空管新技術(shù)介紹

第三部分空管新技術(shù)程序管制到雷達(dá)管制，再到未來的衛(wèi)星導(dǎo)航管制，中國民航空中交通管理體系的發(fā)展正與民航運(yùn)輸業(yè)的快速增長進(jìn)行著一場長跑競賽。眾所周知，首都機(jī)場是全國最繁忙的機(jī)場之一，為確保首都機(jī)場的航班平穩(wěn)、正常運(yùn)行，民航局每半個(gè)月就對首都機(jī)場的航班延誤情況統(tǒng)計(jì)一次，將首都機(jī)場離港航班正常率排名后20位，且航班正常率低于50%的國內(nèi)航班進(jìn)行公告。如果同一航班在一個(gè)月之內(nèi)兩度登榜，該航班將被取消。最近，民航局還出臺了促進(jìn)航班正常的硬性措施，從2010年7月1日起，航空公司的航線經(jīng)營權(quán)和航班正常掛鉤，航班延誤率較高的公司，其航班總量和航線將受到限制。對航空公司來說，因飛機(jī)檢修、綜合服務(wù)等航空公司自身原因而造成的飛行延誤，只占到總延誤率的30%—40%，有60%到70%的因素，都不是他們能夠控制的。而這些航空公司不能控制的諸多因素中，最為突出的就是由于空域和航路的擁擠而形成的空中交通網(wǎng)絡(luò)“瓶頸”。目前，北京、上海虹橋、成都、深圳、大連、烏魯木齊等18個(gè)機(jī)場，由于地面及空域資源緊張，運(yùn)行已經(jīng)處于飽和狀態(tài)。在過去十年，中國民用航空運(yùn)輸業(yè)的增長速度每年都在15%左右。根據(jù)全球兩大飛機(jī)制造商美國波音公司和歐洲空中客車的預(yù)測，未來20年中國還將增加近3000架飛機(jī)，而2006年，中國的民用機(jī)隊(duì)才剛過千架大關(guān)。日益增長的航班量與落后的管制手段、擁擠的空域之間的矛盾將會越來越突出，全國各大機(jī)場的航班延誤率也會逐日增加，如果中國的空中管理系統(tǒng)不進(jìn)行一場變革的話，不久的將來，也許航班延誤也會使機(jī)場變得像火車站一樣人滿為患。我們知道，空中每一架飛機(jī)的起飛、降落，都要嚴(yán)格聽從空管人員的指揮。空管系統(tǒng)的效率，在相當(dāng)大程度上決定了整個(gè)民航體系的效率。目前中國的空中交通管制方式，從技術(shù)上來說分為程序管制和雷達(dá)管制兩種。在程序管制下，管制員要嚴(yán)格按照相應(yīng)的程序、相應(yīng)的間隔標(biāo)準(zhǔn)來指揮；而在雷達(dá)管制環(huán)境中不僅航空器的方位是直接顯示在雷達(dá)屏幕上，航空器之間的間隔也可由管制員直接客觀地判讀。由于不能直接“看到”飛機(jī)，傳統(tǒng)程序管制要求同航線同高度航空器之間水平間隔不能小于10分鐘，對大中型飛機(jī)來說相當(dāng)于150公里的距離；利用雷達(dá)監(jiān)控輔助的話，這一間隔可以降低到75公里。而采用完全的雷達(dá)管制的話，間隔則僅僅需要20公里。不過，由于各種條件的限制，中國只在飛行流量較大的70%的地區(qū)實(shí)施了雷達(dá)管制，其他地區(qū)仍在沿用空域利用效率低下的程序管制或雷達(dá)監(jiān)控下的程序管制模式。根據(jù)民航局的統(tǒng)計(jì)，流量控制和航行保障導(dǎo)致的延誤占到二成，僅次于航空公司自身以及天氣原因。在北京、上海等主要機(jī)場，因空管原因造成的延誤實(shí)際上還要遠(yuǎn)高于這個(gè)比例。目前，中國航線流量擁堵主要發(fā)生在“三點(diǎn)”（北京首都機(jī)場、上海虹橋/浦東機(jī)場和廣州白云機(jī)場）和“三線”（京廣線、京滬線和廣滬線）。從規(guī)模上而言，中國航空運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量躋身世界第二，已經(jīng)成為世界民航大國。但還不是一個(gè)民航強(qiáng)國，空管能力的滯后就是其中的一個(gè)重要因素。作為空中飛行的監(jiān)管機(jī)構(gòu)，民航局也意識到這種緊迫性。2007年5月，民航空管系統(tǒng)正式啟動了空管體制改革，尤其特別關(guān)注：民航空管新技術(shù)應(yīng)用。此次改革的基本思路是“政事分開、運(yùn)行一體化”，即民航局空管局、地區(qū)空管局的空管行業(yè)管理職能與運(yùn)行職能實(shí)行分離，行業(yè)職能交由總局和地區(qū)管理局行使；民航局空管局和地區(qū)空管局行使業(yè)務(wù)管理與運(yùn)行職能，實(shí)行垂直管理，實(shí)現(xiàn)一體化運(yùn)行。