空管新技术介绍

第三部分空管新技术程序管制到雷达管制，再到未来的卫星导航管制，中国民航空中交通管理体系的发展正与民航运输业的快速增长进行着一场长跑竞赛。众所周知，首都机场是全国最繁忙的机场之一，为确保首都机场的航班平稳、正常运行，民航局每半个月就对首都机场的航班延误情况统计一次，将首都机场离港航班正常率排名后20位，且航班正常率低于50%的国内航班进行公告。如果同一航班在一个月之内两度登榜，该航班将被取消。最近，民航局还出台了促进航班正常的硬性措施，从2010年7月1日起，航空公司的航线经营权和航班正常挂钩，航班延误率较高的公司，其航班总量和航线将受到限制。对航空公司来说，因飞机检修、综合服务等航空公司自身原因而造成的飞行延误，只占到总延误率的30%—40%，有60%到70%的因素，都不是他们能够控制的。而这些航空公司不能控制的诸多因素中，最为突出的就是由于空域和航路的拥挤而形成的空中交通网络“瓶颈”。目前，北京、上海虹桥、成都、深圳、大连、乌鲁木齐等18个机场，由于地面及空域资源紧张，运行已经处于饱和状态。在过去十年，中国民用航空运输业的增长速度每年都在15%左右。根据全球两大飞机制造商美国波音公司和欧洲空中客车的预测，未来20年中国还将增加近3000架飞机，而2006年，中国的民用机队才刚过千架大关。日益增长的航班量与落后的管制手段、拥挤的空域之间的矛盾将会越来越突出，全国各大机场的航班延误率也会逐日增加，如果中国的空中管理系统不进行一场变革的话，不久的将来，也许航班延误也会使机场变得像火车站一样人满为患。我们知道，空中每一架飞机的起飞、降落，都要严格听从空管人员的指挥。空管系统的效率，在相当大程度上决定了整个民航体系的效率。目前中国的空中交通管制方式，从技术上来说分为程序管制和雷达管制两种。在程序管制下，管制员要严格按照相应的程序、相应的间隔标准来指挥；而在雷达管制环境中不仅航空器的方位是直接显示在雷达屏幕上，航空器之间的间隔也可由管制员直接客观地判读。由于不能直接“看到”飞机，传统程序管制要求同航线同高度航空器之间水平间隔不能小于10分钟，对大中型飞机来说相当于150公里的距离；利用雷达监控辅助的话，这一间隔可以降低到75公里。而采用完全的雷达管制的话，间隔则仅仅需要20公里。不过，由于各种条件的限制，中国只在飞行流量较大的70%的地区实施了雷达管制，其他地区仍在沿用空域利用效率低下的程序管制或雷达监控下的程序管制模式。根据民航局的统计，流量控制和航行保障导致的延误占到二成，仅次于航空公司自身以及天气原因。在北京、上海等主要机场，因空管原因造成的延误实际上还要远高于这个比例。目前，中国航线流量拥堵主要发生在“三点”（北京首都机场、上海虹桥/浦东机场和广州白云机场）和“三线”（京广线、京沪线和广沪线）。从规模上而言，中国航空运输总周转量跻身世界第二，已经成为世界民航大国。但还不是一个民航强国，空管能力的滞后就是其中的一个重要因素。作为空中飞行的监管机构，民航局也意识到这种紧迫性。2007年5月，民航空管系统正式启动了空管体制改革，尤其特别关注：民航空管新技术应用。此次改革的基本思路是“政事分开、运行一体化”，即民航局空管局、地区空管局的空管行业管理职能与运行职能实行分离，行业职能交由总局和地区管理局行使；民航局空管局和地区空管局行使业务管理与运行职能，实行垂直管理，实现一体化运行。勾勒“空中高速”实际上，空中交通管理早已经成为一个世界性难题。在新的空管构架中，ADS—B（广播式自动相关监视）技术的作用至关重要。装备ADS—B机载电子设备后，飞行员可以根据GPS（全球卫星定位系统）阅读自己的位置，然后将自己的位置、速度、机型和路线等，向其他飞机和方圆270公里范围内的地面控制中心广播；这样飞行员和地面管制人员都可以实时了解所处空域的交通情况，飞机之间距离就可以更近，因为GPS的精度可以达到100米以下，甚至30米左右。借助这套系统的帮助，飞行员还可以自己根据交通状况选择更近的线路，而不是完全依赖于地面控制中心。美国联邦航空局新闻发言人HankPrice透露，2025年前，美国全国380个雷达都将逐步被取代，届时“将处在一个新的空管网络中”。采用ADS—B的机场，每45秒钟即可起降一架飞机，每条跑道的起降能力可以比现在增加25%。中国式选择和已经准备从陆地向太空过渡的欧美空管体系相比，摆在中国空管体系面前的道路无疑更加漫长。毕竟，对于我们这个拥有广阔领空的国家而言，雷达管制也还尚未实现完全覆盖。