基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型空中交通管理系統(tǒng)探析

王宇東

（民航新疆空中交通管理局，新疆 烏魯木齊830016）

0 前言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)之后興起的新型信息技術(shù)，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域具有較大的作用。空中交通管理系統(tǒng)作為航空運(yùn)輸安全的重要保障，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與空管系統(tǒng)相結(jié)合將更加高效地促進(jìn)我國(guó)民航事業(yè)的發(fā)展。本文通過(guò)分析基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的空管系統(tǒng)的技術(shù)框架和技術(shù)平臺(tái)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的新型空管技術(shù)的研究和發(fā)展提出了切實(shí)可行的意見和建議。

1 物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)是多種傳感器技術(shù)應(yīng)用，傳感器根據(jù)相關(guān)協(xié)議將物體與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)，并實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的智能識(shí)別、跟蹤和定位等功能。現(xiàn)階段，我國(guó)民航使用的中大型運(yùn)輸機(jī)，正是集各種高精尖技術(shù)傳感器于一身的物體，結(jié)合當(dāng)前較為完善的空管自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，為開發(fā)具有行業(yè)特色物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供良好的基礎(chǔ)。

2 空中交通管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

新一代空管系統(tǒng)主要包括星基導(dǎo)航系統(tǒng)，廣域多組合式監(jiān)視系統(tǒng)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)，體現(xiàn)天空地一體化的空管自動(dòng)化系統(tǒng)，協(xié)同決策信息共享平臺(tái)以及多功能的空中交通流量管理系統(tǒng)等。新技術(shù)的定位和應(yīng)用將使國(guó)家民用航空的運(yùn)行和資源得到有效、充分、靈活的管理。新一代空管系統(tǒng)的發(fā)展和實(shí)施不僅是技術(shù)手段的創(chuàng)新，它還將推進(jìn)民用航空運(yùn)輸體系運(yùn)行方式的變革，推動(dòng)大民航運(yùn)作體系管理和協(xié)同理念的轉(zhuǎn)變。

3 新型空中交通管理系統(tǒng)特點(diǎn)

3.1 透徹的感知性

區(qū)別于傳統(tǒng)的空中交通監(jiān)視手段，新型空管系統(tǒng)主要應(yīng)用ADSB(廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視),PBN（基于性能的導(dǎo)航）、MLAT（多點(diǎn)監(jiān)視）等技術(shù)對(duì)空中交通實(shí)現(xiàn)更加全面、有效的監(jiān)視。新技術(shù)的應(yīng)用增加了空管系統(tǒng)的監(jiān)視內(nèi)容范圍，為提高空中交通管制效率提供了可能。另一方面透徹的感知性也能為管制員提供較大的工作便利。

3.2 全面的互聯(lián)性

全面的互聯(lián)性是指通過(guò)運(yùn)用多形式、多渠道的網(wǎng)絡(luò)通信方法提高對(duì)空中交通管理過(guò)程中各項(xiàng)信息的存儲(chǔ)量，從而達(dá)到不同時(shí)間、不同空間中各個(gè)空管節(jié)點(diǎn)的資源共享。實(shí)現(xiàn)互通性的主要措施包括AIDC（設(shè)施間數(shù)據(jù)通信）、CPDLC（地空數(shù)據(jù)鏈）、IPV6 等。

3.3 智能化

空管系統(tǒng)的智能化主要是利用空管物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將多渠道的信息源進(jìn)行融合整理，并以數(shù)據(jù)的形式傳入空管自動(dòng)化系統(tǒng)，給空管人員提供輔助決策信息，從而提高空管保障能力。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型空中交通管理系統(tǒng)改善方案簡(jiǎn)介

該方案源于國(guó)際民航組織 （ICAO）2010年第27界例會(huì)中提出的民航系統(tǒng)打包升級(jí)規(guī)劃（Aviation System Block Upgrade），以下對(duì)其典型區(qū)塊作以介紹。

4.1 協(xié)同決策系統(tǒng)（Collaborative Decision Making）

協(xié)同決策系統(tǒng)是一個(gè)開放性的信息采集、融合和共享平臺(tái)，由以下六個(gè)核心元素構(gòu)成：信息交換平臺(tái)、關(guān)鍵事件觸發(fā)、隊(duì)列預(yù)排序、可控運(yùn)行時(shí)間、不利情況下的協(xié)同決策、協(xié)同管理航班數(shù)據(jù)。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型空管系統(tǒng)改善方案結(jié)構(gòu)圖

