智慧空中交通管理系统及其应用

化要求。
二、智慧空管系统涵义及特征
智慧空管系统是指 把 新 一 代ＩＴ 技 术 充 分 应 用 于空中交通管理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ将 传 感 器 嵌 入 和 装 备 到 空 管 运 行 涉及的各个要素（如 航 空 器、通 信 设 备、导 航 台 等）， 并通过普遍连接形 成 “空 管 物 联 网”，实 现 对 空 管 各 个环节的全方位实 时 监 控；而 后 通 过 先 进 的 计 算 机 处理平台，将“空管 物 联 网”上 的 多 源 异 构 信 息 进 行 融 合 处 理 ，并 提 供 给 具 体 的 应 用 平 台 ，如 空 域 运 行 管 理 系 统 、流 量 管 理 系 统 等 ，从 而 辅 助 管 制 员 实 现 对 空 中交通更为精细、更 为 动 态 的 管 理。 其 核 心 是 利 用 一种更新型智慧的 方 法，通 过 物 联 网 技 术 来 提 升 对 空中交通的感知能 力，并 通 过 多 种 数 据 链 路 来 增 强 管 制 员 与 飞 行 员 ，以 及 飞 行 员 之 间 的 交 互 能 力 ，从 而 提高空中交通管理水平。
智 慧 空 管 系 统 的 特 征 可 总 结 为 ：更 透 彻 的 感 知 、 更 全 面 的 互 联 互 通 、更 深 入 的 智 能 化 。 其 中 ，更 透 彻 的感知是指超越传 统 的 空 管 监 视 手 段，利 用 更 为 广 泛的监视 传 感 技 术 实 现 对 空 中 交 通 的 有 效 实 时 感 知，其具体手段可分 为 独 立 监 视 （如 一 次 雷 达、全 球 定位系统）、非 独 立 监 视 （如 二 次 雷 达、多 点 定 位 技 术、射频识别技术等）和 合 作 相 关 监 视 （如 广 播 式 自 动 相 关 技 术 ）；更 全 面 的 互 联 互 通 是 指 通 过 各 种 形 式 的通信网络，实现对 空 管 系 统 各 种 信 息 的 收 集 和 存 储，其具体手段可分为平 面 通 信 网（如 基 于 Ｘ．２５ 公 众 网 、帧 中 继 等 ）、地 空 通 信 网 （如 高 频／甚 高 频 通 信 、 卫 星 通 信 等 ）；更 深 入 的 智 能 化 是 指 利 用 空 管 相 关 的 物联网技术应用平 台 对 采 集 的 数 据 进 行 融 合，并 利 用相关模型展开包 括 协 同 流 量 管 理、动 态 空 域 管 理 等 决 策 ，从 而 更 好 地 辅 助 管 制 员 实 施 空 中 交 通 管 理 ， 保障空域资源的安全高效使用。
２．智 慧 空 管 系 统 的 技 术 基 础 近年来，无线 传 感 器、物 联 网、云 计 算 等 信 息 技 术日益成熟，为“智 慧 空 管 系 统”概 念 的 实 施 奠 定 了 坚实的基础。传感 器 目 前 已 被 广 泛 应 用 于 城 市、交 通等人类社会活动的各个方面。物联网是以多种传 感器设备为基础，按 约 定 的 协 议 把 物 品 与 互 联 网 连 接起来，并实现智 能 化 识 别、定 位、跟 踪 和 管 理 的 一 种网络。［８］空管系统属于高科技传感器密集型 系 统， 因而决定了物联网技术在其中发展的巨大空间。从 目前民航基础网络 建 设 来 看，各 种 民 航 专 网 的 构 建 可为实施基于物联网的智慧空管系统提供较为成熟 的 基 础 ，而 其 中 实 际 的 业 务 运 行 系 统 ，如 空 域 运 行 管 理系统、飞行计划 管 理 系 统、飞 行 流 量 管 理 系 统 等， 则为在智慧空管系统中实现物联网技术应用提供了 支撑。另一方面，从 空 管 的 直 接 作 用 对 象 航 空 器 来 看 ，其 集 成 的 先 进 传 感 器 及 各 种 高 精 尖 技 术 ，无 疑 会 支持对航空器飞行 状 态 的 实 时 采 集，因 而 也 为 在 智 慧空管系统中开发具有行业特性的物联网技术应用 奠定了基 础。 比 如，ＡＤＳ－Ｂ 技 术 （广 播 式 自 动 相 关 技术）以及基于性 能 导 航 技 术 均 是 机 上 传 感 器 的 典 型 应 用 案 例 。 此 外 ，在 云 计 算 的 支 持 下 ，智 慧 空 管 系 统可以依靠庞大的服务器集群提供高效的空中交通 实时数据计算处理 能 力，并 提 供 无 限 量 的 数 据 存 储 能 力 ，满 足 实 时 数 据 的 存 储 、管 理 、处 理 、分 析 和 可 视
