蘇祖輝　胥寶新

摘 要：隨著我國航班量的增大、空管設備和運行程序的完善，空管運行業(yè)務系統(tǒng)上線，航班保障管理手段智能化，系統(tǒng)在運行中產(chǎn)生了大量的原始數(shù)據(jù)、各類運行數(shù)據(jù)、流控數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)、語音數(shù)據(jù)。在信息化系統(tǒng)快速變遷的今天，傳統(tǒng)的系統(tǒng)設計架構已難以適應空管大型運行系統(tǒng)的設計要求，數(shù)據(jù)庫架構直接影響到應用系統(tǒng)的整體設計。大數(shù)據(jù)和云計算技術的迅速興起，使得從大量原始數(shù)據(jù)中提取有用信息，為空管運行決策提供參考成為可能。

關鍵詞：空管運行;大數(shù)據(jù)技術;應用

近年來，空管系統(tǒng)通過引進新的技術、改進管制程序，不斷地提高空管保障能力，盡可能滿足機場日益增長的航班需求，提高航班正常率。但由于空管、機場公司和航空公司之間的信息交換、處理、共享、反饋不夠充分，缺少有效的信息資源整合和協(xié)同決策機制，影響了機場整體運行保障能力的提高，尤其在出現(xiàn)航班大面積延誤時，容易造成機場運行秩序混亂。

為了全面、高效地分析海量航班運行數(shù)據(jù)、挖掘空管業(yè)務精髓、提升航空運輸發(fā)展空間，迫切需要體現(xiàn)數(shù)據(jù)價值，利用大數(shù)據(jù)技術，建立空管運行大數(shù)據(jù)平臺，收集、存儲海量數(shù)據(jù);對航班運行過程深入分析，建立科學的數(shù)據(jù)指標體系，為空管服務保障精細化發(fā)展提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。

1 ? ?總體架構

總體架構主要包括：前置信息接入平臺、信息服務平臺、大數(shù)據(jù)及云計算平臺、運維管理和安全防護等。具體組成部分如圖1所示。

通過“前置信息接入平臺”連接各空管業(yè)務系統(tǒng)（包括空管自動化系統(tǒng)、場面監(jiān)視系統(tǒng)、塔臺電子進程單系統(tǒng)、流量管理系統(tǒng)、模擬訓練系統(tǒng)、語音記錄系統(tǒng)、氣象信息系統(tǒng)、航行情報信息系統(tǒng)等），也通過“專線接入”方式，與機場及航空公司等外部系統(tǒng)連接。

各業(yè)務系統(tǒng)輸出的生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)（包括空管自動化系統(tǒng)、場面監(jiān)視系統(tǒng)、塔臺電子進程單系統(tǒng)、流量管理系統(tǒng)、模擬訓練系統(tǒng)、語音記錄系統(tǒng)、氣象信息系統(tǒng)、航行情報信息系統(tǒng)等）、機場/航空公司系統(tǒng)輸入的相關業(yè)務數(shù)據(jù)，匯聚并存儲于大數(shù)據(jù)及云計算平臺。

大數(shù)據(jù)及云計算平臺通過數(shù)據(jù)清洗、篩選、多維度關聯(lián)分析等處理，完成原始數(shù)據(jù)的初步處理?；诓渴鹪谄脚_上的數(shù)據(jù)挖掘及分析應用，數(shù)據(jù)被進一步挖掘和分析。數(shù)據(jù)的最終分析結果可以通過“管理駕駛艙”等門戶應用直接向終端用戶展示。

基于未來空管系統(tǒng)信息交互及共享的要求，大數(shù)據(jù)中心通過“信息服務平臺”，提供統(tǒng)一的Swim信息服務，包括供計劃、氣象、航行情報等。

提供全維度的資源監(jiān)控與管理功能，可以通過3D仿真、2D拓撲等方式提供全方位的系統(tǒng)運維管理服務?！鞍踩雷o”是保障系統(tǒng)生產(chǎn)安全的基礎，為系統(tǒng)訪問、連接、主機等提供安全保障。

