基于北斗的通用航空位置服務系統研究與應用

孫元

摘要：隨著低空建設的深入推進，通航飛行需求日趨旺盛，對低空空域管理和通航飛行服務也提出了更高的要求，通用航空產業發展和行業管理需要建立健全完善可靠的通航系統監管體系。本文研究了北斗技術和大數據技術在通用航空領域的應用，完成通用航空器運行過程中的信息采集、信息處理、信息傳輸和信息融合，確保通用航空器數據的安全性、即時性，并可在整個航空領域推廣。建立通用航空領域的基于北斗的綜合監管平臺，對通用航空領域的北斗數據進行資源整合、統一管理，提高行業管理效能，滿足通用航空產業發展的巨大需求。

關鍵詞：通用航空；北斗；大數據；監管平臺

一、現狀分析

隨著低空空域逐步全面開放，中國通用航空及相關產業進入迅速成長期。國家對低空開放出臺了一系列政策文件，制訂了“試點-推廣-全面開放”的發展路線，“十二五”期間低空空域管理改革試點不斷擴大，取得初步成果；2016年5月，國務院辦公廳印發《關于促進通用航空業發展的指導意見》，對“十三五”期間通航的發展和低空空域管理提出了指導和要求。

隨著北斗衛星導航系統的建設，北斗技術結合大數據處理技術在通用航空領域應用條件已經逐步成熟，在基于性能的導航領域、在通用航空的航空器監管要求方面，國內已經開始做預先研究，但在整個通用航空監管方面，如何整合現有的時空資源，形成統一的平臺，還需要做深入的研究。

二、發展趨勢

通用航空飛行保障設施不夠先進和完善，不能對通航發展形成有效支撐，現有的空管手段難以對其實現跟蹤監控，在我國許多地區，低空空域飛行監控不到的現象普遍存在，我國航路上實行的是雷達管制，而由于成本問題在低空實現雷達管控并不現實。

當前我國通航參與方各自管控一部分通航空管信息資源，已試點建設的低空監視通信系統和飛行服務站等保障系統之間、各參與方之間沒有統一的信息規范和傳輸規范，無法實現信息資源的共享，因而不能進行有效的航空信息資源整合，沒有有效的行業管理手段，協同效率低，很難為通航飛行器提供更方便、更快捷、更優質的服務。為彌補當前通航監視、通信、導航覆蓋范圍有限的不足，需要引入新技術體制進入通航空管信息保障體系。

三、研究方案

1. 系統架構

通過北斗+大數據處理，構建基于北斗時空服務、面向通用航空監管業務、具有海量數據處理能力的通用航空監管平臺，為通用航空行業提供真實可信的新型監管服務。系統架構如下。

源數據層完成機載導航數據與空管數據的接入；信息整合層利用大數據技術及網絡資源完成信息的處理和上傳；業務支持層運用大數據技術各種通用航空業務的處理和信息分發，根據不同的業務要求為行業監管以及從業者提供服務；平臺層則是整個通用航空監管平臺的信息匯集和中心，控制和處理總體的信息平臺。

2.技術路線

（一）北斗航空器終端

結合北斗終端技術與地空通信技術，研發北斗航空器終端，實現航空器飛行過程實時信息采集與傳輸；同時，根據機載載體的不同要求（如懸翼、固定翼、無人機等）定制不同的終端解決方案。

基于北斗的地空雙向通信、基于兼容GPS/北斗雙模定位ADS-B OUT的地空監視、基于ADS-B IN的空中交通態勢感知與空中臨近提醒。北斗可將航空器位置信息、識別信息通過北斗短報文發送到地面，實現地空監視，利用ADS-B OUT技術可以提供更高更新率的地空監視。

引入北斗作為ADS-B定位數據源，是提升地空監視安全性的必經途徑；北斗短報文可以傳輸地面指令和機組下發消息，實現通航地空雙向通信。ADS-B IN技術使航空器可以接收周圍飛機的ADS-B信息并實現交通態勢感知，可以實現適用于通用航空飛行特點的“類TCAS”功能，進一步提高通用航空飛行安全。

