关于中国民航空管现代化战略技术发展路径的思考

2020-05-10民航局空管局战略发展部裴亮林杨

民航管理 2020年4期

□ 民航局空管局战略发展部裴亮林杨/文

目前，中国民航正朝着“一加快、两实现”的新时代民航强国战略目标迈进，民航空管系统也正处于加快建设“四强空管”、推动空管高质量发展的攻坚阶段。面临新时代民航强国战略进程“转段进阶”的关键节点，牢牢抓住当前国际空管界新一轮技术革命和产业变革的有利时机，大力推进我国航行新技术的研究、验证和应用，加快建设安全高效的现代化空中交通管理体系，是民航空管系统必须承担的历史使命。

国内外相关背景

美国于2004年提出了“下一代航空运输系统计划”（NextGen），随后几年陆续发布了NextGen的运行概念、制定了实施计划并保持滚动更新，其重点任务包括广播式自动相关监视（ADS-B）、数据通信、自动化系统、全系统信息管理等，主要运行改进包括场面运行、低能见度运行、多跑道运行、基于性能导航、基于时间的流量管理、间隔管理等方面。为推动NextGen实施落地，美国开展了国家空域系统（NAS）体系架构设计和基础设施发展路线图的研究与制定，2018年发布的NAS基础设施路线图覆盖了航空器、自动化系统、气象、机场、通信、导航、监视、信息安全等多个领域。

欧洲提出的“单一欧洲天空空管研究计划”（SESAR）是欧洲空管现代化进程的里程碑，旨在构建高效统一的欧洲空中交通管理体系，提升欧洲空域使用的灵活性和空域的运行效率。2009年发布的第一版《空管总体发展规划》描绘了SESAR的运行概念，明确了基于时间的运行、基于航迹的运行、基于性能的运行三个阶段的愿景与目标，其重点任务包括航迹管理、空地信息共享、自由航路、初始四维航迹、网络化运行等。根据SESAR的具体实施进展，欧洲每两到三年对SESAR总体发展规划进行更新，例如最新发布的2020版本中适时增加了无人机交通管理的内容。

2015年，中国民航空管发布了“民航空管现代化战略”（CAAMS），随后又研究出台了CAAMS的体系架构，从总体目标、运行概念、服务能力、基础设施等方面对我国民航空管系统未来发展进行了深入剖析和统筹安排。随着近年来广泛宣传，CAAMS已成为全球范围继NextGen和SESAR之后又一具有重要国际影响力的空管系统发展规划。但是，当时的研究重心偏向于顶层设计，缺少对技术布局的甄别判断和实施路径的时间表。因此，亟需为CAAMS制定更加详尽的实施路线图，来进一步明确我国民航空管未来技术布局和发展脉络，为我国民航空管现代化战略从运行概念层面向实施落地层面转变提供指引。

中国民航空管技术发展路径

要研究制定CAAMS的实施路线图，首先需要明确未来空管技术发展的体系框架，以及研判未来技术的发展方向。从上世纪90年代国际民航组织提出CNS/ATM新航行系统概念，到2003年全球空管运行概念出台，再到2012年全球空中航行计划发布并持续更新，国际民航界对未来航行系统技术体系的理解和认知已经逐步演进到当前的通信导航监视设施与服务、空管运行服务以及协同信息服务领域。随着航空航天技术、卫星技术、新一代信息技术的快速发展，未来我国民航空管技术发展也将呈现出新的趋势。

（一）通信导航监视服务朝着高性能、高精度、空天地一体化方向发展

在通信领域，随着地面空管系统与空中航空器之间信息共享、交互地日益增加，传统地空窄带通信系统面临着更高性能的发展需求，航空系统组块升级（ASBU）中关于通信技术的路线图已经包含机场航空移动通信系统和航路L波段数字航空通信系统等宽带通信新技术，因此未来在飞行全阶段，地空通信的宽带化已是大势所趋。在导航领域，高精度、高可靠性的卫星导航将逐步发展成为主用导航系统，双频多星座卫星导航以及星基、空基、陆基等多基增强技术将是未来发展的重要方向。在监视领域，高精度的无缝监视是各类空管监视系统发展的共同目标。随着航天科技的发展和卫星星座运行技术的日益成熟，利用星基系统的广域无缝覆盖能力和陆基系统的稳定可靠保障能力，实现卫星、航空器、陆基系统之间“空天地一体化”的通信、导航、监视应用将成为现实。

（二）空管运行服务朝着一体化、精细化、灵活化方向发展

在ASBU的模块引线矩阵中，基于航迹的运行（TBO）是各类引线的总集成和最终远景目标。TBO的核心理念是以航空器全生命周期的四维航迹为中心实现一体化和精细化的运行。“一体化”既包括航路、进场、场面运行、离场等不同阶段运行的一体化，也体现在空管、航空公司、机场等不同参与方决策的一体化，还体现在空域管理、流量管理、空中交通管制服务、气象与情报等不同空管业务围绕航迹运行的一体化。“精细化”主要体现在对空管系统运行服务能力和水平的要求，通过精细控制、精准到达来实现对空间和时间资源的精细利用。

