航班信息一体化系统的设计与实现

摘要：航班信息管理在空中交通管制系统中起着十分重要的作用。为满足民航飞行流量快速增长的需要，运用C／S和B／S等先进的信息和网络技术以及数据库开发技术，设计并实现了航班信息一体化系统。系统由航班计划、流量管理、电子进程单等若干模块组成，具有航班信息统一管理、规范化管理、信息共享等特点。给出了几个主要模块的实现流程图，并且以流量管理为例给出了实现效果图。结果表明，该系统可以很好地满足民航空管工作需要。
关键词：空中交通管制；航班信息；飞行流量管理；一体化系统

0 引言
    在中国民航高速发展新形势下，空中交通管制(Air Traffic Management)系统保障能力与快速发展的民航需求之间的矛盾日益突出。20 03年，国际民航组织(ICAO)第十一次航行大会提出：“通过建设统一标准的设施和提供无缝隙的服务，对空中交通和空域实施统一、安全、经济、高效的动态管理”的全球空管一体化概念，空管系统一体化，是利用新的通信、导航和监视手段，建立一个可互用、无缝隙和全球化的空中交通管理系统，确保各空域用户更平等地使用空域，为用户提供最佳服务。航班信息一体化处理是实现全国空管一体化的技术基础。
    为满足管制工作的需求，缓解信息的多元化及飞行流量的压力，如澳大利亚、欧洲、日本等空中交通发达国家均已建立起专业、系统化的航班信息一体化管理系统。系统提供的平台可以很好地整合底层大量的计划数据、管制数据、雷达航迹、气象、情报数据，更好的为各类业务需求提供服务，建立航班信息一体化化系统，是航空运输系统安全、有序和高效运行的必然要求，目前国内正进行这方面的研究论证。
    航班信息一体化系统是涉及空管运行各个环节、面向空管各部门及各层次用户的多模块综合信息管理系统。C／S和B／S技术已广泛用于医疗，教学等领域的管理系统中，但航班信息系统具有数据量大，实时性要求高等特点，利用C／S和B／S技术使航班管理一体化系统在空中交通管制领域得到很好的应用。

1 系统结构设计
    根据航班信息管理系统的具体要求，把整个管理系统分为五个子系统：航班信息子系统、流量管理子系统、电子进程单子系统、系统支持功能子系统和综合信息交互子系统。这些子系统既相互独立又相互联系，既可独立工作又要相互制约，是复杂、庞大的航班信息一体化系统，其目标是实现空管系统航班综合信息统一管理、规范化管理和信息共享。系统整体结构框架如图1所示。

    从图1中可以看出，航班信息一体化系统包括了民航运行管理的所有过程，围绕航班对象贯穿航班生命周期中的所有管制运行的业务需求。图中ATC表示航空交通管制(Air Traffic Control)；AFTN／SITA表示航空固定电信网(Aeronautical Fixed Telecommunication Netw-ork)／国际航空电信协会(Society International Telecommunication Aeronautiques)所规定的不同电报格式规范。数据交换平台子系统包含空管基础数据、ATC综合输出信息和电报信息等数据，为航班信息子系统、流量管理子系统和电子进程单子系统提供所需的各类信息。

2 系统实现描述
    航班信息一体化整个系统包括了图1所示的5个子系统，而航班信息子系统是整个系统的核心，流量管理子系统是整个系统应用的重点。席位功能配置功能则使可以灵活满足不同用户的需要。下面分别对这三部分进行描述：
2．1 航班信息子系统
    航班信息子系统主要是实现飞行计划的统一申请、统一生成、统一更新和统一发布，解决航班信息一致性和完整性问题，为管制单位准确一致的飞行计划数据服务。航班计划从计划数据库获得后，每个航班计划信息的更新最主要的依据就是AFTN电报。如何正确、高效地处理好AFTN电报是实现航班信子系统的关键。最新ICAO4444文件中定义的空中交通服务电报共包括紧急电报、动态与管制电报和飞行情报电报三类。其中动态与管制电报细分为：申报飞行计划报和有关修订报、协调电报、补充电报、管制电报(如起飞报DEP、落地报AAR、领航报FPL)等等。尽管ICAO4444文件中对这些电报进行了定义，规定了报文格式，由于人工拍发电报不太规范，系统会收到一些不规范电报。针对不规则电报的识别需要增加人工干预。
    飞行电报处理过程主要采用服务器／客户机方式，保持了瘦客户端的优点。由于服务器计算速度快，内存容量大，而且整个数据库文件不必在网络中往返传递：在服务器上系统接收、发送民航电报报文，分析处理电报，提取飞行计划数据，根据飞行计划处理过程自动发送电报；在客户机上，显示电报，处理电报队列中的电报，编辑拍发电报，在电报数据库中查询电报、统计电报。飞行电报处理如图2所示。

