空管數據中心建設方案分析

胡思宇

（民航機場規劃設計研究總院有限公司，北京 100025）

1 空管數據現狀

空管各類系統基本分為兩大類：核心生產系統，如航管自動化、內話系統、自動轉報系統、氣象預報系統等；輔助生產類系統，如管制綜合信息系統、航空情報資料管理系統、管制運行支持系統等。這些系統信息資源基礎設施規劃建設相對獨立，計算資源無法得到充分利用，且可擴展性較差。并且各系統開放程度及數據接口規范化、標準化程度不一，容易形成數據孤島。為解決空管系統發展過程中的實際問題，本文以地區空管局為例，闡述空管數據中心建設及設計思路。

2 地區空管局數據中心設計方案

2.1 總體定位

總體建設定位為地區空管的核心數據中心，建設以數據資源整合利用為出發點，以服務核心業務為宗旨，承擔地區核心生產業務，以及管理業務，并提供底層數據的存儲容災備份，建設過程中需充分考慮所抽取的數據與現有生產運行系統的關系，實現數據與業務剝離、松耦合，不影響核心業務系統的正常運行。

2.2 總體技術架構設計

地區空管局數據中心技術架構體系可分為6個層次，從下至上分別為數據來源（空管業務系統）、資源層（云基礎資源服務）、數據層（大數據基礎組件）、IT能力層（Paas平臺）、中臺服務層（數據中臺服務）和業務前臺層（大數據業務應用）。

2.3 系統功能設計

2.3.1 基礎資源服務

基礎資源服務管理組件是云平臺IaaS層的管理軟件，負責基礎設施資源的接入和統一管理。云通過API接入或OpenStack接口方式可以將資源池添加到多資源池管理組件中。

2.3.2 平臺資源服務

平臺資源服務管理組件（PaaS）的主要作用是為應用的開發、部署和運維管理提供支撐平臺，實現應用服務交付和管理與基礎設施資源的解耦。PaaS層應具備公用組件管理能力、應用自動化部署管理能力、容器管理能力、微服務管理能力。

2.3.3 云管控服務

云管理系統是云計算平臺的管理核心，核心支撐能力應包括云租戶管理、云監控集成、服務管理、配置管理、運維管理等相關能力，并能夠與底層基礎資源進行對接整合，主要作用是將資源、應用、數據、服務和監控等信息綜合起來為整個云環境提供一體化的管理能力，方便從整體上對云環境進行常見的運維操作。

2.3.4 數據中臺服務

大數據計算服務：企業級的大數據處理環境是一個分布式數據處理系統，對外提供大容量的數據存儲、分析查詢和實時流式數據處理分析能力。包括大規模離線計算引擎、實時計算引擎、人工智能等組件。

分布式數據庫服務：企業級的MPP關系型數據庫基于列存儲和MPP架構，是為面向結構化數據分析而設計開發的，能夠有效處理PB級別的數據量，用于解決空管海量數據處理性能問題，為大規模數據管理提供高性價比的通用計算平臺，并可用于支撐各類數據倉庫系統、BI系統和決策支持系統，統一為上層應用的決策分析等提供服務。

數據倉庫（湖）的設計：模型采用分層設計，分別從面向數據倉庫應用、面向數據存儲模型以及面向數據層次分類的角度考慮建設，可具體分為：緩沖層、貼源層、明細層、匯總層、集市層。

數據融合系統設計：數據融合系統作為前端源數據接入管控系統，應具備空管服務總線、數據接入管理、采集接口配置、數據抽取、接入數據盤點、接入鑒權、接入擁塞、接入數據調度及接入任務監控功能。

2.3.5 數據服務平臺

（1）信息共享服務。內部對接大數據平臺，外部云管理門戶（服務發布集成）。從大數據數倉（湖）獲取生產者提供航班動態計劃、航班動態航跡、流控數據等，為消費者提供航班計劃服務?？偩€對外提供的數據存放至云管理門戶服務發布集成的隊列中，外部單位在權限許可的前提下，如需消費空管數據服務需要集成MQ SDK，通過訂閱對應的topic來獲取。

（2）數據資源目錄。數據資源目錄可以幫助用戶了解數據代表的業務含義，彌補業務與IT之間的隔閡，讓數據更容易被組織內部的各種角色所理解。同時，還可以很容易地獲取數據的屬性信息，讓用戶對數據資料有更全面和直觀的了解。

（3）數據服務平臺。對數據服務進行全生命周期的監督管理，以數據服務的形式支撐各種業務場景。數據服務全生命周期包括：服務開發、服務發布、服務訂閱、服務調用、質量監控和優化提升。

（4）數據級聯。數據服務平臺有橫向、縱向的級聯功能，可實現目錄和服務的級聯，通過數據服務平臺聯盟，建設地區分局內全覆蓋的“數據高速公路”，實現地區空管信息資源“一盤棋”。

（5）多維分析及算法。用于探索式數據分析，支持面向數據專家、業務分析人員的交互式自助分析探索的多維數據分析，提供豐富的展現與交互渲染技術（表格、圖形分析和展現組件等），增強人機界面操作。

（6）標簽服務。標簽已成為業務運營的核心，標簽體系的建設是從航班和管制員入手，以智能分析為基礎，閉環式管理為主線，以智能決策引擎開放大數據分析能力，實現全景視圖、個性化信息協同共享。

