中国民航广域信息管理技术应用与发展
摘要
我国民航正处于体制变革与系统建设高速发展的时期，基础设施与业务系统建设取得了长足的进展，有效支撑和保障了民航运输业的高速发展，具备了一定规模。与此同时，传统的信息交换方式在体系架构、效率、安全等方面需要进一步提升以保障支持我国民航的跨越式发展，实现我国从民航大国向民航强国迈进的目标。结合数据通信技术的发展，搭建一整套可互用的信息共享与交换基础设施，解决各类业务信息系统之间的互联互通，实现全系统范围内的运行信息整合，提供网络化、协同化、一体化的综合信息服务，便成为急需解决的问题。
广域信息管理（SWIM）是一种以系统安全管理为根本，以提供服务为中心，以高度信息共享和协同决策为手段的全新的民航全系统信息管理方式，构建消息传递、接口管理、安全管理和服务管理等核心功能和服务的信息路由，在空管、航空公司、机场以及飞行员等空中交通运输参与者间，实现一体化、标准化、灵活的通信、导航、监视、运行、气象、情报数据的发布与共享，满足未来民航高效协同运行的需求。
在研究分析世界航空运输业发达国家和地区广域信息管理系统发展的基础上，结合我国民航运行现状和实际需求，迫切需要开展民航广域信息系统的建设规划和方案设计，明确民航广域信息系统发展方向，指导未来全行业民航广域信息系统的推广应用。
一、优势与原则
（一）SWIM优势
SWIM作为一种便于信息获取的网络化基础设施服务的全新信息管理方式，从关注信息的生成转变为关注信息的标准化获取，从以应用为中心过渡到以数据和服务为中心，提供共同的情景意识和态势感知，为信息的提供者和使用者提供了一种共享和交换的平台。与传统的数据共享方式相比：
从网络拓扑结构改变了数据共享架构，由传统的点对点模式，形成以SWIM为传输核心的共享架构，提升接口管理能力，加强空管信息系统间的协作关系，达到对数据资源高效利用的目的。
从传输模式方面，从传统的数据直连、网关中介和报文传输三种接口传输方式转换为通过广域信息共享平台发布/订阅和请求/响应的传输方式，实现了服务的虚拟化和松耦合的架构。
（二）原则
借鉴欧美航空发达国家研究与应用SWIM技术的经验，考虑中国民航的生产运行现状和实际业务需求，制定十项关键原则如下：
1．可获得性：ATM利益相关者可以直接提供或使用通过共同服务接口和网络连接的ATM信息；
2．公平性：利益相关者个体不得控制、限制所提供的或其他利益相关者提供的信息；
3．灵活性：当数据和服务的提供者或使用者，或数据和服务本身发生变化时，系统需具备充分、及时、灵敏的应对能力；
4．性能：ATM利益相关者以及基础设施，须确保所需的性能水平、安全性和恢复性，并提供有效的事件及进程管理；
5．质量，完整性&安全：ATM利益相关者需为质量、完整性、安全性和信息的可用性负责，同时，接口以及基础设施技术须确保信息交换的完整性；
6．实施&发展：关于运行，技术，制度，实施和发展须有明确的前景和发展蓝图；
7．成本：减少持续信息交换的费用，根据需求、利益以及利益相关者的支付能力适当减少ATM发展的费用；
8．面向服务：采用面向服务的方法以支持ATM利益相关者使用服务实现信息共享；
9．公开标准：SWIM将为信息、内容、进程以及服务提供公开及国际认证的标准；
10．全球适用性：SWIM将需要国际和当地的协议以获取无缝式的ATM信息环境，因此需要实施充分的管理。
二、最新进展
（一）ICAO
根据ICAO第37届大会上关于全球空中交通系统的互操作、一致性和现代化的决议，ICAO航行局提出了航空系统组块升级（ASBU）。在ASBU性能改进领域的全球数据域系统互用部分，对SWIM建设做出了整体的规划。在规划中，2017年将举办针对SWIM的研讨会，2018年起通过SWIM的应用提高性能，2023年起通过SWIM实现空中参与ATM协同并通过多中心地面系统的整合改进协调（FF-ICE & flight object，SWIM）。
（二）美国
目前,FAA正在开展SWIM第二阶段的研究工作，在第一阶段的基础上拓展SWIM覆盖范围，整合现有数据接口信息，建立SWIM核心服务，最终实现民航系统中的SWIM功能全覆盖，如图1所示。
图1 SWIM服务
在该阶段FAA通过与中间件厂商合作，建设信息、接口管理、安全以及企业级服务管理四个核心服务，在此基础上建立了美国国家企业级信息管理系统（NEMS），该系统将气象、雷达、场面监视等数据整合发布，形成了涵盖9个信息系统的共享网络。通过全国范围的网络，机场、航空公司、商业用户都能便捷的获取场面监视数据，增加数据服务复用，有效降低数据获取的成本，提高空管内部运行的效率。
在未来的发展规划中，FAA也将推广航空器SWIM接入技术（AAtS），将SWIM数据服务对象从地面信息系统扩展到天空，提高航空器的环境感知能力。在新技术引入的基础上，FAA SWIM 团队也将在未来大力推荐SWIM全球化的进程，通过多国合作实现全球民航信息共享。
（三）欧洲