    由图2可知，系统从AFTN网接收电报后保存到报文数据库，然后进行电报分析处理提取有关飞行计划数据，若系统处理成功则保存飞行计划数据后转入相应的接口程序；任何状态下系统无法识别或者不能获得相应航班信息时都转入到人工干预界面，由人工修改后再发回系统处理。同时系统也可以通过AFTN对外发送有关电报。
2．2 流量管理子系统
    空中交通流量管理(AFTM)是目前空中交通管理研究的活跃领域，是我国未来15年空管发展的重点之一。很多高校、科研机构也针对流量管理开发了一些系统，美国联邦航空局(FAA)提出了协同决策(CDM)的概念，重点在于通过对态势保持相同的了解、增强可预见性和改善系统的规划，提高交通流量管理TFM的效率。图3给出了流量管理的流程图。
    流量预测是根据次日飞行计划、当日飞行计划及可能不按时间表实施的航班或者临时申请的加班临时计划，对流量进行预测，根据预测的结果，对未来几小时的容量、流量进行预测，给出流量告警。在图3中，首先根据静态飞行计划、次日飞行计划、当日飞行计划和FPL飞行计划的流量进行预测，并将预测结果放置在数据库中。将各监视对象的容量值分配到多个时间片，并计算各时间片经过各监视对象的流量值，再将时间片流量值与对应的容量值进行比较，判断其流量状态量门限为过载状态，低于或等于容量值为正常状态。在数据库中记录流量预测的结果，包括流量值、流量计划信息等。系统能根据存放在静态、次日、当日飞行计划预测结果，提供流量显示功能，包括日小时流量的粗略分布显示以及指定时间范围内各时间片的流量详细分布显示，同时还能给出流量告警提示。

2．3 席位功能配置
    通过席位配置界面，系统管理员能够对航班信息一体化系统所有的席位类别进行增加、删除和修改等操作。增加席位时，提供系统全部功能供选择，可以方便选择该席位所具有的功能权限，将系统功能分配至增加的席位类别，采用席位功能配置，系统管理员可以根据需求灵活配置各席位的功能，不但可以对各应用功能配置，还可以配置到各个应用程序的内部功能。不同的席位根据需求分配不同的功能权限，设置简单，方便管理员进行用户管理设置，使用户与席位关联，同时间级与系统功能关联。席位配置流程如图4所示。

3 系统测试结果
    以流量管理为例，给出了所设计系统的效果图，如图5所示。

    图5是流量预测模块显示所选定航路点当天当前时间之前1小时以及未来6小时的流量情况。中间部分和右侧部分分别以柱形图、时隙图的形式显示流量预测的结果。其中柱状图显示可以通过调节时间间隔对流量预测单元进行细化，并以列表的形式显示了相应时段内的航班详细信息，通过航空公司、航班飞行状态、航班飞越类型以及航班尾流类型等分类显示类型来进行航班显示状态的切换。图中柱状图红色代表预计起飞FPL状态的航班数量，绿色代表已起飞DEP的航班数量；兰色代表计划状态发航班数量；三者累加表示了特定时间里的飞行流量趋势。其中横轴为时间轴，纵轴为流量数值。

4 结语
    航班信息一体化系统的建设能满足航班信息统一管理、流量管理辅助决策以及辅助管制的需要，提高了空管部门在履行职能时所需的技术手段，满足未来空管业务发展的需要，提高了工作效率，减少了航班延误时间。为全国的中央流量管理系统积累经验，推动了空管系统信息化进程，具有良好的社会效益和空管安全效益。