作者：劉衛(wèi)東
中國(guó)民用航空局第二研究所 所長(zhǎng)

一

引言

隨著航空運(yùn)輸日趨多元化，航空運(yùn)輸量的持續(xù)增長(zhǎng)，空中交通運(yùn)行態(tài)勢(shì)也日漸復(fù)雜多變，現(xiàn)有空中交通管理系統(tǒng)的運(yùn)行能力已經(jīng)趨近飽和。為滿(mǎn)足未來(lái)航空需求增長(zhǎng)和運(yùn)行多樣性的需求，民航局局長(zhǎng)馮正霖在2018 年民航空管系統(tǒng)安全工作會(huì)議上，充分強(qiáng)調(diào)“智慧” 這一屬性對(duì)空管行業(yè)未來(lái)發(fā)展的重要意義。空管局局長(zhǎng)車(chē)進(jìn)軍也在2019 年中國(guó)民航發(fā)展論壇明確指出“把握新時(shí)代空管發(fā)展的新機(jī)遇，開(kāi)啟智慧空管發(fā)展新紀(jì)元”?？展苁且粋€(gè)高度依賴(lài)信息技術(shù)的民航專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，其智慧化發(fā)展是循序漸進(jìn)、穩(wěn)妥推進(jìn)、拓展完善的持續(xù)過(guò)程。智慧空管以需求為牽引、技術(shù)為支撐。智慧空管技術(shù)的發(fā)展要以“四強(qiáng)空管”行動(dòng)方案的“強(qiáng)智慧”為指引，為“強(qiáng)安全”“強(qiáng)效率”以及“強(qiáng)協(xié)同”提供重要的技術(shù)支持。同時(shí)，智慧空管技術(shù)的發(fā)展也需遵循全球空管概念演進(jìn)趨勢(shì)，結(jié)合我國(guó)國(guó)情建設(shè)安全高效現(xiàn)代化智慧空管技術(shù)體系。目前，智慧空管技術(shù)體系的研究仍處于萌芽階段，其潛力和意義有待于研究人員充分挖掘與利用。李鋼等人認(rèn)為“以云平臺(tái)為基礎(chǔ)的服務(wù)”是智慧空管技術(shù)的核心，在云平臺(tái)上建立更完備的數(shù)字化服務(wù)是智慧空管的重要技術(shù)支柱。張暉等人認(rèn)為智慧空管技術(shù)發(fā)展是由低級(jí)的數(shù)字化階段過(guò)渡至中級(jí)的智能化階段，最終到高級(jí)的智慧化階段。楊紅雨等人指出人工智能是智能化空管技術(shù)主要研究發(fā)展方向。民航局空管局技術(shù)中心，也在“十四五”建設(shè)開(kāi)局之年以近期( 數(shù)字化、平臺(tái)化)、中期( 智能化、協(xié)同化)、遠(yuǎn)期（智慧化、自主化）三階段提出智慧空管技術(shù)發(fā)展路徑。

智慧空管技術(shù)的探索是豐富而充滿(mǎn)未知的。本文圍繞智慧空管發(fā)展安全、高效兩大目標(biāo)，首先分析空管技術(shù)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)，研究潛在的價(jià)值，為智慧空管技術(shù)發(fā)展展望提供理論依據(jù)。其次，結(jié)合筆者對(duì)智慧空管的理解，分別闡述了智慧空管的內(nèi)涵、主要特征。進(jìn)一步，本文創(chuàng)新性地從局部智能優(yōu)化、全局認(rèn)知支持、完全自主運(yùn)行三方面對(duì)智慧空管技術(shù)發(fā)展進(jìn)行展望，并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容作出探討。

二

空管技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)

隨著航空運(yùn)輸需求量不斷增加，世界各國(guó)不同程度地出現(xiàn)空域資源利用率低、空域協(xié)調(diào)困難等瓶頸。因此，近幾年以中國(guó)、美國(guó)等為首的民航大國(guó)以空管體系建設(shè)實(shí)際需求為牽引，積極探尋空中交通管理在運(yùn)行概念、操作程序和信息標(biāo)準(zhǔn)方面的新舉措，引領(lǐng)空管技術(shù)邁向智慧化。

