互联网时代，新技术将如何优化空中交通管理系统？

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现状

近年来，一些航空发达国家充分利用互联网、大数据和人工智能等新科技成果，开发出了不少新的空中交通管理系统和解决方案，其中有的尚处于试验和推广阶段，有的则已投入实际应用，并取得了很好的效果。例如，美国空管应用大数据技术建立了国家飞行数据中心和流量系统的数据库；法国泰雷兹公司运用人工智能技术，通过语言识别、触摸屏等技术实现了管制服务的智能化。

我国 “十二五”期间空管共保障航班起降3391万架次，比前一个五年增长了61.7%。预计到2020年我国运输飞机数量将达到4600架，每年航班起降1300万架次，年人均出行0.5次。在这种情况下，利用新的科技成果缓解空管系统发展中的矛盾，似乎成为一种更为切实可行的解决方案。

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“智慧空管”的初步构想

在今年3月20日召开的民航空管科学技术交流会上，民航局空管局局长车进军表示，空管是一个依赖技术进步的行业，目前以雷达管制为主的空管体系与未来以智慧链为主的科学管制方式之间，需要以“智慧空管”作为过渡。

互联网、大数据和人工智能等技术创新成果与新一代航空技术的深度融合，正在推动传统空管向“智慧空管”过渡

这种“智慧”不仅仅体现在自动化的运行设备，更重要的是能够给予给管理员以智能辅助，使其在管制过程中更聪明、更精确、更高效，使乘客在飞机起飞、着陆过程中有更好的飞行体验。

提及建设“智慧空管”的初步构想，车进军表示，运行层面，通过把大数据、人工智能等技术融合到新一代航空航天技术中，可实现全国空域的动态灵活管理，全国流量的精细化管理，形成管制指挥的智能辅助支撑；通过将新一代传感技术和智能信息融合到与机场一体化，推动集成塔台等技术进步，实现场面运行的协同化；通过推进数据链技术、北斗卫星导航系统、地面增强系统等星基导航技术以及广域信息技术等协同技术的应用，获得空天地一体的数据信息，进而构建起全面互联、互通、互动的智慧化协同运行环境。

管理层面，将应用大数据、云计算、信息模型等技术建设智慧化的空管生产运行管理信息系统，通过对管制运行、航空气象等海量信息数据的深度挖掘，实现空管数字化管理、科学化决策。

服务层面，将借助“互联网+”实现机场和航空公司信息共享，为旅客出行提供更加便捷的信息化服务，改进旅客的出行体验。

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空管新技术和新计划

空管是一个学科跨度大、技术交叉紧、国际化程度高的专业应用领域。空管新理念、新技术、新应用的不断出现，互联网、云计算、移动互联、人工智能、大数据等新技术的不断进步，以及它们与空管技术实现的融合式发展，都为“智慧空管”的发展提供了强大的支撑。

“智慧空管”不仅仅体现在自动化的运行设备，更重要的是能够给予空管员的指挥与决策提供智能辅助支撑

空天地一体化网络

“空天地一体化网络”是未来国家电子信息系统的重要基础设施，“空天地一体化网络”系统建设关系到国家经济和国家安全发展战略。

由中国工程院院士张军领导的国家空管新航行系统重点实验室对此开展了前瞻性技术研究和关键技术攻关，为中国民航构建新一代空管系统打下良好的技术和人才基础。张军表示：

过去10年，航空航天技术的高速发展使得天基平台和空基平台能力得到了很大提高。特别是以大型长航时无人机和临近空间飞艇为代表的临空平台的发展，更是弥补了“空天地一体化网络”中空基平台的空缺，极大地推动了“空天地一体化网络”的发展。

2013年，国家自然科学基金委设立“空间信息网络基础理论与关键技术”重大研究计划，专门开展空天地一体化网络基础理论与关键技术研究。在重大研究计划的支持下，针对“空间信息网络模型与高效组网机理” “空间动态网络高速传输理论与方法” “空间信息稀疏表征与融合处理”等核心科学问题上，有了重大突破。

未来，空天地一体化信息网络还将更广泛地应用于航空监视、地面交通监视、海洋监视、气象探测（如台风探测、雷电探测）等重要关键领域，为各行业应用提供重要技术手段。

低空监视技术

近年来，无人机对民航飞机干扰事件频发，对民航的安全运营产生了严重影响。而针对“低、慢、小”目标探测的低空监视技术研究可提高空中安全与空域资源使用效率，因此成为行业关注的热点。

中国工程院院士陈志杰从空管角度介绍了低空监视技术的发展趋势。陈志杰介绍，低空监视体系是空管空防的联合监视，既包括雷达、光电、自动相关监视、多点定位等多种传感器，还包括功能强大的信息处理系统，形成可支持决策的有价值的情报。从未来发展方向看，传感器与信息处理系统形成一个密不可分的整体，而且随着网络信息技术和大数据技术的快速发展，分布式、网络化云探测将渐成主流。

国家空域技术重点实验室对基于大数据分析的低空目标识别技术进行了深入研究。该技术与大数据技术相结合，对海量数据进行分析，研究其内在规律，为低空探测识别提供了可能；采用多频段探测系统的数据融合技术，利用包括微波、红外、光电等各种有源和无源探测器，进行体系集成和信息融合，可以有效提高发现概率并获得稳定跟踪，改善低空目标探测性能。

低空目标识别技术可以汇集各类空中目标以不同高度、不同速度、不同姿态飞行时被不同体制、不同频段、不同波形探测的回波数据，以及所处的电磁环境、气象环境、地理环境等多方面信息，形成目标分类识别的大数据，挖掘并区分目标类别的不同特征。

