浅谈民航空管数字化转型策略

□ 民航局空管局技术中心 任宏明 龚 婧/文

2020年民航局印发了《推动新型基础设施建设促进民航高质量发展实施意见》并制定了五年行动方案，提出推动新型基础设施建设，要以“数字感知、数据决策、精益管理、精心服务”为导向，着眼2035年智慧民航建设目标，以建设行业基础设施底座、构筑智慧生态为核心，选择关键环境和应用场景，通过理念创新、机制创新、流程创新和技术创新，力争到2025年行业数字化转型取得阶段性成果。

随着民航业的发展，过去传统的空管系统将无法满足未来大航班量持续运行的需求。随着新技术的应用，以信息为中心的运行模式将成为新一代空中交通管理系统的重要特征，数字化、智能化、智慧化将逐渐成为民航空管行业的发展趋势，加快数字化转型是顺应国家、行业发展潮流的必然选择。全行业需注重发挥数字化转型在智慧空管建设中的驱动引领作用，逐步实现从数字化技术应用到智慧空管以及智慧民航的深度融合。

空管数字化转型

（一）根本任务

信息数字化是指利用云计算、大数据、物联网和人工智能等为代表的新一代技术在计算机世界中将现实世界的数据信息进行复制和还原，让数据可见、可用。业务数字化是指利用数字技术改变空管现有运行模式，以数字引领创新和发展，提供管制服务的新方法、新手段。数字化转型是一种思维方式转变的系统工程，空管数字化转型就是技术创新与管理模式创新的协调互动，是引领空管系统可持续迭代优化的体系创新和全面变革。空管数字化转型的根本任务是要推动现有组织架构优化、创新和重构，不断创造新价值，打造新动能。

（二）目标

空管数字化转型的目标在于：建立完整的数字化运行安全管理体系，对生产运行的全过程安全性进行追踪、分析、预判以及报警，以满足航空活动需求快速增长下对空管系统安全和效率提出的更高要求；建立全面的数字化空管运行体系，将航行服务过程涉及的所有要素进行数字化建模，利用新一代数字技术实现航行过程的自动化；建立健全的数字化设备管理体系，实现组织的一体化、管理的统一化和系统的数字化三方面的相辅相成；建立全面感知的空管运行监控体系，实现空管总体运行数据的实时监控、空管运行态势的感知以及空管运行风险分析评估；为广泛应用新一代数字技术提供基础，创建一个互通、互享、互利的空管数字化环境，以此来优化空管业务，提高航班运行效率。

（三）机遇

新一代数字技术作为我国产业发展和行业数字化建设的重要助推器，推动了数字经济逐步成为我国国民经济高质量发展的新动能。以人工智能、云计算和大数据等为代表的数字科技核心技术的成熟发展以及在其他行业中的充分应用为空管行业数字化转型提供了有力的支撑。其中，云计算技术可以帮助空管整合信息系统、消除数据孤岛、快速部署和上线开发等工作；在打通空管各业务系统的数据流转的基础上，基于成熟的大数据技术对空管业务数据进行分析将实现对空管行业资源的优化配置；在语音图像识别、神经网络等领域逐步成熟的人工智能技术，为推动智慧空管的实现奠定了基础。

图1：空管各专业数字化服务阶段

空管数字化转型实施策略

（一）数据使能

根据国际民航组织最新发布的航空系统组块升级（ASBU）规划，飞行与流量、情报、气象等专业数据服务将分阶段实施，不同专业数据逐步实现数字化（如图1所示），以提高信息交互流转速度和空管业务运行效率，为未来基于航迹运行以及其他模式的运行方式提供一个高效、准确、安全的数字环境。

1.飞行与流量数据

根据国际民航组织《全球空中交通管理运行概念》中所述的内容，对未来飞行与流量数据的需求包括全系统信息共享、提前提供意图信息、按航迹进行管理、自动化协同决策、实现基于绩效的运行，因此提出一种全球一致对飞行前和飞行期间的信息共享的方法，称之为“协作环境下的飞行和流量信息”（Flight and Flow-Information for a Collaborative Environment，简称FF-ICE）。

FF-ICE作为替代现有的飞行意图和飞行情况等信息的方式，所能提供的信息涵盖从首次对飞行意图进行通告直到飞行完成的整个飞行阶段，并在飞行完成时对这些信息进行存档。FF-ICE中包含的数据项更加丰富，包括航班识别信息（包含全球唯一飞行标识符GUFI）、飞行搜寻与救援信息、飞行许可信息、运营人的倾向性选择和限制（用于协同决策）、飞行的航迹信息（包括航空公司提交协商的、空管建议的以及最后达成一致的航迹信息）等内容。

