智慧民航建設(shè)作為“十四五”民航發(fā)展的主線，涉及民航發(fā)展的全領(lǐng)域、全主體、全要素、全周期。本文擬從建設(shè)目標(biāo)、組成架構(gòu)、運(yùn)行概念、運(yùn)行場(chǎng)景和發(fā)展路徑等方面介紹智慧空管的初步成果。

智慧民航建設(shè)作為“十四五”民航發(fā)展的主線，涉及民航發(fā)展的全領(lǐng)域、全主體、全要素、全周期。其中，智慧空管需要我們搶抓新一輪科技革命機(jī)遇，加速實(shí)現(xiàn)新一代信息通信技術(shù)與民航空管系統(tǒng)的深度融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)空管系統(tǒng)安全、運(yùn)行、服務(wù)等需求做出數(shù)字化處理、智能化響應(yīng)和智慧化支撐，以智慧促安全、以智慧促運(yùn)行、以智慧促服務(wù)，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)智慧空管。本文擬從建設(shè)目標(biāo)、組成架構(gòu)、運(yùn)行概念、運(yùn)行場(chǎng)景和發(fā)展路徑等方面介紹智慧空管的初步成果。

智慧空管建設(shè)目標(biāo)

智慧空管的智慧究竟要體現(xiàn)在哪里呢？未來的建設(shè)目標(biāo)又是什么呢？總結(jié)下來，彈性敏捷適變、數(shù)據(jù)匯聚賦能、廣泛協(xié)同交互、融合一體運(yùn)行、科學(xué)智能決策等五條基本可以覆蓋未來智慧空管的建設(shè)方向。

面對(duì)航空業(yè)快速發(fā)展變化，各類運(yùn)行挑戰(zhàn)日益復(fù)雜困難，航班運(yùn)行需求呈現(xiàn)差異化、多樣性、易變性等特點(diǎn)。通過技術(shù)驅(qū)動(dòng)，使得空管的職能邊界、運(yùn)行流程、支撐條件、能力要求等能夠彈性、敏捷、快速地變化以適應(yīng)不同時(shí)期、不同地域、不同需求的運(yùn)行挑戰(zhàn)。

數(shù)據(jù)是運(yùn)行管理的“血液”，通過建設(shè)一批通信、導(dǎo)航、監(jiān)視、氣象、情報(bào)等新型數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施，統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)各級(jí)各地的數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)中臺(tái)、數(shù)據(jù)倉庫等，拓展感知范圍，并形成海量數(shù)據(jù)治理能力，用數(shù)據(jù)說話，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行服務(wù)、業(yè)務(wù)流程、決策規(guī)劃等轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)空管體系的數(shù)字化賦能。

基于統(tǒng)一兼容的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行規(guī)范，形成一致的信息互操作語義，有效銜接不同運(yùn)行主體之間的運(yùn)行流程，實(shí)現(xiàn)空地、軍民、國內(nèi)與國際、多級(jí)管制單位、空管-機(jī)場(chǎng)-航司、民航與其他交通行業(yè)等多方之間的高效協(xié)同互操作運(yùn)行。

通過信息融合、系統(tǒng)融合和運(yùn)行融合，突破傳統(tǒng)專業(yè)和系統(tǒng)界限，減少部門間協(xié)調(diào)，構(gòu)建一種全新的一體化、互用式的空管運(yùn)行模式，無縫銜接流量管理、排序管理、管制指揮全流程，服務(wù)航班“門到門”的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)國際民航組織推薦的ATM（空中交通管理）概念。

基于海量數(shù)據(jù)賦能，充分運(yùn)用各種智能化新技術(shù)，打造空管“智慧中樞”，培育面向復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境的計(jì)算推理、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、規(guī)律發(fā)現(xiàn)、科學(xué)決策等能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)體系內(nèi)各級(jí)各類一線運(yùn)行人員和管理者的決策支持。

智慧空管組成架構(gòu)

目前的研究表明，智慧空管組成架構(gòu)大致是：通過智慧技術(shù)賦能智慧設(shè)施、智慧管理、智慧安全、智慧協(xié)同，共同支撐智慧運(yùn)行和智慧服務(wù)。

智慧技術(shù)是指通過智慧技術(shù)應(yīng)用，全面賦能新技術(shù)裝備，助力智慧空管建設(shè)中各目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前，賦能技術(shù)主要以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、5G、北斗、區(qū)塊鏈、量子計(jì)算等信息通信技術(shù)為代表，結(jié)合其他基礎(chǔ)領(lǐng)域，如導(dǎo)航、新材料、航空器、控制、機(jī)器人、管理學(xué)、心理學(xué)、社會(huì)學(xué)等，通過智慧空管各種賦能技術(shù)的應(yīng)用，全面賦能新技術(shù)裝備，助力智慧空管建設(shè)中各目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

