ICAO儀表飛行規(guī)則將“管制員”定義為空中交通防撞核心。這一體系為保障民航運輸安全與秩序發(fā)揮了巨大作用。隨著空中交通規(guī)模和復雜度不斷升級，無人機等新型航空器加入空域運行，現(xiàn)行體系將難以支撐未來發(fā)展。
航空寬帶通信技術飛速發(fā)展，通信監(jiān)視導航一體化穩(wěn)步推進，空中正在織就一張星空地緊密互聯(lián)的“飛聯(lián)網(wǎng)”，為構建緊密協(xié)同、空地合理分工的空管新體系創(chuàng)造了條件。
人工智能在自動駕駛領域的成功應用，為空中交通發(fā)展指明了方向。構建以“自主運行”為核心的新空管運行模式，將成為打破發(fā)展瓶頸的關鍵。
智慧空管既是空管系統(tǒng)組成要素，更是整個體系的智慧化升級。四維航跡驗證飛行、北京大興機場A-SMGCS系統(tǒng)投用，正是革命性變化到來之前的第一縷曙光。
民航業(yè)是我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略產業(yè)，現(xiàn)代空中交通管理（以下簡稱“空管”）是一個高度依賴信息技術的民航專業(yè)領域。
當前，空管主要采用“以人為中心”的管理模式，即通過空地信息交互，管制員對航路/航線網(wǎng)絡中的航空器實施管制，保障民航運輸安全與秩序。隨著我國空中交通規(guī)模不斷擴大、復雜度不斷提升，現(xiàn)有管理模式難以支撐未來發(fā)展需求。

近年來，我國在5G、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等領域的飛速發(fā)展及其在國民經(jīng)濟各領域的快速推廣應用，為構建以“飛聯(lián)網(wǎng)中自主運行”為特征的空管運行新模式提供了發(fā)展動能，使智慧空管正在變?yōu)楝F(xiàn)實。

賦能空管系統(tǒng)各要素
智慧空管是我國智慧民航的四大模式形態(tài)（智慧出行、智慧空管、智慧機場、智慧監(jiān)管）之一。它是通過大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等技術與空管現(xiàn)有技術深度融合，構建飛聯(lián)網(wǎng)平臺，推動航空公司、機場、空管等民航運行單位信息共享，實現(xiàn)以自主化和智慧化為特征的空中交通服務、流量管理和空域管理，沿著數(shù)字化、智能化、智慧化的發(fā)展模態(tài)，不斷邁向更高發(fā)展階段。智慧空管的智慧主要體現(xiàn)在對空管系統(tǒng)各要素，即空管信息環(huán)境、航空器、管制員、空域的智慧賦能等方面。
1.1 空管信息環(huán)境——飛聯(lián)網(wǎng)平臺建設
要實現(xiàn)智慧空管，首先需要搭建空地互聯(lián)的飛聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)信息共享。民航各單位將共享同一張空地覆蓋的信息網(wǎng)絡，共同開展面向政府監(jiān)管、空管、航企、機場和旅客服務的大數(shù)據(jù)開發(fā)和應用，實現(xiàn)民航數(shù)據(jù)實時全量在線，高可信、高可用與高可靠應用。
通過整合行業(yè)關鍵信息系統(tǒng)，實現(xiàn)行業(yè)內各運行機構和監(jiān)管機構的數(shù)據(jù)共享與協(xié)作。通過該平臺，空管可以實現(xiàn)對航空器運行狀態(tài)和空中交通態(tài)勢的感知，實現(xiàn)民航空管系統(tǒng)向云端遷移。　　

1.2 航空器——基于航跡的自主運行
航空器的智慧賦能主要體現(xiàn)在基于航跡的自主運行方面?；诤桔E的運行（Trajectory based operation，TBO） 管理，打破現(xiàn)有分時、分段、分頭管理模式，空管部門、航空公司以及機場等運行參與方密切配合，圍繞航班全生命周期、全運行流程協(xié)同決策，全面提升航空器精細化管理水平。
TBO強調航空器飛行過程無沖突、精準可控到達，過點到達時間偏差控制在±10秒以內。該技術大規(guī)模應用后，空中交通運行可預測性將顯著增強，管理者情景態(tài)勢感知能力將大大提高。在飛聯(lián)網(wǎng)支持下，航空器將具備高度智能感知、協(xié)同避讓、自主間隔保持能力；配合高智能化的駕駛艙，航空器將具備全自動飛行能力。在此基礎上，微觀間隔保持與防撞將主要由航空器負責，空管負責把控宏觀交通態(tài)勢。
1.3 管制員——AI管制
未來，TBO的發(fā)展將令數(shù)據(jù)量和計算量激增，人力難以有效應對。因此，具有態(tài)勢感知、預測、自主協(xié)同和決策能力的智能管制工具將源源不斷地出現(xiàn)，并逐步取代管制員工作。從海量數(shù)據(jù)中“脫身”之后，管制員的工作重點將轉移到關注飛行流量、空域和機場資源等宏觀調配上。
針對TBO發(fā)展過程中超大規(guī)模四維航跡精準預測、協(xié)同調度以及人機智能協(xié)同等關鍵問題，未來空管的解決方案是搭建人機智能融合決策平臺，充分發(fā)揮人的直覺認識在態(tài)勢認知方面的優(yōu)勢，利用計算機的理性推理以及計算能力，實現(xiàn)人機智能高效交互，支持空管部門通過人機協(xié)同完成對空中交通態(tài)勢的評估、預測和決策。
1.4 空域——數(shù)字化空域
當前，空域碎片化嚴重，管制區(qū)邊界復雜，交通管理困難。為此，我們需要按照空域為航空器飛行提供的保障能力，標定空域性能，按照運行需求和飛行性能，為每架航空器動態(tài)分配空域資源。借助數(shù)字化管理手段，實現(xiàn)有限空域資源的高效利用。與此同時，研發(fā)面向機場、空域運行狀態(tài)感知的新型分布式智能傳感器，實現(xiàn)空域網(wǎng)格化感知。未來，數(shù)字技術不僅有助于建立全新的空中交通管理模式，也有助于實現(xiàn)空域的精細化管理和資源的優(yōu)化配置。