智慧空中交通管理系统及其应用
石 文 先１，朱 新 平２
（１．民航西南地区空中交通管理局，四川 成都 ６１００２５； ２．中国民航飞行学院 空管学院，四川 广汉 ６１８３０７）
摘 要：智慧空管系统是指把新一代ＩＴ 技术充分应用于空中交通管理，将传感 器 嵌 入 和 装 备 到 空 管 运 行 涉 及 的 各 个 要 素 ，并 通 过 普 遍 连 接 形 成 “空 管 物 联 网 ”，实 现 对 空 管 各 个 环 节 的 全 方 位 实 时监控；而后通过先进的计算机处理平台，将“空管物联网”上的 多 源 异 构 信 息 进 行 融 合 处 理，并 提 供 给 具 体 的 应 用 平 台 ，从 而 辅 助 管 制 员 实 现 对 空 中 交 通 更 为 精 细 、更 为 动 态 的 管 理 。 智 慧 空 管 系 统 的总体框架包括感知层、基础设施网络层、应用服务平台 层、专 业 应 用 与 决 策 支 持 层。 它 能 在 协 同 场 面 运 行 管 理 、动 态 空 域 运 行 管 理 、协 同 流 量 管 理 、跑 道 运 行 安 全 管 理 、空 管 设 备 状 态 管 理 中 得 以 应 用。
一、空 管 发 展 趋 势 及 智 慧 空 管 系 统 技术基础
１．空 管 发 展 趋 势 空 中 交 通 管 理 （Ａｉｒ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ， ＡＴＭ）简称“空 管”，通 常 是 指 国 家 实 施 空 域 管 理 和 流 量 管 理 ，提 供 空 中 交 通 服 务 并 保 障 飞 行 安 全 ，实 现 高 效 航 空 运 输 和 捍 卫 领 空 空 域 权 益 的 统 称。［７］从 业 务功能 上 讲，空 中 交 通 管 理 可 分 为 空 中 交 通 服 务 （Ａｉｒ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ，ＡＴＳ）、空 中 交 通 流 量 管 理 （Ａｉｒ
动 化 、智 能 型 的 新 型 空 中 交 通 管 理 。 物联网是随着互联网技术发展而出现的一种新
型 信 息 管 理 技 术［３］，实 现 了 各 种 传 感 设 备 装 置 与 互 联 网 的 有 机 结 合 ，其 全 面 感 知 、可 靠 传 输 和 智 能 处 理 能力将有利于对空中交通管理相关信息或资源的掌 控 ，可 为 建 设 智 慧 空 管 系 统 提 供 技 术 支 撑 。 目 前 ，虽 然 物 联 网 在 交 通 、军 事 、农 业 等 各 个 领 域 都 有 应 用 研 究［４－６］，但整体上 还 处 于 起 步 阶 段。 因 此，建 设 基 于 物联网的智慧空管系统还有待深入研究。
关 键 词 ：空 中 交 通 管 理 ；物 联 网 ；传 感 器 ；框 架 中 图 分 类 号 ：Ｖ３５５．１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７１－２１２９（２０１３）０３－００５１－０５
２００９年在 美 国 总 统 奥 巴 马 与 工 商 界 领 袖 举 行 的圆桌会议上首次提出 了 “智 慧 地 球”（Ｓｍａｒｔ Ｐｌａｎ－ ｅｔ）概念，其主要 思 想 是 将 新 一 代ＩＴ 技 术 充 分 应 用 到各个行业，即将传 感 器 装 备 到 人 们 生 活 的 各 种 物 体中，连 接 起 来 形 成 “物 联 网 （ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ， ＩＯＴ）”，并通过超 级 计 算 机 和 云 计 算 将 “物 联 网 ”整 合 起 来。