“灵活化”则是指随着基于性能的导航、基于性能的通信和监视等理念的应用推广，基于性能的服务（PBS）被认为是未来空管提供服务的一个基本原则，即根据不同性能的需求提供灵活可配置的空管服务。

（三）空管协同信息服务朝着网络化、协同化、智能化方向发展

以全系统信息管理平台（SWIM）为基础的空管网络化信息服务架构，正在逐步替代传统点对点、孤立式的信息服务方式，未来信息管理将从以应用为中心过渡到以数据和服务为中心，为全行业提供共同态势感知。当前，国际民航组织明确将发展基于SWIM的飞行与流量协同信息环境（FF-ICE）作为航行系统的主要性能提升领域之一，计划在全球推广基于FF-ICE的起飞前飞行计划服务，为实现空管、航空公司、机场等不同运行主体之间协同决策奠定基础。未来，随着大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术在空管系统深入应用，可以预见气象、情报等信息服务也将逐步实现智能化、智慧化，为空管运行提供更加灵活高效的决策支持。

基于上述研究与判断，围绕我国民航空管未来技术发展的重点领域和薄弱环节，我们可以分两个阶段来绘制中国民航空管现代化战略的发展蓝图：到2025年重在强基础补短板，重点加强基础信息服务能力建设，重点完善数据链通信、综合导航、多元监视等支撑运行的基础设施，重点提升繁忙机场及终端区运行、全国飞行流量管理等运行能力，有力支撑民航强国建设。到2035年重在全方位促提升，重点构建网络化的协同信息服务环境，重点发展空天地一体化的高性能通信导航监视服务网络，全面推进基于航迹运行的未来先进管制服务方式，具备在多领域引领全球空管发展的能力。当然，在此总目标之下，需要制定更加具体的阶段目标、重点任务、实施路径等内容，本文就此不详细展开。

技术路径的推进特征

空管技术发展日新月异，但我国幅员辽阔，各地区发展不均衡，技术应用的需求也不尽相同，空管技术发展和应用必将长期呈现新旧混合的态势。因此，不能盲目地认为未来新技术将取代所有传统技术，而是需要综合考量安全、效率、性能、成本等因素来具体分析。总的来看，大致可表现为四种推进特征。

（一）产生新型服务

目前，有些传统技术仍然可以满足空管系统现有的运行模式和服务方式。但随着航行技术的发展和空域用户对于容量、效率和灵活性需求的不断提升，一些以新技术为依托的新型服务应需而生。这些新的服务可以提升空域用户的运行效率，从而使空管运行整体性能得到提升。例如传统仪表着陆系统（ILS）可以满足精密进近的需求，但卫星导航地基增强系统（GBAS）可以提供更加灵活的进近轨迹。由此可见，这类新技术应用与传统技术应用并不存在对立和矛盾，可以本着最佳效率最优服务的原则，根据空域用户的实际需求使用不同类型的技术，提供不同性能的服务。

（二）增强现有运行

在各类技术应用中，有些是专注于通过整合相关业务系统和信息，辅以自动化决策工具来提高系统的安全、容量和效率，我们也称之为新技术。这类新技术包括进场管理（AMAN）、离场管理（DMAN）、高级场面活动引导控制系统（A-SMGCS）、协同决策系统（CDM）以及流量管理系统（AFTM）等。这类新技术的发展依赖于运行理念的改进和信息管理的提升，虽然借助传统的技术手段，但是更加强调运行方式的变革，注重人与系统的关系。随着航班量的增加，运行压力逐渐增大，这类技术的使用需求和适用范围将越来越大。

（三）实现优势互补

有些新技术与传统技术相比具备极大的性能优势，但也可能具有先天性不足，传统技术与新技术各具优势，因此两者可以混合互补。例如卫星导航技术具备精度高、覆盖广、成本低等传统导航技术无法比拟的性能优势，但卫星导航自身又有其固有的脆弱性，且较易受到干扰，所以传统的陆基导航技术并不能被完全取代。又如在监视技术方面，ADS-B拥有建设维护成本低、使用寿命长、不受地形限制等诸多优点，与二次雷达相比有非常好的互补性。因此，传统技术与新技术可以在一段时期内混合使用，取长补短，各自发挥优势，用新技术提供高效服务或弥补传统技术的不足，而用传统技术作为新技术可靠性得到验证前的坚实备份。

（四）完全取而代之

有些新技术通过不断迭代和发展，在功能、效率、兼容性等诸多方面得到了大幅提升，与功能类似的传统技术相比具有绝对优势，完全可以取而代之。例如在通信领域，基于互联网通信协议（IP）的地面通信网络已经为空管系统多种业务提供服务，但航空固定电信网（AFTN）的转报系统仍然采用分组交换和异步通信协议。相比而言，未来空管AFTN网络必然逐步向基于IP的航空电信网（ATN）过渡。而在导航领域，基于性能的导航（PBN）已广泛应用，无向信标（NDB）作用逐步弱化，面临逐渐减少甚至被淘汰。这一类新技术应用将是一个循序渐进的过程，可采用停止新建、淘汰替换的更新方法，完成新技术取代传统技术的过渡。