智慧機場之全域協同運行
2022年04月25日
曾幾何時，《機械公敵》、《創戰紀》、《頭號玩家》等好萊塢大片為我們暢想了未來智慧世界的場景。在數字技術高速發展的今天，未來的智慧世界似乎離我們並不遙遠。智慧是生命具有的一種創造思維能力，體現在感知、分析、判斷、創造、思考等方面。機場作為一個復雜的生態係統，它包含了旅客、航空公司、貨主貨代、商業、廣告、地面運輸、航空服務、基礎建設、運維、機場運營、空管、聯檢、政府、行業監管等要素。在機場這個智慧生態係統內，如何按照預設機理來維持安全、高效、智慧、穩定運行，是智慧機場建設需要考慮的核心問題。
關于智慧機場的建設，民航局在《智慧民航建設路線圖》中提出了“全域協同運行、作業與服務智能化、智慧建造與運維”這三個方面的內容，明確了智慧機場建設發展方向。針對智慧機場的全域協同運行問題，本文從協同規則、算法模型、信息感知來進行探討。
一、建立全域協同運行規則，是確保機場生態係統能夠智慧運行的關鍵
規則是協調個體、自然和社會之間關係以維持共同利益而形成的基本約定。對于機場而言，既要維持這個智慧生命體自身的有效運轉，又要使其運轉結果符合人類的意志要求，那麽定義科學的運轉規則是關鍵。就如同電影《機械公敵》一樣，科學家給機器人定義了三大定律：定律一是機器人必須保護人類；定律二是在滿足定律一的條件下，機器人必須聽命于人類；定律三是在滿足定律一和定律二的條件下，機器人必須自保。對于智慧機場的全域協同規則，本文認為應當從以下三個方面入手：
首先是要定義機場加入全國民航運行係統的空地協同規則。機場作為國家民航運輸係統的節點，要明確機場這個智慧生命體與國家民航運輸係統之間的協同關係。隨著我國民航業的快速發展，我國民航運輸係統建設不斷完善，國家民航協同運行體係和全國流量管理係統日趨成熟，全國千萬級以上的機場都建立了機場運管委和協同決策係統（A-CDM），這些都為智慧機場加入全國民航的協同運行奠定了堅實基礎。空地協同的主要任務在于實現空中流量和地面需求之間的互為供給，保持供需平衡。智慧空管建立的基于4D航迹的運行，能夠對于航班的空中運行進行精準預測和規劃，最優化利用空域容量；智慧機場能夠對航班在地面的周轉運行進行精確的時空規劃，對保障作業進程實施精準控制，並預測航班作業完成時間；而兩個係統之間的智慧交互，實現空中和地面高效協同運行。實際上，空地協同的交互機理在于地面向空中提供每個航班精準的目標撤輪擋時間（TOBT），空中向地面提供經過流量計算得出的每個航班的計算起飛時間（CTOT）。
其次是要定義航班在機場地面階段的飛機、旅客、貨物、行李等作業流程之間的協同規則。航班在機場地面從落地到起飛的一個周轉過程涉及的作業項目衆多，細分節點可能多達100個以上，猶如工廠生産流水線上的一道道工序，如何讓這些工序能夠完美、智慧的結合起來，就需要定義清楚每道工序的上下遊關係、協作規則、作業標準（SOP）。從機場運行角度，實際上就是要建立航班地面運行流程標準，將旅客、行李和貨物流程與之關聯。上面第一點已經提到了，空地協同的結果是確定進港航班的預計落地時間（ELDT）和離港航班的計算起飛時間（CTOT），在此基礎上，機場地面運行協同規則的核心任務是要依照航班地面運行流程標準對這兩個時間進行分解，對航班的進港、離港作業項目按照流程管理要求進行排程，為每個作業項目分配目標時間，同時，通過資源調度係統，為飛機、旅客、貨物和行李的保障作業項目分配資源，使得這些資源能夠在恰當的時間、到達恰當的位置、按照目標時間和目標任務開展恰當的操作。上述基于進港航班保障作業的正排序和離港航班保障作業的倒排序實際上就是地面各個保障作業流程之間智慧協同的關鍵機理，有了這個機理，才能實現智慧機場對于機場內部各個運行要素進行時空規劃。