就目前中国的国情而言，雷达管制还是最成熟、最可靠的手段；中国近几年的发展方向，还是以逐步普及雷达管制为主，毕竟相对于程序管制而言，这已经是很大的改善了。在“十五"期间（2001年至2005年），随着北京、上海、广州三大区域管制中心的建成并投入使用，中国实现了70%的空域置于雷达管制之下。2007年7月，以成都为中心、覆盖西南地区的中国第四大区域管制中心亦开始筹建，预计在2015年前正式投入运行之后，中国有望实现大部分区域的雷达管制全覆盖。在中国，雷达管制技术本身，通过软件更新等也还存在进一步提升的空间。2007年11月22日零时起，在中国所有飞行区8400米到12500米高度的空域范围中，飞机间的垂直间隔从600米缩小到300米。在缩小垂直间隔后，可以飞行大型客货机的飞行高度层将由以前的6个增加到13个，航空空域的利用率可以增加1倍以上。这次缩短垂直距离，就得益于软件更新带来的技术改进。但考虑到安全性，实际上不会那么大，大致可以提高20%到30%。显然，仅仅依靠现有的雷达管制，注定难以满足中国长期的航空发展对空管体系的需求。因此，在中国民航局的规划中，除了在东部地区飞行密度较大的航路推进区域导航（RNVA/RNP）航路、在西部地区及极地航路开展高频数据链试验，以及建成以北京、上海和广州三个节点为主要框架的航空电信网实验网之外，也强调要通过试点逐步推进ADS-B的应用。目前中国正在研究美国和欧洲的做法，探讨如何建设自己新一代空中运输系统。但在业内人士看来，由于这一系统涉及到的部分相当庞杂，要真正实施起来，我们还有很长的路要走。当然，在技术层面的制约，在将来有望随着中国二代北斗卫星导航系统的成功运行，以及和空管系统相关新技术产品的成熟得以缓解。一位民航局空管局领导曾表示，“十三五"（2016年到2020年）期间，中国将在全国范围内建设新一代星基（基于卫星导航）空中交通管理系统，以达到欧美等先进国家的管理水平。这样，在2020年至2030年期间，中国将逐步形成新一代空管运行体系。基于性能的导航(PBN)与机场建设随着民航的快速发展，航班流量的不断上升，空域资源日渐拥挤，航空器的运行环境日趋困难，基于性能导航(PBN)正是在这一社会需求和技术发展背景下产生的。PBN充分利用当代飞机的全部潜能，按照精确定义的航路飞行，无需依靠地基无线电导航信号，在提高飞行安全、增加空域容量、节能减排等方面有显著的经济和社会价值。在航空飞行中，传统导航是利用地面导航台信号，通过向台或背台飞行实现对航空器的引导，航路划设和终端区飞行程序受地面导航台布局和设备种类的制约。为进一步提供空域容量和运行效率，满足航空运输飞行量不断增长的需求，新航行技术正亟待被更加系统深入地研究和应用。此外，从全球范围看，现行导航的技术标准并不统一，如航空发达的欧洲和美国对导航的具体技术要求也存在差异，这为全行业规划和发展带来困难。随着航空器机载设备能力的提高以及卫星导航等先进技术的不断发展，国际民航组织(ICAO)提出了“基于性能的导航PBN(PerformanceBasedNavigation)"概念，并已经与各缔约国和有关国际组织达成共识，将PBN作为未来全球导航技术的主要发展方向。基于性能的导航(PBN)是在整合区域导航(RNAV)和所需导航性能(RNP)运行实践和技术标准的基础上所提出的一种新型运行概念。PBN是指在相应的导航基础设施条件下，航空器在指定的空域内或者沿航路、仪表飞行程序飞行时，对系统精确性、完好性、可用性、连续性以及功能等方面的性能要求。PBN是空域概念的有机组成部分。它与监视、通信和空中交通管理系统协同工作，共同构建了空域的概念。在空域的环境中，PBN运行的三个基础要素是导航应用、导航规范和支持系统运行的导航设施。随着航空运输的持续发展，传统航路的局限性渐显严重。基于区域导航(RNAV)和所需导航性能(RNP)的两类技术不依赖于地基导航设备，可以使航空器在任意两点之间精确飞行，改善航空运行安全，提高运行效益，降低运行成本和实现与全球标准的统一等方面有重要作用。PBN能精确地引导航空器，可以有效促进民航持续安全，增加空域容量，减轻管制员和飞行员工作负荷，减少地面导航设施投入和提高节能减排效果等。显然，PBN极大地提升了空域运行效率，这对减少运行成本和提高运行的整体经济效益有重要意义。此外，PBN的概念体现了导航方式从基于导航源到基于性能导航的转变，导航标准不仅定义了性能要求，同时也定义了导航源和设备的选择方式，能够对国家和运行者提供具体的实施指导。PBN是飞行运行方式的重大变革，其更加精确安全的飞行方法、更加高效的空