2.3.6 信息安全管理體系

（1）業務資源安全隔離主要包括虛擬化隔離、CPU隔離、內存隔離、鏡像安全。數據安全方面規劃在核心交換機旁掛數據庫審計系統，通過Agent代理的方式，對所有對于數據庫訪問的流量進行審計。應用安全方面，云計算中心部署有面向租戶訪問的Webportal（Console），因此，需要專業的WAF（Web應用防火墻）抵御針對Web的各類攻擊行為。

（2）安全管理中心建設：安全管理中心通過安全管理平臺以云化方式提供整體安全后臺的管理工作，同時作為信息系統網絡安全防護平臺的二級域，主要包括：安全態勢感知服務、統一身份認證、CA認證、堡壘接服務、漏洞掃描及日志審計服務。

2.4 計算資源評估

空管計算數據基本分為三類。第一類是離線計算用于在空中交通泛感知中從海量歷史數據中挖掘空中交通運行規律；第二類是即時處理航跡、流量、視頻圖像的流式計算，和空中交通事件的實時提取等；第三類是支持即時決策的實時計算，如流量預測、運行趨勢分析、應急方案觸發分析等。

各地區根據情況不同，按需考慮虛擬機虛擬CPU數，虛擬CPU總數計算方式為（虛擬機需求數×虛擬CPU需求數），按照一個物理CPU提供兩個虛擬CPU來考慮，并考慮20%預留可得出實體CPU。

2.5 業務應用場景

數據中心最終業務應用場景主要體現在兩方面。第一是運行可視化應用，分為管制指揮可視化、流量管理可視化、管制運行現場可視化、地區運行態勢可視化、運維可視化等。第二是運行輔助決策應用，分為管制指揮檢測預警、管制指揮輔助決策、流量管理輔助決策等。下面以兩個例子具體說明數據中心應用場景。

2.5.1 智慧塔臺輔助決策

塔臺管制為機場本場直接提供管制服務，通過場面資源基礎信息專題庫、空域資源基礎信息專題庫、地面管制動態信息專題庫、塔臺空中管制動態信息專題庫、航延預測及分析專題庫服務支撐塔臺的管制業務。將以下席位作為系統使用對象，進行業務模塊及能力設計分析。

（1）對放行席位提供準確的在線實時分析服務：是指定跑道、領航計劃信息數據唯一源頭，保證飛行任務前置信息的準確性；統一規劃與機組交互的放行過程，放行指令實時推送，提供向導式放行服務。

（2）對地面管制席位提供輔助地面決策服務：離港場景下輔助判斷能否推出開車、能否開始機坪滑行、是否符合移交條件，根據判斷結果自動生成指令，包含推出開車時刻、滑行路徑、移交時刻等內容。進場場景下輔助判斷機坪滑行路徑、是否存在影響航空器正?；星闆r，自動生成指令（含滑行路徑、移交時刻等）或提示進入協調通報流程。除此之外，大數據可對地面態勢進行實時感知服務，監控地面滑行沖突、機組是否根據指令執行等，異常則進行聲光告警，并重新進行智能規劃。

（3）對塔臺管制席位可提供跑道智能化輔助跑道決策服務，以及跑道運行態勢感知服務。跑道輔助決策服務在離港場景下，智能化輔助滑行判斷、是否滿足進跑道條件、起飛條件判斷并生成指令。進港場景下智能化輔助判斷是否滿足落地條件，根據判斷結果自動生成指令。跑道運行態勢感知服務主要為監控跑道是否可用、航空器落地過程及五邊情況、脫離情況等，異常則進行聲光告警，并重新進行智能規劃。

（4）對主任管制席位提供地航空器地面滑行、放行、降落條件、起飛間隔、管制員壓力等維度的品控分析。具體為記錄地面滑行時間等信息，進行地面滑行時間優質率分析；記錄飛機實際的撤輪擋、起飛等時刻信息、時隙使用率分析，提供數字化放行品控分析；記錄機組復飛情況，進行復飛率分析；記錄地面滑行間隔統計分析、起飛間隔統計分析、落地間隔統計分析；記錄管制員崗位語音通話時長、高峰崗位管制架次分析、平均崗位管制架次分析。

2.5.2 空域態勢建模和航跡仿真

目前，在已有各類管制操作系統和管制輔助系統基礎上，從底層整合各類管制信息和數據，形成對多源數據的統一標識與管理，實現對管制運行場景的可視化分析，并利用大數據挖掘對未來流量進行精準預測?？沼驊B勢建模和航跡仿真具體能力如下：

（1）建立基于大數據的多源數據關聯機制。針對當前空管局大數據和云平臺收集的各類管制運行數據、管制操作數據、氣象數據、空域數據等歷史數據的關聯方案，在保留數據關鍵內容的基礎上，減少數據量，統一數據類型，保證數據準確性，實現不同來源數據信息的整合和關聯。

（2）建立數據化空域態勢模型。結合航空器4D軌跡、計劃航路、管制運行規則、管制協議、空域限制、氣象影響及流量限制措施等建立數據化的空域態勢模型，用各類數據真實反映當時空域運行情況。

（3）實現基于數據化空域態勢模型的流量預測?；趯娇掌?D軌跡、計劃航路、管制運行規則、管制協議、當前空域運行態勢模型和航空器運行歷史規律的大數據分析，推算航空器未來某一時刻的位置、高度、速度等信息，并進一步根據建立的數據化空域態勢模型預測未來轄區內各航路點、航段、扇區和區域一段可選時間段的流量情況。

3 結語

本文對國內外的空管數據現狀進行了分析，根據國內空管數據中心建設的情況，給出了未來空管局數據中心建設的思路和目標，并以地區空管局為例提出了空管數據中心建設思路及未來數據中心業務應用場景。