空域管理数字化转型思考

□ 民航华北地区空管局 李 伟/文

空域管理在确保航空器安全、优化空中交通流量等方面具有重要作用，随着民航业的发展，现有空域管理模式将无法满足未来发展需求，需要不断优化和吸引新的技术，开展数字化转型，促进空域管理现代化发展。本文通过分析我国空域管理现阶段面临的挑战，探讨空域管理数字化转型各相关方的转型目标，思考转型对空域管理价值链的深远影响，并给出发展建议。

数字化转型是必然之举

空域管理在维护航空安全高效运行方面扮演着重要的角色，面对未来航班量的增长、不同航空器个性化需求和新技术应用等挑战，空域管理模式需要协同创新和进步，以满足未来航空发展的需求，国际上对此已经达成共识。各大民航主体纷纷发布了未来空域管理数字化转型的发展规划，通过引入先进的通信数据链、全球卫星导航系统等技术，提升空域管理数字化程度，进而提高空域利用率、改善飞行安全和运维效率、增强空地数据共享能力等。空域管理数字化转型是我国民航高质量发展的重要机遇之一，将有力保障我国从单一民航运输强国向多领域民航强国发展，助力实现“十四五”规划的目标。

挑战与问题

当前民航业的快速发展对空域管理构成了诸多挑战，提出了更高要求。主要体现在三个方面：一是空域供给不足，当前的空域无法满足航空交通的需求；二是航空器性能的多样化，对空域管理的灵活性提出更高的要求；三是当前地空数据链无法满足空管、航空公司、空军和机组日益增长的通信需求。

上述挑战会导致空域管理出现以下问题：一是空域使用灵活度较差，难以满足特殊情况时的空域使用需求；二是空域扇区划分零散，导致航空器指挥过程中，空地协同响应能力不足，空域管理计划执行效率较低，难以满足机组和乘客的个性化需求；三是过分注重空域的管理属性，弱化了空管运行时的服务性质，造成机组和乘客的服务体验较差。

分析表明，目前空域管理的核心问题是，由于地空通信数据链的限制，导致部门之间的信息融合度较差，缺乏决策的透明度和及时性，难以支持数字业务的全部流程与数据分析。为解决以上问题，需要根据我国国情分析空域管理数字化转型各利益相关方的转型目标，从而利用先进的技术手段推动数字化转型，创新和改进空域管理方法，提高空域利用率，优化空地协同运行流程，改善服务质量。

各参与方的转型目标分析

空域管理数字化转型通过应用先进的空地数据链系统、人工智能、数字孪生、军民航空地协同运行等方式对空中交通管制服务、情报服务和告警服务进行创新，不断提高空域利用率和机组乘客的满意度。由于空域管理领域各个参与方都有不同的转型目标，在充分保证各方利益的同时，深化军民航合作、管制服务方式和航空公司多方面数字化转型探索，打破原有孤立的价值体系和内部横向沟通的障碍势在必行（见图1）。

（一）利用数字化技术，实现军民航高效协同运行

通过先进的地空数据链实现军民航空地信息的实时共享，建立空域全要素数字化平台。在打通军民航数据的基础上，整合四维航迹信息、航空器实时运行数据信息和四维气象信息，实现在和平时期以民航为中心的高效、协同空域利用方式。利用四维仿真技术、数字孪生技术等方式可实现空域内气象、航班、航路信息的无限次、可变参数的复现能力，快速地验证空军活动区与民航航班的安全性和系统性表现，以便获得空军活动区最优的划设模型。在此背景下，保证军航训练活动的同时还能兼顾民航个性化使用空域的需求，达成军民航协作使用空域的共赢局面。

（二）航空公司通力合作，实现我国空域全要素信息收集与数字化管理

航空公司作为航空器的运行主体，每天在空中运行的航空器覆盖不同的高度层和大部分空域，通过先进的地空数据链，收集准确的空域四维数据信息，是数字转型的关键信息源。从物理空间到数字空间，以数据为核心资产是航空公司数字化运营的关键。空域管理数字化转型是在高效利用空域的驱动力下，各航空公司通力合作，涵盖全空域全流程，实现协同创造、协同运行的业务价值，以加强横跨军民航协同运营效率的全局方案。

