浅谈空管自动化系统中大数据的提取与应用

摘 要 随着我国民航空管事业的快速发展，配套服务的空管自动化系统日益完善，空管自动化系统和相关系统在运行中产生了大量的原始数据，空管自动化系统也进入了大数据时代。大数据挖掘和云计算技术的迅速兴起，可以从海量的数据中提取出有用的信息。利用好空管自动化系统的大数据信息，进行合理地分析和挖掘，可以更好地促进民航空管事业的前进与发展，为空管运行决策提供帮助和参考。

关键词 THALES自动化系统;大数据;数据提取;数据应用;前景

1空管自动化系统大数据概述

1.1 空管自动化系统简介

空管自动化系统常被业内人员称为空管系统的心脏，或者管制人员的眼睛和大脑。其主要功能是集中处理航空器的监视数据、飞行计划数据、气象数据等各项信息，实现监视数据与飞行计划动态相关联，将有关告警和提示等信息进行图形化处理和显示，使管制人员仅面对雷达显示器即可了解空中交通的实时动态，航空器的具体方位、高度和预计飞行方向等[1]。

1.2 空管自动化系统中的数据与分类

空管自动化系统中数据种类纷繁复杂，空管自动化系统是依托计算机技术为基础，实时接收、处理并显示可以按类别主用分成以下几类：

（1）监视航迹数据（雷达、ADS等）;

（2）报文数据（AFTN报文、AIDC、CPDLC等）;

（3）气象数据（QNH、GRIB2）;

（4）告警数据（系统计算出来的冲突告警STCA、近地告警MSAW、偏航告警RAM等）;

（5）日志数据（系统处理后记录的相关日志信息）。

2大数据的提取

2.1 REC数据

泰雷兹自动化系中的REC服务器专门负责系统数据的记录。它以每15分钟创建一个新文件夹的形式，将系统中的数据按不同的类别，分别存放在central，fifo，local，system等目录下。这些记录的数据用于系统席位重演回放时使用，由回放服务器以系统特定的方式重新组装后生成泰雷兹系统可以读取的回放数据。但缺点是不易被其他外部系统读取，无法提取使用。

2.2 EFEED服务器与输出信道

泰雷兹自动化系中的EFEED服务器专门负责向外输出定制的数据与信息。它是将系统中其他服务器处理过的系统进行整理分类，以数据字典中定义格式进行定制输出[2]。

3现阶段大数据的应用

3.1 大数据平台的数据的储存与解析

为了更好地储存与解析空管自动化系统产生的海量数据，我方技术人员联合南开大学与华泰英翔空管技术有限公司，共同研发了一套针对空管自动化系统的大数据存储与解析平台。大数据平台的数据主要来源有EFEED实时数据以及部分关键REC数据，这些数据都有自己固定的格式，因此需要若干台机器专门负责解析这些数据。数据解析完之后输送到Kafka中，然后通过发布订阅的模式可以供存储模块（Hadoop及基于Hadoop的hive等）以及实时分析模块等若干消费者使用。Kafka集群以及其若干数据消费者共同组成了大数据平台。

大数据平台系统软件功能模块

当完成对EFEED数据以及REC数据的解析后，数据需要进一步输送到Kafka集群，这样所有需要数据的组件可以根据发布-订阅机制灵活地从Kafka订阅所需要的数据进行存储或者实时计算。针对目前已经解析的EFEED数据可以根据类别（例如飞行计划数据、雷达数据）分成不同的topic输送到Kafka集群。后续将REC数据解析完毕后，可设计一个整体的数据分类策略。

首先，从数据存储的角度，数据经过Kafka之后需要在数据库中进行存储，目前可考虑的技术模块有Cassandra以及基于HDFS的HBase或Hive （在大数据架构中Hive和HBase是协作关  系）。Cassandra的问题在于不支持对海量数据并发访问的支持，并且Cassandra未采用HDFS文件系统，与Hadoop难以协同。