（一） 國(guó)際民航組織 ——“航空系統(tǒng)組塊升級(jí)”2016 年，國(guó)際民航組織（ICAO） 在《全球空中航行計(jì)劃》（Doc 9750 號(hào)文件 , 第五版）中修訂了“ 航空系統(tǒng)組 塊升級(jí)”（ASBU）的戰(zhàn)略規(guī)劃，旨在為未來(lái)15 年全球空中航行系統(tǒng)的發(fā)展提供指導(dǎo)，促進(jìn)全球空中交通持續(xù)、穩(wěn)定、快速發(fā)展，提升全球空中交通管理系統(tǒng)的安全水平和運(yùn)行效率。ASBU 將運(yùn)行概念劃分成為一系列可衡量的運(yùn)行效能改進(jìn)，涵蓋機(jī)場(chǎng)運(yùn)行、全球可互用的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)、最佳容量和靈活航班、高效飛行航路四大效能改進(jìn)領(lǐng)域。每個(gè)領(lǐng)域由多條提升路徑組成，并根據(jù)實(shí)現(xiàn)階段分布在4 個(gè)組塊中，構(gòu)成52 個(gè)模塊。這些運(yùn)行效能改進(jìn)可以靈活組合，分階段實(shí)施。各個(gè)國(guó)家和地區(qū)在全球統(tǒng)一的框架下，可根據(jù)自身需要引入和實(shí)施所需的運(yùn)行能力改進(jìn)。ASBU 的戰(zhàn)略組件部署，積極推動(dòng)空中交通管理技術(shù)的變革與創(chuàng)新。

（二）美國(guó) ——“下一代航空運(yùn)輸系統(tǒng)”?美國(guó)于20 世紀(jì)末啟動(dòng)“下一代航空運(yùn)輸系統(tǒng)”(NextGen) 計(jì)劃，旨在加強(qiáng)研發(fā)運(yùn)行新技術(shù)提高空管服務(wù)質(zhì)量， 滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的空中交通需求與空域系統(tǒng)之間供給平衡。NextGen 運(yùn)行概念如圖1 所示。一方面，NextGen 通過(guò)基于衛(wèi)星的監(jiān)控和導(dǎo)航，利用新一代數(shù)字化通信交流手段，在空管部門(mén)、航空公司、機(jī)場(chǎng)等利益相關(guān)方之間形成統(tǒng)一態(tài)勢(shì)感知，提高航空系統(tǒng)可預(yù)測(cè)性、系統(tǒng)容量和安全水平。另一方面，NextGen 提出基于航跡的運(yùn)行(TBO)、引入氣象的輔助決策、超密度進(jìn)離場(chǎng)、基于性能服務(wù)等8 項(xiàng)關(guān)鍵能力。其中，TBO 作為下一代空管自動(dòng)化系統(tǒng)的核心技術(shù)，改變了以間隔服務(wù)為主的傳統(tǒng)運(yùn)行模式。其通過(guò)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)飛行全過(guò)程的四維軌跡，形成全體順序點(diǎn)列集合，實(shí)現(xiàn)高密度、大流量、小間隔的高效運(yùn)行，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在飛行與管制之間共享航跡動(dòng)態(tài)信息，形成協(xié)同決策。

圖1 美國(guó)NextGen 運(yùn)行概念圖（三）歐洲 ——“單一歐洲天空空管研究計(jì)劃”?歐洲理事會(huì)第219/2007 號(hào)條例正式啟動(dòng)“單一歐洲天空空管研究計(jì)劃”(SESAR)，旨在解決日益嚴(yán)峻的空中交通延誤問(wèn)題，以滿(mǎn)足新型空中交通管理解決方案的需求，提高交通流的容需匹配度。憑借充足的空域容量和靈活性，可使飛機(jī)安全地飛行在優(yōu)化的軌跡上，提高運(yùn)行效率進(jìn)而減少燃油排放。如圖2 所示，SESAR 通過(guò)提高的網(wǎng)絡(luò)容量與韌性、改進(jìn)的機(jī)場(chǎng)性能和可用性、優(yōu)化的空中自動(dòng)化運(yùn)行等關(guān)鍵能力，借助于數(shù)字手段提供信息服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)空中交通管理服務(wù)完全自主運(yùn)行。SESAR 計(jì)劃到2050 年，基于性能的運(yùn)行（PBO）實(shí)現(xiàn)在機(jī)場(chǎng)和空域范圍內(nèi)空中航行服務(wù)網(wǎng)絡(luò)層面的“端到端”無(wú)縫銜接；實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施與空管運(yùn)行的脫耦，一國(guó)的空中航行服務(wù)提供商為另一國(guó)提供“端到端”空中航行服務(wù)；打破國(guó)家邊界。