［１］空 中 交 通 管 理 系 统 是 支 撑 航 空 管 制 业 务 运行的关键 系 统，为 其 制 定 智 慧 化 方 案，便 产 生 了 “智慧空中交通管理 系 统”这 一 空 管 运 行 理 念 （以 下 简称为“智慧空 管 系 统”）。 该 运 行 理 念 将 为 应 对 日 益增长的空中飞行 流 量，保 障 空 域 资 源 的 安 全 高 效 利 用 ，推 动 空 管 系 统 的 信 息 化 、现 代 化 和 可 持 续 发 展 起到积极的作用。 近 年 来，空 管 新 理 念 和 新 技 术 层 出不穷，未来空中 交 通 管 理 将 向 着 信 息 化、协 同 化、 智能化的方向发展。２０１２年《国 务 院 关 于 促 进 民 航 业 发 展 的 若 干 意 见 》指 出 ，要 加 快 建 设 新 一 代 空 管 系 统 ，加 强 空 管 通 信 、导 航 、监 视 能 力 及 气 象 、情 报 服 务 能 力。［２］智 慧 空 管 系 统 基 于 现 有 的 空 中 交 通 管 理 系 统 ，着 眼 于 未 来 空 管 系 统 发 展 趋 势 ，从 空 管 运 行 的 各 个环 节 入 手，以 空 管 基 础 设 施 和 ＩＴ 基 础 设 施 的 连 接 为 特 色 ，并 强 调 人 与 空 管 系 统 的 相 互 作 用 ，实 现 自
第３期
收 稿 日 期 ：２０１３－０７－１０ 作者简介：石文先（１９８２－ ），男，广西柳州人，民航西南地区空中 交 通 管 理 局 工 程 师 ，主 要 研 究 方 向 为 新 一 代 空 中 交 通
管理系统。
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南 京 航 空 航 天 大 学 学 报 （社 会 科 学 版 ）
第 １５ 卷
Ｔｒａｆｆｉｃ Ｆｌｏｗ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＡＴＦＭ ）和 空 域 管 理 （Ａｉｒｓｐａｃｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＡＳＭ）。 空 管 是 一 个 复 杂 的系统工程，涉及 运 行 体 制、技 术 应 用、法 规 标 准 等 多个方面。其中，空 管 技 术 应 用 成 为 保 障 空 中 交 通 安全高效的有力 支 撑。 近 年 来，欧 美 等 航 空 发 达 国 家和地区围绕安 全、高 效 两 大 目 标，融 合 计 算 机、导 航、优化 决 策 等 理 论，对 空 域、机 场、航 空 器、环 境 和 人等多个空管运行 环 节 展 开 深 入 研 究，已 形 成 了 较 为系统的空管理论 和 技 术 体 系，并 成 功 应 用 于 实 际 空管工作。随着航空运输和科学技术的不断发展， 在 全 球 经 济 一 体 化 、空 管 一 体 化 建 设 浪 潮 的 推 动 下 ， 未 来 空 管 将 朝 着 保 障 航 空 运 输 更 安 全 、更 协 同 、更 优 化的方向发展。在 此 背 景 下，国 家 空 域 资 源 的 充 分 利用迫切需要通过 先 进 的ＩＴ 技 术 对 空 管 系 统 各 个 环节产生的信息展 开 实 时 采 集，并 基 于 此 实 现 对 其 全程智能监控，构建 合 理 的 数 学 模 型 对 采 集 的 数 据 进行快速 分 析 处 理，从 而 为 空 管 部 门 （包 括 运 行 部 门 、设 备 保 障 部 门 等 ）提 供 科 学 及 时 的 决 策 建 议 。
三、智慧空管系统总体框架
智慧空管 系 统 是 在 新 一 代 ＩＴ 技 术 的 支 撑 下， 将空中交通管理中涉及的各种应用服务平台作为核 心 ，以 专 业 应 用 和 决 策 支 持 为 目 标 的 高 速 数 字 化 、智 能化的新型空管系统。它使得未来空中交通管理的 各 个 环 节 运 转 更 加 智 能 化 ，涉 及 到 个 人 、空 管 各 级 机 构或部门、组织 之 间 的 互 动。 智 慧 空 管 系 统 主 要 由 感知层、基础设施 网 络 层、应 用 服 务 平 台 层、专 业 应 用 与 决 策 支 持 层 组 成 ，如 图 １ 所 示 。