欧洲由于国家众多，各国机场、空管和航空公司等利益相关方的底层基础设施差异较大，信息化程度各有不同，建设SWIM时遇到与美国不同的挑战。因此，欧洲航管组织主要从航班对象和航空信息模型研究出发，按照“概念探讨-标准制定-原型研制-系统建设”四个阶段逐步开始针对SWIM的建设。
2010年欧洲航行安全组织完成了SWIM的需求分析及系统的开发和搭建计划，目前已经完成了航班数据领域（FDD）、监视数据域（SDD）和情报数据域（AID）的开发，并逐步开展基础设施建设工作。同时，SWIM系统的集成和测试验证工作正在开展中。
此外，从2012年起，SESAR开展了每年一度的SWIM高级示范研讨活动（SWIM Master Class）。SESAR SWIM高级示范研讨活动为来自全球的参与者提供了一个在非运营环境下展示SWIM应用程序或信息服务的机会，同时也通过SWIM注册中心为参与者提供了访问SESAR SWIM最新进展、服务和管理的机会。
（四）我国民航信息管理系统现状
目前，我国已经建立了较为完善的空管数据和信息处理体系，包括已经建成以民航局空管局和地区空管局为骨干，连接各空管中心（站）、空管分局的全国自动转报、数据交换和卫星通信网。部分地区完成雷达数据联网，航空公司和机场运行信息初步实现本地服务网络化、产品化和标准化。但是，与国外相比仍有较大差距，系统建设不够全面且相对孤立，缺乏统一标准的数据交换，缺少全系统范围内数据的共享和互操作。面临的问题主要包括：全系统信息管理政策、规章和标准不健全，信息共享和安全管理机制不完善，现有系统的软硬件平台差异较大，现有各业务信息系统数据结构不一致，现有业务信息系统接口不一致，现有各业务信息系统信息孤岛现象较为严重，信息交换效率不高等。
三、核心技术
为解决中国民航信息管理系统中的主要问题，缩小与欧美发达国家的差距， SWIM系统定位于为中国民航提供数据整合的技术方案与基础设施，针对SWIM的研究将从面向服务的标准系统架构、交换标准和数据模型三个技术要素进行。
（一）面向服务的架构设计
面向服务的架构是一个面向服务的企业级软件架构，屏蔽了信息技术的多样性与复杂性，通过标准的、独立的接口（如XML和Web服务）进行交互。针对我国现行民航基础设施，结合国外在系统建设中的经验，面向服务的架构应包含空管业务信息系统、面向服务架构的核心服务、数据交互服务和技术基础设施四个部分。
图2 SWIM服务架构
在面向服务的架构设计中：
1.技术基础设施：提供物理网络连接和必要的硬件设备，是整个系统运行的基础设施组成的平台；
2.数据交互服务：为广域信息管理提供空管数据，是核心服务的数据源，主要由各空管业务系统存储的数据组成；
3.核心服务：由接口管理、消息服务、安全服务、企业管理服务组成，核心服务实现了对空管业务数据服务的高效、安全的传递、管理、监控等功能，是整个平台的技术与运行核心；
4.空管业务信息系统：包括空管部门、机场、航空公司、非民航用户等利益相关方的业务信息系统。
（二）交换标准
在交换标准方面，SWIM信息交换系统中采用Web服务实现SOA架构。Web服务可以进行服务的封装，并且通过WSDL对服务进行描述。WSDL基于XML标准，能够有效地保证发布服务时描述方式的一致性。Web服务技术能够在不同软件、不同平台或不同操作系统中运行，拥有良好的互操作性，能够保证各系统之间的有效通信，因此，选用Web服务作为民航广域信息系统SOA架构的具体实现手段。
（三）数据模型
在协同空管的运行环境中，需要进行大量的数据交换，这要求数据的交换在自动化运行时对所交换的数据进行预定义和结构化。同时，为了满足多元异构系统互连的需求，首先应采用统一建模语言（UML, Unified Modeling Language）建立统一的空管运行信息共享数据结构模型，为参与广域信息交换与共享的各方建立共同的语言基础。SWIM目前可建立航行情报交换模型（AIXM）、飞行信息交换模型（FIXM）以及气象信息交换模型（WXXM）来支持最初的数据交换。
四、发展路线
针对我国目前民航信息管理系统及体制现状，从SWIM技术发展战略目标及民航系统内数据共享服务的需求出发，建议按照如下发展战略开展对SWIM的建设。
图3 SWIM发展战略
实验验证：在SWIM核心功能开发及理论研究的基础上，制定 SWIM技术方案。根据目前中国民航信息管理现状，对SWIM架构进行详细设计并开展广域信息平台的软件开发。建设SWIM系统数据构造与交换的技术实验验证平台，实现部分典型民航数据的实验测试。针对运行结果进行技术分析，反馈到理论研究部门，修正原有理论，改进搭建技术，为SWIM技术方案的修改提供建议。最后，逐步丰富数据类型，增加服务种类，完善验证平台，攻克今后实施过程的技术难点。
部署运行：应用验证平台技术，部署搭建SWIM原型验证系统，并引接实际运行生产数据。开展国际交流，人员培训，宣传培训SWIM理论知识及技术。建设面向生产的SWIM系统。同时，逐步完善SWIM系统，在原有SWIM原型系统的基础上，添加新信息服务功能，开展进一步的数据引接和系统改进。最后，将实际运行结果反馈实验验证，完善原有研究成果，提高系统运行效率。
（作者：齐鸣 民航局空管局技术中心）