圖2 歐洲SESAR 服務(wù)架構(gòu)示意圖（四）我國(guó) —— “中國(guó)民航空管現(xiàn)代化戰(zhàn)略”我國(guó)民航空管系統(tǒng)為了加快建設(shè)“四強(qiáng)空管”，推動(dòng)空管高質(zhì)量發(fā)展，正在加強(qiáng)空管發(fā)展的頂層設(shè)計(jì)和總體布局，加快航行新技術(shù)的研究、驗(yàn)證和應(yīng)用。民航局空管局根據(jù)ICAO 的ASBU 計(jì)劃， 充分借鑒美國(guó)NextGen 計(jì)劃、歐洲SESAR 計(jì)劃，結(jié)合我國(guó)空管實(shí)際情況， 提出并組織編寫(xiě)了“中國(guó)民航空管現(xiàn)代化戰(zhàn)略(CAAMS) ?！盋AAMS 成為全球范圍內(nèi)繼 NextGen、SESAR 之后又一重要的空中航行系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃，為中國(guó)民航提升國(guó)際話(huà)語(yǔ)權(quán)和影響力發(fā)揮了重要作用。CAAMS 主要面向未來(lái)15 年我國(guó)民航空管運(yùn)行的實(shí)際需求，制定未來(lái)發(fā)展和技術(shù)布局的指導(dǎo)思想、發(fā)展方向、技術(shù)路線(xiàn)、重點(diǎn)工程、保障措施等。CAAMS 關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)如圖3 所示。

圖3 CAAMS關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)圖CAAMS 近期目標(biāo)是重點(diǎn)加強(qiáng)全系統(tǒng)信息管理、氣象信息服務(wù)、數(shù)字化情報(bào)管理等基礎(chǔ)信息服務(wù)能力的建設(shè)，完善寬帶數(shù)據(jù)鏈通信、綜合導(dǎo)航、多元監(jiān)視等支撐空管系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)， 提升繁忙機(jī)場(chǎng)及終端區(qū)運(yùn)行、全階段數(shù)字化管制、全國(guó)飛行流量管理等運(yùn)行能力。CAAMS 遠(yuǎn)期目標(biāo)基于構(gòu)建支持未來(lái)基于航跡運(yùn)行的協(xié)同信息服務(wù)環(huán)境， 發(fā)展空天地一體化的航空通信導(dǎo)航監(jiān)視技術(shù)，全面推進(jìn)基于航跡運(yùn)行、自主間隔保持、機(jī)場(chǎng)空管融合運(yùn)行等新型管制服務(wù)方式的應(yīng)用。

同時(shí)，CAAMS 提出空域組織與管理、協(xié)同流量管理、繁忙機(jī)場(chǎng)運(yùn)行、基于航跡的運(yùn)行、多模式間隔管理、軍民航聯(lián)合運(yùn)行、基于性能的服務(wù)、信息管理在內(nèi)的八大運(yùn)行概念。為支撐上述運(yùn)行概念的實(shí)施，CAAMS 從運(yùn)行服務(wù)能力和基礎(chǔ)服務(wù)能力方面提出了大力提升16 項(xiàng)關(guān)鍵服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)空中交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行順暢，空管運(yùn)行效率和服務(wù)水平明顯提升，實(shí)現(xiàn)我國(guó)民航系統(tǒng)逐步從適應(yīng)民航發(fā)展、協(xié)同民航發(fā)展到領(lǐng)跑民航發(fā)展的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變。  

三

智慧空管的理解

在中國(guó)民航空管現(xiàn)代化戰(zhàn)略CAAMS 的指導(dǎo)下，新一代航空技術(shù)將與人工智能、態(tài)勢(shì)感知、數(shù)字孿生等新型技術(shù)不斷融合式發(fā)展，推動(dòng)傳統(tǒng)空管技術(shù)向“智慧空管”技術(shù)的過(guò)渡。

