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(yùn)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(fù)雜度不斷升級，無人機(jī)等新型航空器加入空域運(yùn)行，現(xiàn)行體系將難以支撐未來發(fā)展。
航空寬帶通信技術(shù)飛速發(fā)展，通信監(jiān)視導(dǎo)航一體化穩(wěn)步推進(jìn)，空中正在織就一張星空地緊密互聯(lián)的“飛聯(lián)網(wǎng)”，為構(gòu)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(lǐng)域的成功應(yīng)用，為空中交通發(fā)展指明了方向。構(gòu)建以“自主運(yùn)行”為核心的新空管運(yùn)行模式，將成為打破發(fā)展瓶頸的關(guān)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(jī)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(jì)社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略產(chǎn)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(shù)的民航專業(yè)領(lǐng)域。
當(dāng)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(luò)中的航空器實施管制，保障民航運(yùn)輸安全與秩序。隨著我國空中交通規(guī)模不斷擴(kuò)大、復(fù)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(lǐng)域的飛速發(fā)展及其在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的快速推廣應(yīng)用，為構(gòu)建以“飛聯(lián)網(wǎng)中自主運(yùn)行”為特征的空管運(yùn)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(jī)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(shù)與空管現(xiàn)有技術(shù)深度融合，構(gòu)建飛聯(lián)網(wǎng)平臺，推動航空公司、機(jī)場、空管等民航運(yùn)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(wù)、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(shè)
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(luò)，共同開展面向政府監(jiān)管、空管、航企、機(jī)場和旅客服務(wù)的大數(shù)據(jù)開發(fā)和應(yīng)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(yīng)用。
通過整合行業(yè)關(guān)鍵信息系統(tǒng)，實現(xiàn)行業(yè)內(nèi)各運(yùn)行機(jī)構(gòu)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)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(yùn)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?！　?/p>

1.2 航空器——基于航跡的自主運(yùn)行
航空器的智慧賦能主要體現(xiàn)在基于航跡的自主運(yùn)行方面。基于航跡的運(yùn)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(jī)場等運(yùn)行參與方密切配合，圍繞航班全生命周期、全運(yùn)行流程協(xié)同決策，全面提升航空器精細(xì)化管理水平。
TBO強(qiáng)調(diào)航空器飛行過程無沖突、精準(zhǔn)可控到達(dá)，過點(diǎn)到達(dá)時間偏差控制在±10秒以內(nèi)。該技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用后，空中交通運(yùn)行可預(yù)測性將顯著增強(qiáng)，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(chǔ)上，微觀間隔保持與防撞將主要由航空器負(fù)責(zé)，空管負(fù)責(zé)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(yīng)對。因此，具有態(tài)勢感知、預(yù)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(diǎn)將轉(zhuǎn)移到關(guān)注飛行流量、空域和機(jī)場資源等宏觀調(diào)配上。
針對TBO發(fā)展過程中超大規(guī)模四維航跡精準(zhǔn)預(yù)測、協(xié)同調(diào)度以及人機(jī)智能協(xié)同等關(guān)鍵問題，未來空管的解決方案是搭建人機(jī)智能融合決策平臺，充分發(fā)揮人的直覺認(rèn)識在態(tài)勢認(rèn)知方面的優(yōu)勢，利用計算機(jī)的理性推理以及計算能力，實現(xiàn)人機(jī)智能高效交互，支持空管部門通過人機(jī)協(xié)同完成對空中交通態(tài)勢的評估、預(yù)測和決策。
1.4 空域——數(shù)字化空域
當(dāng)前，空域碎片化嚴(yán)重，管制區(qū)邊界復(fù)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(biāo)定空域性能，按照運(yùn)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(jī)場、空域運(yùn)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(shù)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(xì)化管理和資源的優(yōu)化配置。

制圖/王世鑫

幾大應(yīng)用場景共同發(fā)力
作為智慧民航建設(shè)的重要組成部分，《智慧民航建設(shè)路線圖》（以下簡稱《路線圖》）提出將圍繞四強(qiáng)空管建設(shè)，構(gòu)建安全穩(wěn)、效率高、智慧強(qiáng)、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(luò)互聯(lián)、數(shù)據(jù)融合賦能、智能協(xié)同響應(yīng)和智慧高效運(yùn)行，提升空中交通全局化、精細(xì)化、智慧化運(yùn)行能力和服務(wù)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(shè)將在以下幾大應(yīng)用場景上發(fā)力。