制圖/王世鑫

幾大應用場景共同發(fā)力
作為智慧民航建設的重要組成部分，《智慧民航建設路線圖》（以下簡稱《路線圖》）提出將圍繞四強空管建設，構建安全穩(wěn)、效率高、智慧強、協(xié)同好的新一代空中交通管理系統(tǒng)，實現(xiàn)廣域覆蓋感知、深度網(wǎng)絡互聯(lián)、數(shù)據(jù)融合賦能、智能協(xié)同響應和智慧高效運行，提升空中交通全局化、精細化、智慧化運行能力和服務水平?；谏衔奶峒暗目展芤刂腔圪x能，《路線圖》提出了智慧空管建設將在以下幾大應用場景上發(fā)力。

2.1 全國民航協(xié)同保障運行。
協(xié)同保障運行需要精準研判民航運輸需求，科學規(guī)劃行業(yè)整體運行保障能力，合理部署行業(yè)關鍵保障資源，建設面向全行業(yè)的民航協(xié)同運行平臺，加強運行全流程態(tài)勢監(jiān)控、多主體協(xié)同聯(lián)動和一體化指揮調度，推進實現(xiàn)航空器全流程精細化管理。
在具體工作中，協(xié)同保障運行的目標是實現(xiàn)容量、運力、時刻、航班計劃與市場需求匹配，實現(xiàn)民航宏觀供需平衡，即基于全國一體化運行的機場和空域容量規(guī)劃；需求—容量—時刻—航班計劃匹配；運行態(tài)勢監(jiān)控和協(xié)同調度，即航班全流程運行態(tài)勢監(jiān)控；全國航班協(xié)同指揮調度；航空器飛行精細化管理，即機載飛行管理能力提升；非正常飛行監(jiān)測與干預等。
2.2 基于四維航跡的精細運行。
以四維航跡管理為基礎，建立以航跡管理為核心的先進空管運行模式，提升戰(zhàn)略、預戰(zhàn)術、戰(zhàn)術層面流量管理能力，推進航班全生命周期的精細化管理，提高安全水平，實現(xiàn)擴容增效。
推進四維航跡運行，加快航行情報、航班動態(tài)、氣象信息等數(shù)字化進程，增強地空操作能力，實現(xiàn)態(tài)勢同步及數(shù)字化管制服務。為了加強空域組織與管理，空管部門需要逐步實現(xiàn)全域四維航跡運行，即全階段的數(shù)字化管制服務；飛行與流量信息協(xié)同；空地協(xié)同自主運行，即基于態(tài)勢增強的目視間隔運行；尾流間隔靜態(tài)優(yōu)化與動態(tài)管理；空地協(xié)同自主間隔保持；終端區(qū)智能化運行，即空域靈活運用；進離場與場面一體化運行等。

2.3 基于算力的融合運行。
推動前沿技術與空管有機融合，通過打造基于算力的空中交通運行仿真環(huán)境，逐步實現(xiàn)基于算力的全國航班融合運行和有人無人融合運行。
基于算力的融合運行是打造數(shù)字孿生環(huán)境的基礎，將為未來空中交通運行推演提供條件。該技術將主要應用在航班運行數(shù)字孿生領域，即基于算力的空中交通數(shù)字模擬；航班融合運行過程精準管控；有人無人融合運行，即有人無人飛行全景態(tài)勢感知；有人無人融合運行保障等方面。
目前，我國已實施了智慧空管方面的一些探索性項目。2019年3月，我國在天津濱海國際機場至廣州白云國際機場的往返航路上進行了首次初始四維航跡驗證飛行，實現(xiàn)了小于5秒的航跡控制精度。
廣州白云機場和昆明長水機場完成了連續(xù)爬升運行（Continuous Climb Operations，CCO）與連續(xù)下降運行（Continuous Descent Operations，CDO）飛行程序實地驗證試飛。CDO與CCO相結合能提升終端運行效率和安全水平，大幅減少碳排放和燃油消耗。
中國電子科技集團第二十八研究所、第十五研究所等研究機構開發(fā)了云上空管原型系統(tǒng)，將云計算應用于空中交通管理系統(tǒng)的建設和運營中，并通過一種地理位置無關運行方式，提升空管系統(tǒng)的靈活性、安全性，實現(xiàn)輕量化運行。京東、順豐等大型物流企業(yè)基于商業(yè)需求，在民航局支持下，率先開展無人機與有人機混合運行實驗，探索無人機、有人機混合運行模式。今年1月，民航局批復成立“民航飛聯(lián)網(wǎng)重點實驗室”，啟動智慧空管系統(tǒng)體系架構研究。
智慧空管將利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術構建的飛聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)基于四維航跡的空管運行態(tài)勢智能感知與協(xié)同調度、空地協(xié)同自主運行、航空器全流程精細化管理、空域精細化管理與協(xié)同運行、基于算力的全國航班融合運行和有人無人融合運行等，為持續(xù)提升新運行環(huán)境中的運行安全與效率發(fā)揮巨大的推動作用。

來源 | 中國民航報