胡思宇

（民航機(jī)場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100025）

1 空管數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

空管各類(lèi)系統(tǒng)基本分為兩大類(lèi)：核心生產(chǎn)系統(tǒng)，如航管自動(dòng)化、內(nèi)話(huà)系統(tǒng)、自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)系統(tǒng)、氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)等；輔助生產(chǎn)類(lèi)系統(tǒng)，如管制綜合信息系統(tǒng)、航空情報(bào)資料管理系統(tǒng)、管制運(yùn)行支持系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)信息資源基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)相對(duì)獨(dú)立，計(jì)算資源無(wú)法得到充分利用，且可擴(kuò)展性較差。并且各系統(tǒng)開(kāi)放程度及數(shù)據(jù)接口規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化程度不一，容易形成數(shù)據(jù)孤島。為解決空管系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題，本文以地區(qū)空管局為例，闡述空管數(shù)據(jù)中心建設(shè)及設(shè)計(jì)思路。

2 地區(qū)空管局?jǐn)?shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)方案

2.1 總體定位

總體建設(shè)定位為地區(qū)空管的核心數(shù)據(jù)中心，建設(shè)以數(shù)據(jù)資源整合利用為出發(fā)點(diǎn)，以服務(wù)核心業(yè)務(wù)為宗旨，承擔(dān)地區(qū)核心生產(chǎn)業(yè)務(wù)，以及管理業(yè)務(wù)，并提供底層數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)容災(zāi)備份，建設(shè)過(guò)程中需充分考慮所抽取的數(shù)據(jù)與現(xiàn)有生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)剝離、松耦合，不影響核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.2 總體技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

地區(qū)空管局?jǐn)?shù)據(jù)中心技術(shù)架構(gòu)體系可分為6個(gè)層次，從下至上分別為數(shù)據(jù)來(lái)源（空管業(yè)務(wù)系統(tǒng)）、資源層（云基礎(chǔ)資源服務(wù)）、數(shù)據(jù)層（大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)組件）、IT能力層（Paas平臺(tái)）、中臺(tái)服務(wù)層（數(shù)據(jù)中臺(tái)服務(wù)）和業(yè)務(wù)前臺(tái)層（大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用）。

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.3.1 基礎(chǔ)資源服務(wù)

基礎(chǔ)資源服務(wù)管理組件是云平臺(tái)IaaS層的管理軟件，負(fù)責(zé)基礎(chǔ)設(shè)施資源的接入和統(tǒng)一管理。云通過(guò)API接入或OpenStack接口方式可以將資源池添加到多資源池管理組件中。

2.3.2 平臺(tái)資源服務(wù)

平臺(tái)資源服務(wù)管理組件（PaaS）的主要作用是為應(yīng)用的開(kāi)發(fā)、部署和運(yùn)維管理提供支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)交付和管理與基礎(chǔ)設(shè)施資源的解耦。PaaS層應(yīng)具備公用組件管理能力、應(yīng)用自動(dòng)化部署管理能力、容器管理能力、微服務(wù)管理能力。

2.3.3 云管控服務(wù)

云管理系統(tǒng)是云計(jì)算平臺(tái)的管理核心，核心支撐能力應(yīng)包括云租戶(hù)管理、云監(jiān)控集成、服務(wù)管理、配置管理、運(yùn)維管理等相關(guān)能力，并能夠與底層基礎(chǔ)資源進(jìn)行對(duì)接整合，主要作用是將資源、應(yīng)用、數(shù)據(jù)、服務(wù)和監(jiān)控等信息綜合起來(lái)為整個(gè)云環(huán)境提供一體化的管理能力，方便從整體上對(duì)云環(huán)境進(jìn)行常見(jiàn)的運(yùn)維操作。

2.3.4 數(shù)據(jù)中臺(tái)服務(wù)

大數(shù)據(jù)計(jì)算服務(wù)：企業(yè)級(jí)的大數(shù)據(jù)處理環(huán)境是一個(gè)分布式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對(duì)外提供大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析查詢(xún)和實(shí)時(shí)流式數(shù)據(jù)處理分析能力。包括大規(guī)模離線(xiàn)計(jì)算引擎、實(shí)時(shí)計(jì)算引擎、人工智能等組件。

分布式數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)：企業(yè)級(jí)的MPP關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)基于列存儲(chǔ)和MPP架構(gòu)，是為面向結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，能夠有效處理PB級(jí)別的數(shù)據(jù)量，用于解決空管海量數(shù)據(jù)處理性能問(wèn)題，為大規(guī)模數(shù)據(jù)管理提供高性?xún)r(jià)比的通用計(jì)算平臺(tái)，并可用于支撐各類(lèi)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)、BI系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)，統(tǒng)一為上層應(yīng)用的決策分析等提供服務(wù)。