勾勒“空中高速”實(shí)際上，空中交通管理早已經(jīng)成為一個(gè)世界性難題。在新的空管構(gòu)架中，ADS—B（廣播式自動相關(guān)監(jiān)視）技術(shù)的作用至關(guān)重要。裝備ADS—B機(jī)載電子設(shè)備后，飛行員可以根據(jù)GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）閱讀自己的位置，然后將自己的位置、速度、機(jī)型和路線等，向其他飛機(jī)和方圓270公里范圍內(nèi)的地面控制中心廣播；這樣飛行員和地面管制人員都可以實(shí)時(shí)了解所處空域的交通情況，飛機(jī)之間距離就可以更近，因?yàn)镚PS的精度可以達(dá)到100米以下，甚至30米左右。借助這套系統(tǒng)的幫助，飛行員還可以自己根據(jù)交通狀況選擇更近的線路，而不是完全依賴于地面控制中心。美國聯(lián)邦航空局新聞發(fā)言人HankPrice透露，2025年前，美國全國380個(gè)雷達(dá)都將逐步被取代，屆時(shí)“將處在一個(gè)新的空管網(wǎng)絡(luò)中”。采用ADS—B的機(jī)場，每45秒鐘即可起降一架飛機(jī)，每條跑道的起降能力可以比現(xiàn)在增加25%。中國式選擇和已經(jīng)準(zhǔn)備從陸地向太空過渡的歐美空管體系相比，擺在中國空管體系面前的道路無疑更加漫長。畢竟，對于我們這個(gè)擁有廣闊領(lǐng)空的國家而言，雷達(dá)管制也還尚未實(shí)現(xiàn)完全覆蓋。就目前中國的國情而言，雷達(dá)管制還是最成熟、最可靠的手段；中國近幾年的發(fā)展方向，還是以逐步普及雷達(dá)管制為主，畢竟相對于程序管制而言，這已經(jīng)是很大的改善了。在“十五"期間（2001年至2005年），隨著北京、上海、廣州三大區(qū)域管制中心的建成并投入使用，中國實(shí)現(xiàn)了70%的空域置于雷達(dá)管制之下。2007年7月，以成都為中心、覆蓋西南地區(qū)的中國第四大區(qū)域管制中心亦開始籌建，預(yù)計(jì)在2015年前正式投入運(yùn)行之后，中國有望實(shí)現(xiàn)大部分區(qū)域的雷達(dá)管制全覆蓋。在中國，雷達(dá)管制技術(shù)本身，通過軟件更新等也還存在進(jìn)一步提升的空間。2007年11月22日零時(shí)起，在中國所有飛行區(qū)8400米到12500米高度的空域范圍中，飛機(jī)間的垂直間隔從600米縮小到300米。在縮小垂直間隔后，可以飛行大型客貨機(jī)的飛行高度層將由以前的6個(gè)增加到13個(gè)，航空空域的利用率可以增加1倍以上。這次縮短垂直距離，就得益于軟件更新帶來的技術(shù)改進(jìn)。但考慮到安全性，實(shí)際上不會那么大，大致可以提高20%到30%。顯然，僅僅依靠現(xiàn)有的雷達(dá)管制，注定難以滿足中國長期的航空發(fā)展對空管體系的需求。因此，在中國民航局的規(guī)劃中，除了在東部地區(qū)飛行密度較大的航路推進(jìn)區(qū)域?qū)Ш剑≧NVA/RNP）航路、在西部地區(qū)及極地航路開展高頻數(shù)據(jù)鏈試驗(yàn)，以及建成以北京、上海和廣州三個(gè)節(jié)點(diǎn)為主要框架的航空電信網(wǎng)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)之外，也強(qiáng)調(diào)要通過試點(diǎn)逐步推進(jìn)ADS-B的應(yīng)用。目前中國正在研究美國和歐洲的做法，探討如何建設(shè)自己新一代空中運(yùn)輸系統(tǒng)。但在業(yè)內(nèi)人士看來，由于這一系統(tǒng)涉及到的部分相當(dāng)龐雜，要真正實(shí)施起來，我們還有很長的路要走。當(dāng)然，在技術(shù)層面的制約，在將來有望隨著中國二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的成功運(yùn)行，以及和空管系統(tǒng)相關(guān)新技術(shù)產(chǎn)品的成熟得以緩解。一位民航局空管局領(lǐng)導(dǎo)曾表示，“十三五"（2016年到2020年）期間，中國將在全國范圍內(nèi)建設(shè)新一代星基（基于衛(wèi)星導(dǎo)航）空中交通管理系統(tǒng)，以達(dá)到歐美等先進(jìn)國家的管理水平。這樣，在2020年至2030年期間，中國將逐步形成新一代空管運(yùn)行體系?