為用戶提供基于大數(shù)據(jù)及云計算的運行平臺、開發(fā)平臺和管理平臺?；诖似脚_，用戶可方便實現(xiàn)應用及業(yè)務、系統(tǒng)及平臺、硬件及資源的橫向擴展，未來可以依據(jù)需要為用戶提供更多的應用服務、數(shù)據(jù)分析服務、信息服務，提供靈活、可配置的計算資源、網(wǎng)絡資源、存儲資源服務。

終端用戶可通過大數(shù)據(jù)中心門戶，訪問數(shù)據(jù)中心的各類信息（可以通過OA網(wǎng)絡訪問），包括安全、效率等各種數(shù)據(jù)分析結果，信息展示應用“管理駕駛艙”的理念，具備關聯(lián)信息展示、下鉆式信息查詢、信息搜索等能力。

2 ? ?技術難點

大數(shù)據(jù)技術應用的目標是構建云平臺，實現(xiàn)空管原始數(shù)據(jù)的采集、高效存儲和有效挖掘，并將結果以服務的方式呈現(xiàn)給用戶，其中最關鍵的技術及技術難點包括以下幾個方面：

（1）數(shù)據(jù)的分類和采集?？展軘?shù)據(jù)種類，接口方式眾多，而且具有封閉性強、安全性要求高的特點。在不影響空管運行安全的情況下采集各類數(shù)據(jù)是建立大數(shù)據(jù)平臺的關鍵點。

（2）數(shù)據(jù)的高效存儲?？展苓\行數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型多元、數(shù)據(jù)分布特征多樣的特點。需要使用有效的數(shù)據(jù)壓縮技術和去重技術，實現(xiàn)高效存儲。而標準的壓縮算法不能保證最大限度地發(fā)掘重復的空管數(shù)據(jù)，需要研究有針對性的壓縮算法。

（3）數(shù)據(jù)采集和對外共享的標準化?？展茉O備種類繁多，現(xiàn)有空管設備數(shù)據(jù)輸入、輸出方式雜亂不統(tǒng)一，對數(shù)據(jù)采集和使用者來說面臨極大不便。需要研究定義數(shù)據(jù)采集接口標準和數(shù)據(jù)對外共享接口標準，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和對外共享的標準化。

（4）數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析建模。通過對多元海量數(shù)據(jù)的收集和存儲，為后續(xù)數(shù)據(jù)應用提供數(shù)據(jù)輸出。因此，可能需要對后期數(shù)據(jù)應用做適當?shù)耐诰颍纬蓴?shù)據(jù)服務層，為后期的數(shù)據(jù)深度應用單位提供更加成型的加工數(shù)據(jù)。當前，分布式數(shù)據(jù)挖掘和機器學習開源軟件發(fā)展較為成熟。但首要問題是要針對空管系統(tǒng)的需求和空管數(shù)據(jù)的特征構建有效模型，并研究相應的高效挖掘、訓練算法，目前數(shù)據(jù)挖掘、機器學習模型、算法的研究尚無針對空管行業(yè)的成熟模式可以參考。

3 ? ?技術思路

（1）數(shù)據(jù)即服務：傳統(tǒng)的云計算包括基礎設施即服務（Infrastructure as a Service，IaaS）、平臺即服務（Platform as a Service，PaaS）和軟件即服務（Software as a Service，SaaS）。在大數(shù)據(jù)應用上需要提出和驗證數(shù)據(jù)即服務（DaaS）的概念，與傳統(tǒng)云架構不同，DaaS以空管數(shù)據(jù)為中心，其硬件架構和軟件組成滿足多元空管數(shù)據(jù)的安全采集、海量數(shù)據(jù)的高效壓縮存儲以及空管系統(tǒng)需求進行有效挖掘，并設計標準化的接口，以云服務的方式向用戶提供空管數(shù)據(jù)和挖掘結果?？紤]到云平臺規(guī)模龐大的問題，擬研究基于機器學習的系統(tǒng)硬件、軟件異常/故障預測方法和預警處理方法，保證平臺穩(wěn)定運行。

