01

現(xiàn)狀

近年來，一些航空發(fā)達國家充分利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新科技成果，開發(fā)出了不少新的空中交通管理系統(tǒng)和解決方案，其中有的尚處于試驗和推廣階段，有的則已投入實際應用，并取得了很好的效果。例如，美國空管應用大數(shù)據(jù)技術建立了國家飛行數(shù)據(jù)中心和流量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫；法國泰雷茲公司運用人工智能技術，通過語言識別、觸摸屏等技術實現(xiàn)了管制服務的智能化。

我國 “十二五”期間空管共保障航班起降3391萬架次，比前一個五年增長了61.7%。預計到2020年我國運輸飛機數(shù)量將達到4600架，每年航班起降1300萬架次，年人均出行0.5次。在這種情況下，利用新的科技成果緩解空管系統(tǒng)發(fā)展中的矛盾，似乎成為一種更為切實可行的解決方案。

02

“智慧空管”的初步構想

在今年3月20日召開的民航空管科學技術交流會上，民航局空管局局長車進軍表示，空管是一個依賴技術進步的行業(yè)，目前以雷達管制為主的空管體系與未來以智慧鏈為主的科學管制方式之間，需要以“智慧空管”作為過渡。

互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術創(chuàng)新成果與新一代航空技術的深度融合，正在推動傳統(tǒng)空管向“智慧空管”過渡

這種“智慧”不僅僅體現(xiàn)在自動化的運行設備，更重要的是能夠給予給管理員以智能輔助，使其在管制過程中更聰明、更精確、更高效，使乘客在飛機起飛、著陸過程中有更好的飛行體驗。

提及建設“智慧空管”的初步構想，車進軍表示，運行層面，通過把大數(shù)據(jù)、人工智能等技術融合到新一代航空航天技術中，可實現(xiàn)全國空域的動態(tài)靈活管理，全國流量的精細化管理，形成管制指揮的智能輔助支撐；通過將新一代傳感技術和智能信息融合到與機場一體化，推動集成塔臺等技術進步，實現(xiàn)場面運行的協(xié)同化；通過推進數(shù)據(jù)鏈技術、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、地面增強系統(tǒng)等星基導航技術以及廣域信息技術等協(xié)同技術的應用，獲得空天地一體的數(shù)據(jù)信息，進而構建起全面互聯(lián)、互通、互動的智慧化協(xié)同運行環(huán)境。

管理層面，將應用大數(shù)據(jù)、云計算、信息模型等技術建設智慧化的空管生產(chǎn)運行管理信息系統(tǒng)，通過對管制運行、航空氣象等海量信息數(shù)據(jù)的深度挖掘，實現(xiàn)空管數(shù)字化管理、科學化決策。

服務層面，將借助“互聯(lián)網(wǎng)+”實現(xiàn)機場和航空公司信息共享，為旅客出行提供更加便捷的信息化服務，改進旅客的出行體驗。

03

空管新技術和新計劃

空管是一個學科跨度大、技術交叉緊、國際化程度高的專業(yè)應用領域?？展苄吕砟?、新技術、新應用的不斷出現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術的不斷進步，以及它們與空管技術實現(xiàn)的融合式發(fā)展，都為“智慧空管”的發(fā)展提供了強大的支撐。

“智慧空管”不僅僅體現(xiàn)在自動化的運行設備，更重要的是能夠給予空管員的指揮與決策提供智能輔助支撐

空天地一體化網(wǎng)絡

“空天地一體化網(wǎng)絡”是未來國家電子信息系統(tǒng)的重要基礎設施，“空天地一體化網(wǎng)絡”系統(tǒng)建設關系到國家經(jīng)濟和國家安全發(fā)展戰(zhàn)略。

由中國工程院院士張軍領導的國家空管新航行系統(tǒng)重點實驗室對此開展了前瞻性技術研究和關鍵技術攻關，為中國民航構建新一代空管系統(tǒng)打下良好的技術和人才基礎。張軍表示：

過去10年，航空航天技術的高速發(fā)展使得天基平臺和空基平臺能力得到了很大提高。特別是以大型長航時無人機和臨近空間飛艇為代表的臨空平臺的發(fā)展，更是彌補了“空天地一體化網(wǎng)絡”中空基平臺的空缺，極大地推動了“空天地一體化網(wǎng)絡”的發(fā)展。

2013年，國家自然科學基金委設立“空間信息網(wǎng)絡基礎理論與關鍵技術”重大研究計劃，專門開展空天地一體化網(wǎng)絡基礎理論與關鍵技術研究。在重大研究計劃的支持下，針對“空間信息網(wǎng)絡模型與高效組網(wǎng)機理” “空間動態(tài)網(wǎng)絡高速傳輸理論與方法” “空間信息稀疏表征與融合處理”等核心科學問題上，有了重大突破。

