基于系统集成的航班运行可视化系统设计

谭朝阳

（中国国际航空股份有限公司运行控制中心，北京 100621）

随着民航业的高速发展，航空公司运行环境日趋复杂，传统的人工监控及现有的运行生产系统已无法适应这一变化，中国民航正面临着更为严峻的安全形势。因此，航空公司应以风险防控能力建设为核心、大数据应用为基础、信息技术为手段，构建航班运行可视化系统，集成所有必需的运行信息资源，强化安全堡垒，提升应急能力。

近年来，中国民用航空局（以下简称民航局）相继在发布的《航空承运人航空器追踪监控实施指南》[1]、《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》（第5 版）[2]中新增121.533 条飞机追踪等一系列与航空器追踪相关的规章制度，也表明了整个民航业对航班运行组织工作的重视程度在逐步加强。

各航空公司针对当前严峻的风险形势已建立了各自的运行生产系统，主要是针对特定部门使用，具备识别航班轨迹异常、应答机代码异常等功能[3-5]，但无法提供处置建议、实现应急支持、历史数据分析，难以满足未来公司整体的运营需求，运行生产系统的功能和监控效果远未达到预期。

民航局虽已明确规定了运行生产系统的功能、要素和系统告警，但各航空公司在实际运行过程中仍存在问题：①运行人员需要同时使用多个监控系统实现运行组织，容易分散注意力，造成错漏忘，处置不及时等情况；②系统的告警准确性还需进一步优化，误告警数量较多，很容易忽略真正的风险点；③系统的实际使用人员不清楚告警逻辑和系统设计，在功能使用上并不熟练。如某航空公司执行航班任务，因目的机场大雾天气、机场繁忙、流量大，航班在机场上空长时间等待后天气突然变差，飞机最后备降，但在该过程中因航空公司缺少有效的航班运行可视化手段，相关监控措施在职责落实上不到位，缺少必要的流程措施和有效的沟通协调，导致航班最终宣布了油量紧急。

上述事例及其主要矛盾显示出巨大的安全隐患，为满足民航局监管要求和航空公司安全运行整体部署的需要，航空公司整体运行体系需进行结构化升级，在航班运行层面研发出一套同时满足运行控制、机队管理、机务维修、运行基地（航站）及公司应急时使用的运行监控可视化系统，从各运行单位的需求入手进行整体规划，使用不同权限进行区分，体现各运行部门的专业价值。通过搭建航班运行可视化系统，对每个航班的运行环境、运行状态、飞机状态、机组能力等要素进行实时监控与告警，实现航班运行风险控制、隐患排除和危险处置，从而有效提高航班运行安全水平。

1 可视化监控业务范围及功能需求

航班运行可视化系统是航空承运人使用与其运行区域、运行复杂性相适应的系统和程序，通过各种信息技术手段，获取航班运行情况和飞机状态信息，对其在运行区域内的航班运行进行实时监控。航空公司根据目前的业务现状，需要搭建一套服务于运行体系下的业务应用，满足民航局及航空公司的政策需求。

1.1 业务范围

从主要业务设计着眼，围绕航空公司生产运行、组织保障和运行安全风险指挥中心进行系统业务设计。相关业务包含：航空公司航班运行组织、运行管理、签派放行、放行监控、航班运行控制、应急处置、飞机性能、配载平衡数据、航行情报管理、机组运行管理、航务协议与航线管理、运行分析与燃油节支管理、风险控制管理、数据管理、培训管理、机队管理、机务管理、地面保障和航站管理等核心业务。通过运行可视化系统建设，将航空公司运行领域业务形成全流程闭环管理，实现资源统一配置和最大化利用。

1.2 功能需求

1.2.1 管理可视化

解决目前航空公司运行过程中工作流程与系统应用脱节问题，协助各业务模块工作流程可视化，对工作发起、传递、阶段和记录进行全生产周期管理，实现工作记录完善、痕迹清晰、有据可依。同时，支持所有业务流程的优化配置、规则灵活定义，实现任意流程节点的衍生、分发和告警，并实时反馈工作进度等。

1.2.2 数据管理

航班运行可视化监控系统需要对航空公司运行生产类数据进行分析处理。目前，这类数据分散在航空公司不同的运营系统中，且同一类型数据存在于多个系统，数据标准和规范不统一，数据接口众多，数据交换基本采用点对点的形式，一致性差。通过运行可视化系统的搭建，建立数据标准和规范，构建GIS 数据、气象数据、导航数据、通告数据、飞机数据和计划数据等专业数据服务，提升数据质量及数据共享能力，实现各类专业数据的叠加展现、告警和图形分析能力，形成航空公司运行生产数据的集中存储。

