新疆地区空管信息共享系统的设计与应用

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　　摘  要：文章介绍了新疆地区空管信息共享系统的设计架构及应用价值。系统以五个“一”为基本架构，在云、网、安三个层面进行充分融合，并紧密结合云计算和大数据技术，实现三个“智慧”应用，从而有利于建立空管数据标准，打造空管数据服务生态圈，构建智慧空管决策系统。
　　关键词：空管;信息共享;云计算;大数据
　　中图分类号：TP311.52      文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）30-0099-03
　　Abstract： This paper introduces the design framework and applications of air traffic management information sharing system in Xinjiang. The system takes five "one" as the basic framework， fully integrates the three levels of cloud， network and security， closely combines cloud computing and big data technology to realize three "smart" applications， which is conducive to the establishment of air traffic management data standard， the creation of an air traffic control data service ecosystem， the construction of an intelligent air traffic management decision-making system.
　　Keywords： air traffic control; information sharing; cloud computing; big data
　　引言
　　 随着我国民航事业的快速发展，新疆地区航空业务量持续走高。为应对持续增长的航班流量，近年来，新疆空管相继建设了协同决策系统、管制信息综合显示系统、航管信息自动化处理系统、数字空管系统、航行通告自动化处理系统、流量监控与预测系统、管制安全运行等信息系统。但总体来看这些系统之间的信息共享缺乏统一的交互平台[1]，未能将云计算、大数据等新技术与空管传统技术和设施设备深度融合[2]，海量的空管运行数据价值也就无法得到充分的运用。因此，建设具备云计算能力、大数据应用的新疆地区空管信息共享系统是缓解飞行流量快速增长给安全运行带来巨大压力的重要技术手段[3]。
　　1 新疆地區空管信息共享系统架构
　　 新疆地区空管信息共享系统通过基于云计算的空管业务公共平台，实现硬件资源、数据交换、应用支持、资源管理的统筹，有效降低建设运维成本，提升资源集约化程度;通过建设面向空管服务的大数据平台，向相关单位提供云平台汇聚的各类数据资源，为人工智能辅助决策、统计分析、业务管理等方面提供大数据支撑，为智慧空管在业务管理层面奠定基础。
　　2 新疆地区空管信息共享系统特点
　　 新疆地区空管信息共享系统通过五个“一”即一个云、一个中心、一个身份、一张网、一张图实现三个“智慧”即智慧服务、智慧生产、智慧管理。
　　 2.1 一个云
　　 通过一个通用、标准、开放的云管理平台，实现底层异构资源的兼容及一站式的全面管控，从而提升空管运行效率。
　　 2.2 一个中心
　　 通过一个智慧数据中心，以智慧化驱动业务变革，基于大数据、云计算等先进技术，实现对各个业务系统数据资源进行统一采集、存储、管理、分析、发布和分享，并提供跨部门、跨业务的分析能力、强化基于数据进行决策的能力、数据可视化的基本能力和灵活的展现组合能力，促进空管生产管理的科学化、网络化和智能化。
　　 2.3 一个身份
　　 通过统一认证系统，包含统一认证中心和统一身份管理，提供用户自助服务和访问日志记录，实现账号的全生命周期管理。
　　 2.4 一张网
　　 信息共享系统整体网络设计为一张网架构，网络架构分为数据中心区、安全管理区、核心骨干区、内联区、外联区、DMZ区和终端接入区。
　　 2.5 一张图
　　 通过空管资源运维保障“一张图”，实现基础资源的可视化统一管理，提高资源运维效率，便于基础资料的共享及更新。同时一张图作为底层基础资源将地图服务发布在信息共享平台之上，满足其他业务系统对地图服务调用的需求，达到基于“一张图”的智慧化管理功能。
　　 3 新疆地区空管信息共享系统应用
　　 3.1 智慧服务
　　 空管信息共享系统通过数据交换总线，将常用数据和API包装为数据服务进行发布。通过数据服务总线、数据主题仓库、流式计算、分布式计算、内存计算等多种技术途径实现数据关系梳理，将多源数据抽取、清洗、加载、增强后，对数据内关联性进行数据分析、数据挖掘，针对不同数据需求方提供个性化数据服务，构建民航新疆地区智慧服务。
　　 3.2 智慧生产
　　 空管信息共享系统构建大数据应用平台，智慧应用功能现阶段主要体现在航班延误原因分析、航路航班高密度预测、进出港流量预测、航班到港时间预判、管制员通话分析、流量控制效果评估等，为管制运行提供专业分析、延误预判及结果分析的辅助决策支持，提高航空运行效率。
　　 3.2.1 航班延误原因分析
