航跡復(fù)盤研究與應(yīng)用

戚劍平

（廣州市中南民航空管通信網(wǎng)絡(luò)科技有限公司開發(fā)部，廣東 廣州510405）

空管運(yùn)行復(fù)盤是空中交通流量管理、飛行沖突仿真、空中運(yùn)行態(tài)勢分析、流量限制效果評估等眾多空管運(yùn)行決策輔助分析的基礎(chǔ)工作，對空管運(yùn)行策略制定、流量管理效果評估、管制運(yùn)行品質(zhì)評價等具有深遠(yuǎn)意義。其中，自動化航跡復(fù)盤是空管運(yùn)行復(fù)盤的最重要的組成部分之一，也是對空域流量態(tài)勢回顧、航空器繞航、盤旋等間隔措施復(fù)現(xiàn)的最為直觀的表現(xiàn)方式。

由于自動化航跡數(shù)據(jù)量大（如廣州主用自動化系統(tǒng)EuroCat-X每月航跡數(shù)量約1.5億條）、數(shù)據(jù)源繁多（包括廣州及中南12個空管分局站的主用、備用自動化系統(tǒng)）、數(shù)據(jù)項復(fù)雜（CAT062 V7版標(biāo)準(zhǔn)共計285個數(shù)據(jù)項），使得依靠傳統(tǒng)手段難以對中南地區(qū)任意時段、任意空管自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)現(xiàn)；加之，管制用戶希望能夠在選取復(fù)盤的時間段、數(shù)據(jù)源、地理范圍等條件后，快速響應(yīng)并立刻展現(xiàn)，導(dǎo)致其實現(xiàn)難度更加巨大。

本文通過訪問云數(shù)據(jù)中心提供的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)服務(wù)接口，利用超圖GIS平臺，實現(xiàn)前臺直觀、便捷的航跡復(fù)盤應(yīng)用。為了用戶使用體驗更加靈活，該應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)航跡回放速率的隨時調(diào)整及播放位置的隨意拖動。

1 實現(xiàn)原理和步驟

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

復(fù)盤應(yīng)用基于前后端分離架構(gòu)，由前臺應(yīng)用展示和后端數(shù)據(jù)調(diào)配兩部分組成，其系統(tǒng)架構(gòu)及數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)及數(shù)據(jù)處理流程圖

1.2 后端數(shù)據(jù)調(diào)配

后端的復(fù)盤航跡服務(wù)實現(xiàn)了向前臺實時調(diào)配航跡數(shù)據(jù)的功能。該服務(wù)由任務(wù)調(diào)度、航跡推送、航跡獲取三個組件構(gòu)成，并維護(hù)了任務(wù)和航跡兩個隊列。任務(wù)調(diào)度組件主要處理前端的航跡回放請求（如圖1中步驟6所示，下文涉及其他步驟的簡稱步驟N），創(chuàng)建由獨立線程執(zhí)行的航跡回放任務(wù)并寫入任務(wù)隊列，在任務(wù)生命周期內(nèi)執(zhí)行前臺發(fā)出的倍速回放、前進(jìn)、后退、暫停、關(guān)閉任務(wù)等指令（步驟7）；處于回放狀態(tài)的任務(wù)，通過調(diào)用航跡獲取組件從大數(shù)據(jù)計算和服務(wù)獲得相應(yīng)的航跡數(shù)據(jù)（步驟8），寫入與該任務(wù)相關(guān)的航跡隊列；航跡推送組件通過WebSocket向前臺推送電子航圖顯示范圍內(nèi)的航跡數(shù)據(jù)（步驟9），當(dāng)電子航圖縮放比例尺較大時，增加推送顯示范圍內(nèi)的航班尾跡。

1.3 前端應(yīng)用呈現(xiàn)