（一）智慧空管內(nèi)涵智慧空管, 本質(zhì)還是空中交通管理?，F(xiàn)在空中交通管理分為空域管理、空中交通流管理、空中交通管制服務(wù)三大核心業(yè)務(wù)。三者任務(wù)目的、管理對(duì)象各不相同，具有互補(bǔ)性、不可替代性。隨著空中交通管理不斷改革發(fā)展，三者也將逐步邁向智慧化：?智慧的空中交通服務(wù)：通過(guò)信息資源共享技術(shù)，使區(qū)管、進(jìn)近和塔臺(tái)之間具備相同態(tài)勢(shì)感知，將智能感知嵌入到空管運(yùn)行涉及各個(gè)要素中，結(jié)合可視化的智能管控對(duì)航空器的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)同引導(dǎo)控制，并且支持高密度下異類(lèi)航空器沖突預(yù)警、智能解脫功能。智慧情報(bào)服務(wù)則與知識(shí)進(jìn)行整合形成知識(shí)圖譜，對(duì)各類(lèi)需求作出靈活、迅速的反應(yīng)，通過(guò)發(fā)布有效的飛行建議和情報(bào)，形成安全、高效的空中交通管理服務(wù)模式。智慧的空中交通流管理：將從單一的流量管理向交通流管理演進(jìn)，具備最優(yōu)性、系統(tǒng)性、預(yù)先性、協(xié)同性四類(lèi)基本特性。最優(yōu)性指最優(yōu)化空中交通容量- 需求比例，實(shí)現(xiàn)航班延誤最小化，優(yōu)化交通流的時(shí)間分布、空間分布、流量分布， 實(shí)現(xiàn)資源利用最大化；系統(tǒng)性是指從宏觀、整體角度進(jìn)行優(yōu)化；預(yù)先性是指能夠預(yù)測(cè)分析需求- 容量未來(lái)情況；協(xié)同性是指能滿(mǎn)足機(jī)場(chǎng)、航司、空管、軍方之間多主體的協(xié)同。智慧的空域管理：是持續(xù)優(yōu)化航路航線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)空域關(guān)鍵資源配置，考慮各類(lèi)型空域的實(shí)際需求，通過(guò)控制某些航路段的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)，靈活分配資源以平衡容量- 需求比例。在實(shí)現(xiàn)多元化空域的同時(shí)，還會(huì)綜合考慮動(dòng)態(tài)航路調(diào)配，降低關(guān)鍵資源節(jié)點(diǎn)運(yùn)行壓力， 以實(shí)現(xiàn)面向效能的空域資源動(dòng)態(tài)調(diào)度。與傳統(tǒng)空管不同，以上三方面正在彼此集成融合。一方面，智慧空中交通流管理依托智慧空中交通服務(wù)提供決策所需的管制運(yùn)行等信息，制定有效的交通流管理措施。另一方面，智慧空域管理也將和智慧空中交通流管理有機(jī)結(jié)合， 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理和靈活使用機(jī)制，提高時(shí)空資源利用效率。除此之外，“智慧空管”內(nèi)涵還體現(xiàn)在豐富的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、信息處理手段上。通過(guò)星基導(dǎo)航和無(wú)線(xiàn)等新技術(shù)，提高空管導(dǎo)航保障能力；通過(guò)地面IP 技術(shù)、數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)，提高空管通信保障能力；通過(guò)ADS- B IN/ OUT 以及各類(lèi)監(jiān)視方法，保證航空器飛行安全；利用新興的互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)航空器與管制員高效快捷的交互；利用大數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算等技術(shù)，最大限度地提高信息互用性，實(shí)現(xiàn)空管全域態(tài)勢(shì)特征的有效表征。利用以上智能的基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)筑全面泛在感知和廣域協(xié)同交互的能力，再通過(guò)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)。由此可見(jiàn)，智慧空管的內(nèi)涵實(shí)質(zhì)就是將信息變成知識(shí)，來(lái)實(shí)現(xiàn)“ 自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自治理”。