再次是要定義機場生態圈內其他要素與機場核心流程之間的關聯關係。機場生態圈內除了有飛機、旅客、貨物、地面交通的活動之外，還包含了商業、設施、能源、弱電、航空維修以及其他相關航空産業的活動。機場生態圈內其他要素與核心流程的關聯規則就是要最大程度滿足機場在安全、效率、收益、環境等方面的價值目標。
二、建立全域協同運行算法，是確保機場生態係統能夠智慧運行的核心
算法是根據給定的輸入條件，在有限的時間內能夠得到輸出結果。算法是智慧機場的核心，也是智慧機場的最強大腦，它能夠根據機場內外部運行環境、條件的變化，通過其強大的分析、計算能力，快速判斷並做出決策，向機場運行各個模塊發出控制指令，以維持機場的有序運轉。當前，民航運輸在各個領域關于優化算法的研究成果頗多，應用效果也比較明顯，例如基于空中流量管理的優化算法、基于航空器地面滑行路徑規劃的優化算法、基于停機位分配的優化算法、基于航班保障調度的優化算法以及其他相關運行領域的優化算法，但是，目前這些算法僅能夠做到單個域或者說是局部的運行優化，還無法做到全域最優。
所謂局部最優並不等于全局最優。當我們讓機場運行的各個業務板塊各自去獨立計算其最優結果，然後將這個結果合並起來成為一個整體運行方案時，這種“拼湊”方式本身很難協同，最終結果也未必是最優的。因此，當智慧機場建設中要實現全域最優協同時，就必須消除局部優化算法，統一由一個“大腦”來進行全局計算，這樣才有可能實現全域最優。而要做到這一點，對機場這個“最強大腦”的計算能力提出了極高要求。我們還應當看到，機場始終是民航協同運行的一個組成部分，也許有一天，當我們智慧民航建設達到一定程度後，機場的“智慧大腦”也將不復存在了，統一由全國民航的“最強大腦”來計算了，在這個時候，真正意義上的全域協同運行也許就實現了。
三、建立全域信息感知能力，是確保機場生態係統能夠智慧運行的基礎
信息是決策的基礎。所謂“知己知彼，百戰不殆”，現代軍事領域極為重視情報信息的收集和分析，《指揮與控制原理》書中作者指出，軍事領域C2（Command and Control）係統過程包括：感知、判斷、産生、選擇、規劃、命令、兵力部署再到感知的閉環過程，感知是C2係統的重要一環。對于智慧機場而言，信息感知能力同樣重要。
智慧機場要加強信息感知能力建設，要讓機場運行的車輛、設備以及其他運行要素都具有感知能力，例如，安裝在保障車輛和設備上的傳感器能夠採集車輛或設備與飛機對接信息、泊位係統能夠採集飛機進入機位和離開機位的信息、通過視頻分析技術能夠採集各類車輛和人員的行為信息、安裝在車輛和設備上的定位裝置能夠採集位置信息等等。這些信息可以通過標準化格式轉化為計算機可以識別的數據，統一匯集到機場的智慧大腦。同時，通過全域信息共享，建立機場生態圈內各類信息交互共享機制，擴大智慧機場信息感知的範圍，使得機場信息感知的神經網絡能夠伸向機場的各個領域。
對于信息感知能力建設，白雲機場做了一些嘗試，目前正在使用的生産可視化分析決策係統已經有了全域信息感知的雛形。該係統按照“三大區域、五大流程”的運行理念，集成了來自機場各區域、各流程的核心業務數據，運用大數據與可視分析技術，對機場內外部各個業務環節的運行情況進行態勢感知，通過實時分析提供輔助決策支持。我們可以預想到，當這套係統的信息感知能力不斷提升，全域協同規則不斷深入完善，全域優化算法建設逐步實現時，它將成為能夠指揮機場全域協同運行的“最強大腦”。
智慧機場建設發展規劃的內容雖然已經確定，但是我們應當清醒地認識到要完成真正意義上的智慧機場建設，我們仍然有較長的路要走，特別是在機場運行的流程化、標準化和精益化管理方面仍需提升。十四五時期，在國家大力倡導數字化轉型和四型機場建設的政策背景下，我國機場將迎來全面建設智慧機場的最佳時期，基于此，智慧機場也許距離我們就不再遙遠了。
新聞來源 ：民航資源網 作者 ：鄧鬆武
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