未來，空天地一體化信息網(wǎng)絡還將更廣泛地應用于航空監(jiān)視、地面交通監(jiān)視、海洋監(jiān)視、氣象探測（如臺風探測、雷電探測）等重要關鍵領域，為各行業(yè)應用提供重要技術手段。

低空監(jiān)視技術

近年來，無人機對民航飛機干擾事件頻發(fā)，對民航的安全運營產(chǎn)生了嚴重影響。而針對“低、慢、小”目標探測的低空監(jiān)視技術研究可提高空中安全與空域資源使用效率，因此成為行業(yè)關注的熱點。

中國工程院院士陳志杰從空管角度介紹了低空監(jiān)視技術的發(fā)展趨勢。陳志杰介紹，低空監(jiān)視體系是空管空防的聯(lián)合監(jiān)視，既包括雷達、光電、自動相關監(jiān)視、多點定位等多種傳感器，還包括功能強大的信息處理系統(tǒng)，形成可支持決策的有價值的情報。從未來發(fā)展方向看，傳感器與信息處理系統(tǒng)形成一個密不可分的整體，而且隨著網(wǎng)絡信息技術和大數(shù)據(jù)技術的快速發(fā)展，分布式、網(wǎng)絡化云探測將漸成主流。

國家空域技術重點實驗室對基于大數(shù)據(jù)分析的低空目標識別技術進行了深入研究。該技術與大數(shù)據(jù)技術相結合，對海量數(shù)據(jù)進行分析，研究其內(nèi)在規(guī)律，為低空探測識別提供了可能；采用多頻段探測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合技術，利用包括微波、紅外、光電等各種有源和無源探測器，進行體系集成和信息融合，可以有效提高發(fā)現(xiàn)概率并獲得穩(wěn)定跟蹤，改善低空目標探測性能。

低空目標識別技術可以匯集各類空中目標以不同高度、不同速度、不同姿態(tài)飛行時被不同體制、不同頻段、不同波形探測的回波數(shù)據(jù)，以及所處的電磁環(huán)境、氣象環(huán)境、地理環(huán)境等多方面信息，形成目標分類識別的大數(shù)據(jù)，挖掘并區(qū)分目標類別的不同特征。

同時，它還可以接入軍航、民航、氣象、公安等信息，包括實時探測、信號特征、飛行計劃、目標動向癥候、典型目標規(guī)律等數(shù)據(jù)，及氣象環(huán)境、地貌等多域、多維度信息，利用歷史數(shù)據(jù)對隱藏在表象之下的規(guī)律進行研究，形成低空綜合探測能力。

除了基于大數(shù)據(jù)分析的低空目標智能識別技術之外，國家空域技術重點實驗室還提出了一種通航和無人機身份自動識別與監(jiān)視系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以允許通航飛行員攜帶手持智能終端；還可以在無人機上內(nèi)嵌芯片，當飛機起飛后通過無線通信公網(wǎng)把航空器注冊信息、飛行員執(zhí)照信息、飛行計劃意圖信息等傳到地面的終端，進行飛行中的身份識別、位置跟蹤與監(jiān)視。這樣，既可以實現(xiàn)“飛機一上天就看得見”的目標，又可記錄飛行是否按計劃執(zhí)行，為違規(guī)查處提供證據(jù)；此外，當飛機失事后，可快速啟動救援并為責任認定提供支持。通過大量數(shù)據(jù)積累后，還可建立通航和無人機的飛行信用等級，讓具有良好信譽的航空器和飛行員獲得更好的服務保障。

目前，這項通航和無人機身份自動識別與監(jiān)視系統(tǒng)已經(jīng)在北京、海南地區(qū)進行了為期兩年、兩萬架次的飛行試驗驗證，現(xiàn)已基本成熟可用。

陳志杰強調(diào)，目前這項系統(tǒng)是基于4G TD-LET體制的公網(wǎng)，未來還將基于5G公網(wǎng)應用發(fā)展需求，構建低空通航與無人機飛行的信息物理融合空間，并著重研究解決低空公網(wǎng)與中高空ADS-B數(shù)據(jù)鏈的通信連接問題。

陳志杰還表示，從技術角度看，發(fā)展空地一體化的綜合監(jiān)視技術，并按性能、分需求開展有針對性的監(jiān)視技術應用，是未來低空多元監(jiān)視體系構建的重點。目前實驗室已經(jīng)在低空通航與無人機監(jiān)視層面做出了一些探索，但距離形成綜合監(jiān)視體系還有很長的路要走。