協(xié)同決策是通過(guò)更加透明的信息共享，實(shí)現(xiàn)各運(yùn)行保障單位間更加高效的協(xié)同工作機(jī)制。協(xié)同決策的目標(biāo)是，通過(guò)精確跟蹤航班運(yùn)行流程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、實(shí)施隊(duì)列預(yù)排序等手段，提升特定運(yùn)行范圍內(nèi)各參與單位的整體運(yùn)行效率。離港排序子系統(tǒng)通過(guò)信息交換平臺(tái)獲取更加精確的目標(biāo)起飛時(shí)間（Target Take Off Time），計(jì)算并輸出計(jì)算起飛時(shí)間（Calculated Take-off Time），實(shí)現(xiàn)有計(jì)劃的流量調(diào)配，減少關(guān)艙門后旅客長(zhǎng)時(shí)間等待以及航空器開車后地面長(zhǎng)時(shí)間等待，減少管制員工作負(fù)荷，提高安全運(yùn)行效率，提升民航服務(wù)品質(zhì)。隨著更多協(xié)同決策系統(tǒng)的互聯(lián)互通，整體空域運(yùn)行效率將會(huì)不斷提高。

4.2 機(jī)載間隔幫助系統(tǒng)（Airborne Separation Assistance System）

ADS-B是機(jī)載間隔幫助系統(tǒng) （ASAS）的關(guān)鍵啟動(dòng)裝置。利用ADS-B,ASAS實(shí)現(xiàn)地空信息的透明互見，從而增強(qiáng)機(jī)組的間隔情景意識(shí)。在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，將管制員的一些責(zé)任委派給機(jī)組。減少地空通訊誤解，縮小管制間隔，提高運(yùn)行效率和安全余度。

4.3 飛行隊(duì)列管理（Queue Management）

飛行隊(duì)列管理包含進(jìn)港隊(duì)列管理(Arrival Management)和離港隊(duì)列管理(Departure Manager)兩個(gè)子系統(tǒng)。

進(jìn)港隊(duì)列管理系統(tǒng)（AMAN）向管制員提供進(jìn)港排序建議，優(yōu)化終端區(qū)空中交通秩序，縮短進(jìn)近時(shí)間，提高跑道使用率。其主要原理是：通過(guò)空管自動(dòng)化系統(tǒng)中采集的航行諸元，計(jì)算出預(yù)計(jì)落地時(shí)間，再根據(jù)航空器預(yù)計(jì)進(jìn)港軌跡，動(dòng)態(tài)的自動(dòng)計(jì)算和優(yōu)化落地時(shí)刻和順序，給管制員提供決策輔助。離港隊(duì)列管理系統(tǒng)（DMAN）的功能是：優(yōu)化離港序列，提高跑道利用率，減少離場(chǎng)延誤，優(yōu)化地面機(jī)動(dòng)區(qū)交通，減少航空器關(guān)艙門后等待。實(shí)際應(yīng)用中，DMAN是AMAN的補(bǔ)充，因?yàn)閮蓚€(gè)系統(tǒng)影響的都是同一條跑道，所以兩個(gè)系統(tǒng)存在很深的信息交互。

在物聯(lián)網(wǎng)中：傳感是前提，計(jì)算是核心，網(wǎng)絡(luò)是保障，安全是基礎(chǔ)。以上這些新型空管技術(shù)也完全符合這一規(guī)律，只有依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將分散的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，才能實(shí)現(xiàn)民航空中交通管理系統(tǒng)的跨越式穩(wěn)步發(fā)展。

5 結(jié)論

本文對(duì)新型空中交通管理系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，通過(guò)分析新型空管技術(shù)的應(yīng)用平臺(tái)，提出了新型空中交通管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并對(duì)新型的空管技術(shù)進(jìn)行分析，全面的解讀了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的新型空中交通管理系統(tǒng)。可見，未來(lái)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到新型空管技術(shù)已成為空管系統(tǒng)完善和發(fā)展的必然趨勢(shì)。

［1］馬建.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

［2］戴明,雷旭.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域應(yīng)用戰(zhàn)略的思考[J].交通信息與安全,2012(04).

［3］栗中華,陳艷.RFID技術(shù)在民航飛機(jī)運(yùn)營(yíng)與維護(hù)中的應(yīng)用研究[J].交通信息與安全,2011(06).

［4］董襄寧,趙征,張洪海.空中交通管理基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社,2011.

［5］洪波,楊龍祥,朱琦.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011(01).

［6］國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)民航業(yè)發(fā)展的若干意見[Z].2012.