基于大數據的空中交通流量管理的協同決策

朱雅峰

摘要：隨著我國民航快速發展，航班運輸量持續增長，空中交通流量的快速增長給空管行業帶來越來越大的挑戰，對空中交通流量進行科學合理的管理的需求日益凸顯。本文嘗試在協同決策理念下，基于大數據技術，構建多方參與、信息共享的空中交通流量管理系統。

關鍵詞：大數據;空中交通流量管理;協同決策

1 緒論

1.1大數據

大數據是一個體量大、類別多并且難以用傳統數據庫工具對其進行處理的數據集合。大數據不僅僅是指海量的信息，更強調向信息能如何篩選和處理。

1.2空中交通流量管理

空中交通流量管理是保障飛行行安全的重要環節，是對現有機場、空域、航路進行準確評估后采用的管理方式，通過合理地放行航空器在保障安全的基礎上加速空中流量，減少空中擁堵，有效降低空中交通安全風險，最大化利用有限的空域資源。

1.3協同決策

協同決策（Collaborative Decision Making，簡稱CDM）是開放、透明的平臺，是一個高效、可靠的運行機制，其通過空中交通流量管理系統各參與方，包括如氣象、機場、航空公司、軍航、通用航空、私人業界、學術界和政府等，協同制定戰略和做出戰術決策，來實現減少延誤和正點等系統目標。CDM不是一個目標，而是用來實現航空運行系統性能目標的理念。由于CDM要求系統各參與方做到目的與信息共享、相互溝通，并最終協調決策，因而使用CDM能夠實現相對高效的、正確的決策目標。

2當前空中交通流量管理協同決策的現狀

CDM機制從運行開始到現在，已經被歐美等航空業發達的國家證明能夠有效地提高航空運輸系統效率。目前，CDM是美國流量管理系統的重要組成部分，確保FAA與國家空域系統的用戶之間進行有效的協調，在公平、透明的環境中共享準確的可用信息，更加靈活地解決飛行流量受到限制時所帶來的問題。近年來我國各地區空管局上線運行的CDM系統以及每天的視頻協調會議都是協同決策理念在空中交通流量管理中的初步應用。依托CDM系統，各地區空管局基本建立了本地區內統一的流量管理工作程序，此外民航局空管局也建立了民航運行協調決策機制，各地區空管局、重要航空公司和機場以及繁忙地區空管分局（站）每天利用視頻協調會議系統，及時掌握和協調處理航班運行問題。

這些措施有效緩解了空中交通擁堵、提升空管運行效率，但是在執行過程中還存在一些問題：

2.1 全國還缺乏統一的空中交通流量管理技術標準，各地區空管局實施流量管理的具體措施和方法還有差異;

2.2當前各地區運行的CDM系統也存在明顯局限性，僅僅實現通過限制條件計算出航班預計起飛時刻，只解決了關艙門后旅客長時間等待的問題;

2.3各地區間CDM系統暫時還不能實現聯網和數據交換，整體運行效率不高而且數據信息不連續，反饋更新不及時，浪費時間間隙;

2.4區域流量管理系統為核心的協同網絡系統功能更新以及實施維護不能及時有效;

2.5區域流量管理子系統為核心的協同網絡系統中的航班數據和現行管制部門雷達實時航班數據不匹配;

2.6流量管理部門的輔助決策系統數據匱乏

盡管近幾年流量管理部門統計并發布通行能力管理以及實施大面積航班延誤預警及響應機制，可也僅限于國內幾大管制中心和大型機場。同時氣象數據以及氣象預報對流量管理部門決策支持軟件不夠及時不夠精確，僅僅憑流量管理人員的經驗做出的預先流量管理措施多數是粗放型的，同時也給流量管理人員帶來嚴重的職責風險。所以，流量管理和管制指揮的相輔相成和諧也就成了水中之月，鏡中之花。