；谛阅艿膶?dǎo)航(PBN)與機(jī)場建設(shè)隨著民航的快速發(fā)展，航班流量的不斷上升，空域資源日漸擁擠，航空器的運(yùn)行環(huán)境日趨困難，基于性能導(dǎo)航(PBN)正是在這一社會需求和技術(shù)發(fā)展背景下產(chǎn)生的。PBN充分利用當(dāng)代飛機(jī)的全部潛能，按照精確定義的航路飛行，無需依靠地基無線電導(dǎo)航信號，在提高飛行安全、增加空域容量、節(jié)能減排等方面有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會價(jià)值。在航空飛行中，傳統(tǒng)導(dǎo)航是利用地面導(dǎo)航臺信號，通過向臺或背臺飛行實(shí)現(xiàn)對航空器的引導(dǎo)，航路劃設(shè)和終端區(qū)飛行程序受地面導(dǎo)航臺布局和設(shè)備種類的制約。為進(jìn)一步提供空域容量和運(yùn)行效率，滿足航空運(yùn)輸飛行量不斷增長的需求，新航行技術(shù)正亟待被更加系統(tǒng)深入地研究和應(yīng)用。此外，從全球范圍看，現(xiàn)行導(dǎo)航的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，如航空發(fā)達(dá)的歐洲和美國對導(dǎo)航的具體技術(shù)要求也存在差異，這為全行業(yè)規(guī)劃和發(fā)展帶來困難。隨著航空器機(jī)載設(shè)備能力的提高以及衛(wèi)星導(dǎo)航等先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展，國際民航組織(ICAO)提出了“基于性能的導(dǎo)航PBN(PerformanceBasedNavigation)"概念，并已經(jīng)與各締約國和有關(guān)國際組織達(dá)成共識，將PBN作為未來全球?qū)Ш郊夹g(shù)的主要發(fā)展方向?；谛阅艿膶?dǎo)航(PBN)是在整合區(qū)域?qū)Ш?RNAV)和所需導(dǎo)航性能(RNP)運(yùn)行實(shí)踐和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上所提出的一種新型運(yùn)行概念。PBN是指在相應(yīng)的導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施條件下，航空器在指定的空域內(nèi)或者沿航路、儀表飛行程序飛行時(shí)，對系統(tǒng)精確性、完好性、可用性、連續(xù)性以及功能等方面的性能要求。PBN是空域概念的有機(jī)組成部分。它與監(jiān)視、通信和空中交通管理系統(tǒng)協(xié)同工作，共同構(gòu)建了空域的概念。在空域的環(huán)境中，PBN運(yùn)行的三個(gè)基礎(chǔ)要素是導(dǎo)航應(yīng)用、導(dǎo)航規(guī)范和支持系統(tǒng)運(yùn)行的導(dǎo)航設(shè)施。隨著航空運(yùn)輸?shù)某掷m(xù)發(fā)展，傳統(tǒng)航路的局限性漸顯嚴(yán)重?；趨^(qū)域?qū)Ш?RNAV)和所需導(dǎo)航性能(RNP)的兩類技術(shù)不依賴于地基導(dǎo)航設(shè)備，可以使航空器在任意兩點(diǎn)之間精確飛行，改善航空運(yùn)行安全，提高運(yùn)行效益，降低運(yùn)行成本和實(shí)現(xiàn)與全球標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一等方面有重要作用。PBN能精確地引導(dǎo)航空器，可以有效促進(jìn)民航持續(xù)安全，增加空域容量，減輕管制員和飛行員工作負(fù)荷，減少地面導(dǎo)航設(shè)施投入和提高節(jié)能減排效果等。顯然，PBN極大地提升了空域運(yùn)行效率，這對減少運(yùn)行成本和提高運(yùn)行的整體經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。此外，PBN的概念體現(xiàn)了導(dǎo)航方式從基于導(dǎo)航源到基于性能導(dǎo)航的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)不僅定義了性能要求，同時(shí)也定義了導(dǎo)航源和設(shè)備的選擇方式，能夠?qū)液瓦\(yùn)行者提供具體的實(shí)施指導(dǎo)。PBN是飛行運(yùn)行方式的重大變革，其更加精確安全的飛行方法、更加高效的空