智慧設(shè)施是指通過基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，構(gòu)筑全面泛在感知和廣域協(xié)同交互的能力。智慧設(shè)施包括感知互聯(lián)系統(tǒng)和支撐平臺(tái)兩部分，感知互聯(lián)系統(tǒng)通過建設(shè)包括通信設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、監(jiān)視設(shè)備、氣象設(shè)備、民航通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等在內(nèi)的感知互聯(lián)系統(tǒng)，構(gòu)筑全面泛在感知和廣域協(xié)同交互能力，融入全域數(shù)字化資源的泛在網(wǎng)絡(luò)，為相關(guān)方提供網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)的“感知互聯(lián)底座”。支撐平臺(tái)包括 SWIM 廣域信息交換平臺(tái)、空管資源管理平臺(tái)、空管云平臺(tái)、空管大數(shù)據(jù)平臺(tái)、協(xié)商平臺(tái)、運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)、民航一體化運(yùn)行平臺(tái)等在內(nèi)的通用平臺(tái)，集聚行業(yè)內(nèi)外優(yōu)勢(shì)資源，統(tǒng)籌關(guān)鍵核心能力，發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)多方高效協(xié)同運(yùn)行。

智慧管理是指以數(shù)據(jù)賦能為驅(qū)動(dòng)、以流程優(yōu)化為核心，創(chuàng)新管理形態(tài)，提升綜合管理能力。

智慧安全是指通過構(gòu)建集中監(jiān)管、分級(jí)監(jiān)控的整體安全管理體系，實(shí)現(xiàn)信息安全、網(wǎng)絡(luò)安全、服務(wù)安全、運(yùn)行安全、運(yùn)維安全、平臺(tái)安全、戰(zhàn)略安全等內(nèi)容，為智慧空管提供全方位、多要素的安全運(yùn)行保障。

智慧協(xié)同是指通過空管行業(yè)內(nèi)的協(xié)同以及與外部的協(xié)同，形成“內(nèi)外雙協(xié)同”機(jī)制，提升智慧空管運(yùn)行效率。智慧協(xié)同是智慧空管的重要智慧手段和能力倍增器。內(nèi)協(xié)同是指空管各地區(qū)、分局、場(chǎng)站以及各部門的多層級(jí)架構(gòu)，要求體系內(nèi)多方高效配合，協(xié)調(diào)各類資源按需科學(xué)調(diào)配。

外協(xié)同是空管部門與機(jī)場(chǎng)、航空公司、軍方、通航用戶、周邊國家、國際組織等多個(gè)利益相關(guān)方，通過一致、高效的信息交換加強(qiáng)協(xié)同，一是支撐保障我國軍事國防、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展等內(nèi)循環(huán)重大需求，練好內(nèi)功;在此基礎(chǔ)之上，發(fā)揮我國航空大國、航空強(qiáng)國的影響力，引領(lǐng)地區(qū)以及國際航空領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則與法律法規(guī)的制定，掌握航空發(fā)展主導(dǎo)權(quán)。

智慧運(yùn)行是指統(tǒng)籌各方資源，智能調(diào)配各種保障能力，通過智慧管制、智慧流量和智慧空域有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)安全高效、精準(zhǔn)可預(yù)測(cè)、綠色經(jīng)濟(jì)的一體化智慧運(yùn)行。

智慧服務(wù)是指通過不同的服務(wù)架構(gòu)，面向空管系統(tǒng)內(nèi)外提供彈性、敏捷、靈活、智能的服務(wù)，具體包括智慧氣象、智慧情報(bào)、智慧通航三方面內(nèi)容。

智慧空管運(yùn)行概念

智慧空管運(yùn)行應(yīng)該是一個(gè)基于面向多元需求的運(yùn)行，以最大化保障多元用戶的需求為目標(biāo)，針對(duì)有人機(jī)/無人機(jī)運(yùn)行、臨近空間運(yùn)行、高速/低速運(yùn)行、管制/非管制運(yùn)行等不同運(yùn)行需求，通過智慧手段打造差異化服務(wù)能力，優(yōu)化服務(wù)流程，提供不同等級(jí)、形式、內(nèi)容的服務(wù)，構(gòu)建新型運(yùn)行保障體系，面向多元用戶空中服務(wù)需求靈活配置資源。