2.1 全國民航協(xié)同保障運(yùn)行。
協(xié)同保障運(yùn)行需要精準(zhǔn)研判民航運(yùn)輸需求，科學(xué)規(guī)劃行業(yè)整體運(yùn)行保障能力，合理部署行業(yè)關(guān)鍵保障資源，建設(shè)面向全行業(yè)的民航協(xié)同運(yùn)行平臺，加強(qiáng)運(yùn)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(diào)度，推進(jìn)實現(xiàn)航空器全流程精細(xì)化管理。
在具體工作中，協(xié)同保障運(yùn)行的目標(biāo)是實現(xiàn)容量、運(yùn)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(yùn)行的機(jī)場和空域容量規(guī)劃；需求—容量—時刻—航班計劃匹配；運(yùn)行態(tài)勢監(jiān)控和協(xié)同調(diào)度，即航班全流程運(yùn)行態(tài)勢監(jiān)控；全國航班協(xié)同指揮調(diào)度；航空器飛行精細(xì)化管理，即機(jī)載飛行管理能力提升；非正常飛行監(jiān)測與干預(yù)等。
2.2 基于四維航跡的精細(xì)運(yùn)行。
以四維航跡管理為基礎(chǔ)，建立以航跡管理為核心的先進(jìn)空管運(yùn)行模式，提升戰(zhàn)略、預(yù)戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)術(shù)層面流量管理能力，推進(jìn)航班全生命周期的精細(xì)化管理，提高安全水平，實現(xiàn)擴(kuò)容增效。
推進(jìn)四維航跡運(yùn)行，加快航行情報、航班動態(tài)、氣象信息等數(shù)字化進(jìn)程，增強(qiáng)地空操作能力，實現(xiàn)態(tài)勢同步及數(shù)字化管制服務(wù)。為了加強(qiáng)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(yùn)行，即全階段的數(shù)字化管制服務(wù)；飛行與流量信息協(xié)同；空地協(xié)同自主運(yùn)行，即基于態(tài)勢增強(qiáng)的目視間隔運(yùn)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(yùn)行，即空域靈活運(yùn)用；進(jìn)離場與場面一體化運(yùn)行等。

2.3 基于算力的融合運(yùn)行。
推動前沿技術(shù)與空管有機(jī)融合，通過打造基于算力的空中交通運(yùn)行仿真環(huán)境，逐步實現(xiàn)基于算力的全國航班融合運(yùn)行和有人無人融合運(yùn)行。
基于算力的融合運(yùn)行是打造數(shù)字孿生環(huán)境的基礎(chǔ)，將為未來空中交通運(yùn)行推演提供條件。該技術(shù)將主要應(yīng)用在航班運(yùn)行數(shù)字孿生領(lǐng)域，即基于算力的空中交通數(shù)字模擬；航班融合運(yùn)行過程精準(zhǔn)管控；有人無人融合運(yùn)行，即有人無人飛行全景態(tài)勢感知；有人無人融合運(yùn)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(jī)場至廣州白云國際機(jī)場的往返航路上進(jìn)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(jī)場和昆明長水機(jī)場完成了連續(xù)爬升運(yùn)行（Continuous Climb Operations，CCO）與連續(xù)下降運(yùn)行（Continuous Descent Operations，CDO）飛行程序?qū)嵉仳炞C試飛。CDO與CCO相結(jié)合能提升終端運(yùn)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(tuán)第二十八研究所、第十五研究所等研究機(jī)構(gòu)開發(fā)了云上空管原型系統(tǒng)，將云計算應(yīng)用于空中交通管理系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營中，并通過一種地理位置無關(guān)運(yùn)行方式，提升空管系統(tǒng)的靈活性、安全性，實現(xiàn)輕量化運(yùn)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(jī)與有人機(jī)混合運(yùn)行實驗，探索無人機(jī)、有人機(jī)混合運(yùn)行模式。今年1月，民航局批復(fù)成立“民航飛聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)實驗室”，啟動智慧空管系統(tǒng)體系架構(gòu)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(shù)構(gòu)建的飛聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)基于四維航跡的空管運(yùn)行態(tài)勢智能感知與協(xié)同調(diào)度、空地協(xié)同自主運(yùn)行、航空器全流程精細(xì)化管理、空域精細(xì)化管理與協(xié)同運(yùn)行、基于算力的全國航班融合運(yùn)行和有人無人融合運(yùn)行等，為持續(xù)提升新運(yùn)行環(huán)境中的運(yùn)行安全與效率發(fā)揮巨大的推動作用。

來源 | 中國民航報