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)（湖）的設(shè)計(jì)：模型采用分層設(shè)計(jì)，分別從面向數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用、面向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型以及面向數(shù)據(jù)層次分類(lèi)的角度考慮建設(shè)，可具體分為：緩沖層、貼源層、明細(xì)層、匯總層、集市層。

數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)作為前端源數(shù)據(jù)接入管控系統(tǒng)，應(yīng)具備空管服務(wù)總線(xiàn)、數(shù)據(jù)接入管理、采集接口配置、數(shù)據(jù)抽取、接入數(shù)據(jù)盤(pán)點(diǎn)、接入鑒權(quán)、接入擁塞、接入數(shù)據(jù)調(diào)度及接入任務(wù)監(jiān)控功能。

2.3.5 數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)

（1）信息共享服務(wù)。內(nèi)部對(duì)接大數(shù)據(jù)平臺(tái)，外部云管理門(mén)戶(hù)（服務(wù)發(fā)布集成）。從大數(shù)據(jù)數(shù)倉(cāng)（湖）獲取生產(chǎn)者提供航班動(dòng)態(tài)計(jì)劃、航班動(dòng)態(tài)航跡、流控?cái)?shù)據(jù)等，為消費(fèi)者提供航班計(jì)劃服務(wù)?？偩€(xiàn)對(duì)外提供的數(shù)據(jù)存放至云管理門(mén)戶(hù)服務(wù)發(fā)布集成的隊(duì)列中，外部單位在權(quán)限許可的前提下，如需消費(fèi)空管數(shù)據(jù)服務(wù)需要集成MQ SDK，通過(guò)訂閱對(duì)應(yīng)的topic來(lái)獲取。

（2）數(shù)據(jù)資源目錄。數(shù)據(jù)資源目錄可以幫助用戶(hù)了解數(shù)據(jù)代表的業(yè)務(wù)含義，彌補(bǔ)業(yè)務(wù)與IT之間的隔閡，讓數(shù)據(jù)更容易被組織內(nèi)部的各種角色所理解。同時(shí)，還可以很容易地獲取數(shù)據(jù)的屬性信息，讓用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)資料有更全面和直觀(guān)的了解。

（3）數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)。對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)進(jìn)行全生命周期的監(jiān)督管理，以數(shù)據(jù)服務(wù)的形式支撐各種業(yè)務(wù)場(chǎng)景。數(shù)據(jù)服務(wù)全生命周期包括：服務(wù)開(kāi)發(fā)、服務(wù)發(fā)布、服務(wù)訂閱、服務(wù)調(diào)用、質(zhì)量監(jiān)控和優(yōu)化提升。

（4）數(shù)據(jù)級(jí)聯(lián)。數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)有橫向、縱向的級(jí)聯(lián)功能，可實(shí)現(xiàn)目錄和服務(wù)的級(jí)聯(lián)，通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)聯(lián)盟，建設(shè)地區(qū)分局內(nèi)全覆蓋的“數(shù)據(jù)高速公路”，實(shí)現(xiàn)地區(qū)空管信息資源“一盤(pán)棋”。

（5）多維分析及算法。用于探索式數(shù)據(jù)分析，支持面向數(shù)據(jù)專(zhuān)家、業(yè)務(wù)分析人員的交互式自助分析探索的多維數(shù)據(jù)分析，提供豐富的展現(xiàn)與交互渲染技術(shù)（表格、圖形分析和展現(xiàn)組件等），增強(qiáng)人機(jī)界面操作。

（6）標(biāo)簽服務(wù)。標(biāo)簽已成為業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的核心，標(biāo)簽體系的建設(shè)是從航班和管制員入手，以智能分析為基礎(chǔ)，閉環(huán)式管理為主線(xiàn)，以智能決策引擎開(kāi)放大數(shù)據(jù)分析能力，實(shí)現(xiàn)全景視圖、個(gè)性化信息協(xié)同共享。

2.3.6 信息安全管理體系

（1）業(yè)務(wù)資源安全隔離主要包括虛擬化隔離、CPU隔離、內(nèi)存隔離、鏡像安全。數(shù)據(jù)安全方面規(guī)劃在核心交換機(jī)旁?huà)鞌?shù)據(jù)庫(kù)審計(jì)系統(tǒng)，通過(guò)Agent代理的方式，對(duì)所有對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)的流量進(jìn)行審計(jì)。應(yīng)用安全方面，云計(jì)算中心部署有面向租戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)的Webportal（Console），因此，需要專(zhuān)業(yè)的WAF（Web應(yīng)用防火墻）抵御針對(duì)Web的各類(lèi)攻擊行為。