同时，它还可以接入军航、民航、气象、公安等信息，包括实时探测、信号特征、飞行计划、目标动向症候、典型目标规律等数据，及气象环境、地貌等多域、多维度信息，利用历史数据对隐藏在表象之下的规律进行研究，形成低空综合探测能力。

除了基于大数据分析的低空目标智能识别技术之外，国家空域技术重点实验室还提出了一种通航和无人机身份自动识别与监视系统。该系统可以允许通航飞行员携带手持智能终端；还可以在无人机上内嵌芯片，当飞机起飞后通过无线通信公网把航空器注册信息、飞行员执照信息、飞行计划意图信息等传到地面的终端，进行飞行中的身份识别、位置跟踪与监视。这样，既可以实现“飞机一上天就看得见”的目标，又可记录飞行是否按计划执行，为违规查处提供证据；此外，当飞机失事后，可快速启动救援并为责任认定提供支持。通过大量数据积累后，还可建立通航和无人机的飞行信用等级，让具有良好信誉的航空器和飞行员获得更好的服务保障。

目前，这项通航和无人机身份自动识别与监视系统已经在北京、海南地区进行了为期两年、两万架次的飞行试验验证，现已基本成熟可用。

陈志杰强调，目前这项系统是基于4G TD-LET体制的公网，未来还将基于5G公网应用发展需求，构建低空通航与无人机飞行的信息物理融合空间，并着重研究解决低空公网与中高空ADS-B数据链的通信连接问题。

陈志杰还表示，从技术角度看，发展空地一体化的综合监视技术，并按性能、分需求开展有针对性的监视技术应用，是未来低空多元监视体系构建的重点。目前实验室已经在低空通航与无人机监视层面做出了一些探索，但距离形成综合监视体系还有很长的路要走。

亚太无缝空管计划

今年2月召开的首届亚太地区民航部长级会议通过了《北京宣言》，在空中航行服务方面，亚太地区各国将把空中航行纳入国家规划，一致同意在2022年前推进“亚太无缝空管计划”的实施。

张军介绍，该计划实施的重点包括：基于性能的导航（PBN）、广播式自动相关监视技术（ADS-B）应用、空中流量协同决策（CDM）、航空情报管理系统（AIM）等。这些技术的应用与推广对于保障地区空中交通运行安全、提高运行效率具有非常显著的作用。

张军说，亚太地区对这些实施重点把握得非常准确，这些技术的应用与推广对于保障地区空中交通运行安全、提高运行效率具有非常显著的作用。中国是亚太地区第一、全球第二大航空运输市场，中国民航在“亚太无缝空管计划”的实施中应当发挥与民航大国地位相匹配的重要作用。

首先，在战略规划层面上，我国应该将“亚太地区的无缝空管”计划纳入民航空管发展战略。事实上，在2015年民航局空管局制定的面向2030年的“中国民航空管系统现代化发展战略”已经考虑到了与亚太地区无缝流量运行的问题。

其次，在新技术的发展与应用方面，倡议建立亚太地区的航行技术工业标准化组织。美国航空无线电技术委员会标准(RTCA)和欧洲民用航空设备协会(EUROCAE)在民航新技术的发展、应用以及推广等方面发挥了巨大的作用，而亚太地区作为全球民航发展最活跃的地区，却缺乏这样的一个标准化组织，这在一定程度上限制了亚太地区空管无缝运行的发展进程。

最后，我国应结合“一带一路”国家战略，构建亚太地区的空管国际化合作交流平台，加大国际合作交流的广度与力度，通过学术交流、技术交流、应用交流、人才交流等全方位的国际合作交流，更好地服务于亚太地区空管无缝运行。

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展望：空管系统发展方向

张军表示，目前空中交通管理系统的主要特征之一是数字化，即利用各类地空数据链，实现飞机与地面空管系统之间的数字化管理与指挥。民航空管在十几年前就实施了民航数字空管工程，目前应用与推广的数字化起飞前放行技术（DCL）和数字化航站自动情报服务技术（D-ATIS）是其中的两类代表性技术。DCL主要解决人工话音预放行服务中出现的通信频道拥挤、话音歧义性等问题，数字化后能够大幅降低管理员、飞行员的工作强度和工作压力，提高管理员的管理效率和安全性。D-ATIS技术则利用合成语音和数据链两种方式将机场气象、跑道状况等信息自动上传到飞机，显著提高大型机场管制服务效率和信息服务水平。截至2018年1月，在全国主要的44个繁忙机场塔台采用了DCL和D-ATIS服务。

现阶段，空管系统只是达到了“半自动化”水平。例如，实现管制指挥功能的管制自动化系统，并非真正实现了“自动化”，而是实现了监视数据、飞行计划等数据的自动化处理，实际的管理指挥还得依赖管理员的操作。因此，空管系统自动化的水平还有待进一步发展提升。

张军认为，未来空管系统的方向是协同化、精细化、智慧化。

协同化是指空管运行将更强调空管内部、军地空管之间，以及与航空公司、机场等之间的协同运行；精细化是指实现对空中交通未来运行状态（包括气象）的精准预测和航班运行的准确控制与定时到达；智慧化是指将互联网、大数据、人工智能与空管传统技术和设施设备实现深度融合，促进智慧空管的发展。

此外，张军还表示非常看好人工智能技术在未来空管系统中的应用前景。他说，随着无人机、无人值守机场塔台等无人化应用需求的增加以及人力资源成本的提升，人工智能技术在空中交通管理中的应用将大有作为。