3大數據技術對解決空中交通流量管理協同決策的建議

3.1數據挖潛、信息共享

通過大數據技術對可使用空域數據，計劃航班時刻數據，管制雷達航班實時動態數據，非正常情況下動態航班時刻更新數據，各管制區域流量管理數據甚至機場保障能力數據，航空公司執行機組數據，氣象部門往期 實時和預報數據等等，成為流量管理聯機分析處理、數據挖掘的基礎。而流量管理部門又能夠依托大數據系統及時有效地把最新的航班數據反饋到管制部門，航空公司，機場保障部門甚至是智能化地各個乘客的移動設備。這將具有非凡的意義，不僅可以降低航班安全風險提高航班正點率，甚至可以極大地提高乘客的滿意度。

3.2空域使用精細化化

目前中國大陸只有約15%的空域開放為民航使用，空域開放程度嚴重不足，這與空中交通發達國家90%左右空域用于民用形成強烈反差。一方面空域資源大量閑置，另一方面民用航空活動卻缺乏足夠的活動空間。由于沖突處理缺少機動空間和無法靈活選擇航線和高度，整個空中交通管理系統的容量受到很大的局限。如果在有效保密的情況下，與軍方達成可使用空域數據精確化模塊化，將大大改善雙方的發展。

3.3雷達實時動態實時更新

目前，民航各個管制部門（除極少數使用萊斯系統）使用國外引進的雷達系統，其核心數據源不對外開放，導致航班飛行過程中因為指揮引導、繞航天氣或者非正常返航備降等情況，航班實時動態數據不能及時導出，流量管理協同放行無法獲取數據，后續流量預測航班放行都不準確，無論如何努力，難為無米之炊，通過大數據技術可以使流量管理協同放行數據與各個管制部門雷達實時動態數據完全契合，有效解決這一難題。

3.4實施自由航路航線

目前，航空公司申請備用航線從申請到獲批程序復雜費時費力，最終也是錯過了最佳時機，并不能達到減少延誤、保證航班正點的目的。可是如果真正達到自由選擇航路航線，只要更改了航班的PLN 及FPL報文，流量管理及時采集處理并更新了數據，那么在復雜氣象條件下或者其他用戶占用空域情況下就可以及時分配航班流提高航班正點率，極大降低航空運營成本。

3.5提高氣象數據的直觀性、準確率

目前，氣象部門只提供氣象產品，流量管理人員只能根據經驗判斷對空中交通影響采取流量管理措施。可是經驗在于準或者不準，在于保守或激進，不能更有效進行流量管理。而采集更廣泛的氣象往期數據，結合當前的氣象預報數據，大數據分析給出前瞻性預測并把這種預測結合更廣泛空中交通通行能力數據分析，給出直觀的決策支持，將對整個流量管理有里程碑式的意義。

3.6完善航班計劃

眾所周知，常規情況下流量管理部門根據預測天氣狀況空域使用狀況班期時刻表對第二天或者當天的航班做戰略規劃和戰術布置。那么經過一定時期的流量管理大數據積累，在經過數據挖掘算法后，反過來又可以進一步修訂長期航班計劃以利于減少航班延誤或提高航班正點率。與此同時，流量管理部門又可以經過預測性分析生成一個相對不需要延誤的下一日或隔日的動態航班計劃，利用大數據系統把這個動態航班計劃數據及時傳遞到各個航空公司及至乘客的移動設備。既保證了航班正常性，又提高了乘客滿意度，一舉兩得。

4 結束語

協同決策作為空中交通流量管理的核心理念，能實現各方數據信息的集成共享，是緩解空中交通擁堵，提升空管運行效率，促進空中交通和諧的有效途徑。在此理念指導下，大數據技術的開發利用將為空中交通流量管理體系的建設帶來質的飛躍。基于大數據的流量管理系統不僅具備數據處理的實時性和高效性，還能對空中交通流量進行科學的預測和多用戶的需求滿足，對當前我國流量管理體系建設具有積極的理論價值和現實意義。但是流量管理體系建設不是一朝一夕就能完成的，而是一個系統性、長期性的工程，需要反復實踐，不斷總結和完善。

參考文獻

[1]《大數據時代》 ??作者：【英】 維克托.邁爾-舍恩伯格 【英】肯尼思.庫克耶 翻譯：盛楊燕 周濤

[2]《基于大數據下的空中交通流量管理研究》作者：吳雪萊

（作者單位：中國民用航空中南地區空中交通管理局）