ICAO仪表飞行规则将“管制员”定义为空中交通防撞核心。这一体系为保障民航运输安全与秩序发挥了巨大作用。随着空中交通规模和复杂度不断升级，无人机等新型航空器加入空域运行，现行体系将难以支撑未来发展。
航空宽带通信技术飞速发展，通信监视导航一体化稳步推进，空中正在织就一张星空地紧密互联的“飞联网”，为构建紧密协同、空地合理分工的空管新体系创造了条件。
人工智能在自动驾驶领域的成功应用，为空中交通发展指明了方向。构建以“自主运行”为核心的新空管运行模式，将成为打破发展瓶颈的关键。
智慧空管既是空管系统组成要素，更是整个体系的智慧化升级。四维航迹验证飞行、北京大兴机场A-SMGCS系统投用，正是革命性变化到来之前的第一缕曙光。
民航业是我国经济社会发展的重要战略产业，现代空中交通管理（以下简称“空管”）是一个高度依赖信息技术的民航专业领域。
当前，空管主要采用“以人为中心”的管理模式，即通过空地信息交互，管制员对航路/航线网络中的航空器实施管制，保障民航运输安全与秩序。随着我国空中交通规模不断扩大、复杂度不断提升，现有管理模式难以支撑未来发展需求。
近年来，我国在5G、大数据、物联网和人工智能等领域的飞速发展及其在国民经济各领域的快速推广应用，为构建以“飞联网中自主运行”为特征的空管运行新模式提供了发展动能，使智慧空管正在变为现实。
赋能空管系统各要素
智慧空管是我国智慧民航的四大模式形态（智慧出行、智慧空管、智慧机场、智慧监管）之一。它是通过大数据、互联网、物联网、云计算、人工智能等技术与空管现有技术深度融合，构建飞联网平台，推动航空公司、机场、空管等民航运行单位信息共享，实现以自主化和智慧化为特征的空中交通服务、流量管理和空域管理，沿着数字化、智能化、智慧化的发展模态，不断迈向更高发展阶段。智慧空管的智慧主要体现在对空管系统各要素，即空管信息环境、航空器、管制员、空域的智慧赋能等方面。
空管信息环境——飞联网平台建设
要实现智慧空管，首先需要搭建空地互联的飞联网平台，实现信息共享。民航各单位将共享同一张空地覆盖的信息网络，共同开展面向政府监管、空管、航企、机场和旅客服务的大数据开发和应用，实现民航数据实时全量在线，高可信、高可用与高可靠应用。
通过整合行业关键信息系统，实现行业内各运行机构和监管机构的数据共享与协作。通过该平台，空管可以实现对航空器运行状态和空中交通态势的感知，实现民航空管系统向云端迁移。
航空器——基于航迹的自主运行
航空器的智慧赋能主要体现在基于航迹的自主运行方面。基于航迹的运行（Trajectory based operation，TBO） 管理，打破现有分时、分段、分头管理模式，空管部门、航空公司以及机场等运行参与方密切配合，围绕航班全生命周期、全运行流程协同决策，全面提升航空器精细化管理水平。
TBO强调航空器飞行过程无冲突、精准可控到达，过点到达时间偏差控制在±10秒以内。该技术大规模应用后，空中交通运行可预测性将显著增强，管理者情景态势感知能力将大大提高。在飞联网支持下，航空器将具备高度智能感知、协同避让、自主间隔保持能力；配合高智能化的驾驶舱，航空器将具备全自动飞行能力。在此基础上，微观间隔保持与防撞将主要由航空器负责，空管负责把控宏观交通态势。
管制员——AI管制
未来，TBO的发展将令数据量和计算量激增，人力难以有效应对。因此，具有态势感知、预测、自主协同和决策能力的智能管制工具将源源不断地出现，并逐步取代管制员工作。从海量数据中“脱身”之后，管制员的工作重点将转移到关注飞行流量、空域和机场资源等宏观调配上。
针对TBO发展过程中超大规模四维航迹精准预测、协同调度以及人机智能协同等关键问题，未来空管的解决方案是搭建人机智能融合决策平台，充分发挥人的直觉认识在态势认知方面的优势，利用计算机的理性推理以及计算能力，实现人机智能高效交互，支持空管部门通过人机协同完成对空中交通态势的评估、预测和决策。
空域——数字化空域