針對(duì)空管運(yùn)行保障的各個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)、業(yè)務(wù)類型和決策需求進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，形成空管領(lǐng)域數(shù)據(jù)積累與數(shù)據(jù)資產(chǎn)，打造數(shù)字化平臺(tái)，改變當(dāng)前依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)定性“拍板”決策的方式，依靠數(shù)據(jù)科學(xué)定量決策，優(yōu)化現(xiàn)有運(yùn)行流程，為達(dá)到更高能力的智慧運(yùn)行水平奠定基礎(chǔ)。

建立多方協(xié)同會(huì)商機(jī)制，通過智慧手段增強(qiáng)系統(tǒng)級(jí)的協(xié)同運(yùn)行能力，減少人工協(xié)調(diào)的隨意性、差異性，暢通軍民航、空管、機(jī)場(chǎng)和航空公司等各方的信息和決策通道，增強(qiáng)地地協(xié)同、空地協(xié)同能力，提升軍民協(xié)同、地區(qū)間協(xié)同、國家間協(xié)同水平，形成協(xié)同高效的運(yùn)行體系。

以全局運(yùn)行效能最優(yōu)為目標(biāo)，以網(wǎng)絡(luò)化TBO（基于航跡的運(yùn)行）運(yùn)行能力為基礎(chǔ)，以每架航空器全生命周期航跡管理為抓手，從戰(zhàn)略、預(yù)戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)術(shù)三個(gè)不同階段切入，形成流量管理、排序管理、管制指揮一體化運(yùn)行的服務(wù)模式，減少多層級(jí)服務(wù)不連續(xù)導(dǎo)致的空間與時(shí)間資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)ICAO推薦的ATM運(yùn)行概念。

隨著科技進(jìn)步，具有人工智能的系統(tǒng)和設(shè)備更廣泛地參與到空管運(yùn)行中，需要重新鑒定管制員與智能化系統(tǒng)的關(guān)系，優(yōu)化未來管制運(yùn)行的模式，推動(dòng)空管運(yùn)行從“以人為主”，發(fā)展到“人機(jī)共治”，再到“機(jī)主人輔”，降低管制員工作負(fù)荷，提升系統(tǒng)運(yùn)行效能和安全水平，最終實(shí)現(xiàn)智能化、智慧化運(yùn)行。

智慧空管發(fā)展路徑

2021年是“十四五”建設(shè)開局之年，研究組在充分調(diào)研當(dāng)前的空管運(yùn)行現(xiàn)狀與客觀技術(shù)條件基礎(chǔ)上，制定了智慧空管的發(fā)展路徑。智慧空管的發(fā)展不能一蹴而就，應(yīng)循序漸進(jìn)，需要充分調(diào)研、全面論證、積極試點(diǎn)探索并穩(wěn)妥推進(jìn)，適時(shí)調(diào)整以響應(yīng)行業(yè)需求的發(fā)展和變化，根據(jù)技術(shù)成熟度水平，不斷進(jìn)行發(fā)展路徑的迭代。

發(fā)展路徑的總體思路是近期目標(biāo)積極穩(wěn)妥，可指導(dǎo)“十四五”期間的空管體系建設(shè)與能力提升;中期目標(biāo)適度超前，助力多領(lǐng)域民航強(qiáng)國建設(shè)，并根據(jù)第一階段發(fā)展情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整;遠(yuǎn)期目標(biāo)科學(xué)前瞻，以體現(xiàn)未來空管、航空業(yè)發(fā)展趨勢(shì)為主，并適時(shí)調(diào)整變化。

近期（2021-2025）以數(shù)字化、平臺(tái)化為目標(biāo)，重點(diǎn)突破新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，形成一套以數(shù)據(jù)中心為核心的新型基礎(chǔ)設(shè)施（支撐）平臺(tái)，構(gòu)建一個(gè)天空地一體化的CNS網(wǎng)絡(luò);搭建數(shù)字化平臺(tái)，增強(qiáng)數(shù)字治理能力，優(yōu)化全民航運(yùn)行協(xié)調(diào)的流量管理系統(tǒng);打造信息共享平臺(tái)，改進(jìn)業(yè)務(wù)模塊和業(yè)務(wù)運(yùn)行方式。