（2）安全管理中心建設(shè)：安全管理中心通過(guò)安全管理平臺(tái)以云化方式提供整體安全后臺(tái)的管理工作，同時(shí)作為信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)平臺(tái)的二級(jí)域，主要包括：安全態(tài)勢(shì)感知服務(wù)、統(tǒng)一身份認(rèn)證、CA認(rèn)證、堡壘接服務(wù)、漏洞掃描及日志審計(jì)服務(wù)。

2.4 計(jì)算資源評(píng)估

空管計(jì)算數(shù)據(jù)基本分為三類(lèi)。第一類(lèi)是離線(xiàn)計(jì)算用于在空中交通泛感知中從海量歷史數(shù)據(jù)中挖掘空中交通運(yùn)行規(guī)律；第二類(lèi)是即時(shí)處理航跡、流量、視頻圖像的流式計(jì)算，和空中交通事件的實(shí)時(shí)提取等；第三類(lèi)是支持即時(shí)決策的實(shí)時(shí)計(jì)算，如流量預(yù)測(cè)、運(yùn)行趨勢(shì)分析、應(yīng)急方案觸發(fā)分析等。

各地區(qū)根據(jù)情況不同，按需考慮虛擬機(jī)虛擬CPU數(shù)，虛擬CPU總數(shù)計(jì)算方式為（虛擬機(jī)需求數(shù)×虛擬CPU需求數(shù)），按照一個(gè)物理CPU提供兩個(gè)虛擬CPU來(lái)考慮，并考慮20%預(yù)留可得出實(shí)體CPU。

2.5 業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景

數(shù)據(jù)中心最終業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景主要體現(xiàn)在兩方面。第一是運(yùn)行可視化應(yīng)用，分為管制指揮可視化、流量管理可視化、管制運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)可視化、地區(qū)運(yùn)行態(tài)勢(shì)可視化、運(yùn)維可視化等。第二是運(yùn)行輔助決策應(yīng)用，分為管制指揮檢測(cè)預(yù)警、管制指揮輔助決策、流量管理輔助決策等。下面以?xún)蓚€(gè)例子具體說(shuō)明數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場(chǎng)景。

2.5.1 智慧塔臺(tái)輔助決策

塔臺(tái)管制為機(jī)場(chǎng)本場(chǎng)直接提供管制服務(wù)，通過(guò)場(chǎng)面資源基礎(chǔ)信息專(zhuān)題庫(kù)、空域資源基礎(chǔ)信息專(zhuān)題庫(kù)、地面管制動(dòng)態(tài)信息專(zhuān)題庫(kù)、塔臺(tái)空中管制動(dòng)態(tài)信息專(zhuān)題庫(kù)、航延預(yù)測(cè)及分析專(zhuān)題庫(kù)服務(wù)支撐塔臺(tái)的管制業(yè)務(wù)。將以下席位作為系統(tǒng)使用對(duì)象，進(jìn)行業(yè)務(wù)模塊及能力設(shè)計(jì)分析。

（1）對(duì)放行席位提供準(zhǔn)確的在線(xiàn)實(shí)時(shí)分析服務(wù)：是指定跑道、領(lǐng)航計(jì)劃信息數(shù)據(jù)唯一源頭，保證飛行任務(wù)前置信息的準(zhǔn)確性；統(tǒng)一規(guī)劃與機(jī)組交互的放行過(guò)程，放行指令實(shí)時(shí)推送，提供向?qū)椒判蟹?wù)。

（2）對(duì)地面管制席位提供輔助地面決策服務(wù)：離港場(chǎng)景下輔助判斷能否推出開(kāi)車(chē)、能否開(kāi)始機(jī)坪滑行、是否符合移交條件，根據(jù)判斷結(jié)果自動(dòng)生成指令，包含推出開(kāi)車(chē)時(shí)刻、滑行路徑、移交時(shí)刻等內(nèi)容。進(jìn)場(chǎng)場(chǎng)景下輔助判斷機(jī)坪滑行路徑、是否存在影響航空器正?；星闆r，自動(dòng)生成指令（含滑行路徑、移交時(shí)刻等）或提示進(jìn)入?yún)f(xié)調(diào)通報(bào)流程。除此之外，大數(shù)據(jù)可對(duì)地面態(tài)勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)感知服務(wù)，監(jiān)控地面滑行沖突、機(jī)組是否根據(jù)指令執(zhí)行等，異常則進(jìn)行聲光告警，并重新進(jìn)行智能規(guī)劃。