　　 目前国内对航班延误原因的评价标准不是很明确，需要通过大量人工事后分析得出结论。空管用户需要通过数字化方法建立延误状况综合评价模型，自动判定航班延误的根本原因。延误原因数据将为建立航班延误预警指标体系提供数据支撑，为未来航班延误预警管理提供方法支持。 　　 统计和延误原因初步判定的依据是CDM系统记录的关键时间节点等信息，包含航班计划信息、计划撤轮挡时间、目标撤轮挡时间、目标推出开车时间、报告的准备好时间、关联的流控及流控原因、塔台放行时记录的延误原因等。未来延误原因以系统自动判定为主，根据运行情况以及航空公司、机场反馈的信息人工判定为辅。
　　 3.2.2 航路航班量高密度预测
　　 目前航路航班冲突主要是通过管制员经验来进行冲突的规避，但在实际操作中由于管制人员的受训程度和能力存在差异，其对冲突的判断各不相同。管制员对冲突事件的处理方式是否合理、高效缺乏评判依据。
　　 此外，每天航班飞行计划虽然会提前制定并发给相关的管制单位，但由于气象问题、空军活动等突发因素，导致单位时间单位区域内航班密度较大，管制员却难以随时增加，单位时间内管制员工作量增长巨大，难以及时应对，可能会产生安全隐患。
　　 在未来航班航路不断增加的前提下，亟需一个辅助系统来挖掘与分析，帮助分析可能的高密度区域与高密度时间，并提供预警能力。信息共享系统将对流量进行全方位的预测和统计，包括航路高密度预警、冲突预测、起降流量预测，为管制安全提供数据参考。通过统计与预测未来扇区、航段、航路航班量密度，还可为管制席位压力评估提供客观的决策依据。
　　 3.2.3 进出港流量预测
　　 通过进出港流量预测功能向空管用户提供更全面直观的机场航班进出港流量预测数据，同时航班进出港流量预测可为航班起降顺序的规划和管理提供基础性依据，最大限度地发挥机场的吞吐能力，使机场资源得到优化配置。
　　 使用对未来短期或中期航班进行预测输出进出港航班流量预测值，提前预测机场未来的航班波的峰谷时间，为各业务生产部门提前进行人力资源配置提供数据支撑，并可通过设置阈值对未来进出港流量进行预测和告警。
　　 3.2.4 航班到港时间预测
　　 航班到港时间的不确定性不仅影响旅客的出行，增加航空公司运营成本，还增加了空中交通管制的难度。因此，对航班到港时间进行精确预测具有重要意义，不仅可以为管制运行和机场运行决策提供依据，减少航班延误带来的影响;还可以为旅客出行提供更好的服务体验，使空管更好的控制容量流量的平衡。
　　 针对航班到港时间预测可采用计算与挖掘两种不同方法：针对未来一天以上的到港时间预测可通过对历史数据进行挖掘分析获得其规律，从而进行长期预测。针对一天，特别是近6个小时的数据可通过对收集到的事实数据演算进行预测。长期预测主要用于对问题的挖掘与分析，短期预测主要用于提供短期决策依据。
　　 3.2.5 管制员通话分析
　　 一线管制员的工作需要通过甚高频语音指挥机组飞行，确保飞机的起飛、飞行、降落过程的安全。目前管制工作中，没有统一的工作负荷量化工具。管理部门需要通过对管制通话的时长和次数分析，评估量化管制员的工作负荷，进而合理调配管制资源和管制员的工作时间，使航班流量与管制员工作负荷相平衡。
　　 系统可以通过采集管制员管制指挥的语音数据和雷达综合航迹数据，建立席位管制员通话负荷指标和评价模型，通过对席位地空通话情况（时间、内容）和指挥架次进行计算和统计，量化各管制单元的工作负荷状况。
　　 3.2.6 流量控制效果评估
　　 流量控制发布后会对相关机场以及起飞航班造成影响，并且这个影响会在未来一段时间内波浪式传递。一个机场的流控会影响相关航路、机场，乃至相关的前序、后序航班及机场，所以评估流控发布的影响，更好的控制流控发布的影响，是空管管制的重要工作之一。
　　 系统可以通过历史信息对流控发布后的影响范围及发布流控的品质进行建模分析，从而为流控发布提供参考数据并对流控发布后对机场管理、航班管理的影响进行分析评估，在保证航班准点、安全的情况下尽可能减少流量控制。通过评估流量控制效果，可以提前预测可能出现的管制压力过大或冲突。
　　 3.3 智慧管理
　　 一个云可以对多资源池、资源分区、资源容量、资源监控数据、安全设施等进行实时在线管理，精细化掌握资源使用情况、资源使用单位、资源生命周期等，并对云配置管理、云运维管理、云监控集成进行灵活管理调配，达到在线修改、在线调整、在线自动分配的智慧管理功能。
　　 一张图可以实现基础资源的可视化统一智慧管理，提高资源运维效率，便于基础资料的共享及更新。在这张图上，可直观获取设备故障信息、机房环境信息、线缆路由信息，并结合光缆检测系统实现全场光缆智能化管理，快速判断光纤故障点，提高运维管理效率。
　　 4 结束语
　　 新疆地区空管信息共享系统以五个“一”为基本架构，在云、网、安三个层面进行充分融合，并紧密结合大数据和人工智能技术，实现三个“智慧”。信息共享系统通过加快大数据、机器学习等技术在空管运行管理中的应用，形成动态优化的管理流程;通过加强大数据智能分析在空管领域的应用，提升数据处理和分析效率，实现对空管态势的实时监测和早期预警，提升安全风险防范和服务创新能力;通过完善智能感知和数据采集机制，提高空管基础设施、环境、安防等智能化管理能力;通过构建以大数据、人工智能为辅助的服务支持平台，提高决策水平和服务质量。信息共享系统的设计与应用将有利于建立空管数据标准，打造空管数据服务生态圈，构建智慧空管决策系统。
　　参考文献：
　　[1]闫凤良.空管信息共享平台的分析与设计[J].科技成果管理与研究，2009（9）：41-44.
　　[2]艾波.最优空管信息共享与交换平台-SWIM[J].中国民用航空，2013（4）：42-42.
　　[2]李成功，辛晓娜，裘小晨，等.基于云计算技术的新一代空管信息系统架构研究[J].计算机应用与软件，2017（7）：61-65.
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