民航空管运行效能分析平台提升运行决策效率
1 企业简介
民航数据通信有限责任公司，于1996年成立，是一家具有通信服务、技术研究、软件开发和系统集成等多种服务职能于一身的综合性公司，一直致力于为航空公司、航空管制部门、航空行政管理部门、机场、信息服务机构、社会公众机构等提供双向、高速、实时、可靠的数据通信服务。公司一直坚持“科技创新，永无止境”的发展理念，践行“全心全意为民航各界提供优质、高效的服务”的宗旨，为民航局空管局、航空公司等用户提供卓越优质的服务。
2 项目背景
近年来，随着我国航空事业的蓬勃发展，空中交通业务总量持续快速增长，影响民航空管安全、效率、效益的诸多制约因素逐步显现。民航空管保障能力不适应航班量迅猛增长仍将是现阶段的主要矛盾，空域资源不足、运行效率不高、技术支撑不够、队伍能力欠缺等短板效应在空管发展进程中也不断显现。
在2018年召开的民航局空管系统全面深化改革汇报会上明确指出，空管一切改革都要围绕建设强安全、强效率、强智慧、强协同的现代化空管体系来进行，即把“四强空管”作为空管改革的总目标，特别是在强智慧方面明确，要逐步实现数字空管、智能空管、智慧空管。
如何评判空管系统的“四强”水平与实施进度，国内尚未建立起一套覆盖整个空管行业、兼顾“安全”、“效率”、“协同”的评价指标体系。对比国外，欧洲空中航行安全组织EUROCONTROL对其空管效能评价研究最为全面深入，建立了包括运行绩效考核报告（Performance Review Report）、欧控年度报告（Eurocontrol Annual Report）、年度网络运行报告（Network Operation Report）等评估体系。美国联邦航空管理局FAA则制定了联邦航空局年度绩效与责任报告和财政年度指标合集。我国民航近年来逐年发布了“全国民航航班运行效率报告”，侧重于运行效率的评估，缺乏对运行安全、空管系统运行效能、保障能力等全方位的评估。
为了全面掌控分析空管全系统运行态势，更科学地指导民航“四强空管”建设和空管系统五年规划，迫切需要通过大数据分析手段，建立一套科学完善的民航空管系统运行态势评估体系与评估手段。
3 解决方案
瞄准民航“四强空管”系统建设对空管运行安全与运行品质评估的迫切需求，开展民航空管系统运行态势评估方法与技术的研究，研制民航空管系统运行态势构建与综合评估系统，在民航空管系统年度及阶段运行评估中进行示范应用，为民航空管系统的远期发展战略制定、近期工程建设规划提供技术支撑与决策支持。具体研究内容包括：
（1）空管系统运行态势评估指标体系设计
通过构建空管协同运行态势，科学评价空管系统运行品质，是改善空管系统运行、确定空管系统发展规划、指导空管工程建设的重要前提。随着空中交通流量快速增长和空管运行规模不断扩大，传统基于经验的定性评价方法已难以适应日益复杂的空管运行环境，无法有效评价空管运行品质。本项目将研究全球各地具有代表性国家或地区的空管系统运行态势量化指标体系、综合评价方法和可靠技术手段，通过全面研析影响制约空管系统运行品质的要素因子，建立覆盖运行安全性、运行效率、服务效益、环境效益、运行成本等方面的评估准则，并设计各具体评价指标的计算方法，进而构建一套完善的空管系统运行态势评估体系。
（2）空管系统运行态势构建与综合评估系统开发
数据是评估的基础。空管系统运行态势构建与评估涉及管制、空域、流量、气象、情报、通导等跨各业务门类、不同时空尺度的静态与动态数据，存在数据量大、种类多样、数据采集时空异步等特点，是一类典型的大数据处理过程。本项目将重点设计基于私有云的空管系统运行数据采集与评估服务架构，研究跨域全时空管大数据高效获取与安全管理技术，研发集空管系统运行安全评估、运行效率评估、服务效益评估、环境效益评估、运行成本评估于一体的综合评估系统。
图 一 系统架构图
（3）空管系统年度运行态势评估报告编制
利用上述空管系统运行态势评估指标体系和系统的研究成果，对全国空管系统运行态势进行评估，并拟制年度全国空管系统的运行态势评估报告。
4 项目成果
4.1 成果总结