当前，空域碎片化严重，管制区边界复杂，交通管理困难。为此，我们需要按照空域为航空器飞行提供的保障能力，标定空域性能，按照运行需求和飞行性能，为每架航空器动态分配空域资源。借助数字化管理手段，实现有限空域资源的高效利用。与此同时，研发面向机场、空域运行状态感知的新型分布式智能传感器，实现空域网格化感知。未来，数字技术不仅有助于建立全新的空中交通管理模式，也有助于实现空域的精细化管理和资源的优化配置。
制图/王世鑫
几大应用场景共同发力
作为智慧民航建设的重要组成部分，《智慧民航建设路线图》（以下简称《路线图》）提出将围绕四强空管建设，构建安全稳、效率高、智慧强、协同好的新一代空中交通管理系统，实现广域覆盖感知、深度网络互联、数据融合赋能、智能协同响应和智慧高效运行，提升空中交通全局化、精细化、智慧化运行能力和服务水平。基于上文提及的空管要素智慧赋能，《路线图》提出了智慧空管建设将在以下几大应用场景上发力。
全国民航协同保障运行。协同保障运行需要精准研判民航运输需求，科学规划行业整体运行保障能力，合理部署行业关键保障资源，建设面向全行业的民航协同运行平台，加强运行全流程态势监控、多主体协同联动和一体化指挥调度，推进实现航空器全流程精细化管理。
在具体工作中，协同保障运行的目标是实现容量、运力、时刻、航班计划与市场需求匹配，实现民航宏观供需平衡，即基于全国一体化运行的机场和空域容量规划；需求—容量—时刻—航班计划匹配；运行态势监控和协同调度，即航班全流程运行态势监控；全国航班协同指挥调度；航空器飞行精细化管理，即机载飞行管理能力提升；非正常飞行监测与干预等。
基于四维航迹的精细运行。以四维航迹管理为基础，建立以航迹管理为核心的先进空管运行模式，提升战略、预战术、战术层面流量管理能力，推进航班全生命周期的精细化管理，提高安全水平，实现扩容增效。
推进四维航迹运行，加快航行情报、航班动态、气象信息等数字化进程，增强地空操作能力，实现态势同步及数字化管制服务。为了加强空域组织与管理，空管部门需要逐步实现全域四维航迹运行，即全阶段的数字化管制服务；飞行与流量信息协同；空地协同自主运行，即基于态势增强的目视间隔运行；尾流间隔静态优化与动态管理；空地协同自主间隔保持；终端区智能化运行，即空域灵活运用；进离场与场面一体化运行等。
基于算力的融合运行。推动前沿技术与空管有机融合，通过打造基于算力的空中交通运行仿真环境，逐步实现基于算力的全国航班融合运行和有人无人融合运行。
基于算力的融合运行是打造数字孪生环境的基础，将为未来空中交通运行推演提供条件。该技术将主要应用在航班运行数字孪生领域，即基于算力的空中交通数字模拟；航班融合运行过程精准管控；有人无人融合运行，即有人无人飞行全景态势感知；有人无人融合运行保障等方面。
目前，我国已实施了智慧空管方面的一些探索性项目。2019年3月，我国在天津滨海国际机场至广州白云国际机场的往返航路上进行了首次初始四维航迹验证飞行，实现了小于5秒的航迹控制精度。
广州白云机场和昆明长水机场完成了连续爬升运行（Continuous Climb Operations，CCO）与连续下降运行（Continuous Descent Operations，CDO）飞行程序实地验证试飞。CDO与CCO相结合能提升终端运行效率和安全水平，大幅减少碳排放和燃油消耗。
中国电子科技集团第二十八研究所、第十五研究所等研究机构开发了云上空管原型系统，将云计算应用于空中交通管理系统的建设和运营中，并通过一种地理位置无关运行方式，提升空管系统的灵活性、安全性，实现轻量化运行。京东、顺丰等大型物流企业基于商业需求，在民航局支持下，率先开展无人机与有人机混合运行实验，探索无人机、有人机混合运行模式。今年1月，民航局批复成立“民航飞联网重点实验室”，启动智慧空管系统体系架构研究。
智慧空管将利用物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术构建的飞联网，实现基于四维航迹的空管运行态势智能感知与协同调度、空地协同自主运行、航空器全流程精细化管理、空域精细化管理与协同运行、基于算力的全国航班融合运行和有人无人融合运行等，为持续提升新运行环境中的运行安全与效率发挥巨大的推动作用。
作者：赵嶷飞，系中国民航大学空中交通管理学院院长
来源：中国民航报