（二） 智慧空管主要特征基于以上智慧空管內(nèi)涵，智慧空管是一個(gè)靈活精細(xì)、高效協(xié)同的空域管理系統(tǒng)，適應(yīng)現(xiàn)在和未來(lái)的航空運(yùn)行概念和程序，具備智能化的空管全過(guò)程預(yù)測(cè)預(yù)判分析、管控和服務(wù)能力手段。智慧空管是一個(gè)完整有機(jī)的整體，具有以下六個(gè)主要特征：?透徹的態(tài)勢(shì)感知：其相當(dāng)于神經(jīng)組織，利用全景視頻、射頻識(shí)別、氣象雷達(dá)、話(huà)音系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，進(jìn)行多模態(tài)的時(shí)空數(shù)據(jù)關(guān)鍵信息進(jìn)行采集與提取，對(duì)空域地面態(tài)勢(shì)精準(zhǔn)感知，同時(shí)對(duì)各類(lèi)運(yùn)行要素的關(guān)鍵信息進(jìn)行對(duì)接、融合、評(píng)估、推理，解決智慧空管運(yùn)行顯/ 隱性態(tài)勢(shì)特征的刻畫(huà)問(wèn)題，為空管安全高效發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。全域的信息共享：其相當(dāng)于結(jié)締組織，由統(tǒng)一平臺(tái)連接多主體用戶(hù)( 包含空管部門(mén)、航空公司、機(jī)場(chǎng)等利益相關(guān)方) 并發(fā)布態(tài)勢(shì)信息，擴(kuò)展感知范圍，共享的態(tài)勢(shì)信息包含但不僅限于共享態(tài)勢(shì)信息包括：空域利用率、跑道分配情況、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、尾隨間距限制、預(yù)計(jì)離港清關(guān)時(shí)間、登機(jī)口分配、航班取消等。智慧空管的神經(jīng)中樞接收跨區(qū)域、跨系統(tǒng)的態(tài)勢(shì)信息，同時(shí)將態(tài)勢(shì)信息以及智能決策指令，發(fā)布至外部平臺(tái)，其是實(shí)現(xiàn)空管系統(tǒng)高度自動(dòng)化、智能化的前提。動(dòng)態(tài)的資源統(tǒng)籌：其相當(dāng)于肌肉組織，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)使機(jī)場(chǎng)、終端、進(jìn)近、航路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之間復(fù)雜的時(shí)空耦合作用關(guān)系解耦，實(shí)現(xiàn)對(duì)空域資源的動(dòng)態(tài)調(diào)配和靈活規(guī)劃。通過(guò)不斷地對(duì)空域中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，合理統(tǒng)籌各類(lèi)空域資源，暢通航班飛行通道，強(qiáng)化空中交通整體聯(lián)動(dòng)。自主的智能管控：其相當(dāng)于大腦中樞，利用智能的基礎(chǔ)設(shè)施在無(wú)人干預(yù)的情況下，能自主地驅(qū)動(dòng)智能空管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的自動(dòng)控制，通過(guò)自主決策，系統(tǒng)生成決策指令，并作用于場(chǎng)面/ 空域。即采用定量方法和定性方法相結(jié)合的控制方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜的人在回路空管系統(tǒng)進(jìn)行指揮，智能傳達(dá)指令給飛行員或無(wú)人機(jī)，再依托飛機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)空地協(xié)同配合的安全高效運(yùn)行。快速的應(yīng)急響應(yīng)：其相當(dāng)于防御機(jī)制，提升空管核心基礎(chǔ)設(shè)施和空域交通網(wǎng)絡(luò)的韌性，保障空域用戶(hù)突發(fā)狀況或極端氣候條件下大規(guī)模航班延誤的快速恢復(fù)，有效降低延誤和取消航班率，形成高韌性、高彈性的智慧空管技術(shù)體系與標(biāo)準(zhǔn)體系。

協(xié)同的混合運(yùn)行：在以上五方面的共同影響下，智慧空管機(jī)體能夠針對(duì)未來(lái)多層/ 混合航空系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理， 利用協(xié)同態(tài)勢(shì)感知與評(píng)估、協(xié)同任務(wù)分配、協(xié)同路徑規(guī)劃實(shí)現(xiàn)在共享空域中不同運(yùn)行規(guī)則的異類(lèi)航空器混合運(yùn)行管控， 形成多方共贏的空管運(yùn)行環(huán)境。

四

智慧空管技術(shù)的探索

在智慧空管發(fā)展探索階段，需要運(yùn)用“新技術(shù)”踐行“新基建”，不僅是為了解決技術(shù)層面存在的瓶頸，更是面向“四強(qiáng)空管”的國(guó)家重大需求。從傳統(tǒng)空管向智慧空管的過(guò)渡不可能實(shí)現(xiàn)一步跨越，其是一個(gè)不斷優(yōu)化迭代的過(guò)程。

（一）智慧空管技術(shù)發(fā)展展望智慧空管發(fā)展是循序漸進(jìn)的、穩(wěn)妥推進(jìn)、拓展完善的過(guò)程。智慧空管與傳統(tǒng)空管最大區(qū)別在于從經(jīng)驗(yàn)型向科學(xué)性、從靜態(tài)向動(dòng)態(tài)、從粗放型向精細(xì)化轉(zhuǎn)變。其發(fā)展可大致劃分為三個(gè)階段：局部智能優(yōu)化、全局認(rèn)知支持、完全自主運(yùn)行。如圖4 所示。
圖4? 智慧空管發(fā)展路徑示意圖?