前端應(yīng)用基于電子航圖，實現(xiàn)了氣象云圖和航跡的融合顯示。前端應(yīng)用通過超圖的GIS服務(wù)提供電子航圖顯示（如圖1步驟1）；通過WEB服務(wù)向后臺大數(shù)據(jù)計算和服務(wù)提交復(fù)盤回放任務(wù)（步驟2、3），并顯示實時任務(wù)計算進(jìn)度（步驟4、5）；當(dāng)后臺數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒時，前端應(yīng)用可向復(fù)盤航跡服務(wù)發(fā)起航跡回放請求（步驟6），并通過單擊開始、暫停按鈕、拖動進(jìn)度控制條、設(shè)定回放倍速向復(fù)盤航跡服務(wù)發(fā)送倍速回放、前進(jìn)、后退、暫停、關(guān)閉任務(wù)等狀態(tài)控制指令控制回放進(jìn)度和狀態(tài)（步驟7）；在航跡回放的同時，通過氣象接口獲取當(dāng)時的氣象云圖并疊加顯示（步驟10）。

1.4 關(guān)鍵實體和指令說明

在圖1的步驟6和步驟7中，前臺發(fā)出回放任務(wù)請求和狀態(tài)控制指令，具體屬性描述如表1所示。

表1 前臺任務(wù)請求和狀態(tài)控制指令表

后端任務(wù)調(diào)度組件處理前臺發(fā)出的回放任務(wù)請求和狀態(tài)控制指令，創(chuàng)建由獨立線程執(zhí)行的航跡回放任務(wù)并寫入任務(wù)隊列，任務(wù)隊列中的任務(wù)實體具體屬性描述如表2所示。

表2 航跡隊列任務(wù)實體屬性表

在圖1的步驟8中，航跡獲取組件從大數(shù)據(jù)計算和服務(wù)獲得相應(yīng)的航跡數(shù)據(jù)，其實體屬性描述如表3所示。

表3 大數(shù)據(jù)計算和服務(wù)航跡數(shù)據(jù)實體屬性表

在圖1的步驟9中，航跡推送組件通過WebSocket向前臺推送電子航圖的顯示范圍內(nèi)的航跡數(shù)據(jù)，其實體屬性描述如表4所示。

表4 航跡推送數(shù)據(jù)實體屬性表

2 實現(xiàn)效果

本文提供了一款準(zhǔn)確、靈活、高效的自動化航跡復(fù)盤工具，能夠在選取復(fù)盤的時間段、數(shù)據(jù)源、地理范圍等條件后，快速響應(yīng)并立刻展現(xiàn)，并能通過調(diào)節(jié)速率、拖拉進(jìn)度條的方式自由控制航跡回放的倍速和進(jìn)度。自動化航跡復(fù)盤應(yīng)用截圖如圖2。該工具通過融合顯示氣象信息，重現(xiàn)當(dāng)時的空中運(yùn)行態(tài)勢，有助于流量限制效果評估和管制運(yùn)行品質(zhì)評價。之后，將增加融合更多運(yùn)行信息顯示，例如扇區(qū)邊界（已實現(xiàn)）、流量限制信息、受控航班、地理扇區(qū)架次（已實現(xiàn)）、指揮扇區(qū)架次（已實現(xiàn)）、場面監(jiān)視數(shù)據(jù)等，多維度重現(xiàn)當(dāng)時的空中運(yùn)行態(tài)勢，助力管制安全運(yùn)行。

圖2 自動化航跡復(fù)盤應(yīng)用截圖

3 結(jié)束語

本文從空管運(yùn)行復(fù)盤的需求角度出發(fā)，利用大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)提供的航跡標(biāo)準(zhǔn)接口服務(wù)，實現(xiàn)了可靠、高效的歷史航跡數(shù)據(jù)調(diào)配服務(wù)和復(fù)盤應(yīng)用，解決了復(fù)盤速率靈活調(diào)整、播放進(jìn)度精準(zhǔn)定位、多用戶并發(fā)訪問等多項技術(shù)難題，為后期整體空管運(yùn)行復(fù)盤以及在此基礎(chǔ)之上的流量管理效果評估、管制運(yùn)行品質(zhì)評價等奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。同時，該復(fù)盤工具已初步應(yīng)用于管制現(xiàn)場，為空管運(yùn)行復(fù)盤提供了重要的應(yīng)用工具，得到了管制用戶的認(rèn)可。