（3）對(duì)塔臺(tái)管制席位可提供跑道智能化輔助跑道決策服務(wù)，以及跑道運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知服務(wù)。跑道輔助決策服務(wù)在離港場(chǎng)景下，智能化輔助滑行判斷、是否滿(mǎn)足進(jìn)跑道條件、起飛條件判斷并生成指令。進(jìn)港場(chǎng)景下智能化輔助判斷是否滿(mǎn)足落地條件，根據(jù)判斷結(jié)果自動(dòng)生成指令。跑道運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知服務(wù)主要為監(jiān)控跑道是否可用、航空器落地過(guò)程及五邊情況、脫離情況等，異常則進(jìn)行聲光告警，并重新進(jìn)行智能規(guī)劃。

（4）對(duì)主任管制席位提供地航空器地面滑行、放行、降落條件、起飛間隔、管制員壓力等維度的品控分析。具體為記錄地面滑行時(shí)間等信息，進(jìn)行地面滑行時(shí)間優(yōu)質(zhì)率分析；記錄飛機(jī)實(shí)際的撤輪擋、起飛等時(shí)刻信息、時(shí)隙使用率分析，提供數(shù)字化放行品控分析；記錄機(jī)組復(fù)飛情況，進(jìn)行復(fù)飛率分析；記錄地面滑行間隔統(tǒng)計(jì)分析、起飛間隔統(tǒng)計(jì)分析、落地間隔統(tǒng)計(jì)分析；記錄管制員崗位語(yǔ)音通話(huà)時(shí)長(zhǎng)、高峰崗位管制架次分析、平均崗位管制架次分析。

2.5.2 空域態(tài)勢(shì)建模和航跡仿真

目前，在已有各類(lèi)管制操作系統(tǒng)和管制輔助系統(tǒng)基礎(chǔ)上，從底層整合各類(lèi)管制信息和數(shù)據(jù)，形成對(duì)多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一標(biāo)識(shí)與管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)管制運(yùn)行場(chǎng)景的可視化分析，并利用大數(shù)據(jù)挖掘?qū)ξ磥?lái)流量進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。空域態(tài)勢(shì)建模和航跡仿真具體能力如下：

（1）建立基于大數(shù)據(jù)的多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)機(jī)制。針對(duì)當(dāng)前空管局大數(shù)據(jù)和云平臺(tái)收集的各類(lèi)管制運(yùn)行數(shù)據(jù)、管制操作數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、空域數(shù)據(jù)等歷史數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)方案，在保留數(shù)據(jù)關(guān)鍵內(nèi)容的基礎(chǔ)上，減少數(shù)據(jù)量，統(tǒng)一數(shù)據(jù)類(lèi)型，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)不同來(lái)源數(shù)據(jù)信息的整合和關(guān)聯(lián)。

（2）建立數(shù)據(jù)化空域態(tài)勢(shì)模型。結(jié)合航空器4D軌跡、計(jì)劃航路、管制運(yùn)行規(guī)則、管制協(xié)議、空域限制、氣象影響及流量限制措施等建立數(shù)據(jù)化的空域態(tài)勢(shì)模型，用各類(lèi)數(shù)據(jù)真實(shí)反映當(dāng)時(shí)空域運(yùn)行情況。

（3）實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)化空域態(tài)勢(shì)模型的流量預(yù)測(cè)?；趯?duì)航空器4D軌跡、計(jì)劃航路、管制運(yùn)行規(guī)則、管制協(xié)議、當(dāng)前空域運(yùn)行態(tài)勢(shì)模型和航空器運(yùn)行歷史規(guī)律的大數(shù)據(jù)分析，推算航空器未來(lái)某一時(shí)刻的位置、高度、速度等信息，并進(jìn)一步根據(jù)建立的數(shù)據(jù)化空域態(tài)勢(shì)模型預(yù)測(cè)未來(lái)轄區(qū)內(nèi)各航路點(diǎn)、航段、扇區(qū)和區(qū)域一段可選時(shí)間段的流量情況。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)國(guó)內(nèi)外的空管數(shù)據(jù)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，根據(jù)國(guó)內(nèi)空管數(shù)據(jù)中心建設(shè)的情況，給出了未來(lái)空管局?jǐn)?shù)據(jù)中心建設(shè)的思路和目標(biāo)，并以地區(qū)空管局為例提出了空管數(shù)據(jù)中心建設(shè)思路及未來(lái)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景。