā)展進(jìn)程。

最后，我國(guó)應(yīng)結(jié)合“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)略，構(gòu)建亞太地區(qū)的空管國(guó)際化合作交流平臺(tái)，加大國(guó)際合作交流的廣度與力度，通過(guò)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(guó)際合作交流，更好地服務(wù)于亞太地區(qū)空管無(wú)縫運(yùn)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(shí)現(xiàn)飛機(jī)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(shí)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(dòng)情報(bào)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(wèn)題，數(shù)字化后能夠大幅降低管理員、飛行員的工作強(qiáng)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(yǔ)音和數(shù)據(jù)鏈兩種方式將機(jī)場(chǎng)氣象、跑道狀況等信息自動(dòng)上傳到飛機(jī)，顯著提高大型機(jī)場(chǎng)管制服務(wù)效率和信息服務(wù)水平。截至2018年1月，在全國(guó)主要的44個(gè)繁忙機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)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(dòng)化”水平。例如，實(shí)現(xiàn)管制指揮功能的管制自動(dòng)化系統(tǒng)，并非真正實(shí)現(xiàn)了“自動(dòng)化”，而是實(shí)現(xiàn)了監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行計(jì)劃等數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理，實(shí)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(dòng)化的水平還有待進(jìn)一步發(fā)展提升。

張軍認(rèn)為，未來(lái)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(yùn)行將更強(qiáng)調(diào)空管內(nèi)部、軍地空管之間，以及與航空公司、機(jī)場(chǎng)等之間的協(xié)同運(yùn)行；精細(xì)化是指實(shí)現(xiàn)對(duì)空中交通未來(lái)運(yùn)行狀態(tài)（包括氣象）的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和航班運(yùn)行的準(zhǔn)確控制與定時(shí)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(shí)現(xiàn)深度融合，促進(jìn)智慧空管的發(fā)展。

此外，張軍還表示非常看好人工智能技術(shù)在未來(lái)空管系統(tǒng)中的應(yīng)用前景。他說(shuō)，隨著無(wú)人機(jī)、無(wú)人值守機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)等無(wú)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。