1.局部智能優(yōu)化此階段無(wú)程序或角色上的重大改變， 人工決策是這一階段的本質(zhì)特征。機(jī)器提供增強(qiáng)感知、決策輔助，可在局部某個(gè)功能點(diǎn)或場(chǎng)景下減輕空管參與人員的工作負(fù)荷或提高工作效率。局部智能優(yōu)化階段典型的技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)空域管理、協(xié)同流量管理、基于性能的導(dǎo)航、協(xié)同天氣預(yù)測(cè)、動(dòng)態(tài)尾流間隔、數(shù)據(jù)鏈、進(jìn)離場(chǎng)終端區(qū)協(xié)同排序、終端區(qū)場(chǎng)面一體化運(yùn)行等技術(shù)。

2.全局認(rèn)知支持此階段以人工決策為輔，人工智能可主動(dòng)發(fā)起和替代人工操作。其主要特征：一是空管全要素可通過(guò)數(shù)字表述出來(lái)，讓環(huán)境、機(jī)場(chǎng)、空域、航空器和人等空管運(yùn)行要素能夠在線(xiàn)上“自我說(shuō)明”。二是通過(guò)虛擬空管全網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字化空管的基礎(chǔ)設(shè)施（通信、導(dǎo)航、監(jiān)視）、應(yīng)用服務(wù)（空域管理、交通流管理、空中交通服務(wù)）等連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)空管全域內(nèi)飛行、流量、航行情報(bào)、航空氣象等要素?cái)?shù)字化認(rèn)知與對(duì)話(huà)。全局認(rèn)知支持階段典型的技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)為基于航跡的運(yùn)行，全階段數(shù)字管制、全系統(tǒng)信息管理（SWIM）、全域飛行流量信息協(xié)同環(huán)境（FF- ICE）等。

3.完全自主運(yùn)行此階段以人工智能決策為主，人類(lèi)扮演監(jiān)督與備份的角色。其主要特征：一是完成空管運(yùn)行全要素智能優(yōu)化；二是在空管全域信息共享基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能反應(yīng)與調(diào)控；三是大數(shù)據(jù)智慧優(yōu)先、AI 智慧深度學(xué)習(xí)等使空管各關(guān)鍵服務(wù)在人類(lèi)智慧的驅(qū)動(dòng)下優(yōu)化運(yùn)行。完全自主運(yùn)行階段典型的技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)為基于性能的運(yùn)行、人機(jī)融合智能管控技術(shù)、協(xié)同空中交通管理（CATM）等。

（二）智慧空管關(guān)鍵技術(shù)技術(shù)是空管的核心支撐，也是空管系統(tǒng)正常運(yùn)行的理論基礎(chǔ)和保障。如圖5 所示，傳統(tǒng)空管技術(shù)輔助信息獲取/ 分析，輔助任務(wù)執(zhí)行/ 實(shí)施。在繁忙時(shí)，中心控制決策依賴(lài)人工經(jīng)驗(yàn)，容易造成“錯(cuò)忘漏”。而智慧技術(shù)將構(gòu)建未來(lái)智慧化的空中交通管理系統(tǒng)，從滑行階段開(kāi)始，起飛、離場(chǎng)、巡航、降落都有智慧化的技術(shù)提供支撐服務(wù)。智慧空管技術(shù)將全面以機(jī)器為主、人工輔助決策，實(shí)現(xiàn)智能化，達(dá)到空管自動(dòng)化高級(jí)程度， 適應(yīng)日益復(fù)雜的飛行任務(wù)。結(jié)合智慧空管技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)，對(duì)其內(nèi)部關(guān)鍵核心技術(shù)進(jìn)行梳理，總結(jié)如下：

