面向未来空管卓越人才培养的专业平台建设

[摘 要] 南京航空航天大学空中交通管理专业是为了适应我国空中交通发展的迫切需求，以培养专业知识过硬、工作能力突出、综合素质超群的空中交通管制人才为目的创办的。阐述南京航空航天大学空中交通管理专业在开设前瞻性、创新性和研究型的实验实训课程方面，通过平台建设与平台应用，建立了较为完善的空管卓越人才培养体系，为培养具有实践能力、创新精神和国际视野的具备强大发展后劲的空管卓越人才奠定了基础。

[关键词] 空中交通管制;专业平台建设;实践教学;基于航迹运行

[基金项目] 2020年度国家自然科学基金资助项目“基于四维航迹管理的终端空域进离场协同调度研究”（U1933117）

[作者简介] 张军峰（1979—），男，江苏盐城人，博士，南京航空航天大学民航学院副教授，主要从事空管自动化与智能化研究。

[中图分类号] G645    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）41-0068-04    [收稿日期] 2021-04-01

一、引言

我国民航运输业历经百年发展，航空运输业不断参与到全球社会政治经济文化的互动中，成为新时代国民经济的发展引擎，在建设现代化强国的战略地位不言而喻。民航空管作为民航体系的核心，在民航运输业快速发展的进程中责任重大、作用突出、地位重要。然而，空域可用资源限制已经成为制约民航发展的首要因素。为此，加快推进“四强空管”尤为必要[1]。

南京航空航天大学的空中交通管制专业致力于培养具备过硬的专业知识、突出的工作能力、出众的综合素质的空中交通管制人才，该专业根据教育部卓越工程师培养计划的工程教育理念，发挥南京航空航天大学“航空、航天、民航”三航的学科专业特色，坚持“立足民航、依靠民航、服务民航”的行业服务精神，增强学生服务国家的社会责任感与勇于探索的创新精神。在我国处于迈向“民航强国”的关键时期，推进“四强空管”建设的重要关隘，如何通过专业平台建设，不断完善空中交通管制专业学生的知识体系结构，使学生的工程意识、工程素质和工程实践能力得到提升，是亟须解决的课题。鉴于此，面向未来空管卓越人才培养的专业平台建设应运而生，通过建设专业平台，开设前瞻性、创新性和研究型的实验实训课程，以期满足民航科技进步和现代化管理的需要，培养具备强大发展潜质的空管卓越人才。

二、基于航迹运行的管制理念

（一）基于航迹运行概念

基于航迹运行概念（TBO）出自国际民航组织《空中交通管理运行概念》：“空管系统将考虑所有飞行阶段内有人或无人驾驶航空器的飞行轨迹，并对该轨迹与其他轨迹或危险因素（气象、地形和障碍物等）之间的相互影响实施控制，并尽可能使其与空域用户申请的飞行轨迹保持最小偏离，同时实现全局最佳运行结果”。TBO的本质是以航迹信息为媒介，实现覆盖整个空管系统的精细化的协同决策。

（二）基于航迹运行现状

国际民航组织于2012年推出了“航空系统组块升级”（ASBU）。ASBU中对于TBO的发展路线主要体现在“高效的飞行航迹”，通过采用先进概念和技术来提高全球空管的决策支持能力。

美国发布的《NextGen计划运行概念》通过在空管、航空公司、航空器之间共享航迹动态信息，实现协同决策。为了验证TBO的能力，美国联邦航空局在图塔科马国际机场进行了大批次的飞行试验。欧洲TBO的实现分为三阶段：第一阶段，通过基于时间运行使欧洲的空管系统同步;第二阶段，形成基于航迹运行的空管系统;第三阶段，基于性能运行，以网络为中心建成空/地协同的空管系统。欧洲分别于2012年与2019年开展TBO的先期实验——i4D的验证工作。中国民航局空管局于2017年成立了TBO工作组，对TBO运行进行论证。2019年3月，中国民航局在天津—广州往返航路上开展了i4D飞行试验[2]，结果表明：i4D飞行显著提高了空中交通管理的时间分辨率，有利于提前排解空域拥堵并降低延誤。

三、基于航迹运行的平台建设

（一）平台组成

基于航迹运行的平台建设内容包括：航行资料、导航数据库、地理空域基础信息数据库;甚高频、卫星等的地空通信数据链模块;ADS-B以及多种数据融合的监视模块;空中交通管制模拟模块;飞行管理系统模块;以及电子飞行包模块。其组成如图1所示。

（二）平台功能

根据基于航迹运行流程及运行需求，基于航迹运行专业平台主要包含三个模块[3]：飞行管理系统模块、空中交通管制模块和地空通信数据链模块。

飞行管理系统模块：即综合飞行训练器，如图2所示。综合飞行训练器负责为飞行员提供人机界面，支持飞行员初始化建立与管制工作站的通信传输，支持上行和下行报文的显示功能，帮助飞行员完成对管制指令的请求、应答回复、报警提醒等功能。综合飞行训练器的飞行管理系统还应确保具备所需到达时间（RTA）的参考轨迹的生成功能。

地面空管模块：鉴于传统语音管制由于存在误听、误记、服务覆盖范围小等问题，因此数字化管制工作站成为支持基于航迹运行的地面管制自动化系统核心。一方面，在基于航迹运行管制过程中，管制员与飞行员在较短的时间间隔内需要交换较多关键信息，如由空到地的预计到达时间（ETA）、由地到空的优化到达时间（STA）信息等。另一方面，优化到达时间（STA）的获取需要地面空管模块具备进场排序与调度的功能。

地空通信数据链模块：负责（1）与地空数据链网络进行通信，维护链路，发送和接收上下行管制报文;（2）接收RTA数据（即地面空管模块提供的STA信息），并对RTA信息进行分析和校验。

（三）关键技术