推进我国民航基于航迹运行的分析

□ 第26 期民航局空管局党校班第1 行动学习小组/文

空管系统在保障空中安全、维护空中交通秩序方面发挥着核心作用。随着全球民航运输量的持续增长，空中交通管理面临着巨大挑战，迫切需要通过新技术应用、改进空管运行方式，以提升空管系统保障能力和运行效率，而基于航迹运行正是近年国际民航界提出的一套系统级解决方案。本文以“推动基于航迹运行”为研究对象，通过我国民航与欧美民航的实践对比分析，对推进我国民航基于航迹运行提出相关建议。

基于航迹运行综述

（一）基于航迹运行的概念

早在2005 年，国际民航组织发布的第一版《全球空管运行概念》描述了未来全球空管的运行理念：“空管将考虑到所有飞行阶段内有人操控或无人操控航空器的飞行航迹，并对该航迹与其他航迹或危险间的相互影响实施控制，以便在可能情况下与空域用户申请的飞行航迹保持最小的偏离，实现全局最佳结果”。

“飞行航迹”性能改进领域主要由基于航迹的运行、连续下降运行、连续爬升运行、遥控驾驶航空器四个部分组成。目前，欧美发达国家已经在新一代空管系统的发展规划中将基于航迹运行作为核心理念。

基于航迹运行采用先进概念和技术，支持基于4D（纬度、经度、高度、时间）航迹的运行，以增强全球空管决策制定，其强调的重点是为地面自动化系统整合所有飞行信息，以获得最准确的航迹。在空管、航空公司、航空器等相关方之间实时共享和动态维护航迹动态信息，进而实现多方协同决策。所谓4D 航迹是由一连串的点连接而成的飞行路径，每个点在四个维度上（空间和时间）都有一定的精度要求，并以此描述飞行的运行过程。4D 航迹的航路点上赋予“可控到达时间（CTA）”，各相关方高度协同，确保航空器运行全程“可控、可达”。

（二）基于航迹运行的特点

基于航迹运行与现行运行方式相比，在管理方式方法和计划性方面具有如下特点：

1.精细化

由于引入四维航迹，一方面空域资源的使用和管理由传统的航路、高度层或时刻等单一维度转变为四维时空资源的综合维度，使得未来空管系统对空域资源的使用和管理更为精细化；另一方面，基于航迹运行中强调航空器飞行过程的定时可控到达，到达时间窗口可达到±10 秒的级别，相对于传统的运行，空中交通管理的时间分辨率大大提升。

2.协同化

协同决策是基于航迹运行概念的核心理念，其协同主要体现在运行协同（即参与航班航迹管理与维护的各相关方通过协同的信息环境进行协同决策）、信息协同（即构建综合飞行与流量、气象、情报等各类信息的协同信息环境）、系统协同（即地面系统、地空系统的协同，特别是利用数据链技术实现地面空管系统与机载空管航空电子系统的协同）。

3.可预知

由于信息的高度协同与共享，地面空管系统可以获取得到航空器机载飞行管理计算机系统（FMS）计算的准确的未来飞行4D 航迹，进而可以预知指定空域内未来的运行态势，大大提高空管系统情景态势感知的能力，便于提前开展流量管理工作，消除潜在交通拥堵和飞行冲突。

（三）基于航迹运行的影响

相对于传统运行方式，基于航迹的运行由于航迹规划的全局性、航迹运行的可预测性、航迹管控的精细化、飞行管制的数字化和协同化等特点，可明显提升空中交通运行效能，可降低管制工作负荷。通过预测未来一段时间内的空中交通态势，并对态势演变进行提前预警和处置，可确保飞行安全，提高飞行效率。对于航空公司而言，运用基于航迹运行可增加飞机选择航迹的灵活性，缓解航班延误，提高效益。

另外，基于航迹运行，还可为绿色民航做出贡献，据欧洲民航试验表明，基于航迹运行实施后，平均每航班节省时间8 ～14 分钟，节省燃油300 ～500 千克，减少碳排放948 ～1575千克。

（四）基于航迹运行的意义

在安全方面，基于航迹运行使得空域资源的使用和管理从传统的航路、高度层或时刻等单一维度转变为四维时空资源的综合维度。与相应的先进机载设备集成后，甚至可以实现空空监视。

在效率方面，基于航迹运行可以充分利用空域资源，以高精度的可预知性，使得地面和空中具有相同的空中态势情景意识，并将管制员的工作重心转移到可协调协商的预战术和战术流量管理上，缓解潜在的交通拥堵压力和避免飞行冲突。

在服务国家空域系统方面，基于航迹运行可以向运输航空、通用航空、国家航空器甚至是无人机飞行提供差异化和个性化的空中航行服务。长远看，通过基于航迹运行的智能化实现实时国家空域系统的运行态势评估，使在全空域范围内计算整体最经济飞行路径、最佳燃油消耗量等性能维度运行成为可能。

我国与欧美民航基于航迹运行的进展比较

（一）时间进度

2019 年3 月，民航局空管局组织开展了首次初始四维航迹试验飞行。试验飞行由天津滨海机场飞至广州白云机场，再返回天津，途经6个管制单位，全程3800 多公里。

2020 年5 月民航局空管局发布了《中国民航空管基于航迹运行（TBO）概念》，其中对基于航迹运行定义为：空管、航空公司、机场等相关参与方建立统一的以四维航迹为基础的空中交通态势，通过协同决策对航班全运行周期的四维航迹进行管理，实现航班的精细化运行，提高空管系统运行保障能力和空中交通运行效率。