以机场气象评估业务流程为例，系统需要对机场、气象数据进行存储、解析、监控，同时对民航局和航空公司政策进行标准化处理，通过标准监控和数据分析调用数学模型对运行影响进行判断、评估，最终实现机场气象评估，如图1所示。

图1 机场气象评估业务流程图Fig.1 Flow chart of airport weather evaluation

1.2.3 应用管理

开展航班运行可视化建设，以航空公司现有运营体系为基础，建立统一业务平台，优化业务流程，以运行控制管理、机务管理、机队管理、基地（航站）管理等核心资源为主线，对航空公司现有应用系统进行深度整合、重构与优化，并解决相关业务与技术痛点及难点，使用户在统一平台下工作，提升工作效率。实现运行生产组织从“看得见”向“管得好”转变，提供自动化辅助分析功能，智能输出可行预案、合理化建议，提升特情处置效率和水平，提高决策能力和应急管理水平。

1.2.4 通讯系统

按照民航局要求，在运行条件下，整个航路上所有各点具有陆空双向无线电通信系统，保证每架飞机与相应签派室之间进行可靠的通信联系。同时为满足运行需要，航空公司应建立可靠的地面保障通信系统。

航空公司应建立一套完整的通讯应用服务，利用ACARS、卫星通讯、甚高频语音、高频语音、电话语音和无线网络实现航空公司地面与空中、空中与空中和地面与地面的通讯。

1）数据通讯

使用ACARS 线路进行数据通讯，具备通讯模板管理能力，可实现固定通讯模板存储及快速调取，满足地面与空中通信能力。使用机上宽带进行数据通讯，提高旅客飞行体验的同时，可满足民航局4 min 语音通讯要求。

2）语音通讯

通过卫星电话实现空中航班与地面生产组织单位之间进行互联，空中航班下行卫星电话后，可匹配到航班，并在系统中显示出该航班位置和飞行轨迹，可实现电话转接，协助机组转接电话至相关部门（机务、飞行、签派和基地/航站等部门），并支持移动端的使用；给飞机上行电话时，通过可视化的航班信息，可根据机号和机号对应的卫星电话号码进行自动拨打。

通过甚高频语音、高频语音、电话语音实现飞机与地面，地面与地面进行互联，通过点击可视化界面中相关频率覆盖范围内的飞机，即可通过电话使用相关频率与该飞机进行通话，通过平台选择联系的部门、业务人员即可进行实时通讯。

2 航班运行可视化

2.1 整体设计

目前，航空公司运行生产组织涉及系统众多，功能分散、重叠，系统功能固化，不能灵活调用，接口群庞大，维护难度高，架构相对落后，耦合性、扩展性、集成性差。航班运行可视化系统以“智慧监控，平安航空”为宗旨，整体上采用“1 + 4 + 1 + N”（1 个服务接口+4 类融合业务应用+1 套基础支撑+N 个服务）的方式，集成现有分散的系统、集成相关业务和数据[6]。航班运行可视化系统的整体设计，如图2所示。

图2 航班运行可视化系统整体设计图Fig.2 Overall design of visualized flight operation system

1）1 个服务接口 通过统一的服务入口PORTAL，集成关联业务功能。用户仅需要进入PORTAL，就可完成以前需要登录多个系统才能完成的业务，PORTAL提供功能使用入口和展示，登录到PORTAL 可根据权限进入相关系统。

2）4 类融合应用 通过融合应用实现航班运行的管理可视化、数据管理、应用管理和通讯系统等应用。

3）1 套基础支撑 基础支撑包含：

a）基础设施云平台 为基础运行环境部署能力平台，可使用现在已有的云平台；

b）大数据中心 使用大数据中心解决数据孤岛、历史数据无价值等问题，将数据进行统一标准化融合存储、管理，挖掘数据内在联系与价值[7-8]，并向内部业务系统提供数据支撑、向外按开发等级提供数据交换[9]和开发服务，构建各业务系统间的数据桥梁，形成气象库、航班库、人员库等基础库，形成气象服务、航班服务、机务维修、航站服务、组织培训等主题目录数据，提供基础数据服务，同时提供实时数据分析[10-13]，充分挖掘数据的潜在价值，应用到监控、维护和决策中；

c）监控业务中台 各业务系统中通用业务部分下沉到业务中台实现，并在业务中台提供基础业务组件，对上层业务系统和服务进行支撑，降低各业务系统实现难度和成本；

d）统一流程调度中心 使用统一流程调度中心解决系统分散、多操作、难以相互调用问题，提供业务系统或服务间流程调度控制，是实现多业务系统流程闭环的基础，监控流程运行状态、多流程同时调用，实现负载均衡等。