（2）數(shù)據(jù)存儲、壓縮方法的創(chuàng)新：為適應海量、多樣空管數(shù)據(jù)的可靠和高效存儲，需要在數(shù)據(jù)壓縮和存儲方法上進行創(chuàng)新，提出能在不同數(shù)據(jù)分布特征上獲得高壓縮率和高壓縮速度的分段聚類壓縮算法和基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡的壓縮方法。

（3）數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)共享接口標準的創(chuàng)新：定義數(shù)據(jù)采集接口標準和數(shù)據(jù)對外共享接口標準，提出高安全性、高統(tǒng)一性、低網(wǎng)絡資源占用率、動態(tài)靈活、適應未來空管體系發(fā)展的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)共享接口的標準。

（4）空管運行策略相關典型應用數(shù)據(jù)挖掘方法的創(chuàng)新：通過數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘的方法，對空管運行策略相關典型應用進行數(shù)據(jù)的預處理，建立空管數(shù)據(jù)的分析方法與模型，形成空管運行大腦，為空管運行策略相關典型應用作進一步的數(shù)據(jù)準備。

4 ? ?技術架構

數(shù)據(jù)中心由基礎設施層、平臺服務層及應用服務層組成，同時配套安全防護和體系運維，其中體系運維和安全防護貫穿整個基礎設施、平臺和應用服務層，是整個數(shù)據(jù)中心的安全運行的保障支撐。數(shù)據(jù)中心技術架構如圖2所示。

（1）基礎設施層，為數(shù)據(jù)中心提供基礎設施服務，包括物理資源、資源管理兩部分。其中物理資源是整個數(shù)據(jù)中心運行的基礎，包含計算、存儲、網(wǎng)絡和安全4種資源。

（2）平臺服務層，利用基礎設施層提供的不同的計算、存儲和網(wǎng)絡資源，為數(shù)據(jù)中心提供整個服務平臺的服務，包括核心服務、數(shù)據(jù)服務及信息交換共享等。

（3）應用服務層，在數(shù)據(jù)中心部署運行的軟件模塊，主要提供信息門戶、地理信息服務、信息檢索及模擬駕駛艙等功能。

（4）體系運維，為數(shù)據(jù)中心的運行提供機房運行管理、基礎設施層資源管理（物理資源、虛擬資源）、存儲平臺管理、數(shù)據(jù)庫狀態(tài)監(jiān)控、運行平臺管理、開發(fā)平臺管理等運行支撐管理和應用軟件運維管理，最終通過統(tǒng)一的運維門戶展現(xiàn)。

（5）安全防護，為整個數(shù)據(jù)中心的安全運行和用戶管理提供支持，包含物理防火墻、網(wǎng)絡安全、數(shù)據(jù)安全、平臺安全以及權限控制和訪問控制等。

5 ? ?結語

隨著我國空中交通流量的持續(xù)增加，各樞紐區(qū)域的時刻資源也日趨緊張，航班延誤壓力日益加大，管制員工作壓力也在日益增大。大數(shù)據(jù)技術的應用可為空管大數(shù)據(jù)采集再應用、空管大數(shù)據(jù)共享、空管運行決策的有效性提供依據(jù)和驗證手段，為管制工作壓力評估提供輔助分析，鞏固空管安全高效運行，促進民航可持續(xù)、綠色發(fā)展，利用新技術在推動中國空管運行保障建設、技術標準建設方面產(chǎn)生積極的社會效益。

[參考文獻]

[1]佚名.2011年民航行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報[J].空運商務，2012（9）：46-47.

作者簡介：蘇祖輝（1978— ），男，工程師，技術專家，學士;研究方向：計算機系統(tǒng)架構，大數(shù)據(jù)平臺應用。