（三）充分利用空域全要素数字化信息，实现空地协同运行、空域智能规划与管理

目前的空管模式受管制员个人因素影响较大，更多凭借历史经验决策，导致空中交通运行时的间隔波动较大。空中交通运行过程需要航空公司和机组的参与，以实现空地协同运行、透明决策和智能排序目的。相关研究表明，通过空管数字化转型建设，基于航迹运行（TBO）技术可以提升管制意图的精确性；动态尾流间隔技术可以提高管制运行安全和效率；自主间隔运行技术实现冲突智能检测。未来，空中交通领域将更加关注空地数据透明、决策敏捷、系统智能、流程高效，实现空中交通运行过程中的非预见性自我调整，以提升柔性化的空域管理能力，降低空中运行的风险，满足空域使用者的定制化需求。

数字化转型的积极影响分析

（一）提升效率，优化服务

空中交通管理服务按照性质来说，一种是管理行为，另一种为服务行为。传统的价值链是单向的，机组必须服从管制员的指令，导致重管理而轻服务。以数据为核心的空域数字化转型，将原有的以管制为核心的传统价值链向以机组为核心的三角闭环模式转变（见图2）。在三角闭环模式中，军民航更加注重空域的占用与释放效率；管制员更加注重透明、智能和高效；航空公司与机组更加注重个性化需求和全运行周期的安全。因此，在军民航协同机构、空管、航空公司和机组间构建了前所未有的反馈机制，意味着空域数据、信息和决策从管理层至使用层的横向打通。

图2：三角闭环价值链

（二）实现空地协同运行

结合图2 的相关流程联系可以看到，通过空域数字化信息共享平台，民航空管部门通过智慧空管技术计算出未来一段时间民航需要的空域范围，向军民航协同运行机构提出要求，同时军民航协同机构根据军民航所需空域的需求动态划设军航活动区，保证空军训练目的同时照顾民航对空域的定制化需求；航空公司向民航空管部门实时提供空域全要素的信息，同时空管部门透明化空域管理，将本公司各航班的精确四维轨迹信息反馈给航空公司；航空公司向军民航协同机构提出经过分析的空域使用反馈信息，军民航协同机构根据反馈从航空公司角度考虑改进空域分配方案；机组直接向军民航协同机构反馈对空域使用的定制化需求，军民航协同机构即时的满足和批准。在紧急情况下，即时的空域申请和批准可以大幅提升处置效率，提高空中运行安全性；机组在未来的空中交通运行中，将和空管一同实现空地的协同运行，机组不再是被动接收指令，而将部分承担起间隔责任；当空中运行的航空器遇到故障时，机组可以实时向航空公司申请协助，与此同时航空公司能够全面了解空中运行航空器的状态。

数字化转型发展建议

（一）提升认知

加强宣贯，提高各相关机构和部门对空域管理数字化转型影响的认识深度。当前，部分人认为空管的数字化转型就是简单的数字孪生表征，导致流于形式而忽略了空域管理深刻变革的本质，从而无法达成行为准则和民航高质量发展目标的一致性。空管的数字化转型需要站在未来战略高度思考当前的解决方案，要求相关机构和部门紧密合作，避免出现资源重复浪费，标准不统一等技术问题；防止各系统间相互独立，信息无法共享，导致高价值数据的低价值体现。

（二）强化顶层设计

根据我国国情和空域特点进行顶层设计，制定实施路线图，从战略角度明确各相关方转型目标。从传输速率、时延和成本等技术参数考虑，未来空域管理数字化转型将以低轨高通量星座为地空通信数据链手段，构建空地一体化协同运行体系。采用试点先行、小步快跑的策略，以协同的方式，在低轨高通量星座领域与相应的本土企业合作（例如银河航天和中国卫星网络集团），进行机载通信试验。以点带面向外突破，积累阶段性系统间协同运行经验。小范围系统间经验形成促进作用，逐渐向军民航、航空公司扩展，从而实现一定空域范围的数字化共享。

总之，空域管理的数字化转型要以战略思想作为驱动，迈入以新技术、新思想、新架构的持续学习和迭代为方式不断优化的进程。