4）N 个服务 包含现有系统提供的服务和运行监控新建服务，各服务间采用微服务RESTFUL 或RPC方式提供接口，共同组成各业务的使用基础[14]。

2.2 典型流程调用示例

图3所示流程是在航班运行可视化系统中触发自动排班流程后，系统调用各服务序列，完成自动排班和实时动态监控的流程。具体流程如下所述：

图3 自动排班和实时动态监控流程图Fig.3 Flow chart of automatic scheduling and real-time dynamic monitoring

1）用户在统一服务入口触发自动排班任务；

2）入口服务向流程调度中心发起排班请求；

3）流程调度中心调度排班流程并执行；

4）流程调度中心向航班管理服务发起查询航班信息请求；

5）航班管理服务处理后返回指定航班的数据信息；

6）流程调度中心向应用管理—运行控制应用发起查询已排班数据请求；

7）应用管理返回已存在的排班数据；

8）流程调度中心根据排班政策执行排班；

9）流程调度中心调用监控业务中台提供的公共推送服务，推送排班数据到监控业务中台的消息中心；

10）监控业务中台消息中心根据目标地址信息推送排班数据到运行控制系统；

11）运行控制系统更新排班数据；

12）流程调度中心调用监控业务中台提供的公共推送服务，推送排班记录数据到监控业务中台的消息中心；

13）监控业务中台根据目标地址信息推送排班记录数据到数据中心；

14）流程调度中心（在步骤12 发送后异步执行）返回排班结果到统一服务入口；

15）统一服务入口展示排班结果；

16）数据中心异步实时分析排班数据，根据预设排班政策研判是否有产生告警；

17）数据中心存储数据；

18）数据中心将分析结果发送到数据管理服务中；

19）数据管理调用监控业务中台提供的公共推送服务；

20）监控业务中台根据订阅信息推送分析研判结果到统一服务入口；

21）统一服务入口根据研判结果作可视化展示，并实时通知相关席位。

2.3 逻辑层次与使用技术

运行监控平台从逻辑上划分为数据层、业务支撑层、应用层。数据层主要是大数据中心的相关功能；业务支撑层主要包含“监控业务中台”，“统一流程调度中心”；应用层包含“统一服务入口”，“管理可视化”，“数据管理”、“通讯系统”、“应用管理”及各业务系统，其中各层使用的技术如图4所示。

图4 航班运行可视化系统逻辑图Fig.4 Logic diagram of visualized flight operation system

2.4 可视化功能

通过搭建航班运行可视化系统总体架构，系统可实现全范围涵盖航班运行流程，实现航班运行各阶段基于实际生产的流程化和自动化建设。通过将各业务能力抽象化、服务化、流程化，实现航班运行可视化向微服务、松耦合的异步应用体系转型，对航班运行进行实时监控与管理，提升系统应用能力，更好支持业务发展，最终提升航空公司运行效率，降低安全风险隐患。其具体功能如下：

1）运行控制通过系统启动应急后，各部门同时上线，实现网络会议，提升应急效率（图5）；

图5 在线会议协商界面Fig.5 Online meeting negotiation interface

2）机务工程师借助机务界面，对飞机故障进行实时分析、评估、反馈；

3）各机队借助机组界面，监控飞机故障，对空中航班给予专业的支持，最大程度上提升安全、减小经济损失（图6）；

图6 航班运行可视化系统数据模拟飞行界面Fig.6 Data-simulated flight interface of flight operation visualization system

4）航空公司运行各基地借助现场界面，掌握航班进程、提升公司效益及服务质量；

5）借助当日运行数据统计和分析结果，作为每日生产运行讲评的参考和依据，以便于更加明确重点保障环节，以提高航班地面运行品质，从而提高航班正常率，提高运行效率。

3 结语

通过研究搭建航班运行可视化系统，实现运行航班风险控制、隐患排除和危险处置的功能，从而有效提高航空公司的安全运行水平，主要结论如下：

1）航班运行可视化系统可实现航空公司运行数据的综合展现与交互应用，提升运行处置水平和效率；

2）在日常生产中，可针对不同用户群体实现侧重数据的展现，保障航班的常态化监控得以实现；

3）应急工作时，可实现各类运营数据统一汇聚，统一展示，平台构建模型统一计算，及时给出处置分析及建议；

4）实现机务、飞行、签派和基地/航站等各单位同时上线，在线会议协商。