新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)主要針對(duì)新技術(shù)在通信、導(dǎo)航和監(jiān)視方面的技術(shù)改進(jìn)和完善。通過航空寬帶通信和5G通信技術(shù)打造智慧空管的新型通信設(shè)施;通過北斗系統(tǒng)、GBAS/SBAS/ABAS打造新型導(dǎo)航設(shè)施;通過相控陣?yán)走_(dá)、圖像識(shí)別和場(chǎng)面監(jiān)視打造新型監(jiān)視設(shè)施。通過構(gòu)建天空地一體化的通信導(dǎo)航監(jiān)視等傳感設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成未來智慧空管運(yùn)行的“神經(jīng)末梢”，實(shí)現(xiàn)全面透徹感知、寬帶泛在互聯(lián)、智能協(xié)同運(yùn)行等能力。

增強(qiáng)數(shù)據(jù)治理能力，通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型建設(shè)，統(tǒng)一全國各地各級(jí)的數(shù)據(jù)資產(chǎn)目錄清單與體系標(biāo)準(zhǔn)，存儲(chǔ)并治理生產(chǎn)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，形成可觀的數(shù)據(jù)資產(chǎn)目錄。建設(shè)全國數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建一套以數(shù)據(jù)為核心的業(yè)務(wù)管理體系。

建立系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，搭建運(yùn)行信息交換共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)管制、流量、空域、氣象、情報(bào)、通航、設(shè)施設(shè)備等信息交換。

中期（2026-2035）以智能化、協(xié)同化為目標(biāo)，重點(diǎn)提升運(yùn)行的自動(dòng)化和智能化水平，具有較強(qiáng)能力的資源統(tǒng)一集中分配能力，保障多元混合需求運(yùn)行。初步形成綜合的ATM管理平臺(tái)，完成以動(dòng)態(tài)容量評(píng)估、智能流量管理、自主間隔管理等技術(shù)為支撐的資源集中配置系統(tǒng)，構(gòu)建一個(gè)靈活精細(xì)、高效協(xié)同的空域管理系統(tǒng)，形成一套定義清晰、可互操作的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)體系和軍民航協(xié)同運(yùn)行機(jī)制。

動(dòng)態(tài)容量和智能流量管理形成高效容流匹配機(jī)制。精準(zhǔn)掌握空域容量的動(dòng)態(tài)變化，利用智能決策技術(shù)將流量在時(shí)間和空間上分配在可用空域資源中。

多模式自主間隔管理針對(duì)不同類型運(yùn)行需求和不同類型航空器性能，在涉及到不確定因素干擾、多方信息協(xié)同決策以及多種自動(dòng)化設(shè)備融合等條件下，使用航跡沖突優(yōu)化管理技術(shù)，進(jìn)行高效的間隔計(jì)算和控制。

在綜合ATM管理平臺(tái)中，設(shè)計(jì)管制員畫像庫實(shí)現(xiàn)對(duì)管制員能力的精準(zhǔn)掌控，并獲取空域資源的時(shí)空屬性，打造滿足4D航跡運(yùn)行的資源配置系統(tǒng)。

從國家統(tǒng)一管制、軍民融合運(yùn)行發(fā)展的角度出發(fā)，針對(duì)全球空管一體化發(fā)展需求，結(jié)合國內(nèi)外空管標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，兼容軍民航各自標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，綜合考慮新一代信息技術(shù)在空管中的應(yīng)用，形成一套支撐軍民航融合運(yùn)行、兼容跨國互操作的智慧空管運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)體系和運(yùn)行機(jī)制。

遠(yuǎn)期（2036-2050）以智慧化、自主化為目標(biāo)，構(gòu)建以全面感知、泛在互聯(lián)、智能決策和實(shí)時(shí)響應(yīng)的智慧體系。圍繞智慧空管的建設(shè)，打造以全4D航跡為基礎(chǔ)的中央集中統(tǒng)一管理系統(tǒng)，形成一套高度精細(xì)化、智慧化的空管自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于效能的運(yùn)行，解決高密度復(fù)雜運(yùn)行問題，實(shí)現(xiàn)量序跡一體化融合運(yùn)行。

在運(yùn)行方面，實(shí)現(xiàn)秒級(jí)飛行控制過程，由地面超級(jí)計(jì)算核心實(shí)施精準(zhǔn)計(jì)算和管制，空中航空器執(zhí)行管制指令，達(dá)到整體運(yùn)行最優(yōu)。在系統(tǒng)方面，完成智慧化ATM運(yùn)行的態(tài)勢(shì)感知、決策優(yōu)化、復(fù)雜度控制、快速推演預(yù)測(cè)以及多重應(yīng)急干預(yù)機(jī)制等諸多關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)智慧化ATM運(yùn)行。（本文摘自中國民航局空管局技術(shù)中心《智慧空管研究報(bào)告》）