2.气象数据

根据ASBU最新规划，航空气象信息正在从以产品为中心的运行方式向以数据为中心的运行方式转变。在未来以数据为中心的环境中，气象观测信息、气象预测和预警信息、气象信息分发将从传统的字符代码（TAC）形式向数字化过渡。数字化气象信息不仅可以从航空气象信息视角进行准确、快速地交换，还可以实现与空管业务运行系统互联，与流量、情报等信息融合以支持运行策略的制定。

目前，气象观测与预报等气象信息服务主要以传统报文形式实现交互，具体包括例行天气报告/特殊天气报告（METAR/SPECI）、机场天气预报（TAF）、重要气象情报（SIGMET）等气象报，但传统报文方式存在信息交换效率不高、应用不便等问题。随着空管数字化水平不断提高，气象信息及气象产品的数字化将满足空中交通管理在内容、形式以及时效性等方面的需求，并带来以下好处：一是更加准确及实时的气象信息可以优化航班飞行航迹，以提高空管系统运行效率；二是更好地识别、判断和预测恶劣天气可以有效地减小其带来的影响，提高空中交通管理安全性和灵活性；三是提高机场预测报告的准确性可以有助于更好评估机场的容量；四是数字气象信息有助于最大程度减小环境因素对空中交通的影响，提高空中交通运行效率。

3.情报数据

为了保障飞行的安全性和可靠性，需要有大量的航行情报数据作为支撑，航行情报数据能够提供的传统服务主要包括：编辑出版航行资料汇编（AIP），编绘出版各种航路航线图，收集、校核和发布航行通告（NOTAM），向机组提供飞行前和飞行后航行情报服务。目前我国在航空情报方面通过重构原始资料数据库，整合原有生产系统，实现数据的统一收集、统一维护、统一管理、统一使用，按不同用户需求精准投放资料生产成品。在数字化航路航线图、数字化航行资料汇编（AIP）、数字化航行通告（NOTAM）、高级场面引导系统与机场地图数据库融合等新兴业务领域持续发力。

未来我国将建立以数字化为基础、以网络化为中心，实时、高质量且安全的航空情报信息环境，进一步加快航空情报业务的数字化进程。我国航行情报数字化将会提高地形地貌数据、障碍物数据、机场场面数据、仪器仪表飞行程序数据及动态空域管理数据的数字化水平，也可灵活的与气象数据及FF-ICE数据集成，向用户提供高质量、及时的情报信息，以实现最佳决策，提高航空运行效率。国际民航组织发布的ASBU中也提到下一阶段数字化航空情报将完全集成到全系统信息管理环境中，允许用户以可互操作的方式访问相关情报数据，进一步提高情报数据的交互能力。

（二）技术赋能

开展空管数字化转型过程中，需要应用大量新技术和新系统（如图2所示），以提高空管运行效率和安全性，其中包括数据湖、云计算、民航全系统信息管理和数据中台等技术。

1.数据湖

数据湖是逻辑上各空管原始数据的集合，具有海量和多样的特征。数据湖保留空管数据的原始格式，原则上不对数据进行任何清洗和加工，但对于数据资产的多源异构场景进行整合处理，并进行数据资产注册。

数据入湖是使用数据的基础，入湖需要严格满足六个基本动作，包括明确数据所有者、发布数据标准、定义数据密级、明确数据源、数据质量评估以及元数据注册。通过这六个基本动作，保证入湖的数据都有明确的负责单位，各项数据被用户理解，且能够在相应的信息安全保障下使用。

2.云计算

云计算就是通过网络方式提供各类的计算服务，从而降低运维成本，使基础设施更有效地运行，并能根据空管业务需求的变化调整对服务的使用。通常，云计算服务类型分为三类，即基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。

IaaS是云计算主要的服务之一，它向服务对象提供虚拟化计算资源，如虚拟机、存储、网络和操作系统。PaaS是云计算的一种服务类别，能够为开发人员提供构建应用程序和服务的平台。PaaS为开发、测试和管理软件应用程序提供按需开发环境。SaaS也是云计算服务的一类，云计算服务提供者托管和管理软件应用程序，并允许通过网络向用户按需提供应用程序和服务。

3.民航全系统信息管理

民航全系统信息管理（SWIM）是由标准、基础设施、安全机制和管理相互作用而成的民航信息生态系统，是我国民航系统一体化运行的基石。采用面向服务的体系架构，通过制定面向一致性的业务数据结构和交换模型，构建核心服务，实现异构民航业务数据的采集、整合和高效共享，并提供一体化互操作服务，为空管、航空公司、机场等利益相关方和公众用户提供灵活、无缝隙和可信的民航运行信息，提升民航信息服务管理能力和运行效能。

SWIM作为一种便于信息获取的网络化基础设施服务的全新信息管理方式，从关注信息的生成转变为关注信息的标准化获取，从以应用为中心过渡到以数据和服务为中心，提供共同的情景意识和态势感知，为信息的提供者和使用者提供了一种信息共享和交换的基础环境。