（1）建设成果
- 平台主要分析模块：5
- 平台报表/分析模板总量：53
- 平台月均访问量：1000+
- 平台活跃用户数：127
空管运行态势评估指标体系供包括5个大项，12个子项，67个指标，建立了运行安全数据库、运行效率数据库、服务效益数据库、环境数据库、成本效益数据库，实现了运行安全性分析评估、运行效率分析评估、服务效率分析评估、环境效益分析评估、成本消息分析评估功能模块。用户可以根据时间、空间和航班任务性质多个维度进行检索。
图 二 指标体系分类
图 三 维度分类
 图 四 航班离港正常率
（2）整体价值
通过对空管数据的通盘掌握，建立指标体系，实现将空管运行数据转化为信息再提炼为知识的过程，将原来的数据定期上报、汇总的过程转化为实时采集，灵活计算，用户可以随时提取自己需要的指标，盘活了整体数据资产，为基于数据进行科学决策提供了巨大推动。
系统通过FineBI进行开发，直接使用BI平台自带的各种主题和样式，节省了界面布局和设计等开发环节，减少了约3人月；从界面上，酷炫视觉效果，各种美观的统计图提升了用户体验和满意度；数据的多次复用，也提升了数据统计效率。
4.2 典型场景
（1）场景一：数据预警，找出运行高度不合理的航班航线
民航客机一般在对流层飞行，短航线的飞机一般在6000米至9600米飞行，长航线的飞机一般在8000米至12600米飞行。平流层气流运动少,空气稀薄,阻力小,速度快,油耗低，运行高度低，空气粘稠度大,还有气流运动强烈,燃料消耗较大。2020年，我国共有定期航班航线5581条，国内航线4686条，每一条航班航线的实际运行高度分配情况如何，是否存在由于高度不合适造成的低效运行情况，相同距离的航线的横向比较，此前并没有数据和手段进行分析。
通过采集并清洗航班运行的广播式自动相关监视（ADS-B）数据，并导入非关系型数据库，和飞行计划等信息进行融合，对划分的区域半径进行切片，进而对航班进行分组，将相似机场对的相似航迹的巡航高度上限与参考值进行比对，用于测量指定机场对对应的航迹巡航高度上限与其余相似机场对巡航高度上限的差异，可以量化航班在巡航阶段中的垂直飞行效率，准确的找出运行效率较低的航线并预警。
确保航班高效飞行将显著减少航班的燃油消耗并减少CO2排放量。 以波音737飞机为例，根据性能分析，飞行高度选择不当将导致燃油消耗量增加 ，高于/低于最佳高度2000英尺，航程燃油消耗增加1%-2%； 低于最佳高度4000英尺，航程燃油消耗增加3%-5%；低于最佳高度8000英尺，航程燃油消耗增加8%-14%。
 图 五 航班低高度巡航
（2）场景二：数据汇总、权限管理，高效又安全
全国航班量/流量周报表统计，每次通过SQL语句进行人工查询，部分通过开发代码程序进行数据分析和汇总，汇总后进行二次处理和整合，其工作效率低下，查询不方便，存在数据安全不可控等风险。
利用现有的事实数据，制作自助数据集，通过新建仪表盘，拖拽多维度数据项，进行分析得出结果。
图 五 全国航班量统计
效率提升方面，在帆软系统计算的加持下，比人工统计处理填表的时间减少了30%；管理规范，将各种源数据统一存放指定数据库，并建立维度表，进行数据统一计算，统一查询，指定授权，杜绝直接进行数据库操作，数据安全明显提升。
5 项目总结
5.1 CIO/项目负责人点评
全社会包括空管行业都在进行“数字化转型”，中国正在从民航大国向民航强国迈进。顺应数字经济时代的发展趋势，通过数字化空管等方面推动产业变革正逢其时。帆软平台具备将各类结构化和非结构化的数据进行清洗、整合、建模、提取、展示的能力，并具有很高的易用性，显著减少了数字化转型当中的技术成本。对于行业人员和技术人员更好的跨越数字鸿沟，有效的将数据转化为数字资产具有正面对推动意义。
5.2 经验心得
FineBI系统提供了丰富便捷的技术手段，用户可以按需提取数据建立KPI指标。在项目投入运行的初期，用户建立了大量的KPI，陷入了KPI的“汪洋大海”中。在项目建设初期，应当做好KPI体系管理，尽量让KPI能够简洁、全面的反映整体运行情况。 | 