亞太無縫空管計劃

今年2月召開的首屆亞太地區(qū)民航部長級會議通過了《北京宣言》，在空中航行服務方面，亞太地區(qū)各國將把空中航行納入國家規(guī)劃，一致同意在2022年前推進“亞太無縫空管計劃”的實施。

張軍介紹，該計劃實施的重點包括：基于性能的導航（PBN）、廣播式自動相關監(jiān)視技術（ADS-B）應用、空中流量協(xié)同決策（CDM）、航空情報管理系統(tǒng)（AIM）等。這些技術的應用與推廣對于保障地區(qū)空中交通運行安全、提高運行效率具有非常顯著的作用。

張軍說，亞太地區(qū)對這些實施重點把握得非常準確，這些技術的應用與推廣對于保障地區(qū)空中交通運行安全、提高運行效率具有非常顯著的作用。中國是亞太地區(qū)第一、全球第二大航空運輸市場，中國民航在“亞太無縫空管計劃”的實施中應當發(fā)揮與民航大國地位相匹配的重要作用。

首先，在戰(zhàn)略規(guī)劃層面上，我國應該將“亞太地區(qū)的無縫空管”計劃納入民航空管發(fā)展戰(zhàn)略。事實上，在2015年民航局空管局制定的面向2030年的“中國民航空管系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略”已經(jīng)考慮到了與亞太地區(qū)無縫流量運行的問題。

其次，在新技術的發(fā)展與應用方面，倡議建立亞太地區(qū)的航行技術工業(yè)標準化組織。美國航空無線電技術委員會標準(RTCA)和歐洲民用航空設備協(xié)會(EUROCAE)在民航新技術的發(fā)展、應用以及推廣等方面發(fā)揮了巨大的作用，而亞太地區(qū)作為全球民航發(fā)展最活躍的地區(qū)，卻缺乏這樣的一個標準化組織，這在一定程度上限制了亞太地區(qū)空管無縫運行的發(fā)展進程。

最后，我國應結合“一帶一路”國家戰(zhàn)略，構建亞太地區(qū)的空管國際化合作交流平臺，加大國際合作交流的廣度與力度，通過學術交流、技術交流、應用交流、人才交流等全方位的國際合作交流，更好地服務于亞太地區(qū)空管無縫運行。

04

展望：空管系統(tǒng)發(fā)展方向

張軍表示，目前空中交通管理系統(tǒng)的主要特征之一是數(shù)字化，即利用各類地空數(shù)據(jù)鏈，實現(xiàn)飛機與地面空管系統(tǒng)之間的數(shù)字化管理與指揮。民航空管在十幾年前就實施了民航數(shù)字空管工程，目前應用與推廣的數(shù)字化起飛前放行技術（DCL）和數(shù)字化航站自動情報服務技術（D-ATIS）是其中的兩類代表性技術。DCL主要解決人工話音預放行服務中出現(xiàn)的通信頻道擁擠、話音歧義性等問題，數(shù)字化后能夠大幅降低管理員、飛行員的工作強度和工作壓力，提高管理員的管理效率和安全性。D-ATIS技術則利用合成語音和數(shù)據(jù)鏈兩種方式將機場氣象、跑道狀況等信息自動上傳到飛機，顯著提高大型機場管制服務效率和信息服務水平。截至2018年1月，在全國主要的44個繁忙機場塔臺采用了DCL和D-ATIS服務。

現(xiàn)階段，空管系統(tǒng)只是達到了“半自動化”水平。例如，實現(xiàn)管制指揮功能的管制自動化系統(tǒng)，并非真正實現(xiàn)了“自動化”，而是實現(xiàn)了監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行計劃等數(shù)據(jù)的自動化處理，實際的管理指揮還得依賴管理員的操作。因此，空管系統(tǒng)自動化的水平還有待進一步發(fā)展提升。

張軍認為，未來空管系統(tǒng)的方向是協(xié)同化、精細化、智慧化。

協(xié)同化是指空管運行將更強調(diào)空管內(nèi)部、軍地空管之間，以及與航空公司、機場等之間的協(xié)同運行；精細化是指實現(xiàn)對空中交通未來運行狀態(tài)（包括氣象）的精準預測和航班運行的準確控制與定時到達；智慧化是指將互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與空管傳統(tǒng)技術和設施設備實現(xiàn)深度融合，促進智慧空管的發(fā)展。

此外，張軍還表示非?？春萌斯ぶ悄芗夹g在未來空管系統(tǒng)中的應用前景。他說，隨著無人機、無人值守機場塔臺等無人化應用需求的增加以及人力資源成本的提升，人工智能技術在空中交通管理中的應用將大有作為。