?
a 傳統(tǒng)空管技術(shù)

b 智慧空管技術(shù)圖5? 傳統(tǒng)空管技術(shù)對(duì)比智慧空管技術(shù)示意圖終端區(qū)場(chǎng)面一體化運(yùn)行技術(shù)：融合先進(jìn)的自動(dòng)化管理，利用基于航跡的場(chǎng)面預(yù)測(cè)和高級(jí)調(diào)度算法為管制員提供進(jìn)場(chǎng)/ 離場(chǎng)建議，對(duì)終端區(qū)- 場(chǎng)面資源進(jìn)行一體化調(diào)度和管理。采用動(dòng)態(tài)細(xì)微的速度調(diào)節(jié)相鄰航班時(shí)間間隔，戰(zhàn)術(shù)性地減少延誤，緩解終端區(qū)- 場(chǎng)面的擁堵。該技術(shù)能提高終端區(qū)- 場(chǎng)面運(yùn)行的可預(yù)測(cè)性、資源利用率、航班流調(diào)度效率，降低管制工作負(fù)荷。

協(xié)同天氣預(yù)測(cè)技術(shù)：聯(lián)合機(jī)場(chǎng)、航空公司、空管部門(mén)、氣象中心等相關(guān)方的氣象專(zhuān)家建立天氣預(yù)測(cè)知識(shí)庫(kù)模型， 綜合利用天氣探測(cè)信息進(jìn)行智能分析， 掌握惡劣天氣產(chǎn)生及發(fā)展規(guī)律，對(duì)影響飛行安全的危險(xiǎn)天氣做出預(yù)測(cè)。該技術(shù)為智能管控提供數(shù)據(jù)支撐，減少天氣原因?qū)е碌暮桨嘌诱`和取消。

廣域信息管理技術(shù)：使多個(gè)用戶(hù)通過(guò)廣域網(wǎng)相互交互，用戶(hù)交換共享態(tài)勢(shì)信息，形成共同態(tài)勢(shì)感知并協(xié)同決策。即將各空中航行服務(wù)提供者、管制單位、空中交通流和容量管理單位、空域使用者、機(jī)場(chǎng)、航空公司等相關(guān)單位實(shí)現(xiàn)完全的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。該技術(shù)利用面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)包含面向服務(wù)的空對(duì)地信息交換、運(yùn)行系統(tǒng)之間動(dòng)態(tài)交互和網(wǎng)絡(luò)授權(quán)等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，構(gòu)建新一代空管信息共享基礎(chǔ)平臺(tái)。

協(xié)同交通流管理技術(shù)：將協(xié)同決策的思想與交通流管理相結(jié)合形成一種安全、高效和公平的交通流管理機(jī)制。依據(jù)廣域信息管理共享的態(tài)勢(shì)信息，制定協(xié)同決策，其中包含協(xié)同地面等待、協(xié)同容流配、協(xié)同航路管理、協(xié)同航班調(diào)度、空域與交通流協(xié)同運(yùn)行管理、協(xié)同場(chǎng)面管理等策略，解決航路、終端區(qū)交通流不平衡、超容量所導(dǎo)致堵塞、延誤問(wèn)題。該技術(shù)通過(guò)整合利益相關(guān)方綜合信息， 緊密結(jié)合產(chǎn)生合理的交通流管理決策。

動(dòng)態(tài)空域管理技術(shù):?將目前靜態(tài)異構(gòu)空域轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)同質(zhì)的空域，其包含空域動(dòng)態(tài)規(guī)劃和空域評(píng)估兩個(gè)關(guān)鍵部分?？沼騽?dòng)態(tài)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)交通流時(shí)空分布與空域關(guān)鍵資源的優(yōu)化動(dòng)態(tài)配置，緩解需求和空域資源不匹配問(wèn)題?？沼蛟u(píng)估基于客觀和主觀方法分析和評(píng)估空域的容量、利用效率、飛行成本等，為空域規(guī)劃提供技術(shù)性指標(biāo)參考。該技術(shù)可以適應(yīng)飛行需求變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)空域調(diào)整，實(shí)現(xiàn)空中交通優(yōu)化運(yùn)行。

地空一體化技術(shù)：通過(guò)衛(wèi)星、甚高頻和數(shù)據(jù)鏈等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)航空器與地面空中交通管制單元、航空公司、機(jī)場(chǎng)等之間的快速數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)機(jī)載數(shù)據(jù)鏈通信、空地通信、地面分組通信等。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在各利益相關(guān)方之間的高速數(shù)據(jù)交換，提供實(shí)時(shí)有效的數(shù)據(jù)通信服務(wù)。

廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視OUT/IN 技術(shù)：將沖突探測(cè)、沖突解脫、空中交通管制監(jiān)視、空中交通管制一致性監(jiān)視以及機(jī)艙綜合信息顯示等有機(jī)結(jié)合，提供優(yōu)于雷達(dá)間隔標(biāo)準(zhǔn)的管制服務(wù)，實(shí)現(xiàn)飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)視，改進(jìn)流量管理，為運(yùn)行中的航空器提供各類(lèi)情報(bào)服務(wù)。該技術(shù)有助于加強(qiáng)空空協(xié)同，使飛行安全間隔的責(zé)任更多地向空中轉(zhuǎn)移，為實(shí)現(xiàn)“自由飛行”奠定基礎(chǔ)。

基于航跡的運(yùn)行技術(shù)：基于航班計(jì)劃信息、空域信息、氣象信息和飛機(jī)性能，考慮速度和飛行高度層的限制，提供一個(gè)包含三維位置空間和一維時(shí)間的預(yù)測(cè)航跡，在飛行全過(guò)程( 包含戰(zhàn)略規(guī)劃、戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃、執(zhí)行階段) 通過(guò)航跡協(xié)同優(yōu)化， 實(shí)現(xiàn)門(mén)到門(mén)的高密度、大流量、小間隔的高效運(yùn)行。該技術(shù)能充分利用交通管理中確定和不確定信息，更高效利用空時(shí)域資源，提供更高效的空中管制運(yùn)行服務(wù)。

基于性能的導(dǎo)航技術(shù)：從航路、終端區(qū)到進(jìn)近著陸的所有飛行階段，利用航空器的機(jī)載設(shè)備能力與衛(wèi)星導(dǎo)航等先進(jìn)技術(shù)，提供更加精確、安全的飛行方法和高效的空管模式。該技術(shù)使飛行程序計(jì)劃不再受制于導(dǎo)航臺(tái)，可以更加科學(xué)、靈活地利用空域。

數(shù)據(jù)鏈技術(shù)：以信息處理為核心， 探索更高可靠性、高帶寬的空地互聯(lián)方法，研究傳輸交換協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接收各種格式的管制信息，為地空通信一體化技術(shù)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。該技術(shù)保證飛機(jī)和飛機(jī)之間、飛機(jī)與地面管制員之間的情報(bào)交換，共享飛機(jī)所有情報(bào)， 增強(qiáng)駕駛員、管制員的共同態(tài)勢(shì)認(rèn)知能力。

未來(lái)智慧空管建設(shè)圍繞安全和高效兩大目標(biāo)，以空域、機(jī)場(chǎng)、航空器、環(huán)境和人等諸多運(yùn)行相關(guān)因素，融合先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，向更協(xié)同、更安全、更優(yōu)化、更綠色的方向發(fā)展。

五

結(jié)束語(yǔ)

智慧空管技術(shù)通過(guò)匯聚海量數(shù)據(jù)， 全面透徹感知；深度挖掘數(shù)據(jù)，智能融合應(yīng)用；關(guān)聯(lián)推演數(shù)據(jù)，高效協(xié)同運(yùn)行。智慧空管技術(shù)的發(fā)展是循序漸進(jìn)、穩(wěn)妥推進(jìn)、拓展完善的迭代優(yōu)化過(guò)程，其關(guān)鍵在于持續(xù)性地科技創(chuàng)新。民航二所空管技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)也將依托民航局和四川省政府共同建設(shè)的民航科技示范區(qū)，面向未來(lái)通信、導(dǎo)航、監(jiān)視關(guān)鍵技術(shù)，利用星基互聯(lián)、地空寬帶、5G 通信，實(shí)現(xiàn)空天地一體化信息互聯(lián)互通；面向未來(lái)基于交通流管理的空管系統(tǒng)架構(gòu)，研究先進(jìn)的空中交通管制和信息服務(wù)技術(shù)和手段，實(shí)現(xiàn)空中交通流需求- 容量動(dòng)態(tài)協(xié)同管理；面向基于航跡運(yùn)行和性能運(yùn)行技術(shù)，空管技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)集智攻關(guān)， 形成智慧空管科技創(chuàng)新攻關(guān)合力，進(jìn)一步促使我國(guó)空管技術(shù)由模仿者變?yōu)殚_(kāi)創(chuàng)者，從追隨者轉(zhuǎn)為引領(lǐng)者。

來(lái)源：《民航科技》