4.数据中台

数据中台就是数据的公共服务平台，将空管数据加工后封装成一个公共的空管数据产品或服务。通过一系列平台、工具、流程、规范来为用户提供数据资产管理和服务，数据中台负责空管数据采集、数据资产加工和管理、并向空管业务部门和管理部门提供数据服务。数据中台的核心是数据资产管理和数据赋能。

数据中台是一个数据集成平台，它不仅仅是为数据分析挖掘而建，更重要的功能是作为各个业务的数据源，为各业务系统提供数据和计算服务。数据中台的本质就是“数据仓库+数据服务中间件”。中台构建服务时必须考虑到可复用性，每个服务就像一块积木，可以随意组合，非常灵活，有些个性化的需求在中台解决，这样就避免了重复建设，既节约了时间，又提高了效率，还降低了成本。

图2：技术赋能

空管数字化转型建议措施

空管数字化转型是一项复杂且艰巨的任务，数字化的实现需要前期大量准备工作。从目前整体空管业务运行数字化水平来看，在数据使能、技术赋能方面，空管数字化转型需要分阶段逐步实现数字化转型的落地。除此以外，空管系统还需借鉴行业内外实践经验、提高数据协同服务水平、分阶段持续建设、加强人才引进与培养，为空管数字化转型提供强有力支撑。

（一）借鉴行业内外实践经验

以人工智能、云计算和大数据等为代表的数字技术的成熟发展及应用为行业内外数字化建设提供强有力的支撑。深圳机场打造云网协同的数字平台，整合六大信息通信技术资源，构建大安全、大运控、大服务、大管理机场业务体系；华为从2016年开始分数字化办公、数字化作业、数字化交易、数字化运营四步开展数字化转型工作，以提升运营效率与用户体验。以上数字化实践经验为我国空管数字化建设带来启发，空管系统数字化建设应从中理清建设思路，结合空管业务的特殊性，确定空管数字化建设目标，明确空管数字化建设方法，制定适应空管系统数字化发展的顶层方案，逐步实现数字空管、智能空管、智慧空管。

（二）提高数据协同服务水平

目前空管各专业数据服务透明度不高，与用户交互性不强，存在信息不对等的问题。为改善这些问题，加强空管信息提供方与用户间互动，可借鉴欧洲民航流量信息管理平台实践经验，搭建空管数据信息服务平台，实现信息服务的及时发布与安全共享。同时，空管数据信息服务平台强调以用户需求为主，发挥数据的最大价值，以提升空管信息集成水平，提高空管各类数据的共享能力，方便授权用户更直接、及时了解所需信息，提高对空管运行态势的感知能力。

（三）分阶段持续建设

空管数字化建设是一项长期性的系统工程，需要持续投入大量人力物力财力开展相关建设工作，不能以工程建设投产运行作为数字化建设的最终目标。空管数字化建设需要确立短、中、长三个周期结合不同阶段目标不断迭代，即完成搭建数字化运行环境、新旧系统混合运行及全数字化环境运行三个阶段目标。只有数字化建设经验不断积累和传承，达到信息水平支撑实际业务可持续发展的目的，才能使全空管系统内数字化建设得到不断完善，数字化能力得到不断提升。

（四）加强人才引进与培养

建议不断强化人才储备和人才培养，针对目前空管数字化建设薄弱方面，引进数字化方面人才，结合实际工作不断提高引进人才的业务能力；同时，完善空管数字化人才培养机制，创造条件培养人才，定期对业务人员与技术人员开展培训，大力培养能将空管业务场景和信息通信技术相结合的综合性人才队伍。此外，数字化建设过程中不仅需要掌握数字化技术、思维的相关技术专家，还需要具有数字化思维的业务专家一起参与讨论业务及运行的需求，共同推动空管数字化发展。

通过空管数字化转型的规划与实施，一方面要实现业务数据的存储、计算、共享，打破各业务系统间壁垒，逐步搭建地区级、全系统云数据中心，实现空管业务线上化，实现对象数字化、流程数字化、规则数字化，在数字世界中建立物理对象的数字映射，变“记录”为“数据”，并使数据由孤岛离散向协同共享转变；另一方面利用线上业务所积累的全方位的空管运行数据，联动民航局空管局、各地区空管局、机场、航空公司等构建数据生态圈，在业务方面扩大空管数据共享的广度和深度，形成智慧空管高质量发展的根基，为空管运行提供及时、准确、科学的辅助决策信息。

伴随新一代数字化技术不断发展迭代，以云计算、大数据、移动互联、人工智能为代表的一批数字化技术日趋成熟，并已成功在其他领域得到应用。结合空管运行实际需求，从数据的采集、存储、分析到数据计算能力、数据服务等方面需要得到改善，同时在国家、民航发展战略指引下，将数字化技术与空管运行业务深度融合，成为空管不断创新发展的新动力，以此促进空管体制的变革，推动管制运行方式及管理工作流程的不断转变，实现数字化业务模式的创新，实现技术与业务的双轮驱动，加快实现数字空管目标。