（二）監管平臺

（1）軟件層次結構

基于大數據平臺服務，通用大數據監管平臺將綜合利用GIS，并參考主流空管自動化系統。GIS技術把地圖的視覺化效果和地理分析功能與一般的數據庫操作集成在一起，這種能力使GIS與普通地圖相比，具有解釋、預測、規劃的能力，這對于空中交通管制，尤其是地理信息豐富的通航交通管制來說，有非常重大的意義。在空域分類管理、流量統計分析、航路管理等方面，GIS豐富的信息及方便的數據庫相關操作將帶來很大的好處，不但對通航有特殊意義，對于民航尤其是日益緊張的民航機場流量管理也會有很好的預研意義。

（2）平臺軟件框架

為保證系統的穩定性、可靠性，軟件采用層次化、模塊化的雙套冗余設計。外部接口主要包括來自民航空管自動化的監視數據和飛行數據，來自通航自主監視傳感器如ADS-B系統的監視數據，來自RDSS的上報信息數據，AWOS/QNH等必要的環境信息數據；全系統通過NTP時間同步，設有監控系統對硬件設備、軟件進程、通信接口等運行狀態等進行實時監控；雙套冗余的服務器能夠處理監視數據和飛行數據，并基于GIS服務信息進行告警、統計、分析計算，系統具有記錄重演功能，能夠方便地進行空情追溯管理。系統包括3種類型的終端：管制相關數據發送到管制顯示終端；FPL的申請和審批通過web方式，按照既定的審批報備流程進行管理，發送至服務器，并可根據用戶權限對服務器端的歷史飛行數據進行查詢；最后，還可以根據每個航空器的申請，推送與該航空器相關的飛行情報和導航信息。

四、技術創新

將北斗技術與大數據技術相結合，實現通用航空領域的以下技術創新：

1.基于北斗的通航監管平臺

由于大量業務和監管信息的引入，需要分析航空器與空中交通態勢的結合、自動分析和輔助決策，研究在復雜地理環境中的路由規劃和智能引導算法。該平臺結合監管與業務需求，既有指揮調度和決策能力，還能提供通用航空的綜合服務。

2.機載導航終端可靠性設計

為保證機載終端的可靠性，需要綜合考慮機載終端在載體內復雜的電磁環境、通信定位外界干擾等情況，在數據通信協議制定、低空通信的冗余性設計上保證，并在結構和工藝上確?？煽啃?。

五、意義和前景

通用航空作為民用航空的主要組成部分，對社會經濟發展的貢獻，不僅僅體現在通用航空的自身發展，而是通過通用航空發展，實現通用航空制業發展和航空設計研發發展，并由此帶動通用航空上游產品和下游產品的整體發展。

本系統將推動北斗技術和大數據技術在通用航空領域的應用，完成通用航空器運行過程中的信息采集、信息處理、信息傳輸和信息融合，確保通用航空器數據的安全性、即時性，并可在整個航空領域推廣。本系統的完成將為北斗產業鏈帶來新的市場契機，北斗機載便攜終端的推廣將帶動北斗芯片、模塊、終端及應用平臺的發展。同時，航空領域中北斗與云計算的結合將促進北斗在更加廣泛的大數據領域推廣應用。

通航行業監管與服務保實際上是一個系統化、規范化、協同化的過程，空管信息需要標準化和規范化，行業管理和業務應用需要協同化運作，因此通過對本項目的順利執行，不但在通用航空領域的管制和服務發揮重要作用，對于進入軍航管制業務，民航管制業務，通航公司業務（含航校），企業和公眾業務，滿足軍航、民航、監管、通航運營、用戶等單位和個人的不同業務需求，市場前景廣闊。

參考文獻：

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