因此在所有数据解析完之后分析总体数据量来决定采用哪一种技术。与此同时，经过Spark计算所得结果的结果也可以放到数据库中进行存储，后续进一步可视化将结果更直观地展示给用户。

其次，从数据计算的角度。对于实时计算的需求，数据从Kafka集群输出可直接送往spark计算集群进行实时计算，计算结果可以存储在数据库中。对于非实时计算需求，spark计算集群可从数据库例如HBase读取数据进行批量处理。

最后，从提供给用户服务的角度。对于数据转发的需求，将原始数据存储数据库之后，可在此基础上将数据转发给所需要地用户。对于spark集群的计算结果，可通过nodejs提供web服务，用户可查询spark集群处理结果。

大数据平台架构图与数据处理流程

3.2 REC数据在培训模拟机系统数据的应用

模拟机系统是为管制员提供模拟练习的培训实操平台，它的系统处理机制、软件版本与数据配置应与在用系统尽量保持一致（目前华北空管局管制模拟机系统与主用系统软件与版本相同，这也为开发模拟机编题软件提供了便利）。培训教员在目前的模式下，需要按照模拟机编题软件，人工编写模拟题目为管制员进行实操培训与练习，而人工编写的题目往往无法完全模拟真实的管制运行态势。

Bdaf系统是一款专门为模拟机系统编题而开发的工具软件，它能够将泰雷兹空管自动化系统REC服务器记录下的飞行计划数据，飞行数据过点数据等信息提取出来，并提供用户指定不同的时间段和扇区编号进行分类的功能，再根据培训教员指定的时间段和扇区，将飞行计划数据自动转换到模拟机练习剧本中去，重现当时的空情态势用于模拟练习，这样就可以做到完全重现真实的空情态势，使得进行模拟练习的管制员训练到更加真实而有意义的题目。

Bdaf的工作原理如下：首先，Bdaf将提取的原始飞行计划数据转存到Microsoft Access数据库（程序文件夹中的bdaf.mdb文件），可方便用户随时导出成Excel形成报表。再转换练习剧本生成模拟计划SKP时，程序根据用户输入的要仿真的模拟时刻和扇区，将原始飞行计划中的过点信息逐一比较计算，生成满足条件的实际过点时间（以下简称AAT）、出现位置和高度FL要素。最后将航路串使用原飞行计划解析后的航路点，并只保留进区域前一个点到出区域之后一个点。计算出的出现位置，以變量的形式声明在航路串中。

这里我们重点介绍一下通过比较真实飞行计划中的时间与仿真时刻的时间前后关系，并根据判断结果实现真实航班计划到模拟机系统练习题目中计划状态转变的判断过程：

4结束语

随着空管自动化系统的复杂度与集成度的提高，空管大数据会呈现爆炸式的增长。进一步研究、挖掘和利用好大数据信息，可以更精确地分析与把握民航航班的运行规律，分析空管自动化系统的发展前进方向。目前空管自动化系统的大数据挖掘分析还处于初步阶段，现阶段的主要应用于航班计划、管制席位使用与开合扇区等统计功能，较为实际的应用是本文之前介绍的实际数据应用于模拟机系统，可以将真实的管制情景用于模拟题目中，满足管制练习的需要。

空管系统大数据分析有着十分广阔的的应用前景，随着进一步的研究与分析，“空管自动化系统的大数据存储与解析平台”项目的进展，分析挖掘出来的空管系统大数据会为空管运行指挥提供更强有力的帮助与保障。

参考文献

[1] 民用航空空中交通管理管理信息系统技术规范第1部分 系统数据与接口：MHT4018.1-2004[S].北京：中国标准出版社，2004.

[2] 民用航空空中交通管理管理信息系统技术规范第2部分 系统与网络安全：MHT4018.2-2004[S].北京：中国标准出版社，2004.

作者简介

刘佩铭（1990-），男，北京人;学历：本科，工程学士，职称：工程师，现就职单位：民航华北空管局技术保障中心，研究方向：空管自动化专业。