2022 年1 月，民航局正式印发《智慧民航建设路线图》，其中作为智慧空管核心组成的基于航迹运行，目标是以四维航迹管理为基础，构建以航迹管理为核心的先进空管运行模式，提升战略、预战术、战术层面流量管理能力，推进航班全生命周期的精细化管控，提高安全水平，实现扩容增效。

欧洲和美国在2005 年前后发布了基于航迹运行概念，之后欧洲在2012 年和2014 年开展初始四维航迹试验飞行的基础上，分别于2019 年开展了大规模航迹共享演示验证（DIGTIS），于2023 年完成了ATM 运行改进验证（ADSCESINO）来推进TBO 的研究与应用。

美国于2023 年6 月，利用波音787-8 飞机执行基于航迹运行演示验证活动，飞机从美国西雅图机场起飞，依次飞往日本东京成田机场、新加坡樟宜机场和泰国素万那普机场，最后返回美国西雅图机场，验证过程中收集基于航迹运行相关数据，后期对数据进行处理分析。

从基于航迹运行技术运行概念的制定和发布时间看，中国民航晚于欧美国家十余年的时间；从基于航迹运行验证的时间进度看，中国民航晚于欧洲，早于美国，属于中间水平。

（二）实验广度

2019 年3 月，民航局空管局组织开展了首次初始四维航迹试验飞行。试验飞行充分验证了4D 运行中的空地数字化协同管制、空地航迹共享等能力，并在试验飞行过程中的3 个航路点进行了所需到达时间（RTA）能力的测试，3 个点的RTA 时间偏差均控制在5 秒以内（2 秒、1秒、0 秒），实现定时定点的准确到达控制。

2017 ～2020 年，欧洲SESAR 项目组开展了DIGITS 项目实施工作，采用来自6 家航空公司的91 架飞机进行飞行验证。在欧控、英国、德国和意大利所辖管制区的航路上进行了20000架次航班验证飞行，验证过程中飞机实时下传机载预测航迹（EPP）数据，主要分析EPP 精度和地面系统对于EPP 的应用需求，评估潜在的运行效益。2020 ～2022 年，在DIGITS 项目的基础上，SESAR 实施ADSCESINO 项目，主要聚焦机载预测航迹来改进冲突探测、一致性监视、连续下降和进场管理等空中交通管制相关功能（如图）。在德国、法国、英国、意大利和瑞士等国家的8 航路管制中心进行实时运行验证和基于记录数据事后模拟验证，共执行航班21.8 万架次。

ADSCESINO 项目验证飞行空域图

美国联邦航空局从2020 年开始，联合泰国航空无线电通信公司、新加坡民航局、日本民航局和加拿大导航公司开展跨地区TBO 运行验证，主要结合TBO 运行概念，围绕航迹管理、SWIM、FF-ICE 和AMAN 等TBO 相关运行场景开展验证活动。

从实验广度分析，我国民航的验证广度与欧美国家存在一定差距。民航局空管局开展的首次初始四维航迹试验飞行验证取得了一定成绩，但属于单机验证，缺乏大规模运行验证环节。欧洲开展的DIGITS 项目和ADSCESINO 项目均先后有91 架飞机参与实验，属于多机运行验证，在试验期间收集了大量的运行数据，且下传的机载预测航迹进入了空管自动化系统，并测试了其对流量管理、进港排序、航班一致性监视的改进提升。美国开展的跨地区验证项目为洲际验证项目，多个国家的管制单位均参与其中，并开展了各自的验证内容。

（三）支撑力度

为解决上世纪末不断增加的航班延误问题，同时应对未来可能的航班量快速增长带来的运行压力，美国于本世纪初出台了“世纪再授权法案”，并提出了以基于航迹运行为运行核心的下一代航空运输系统计划（NextGen），为了更好地推进下一代航空运输系统计划研究和实施工作，美国根据“世纪再授权法案”成立了由美国联邦航空局牵头的联合规划发展办公室（JPDO），成员包括：联邦航空局、航空航天局、国土安全部、运输部、商务部、国防部和白宫科学技术办公室。与此同时，成立了一个高级决策委员会，该委员会由参加JPDO 的各单位领导组成，在高级决策委员会的监督下，JPDO 编制了一系列关于未来系统的运行概念、实施计划和技术方案。

上世纪90 年代末，欧洲的航班延误问题达到了高峰，由此提出了“欧洲单一天空”倡议，并于2004 年发布了首个相关法规。为了解决日益严峻的空中交通延误问题以及满足新型空中交通管理解决方案的需求，欧洲理事会根据第219/2007 号条例正式启动了以基于航迹运行为核心技术的SESAR 项目。为了更好地推进SESAR 项目实施，2007 年，欧洲航行安全组织（EUROCONTROL）联合成立了SESAR 执行联合体（SESAR JU），SESAR JU 拥有19 个联盟成员，包括欧洲主要的空管单位、航空公司、机场和科研机构，以及他们在欧洲及其以外区域的100 多家附属企业、合作伙伴和协会等。SESAR JU 通过汇集整个ATM 业界的知识和资源来定义、研究、开发和验证创新的技术和运行方案。

未来的空管运行是空地一体化运行方式，需要空管、航空公司、机场、其他用户开展协同运行。与欧美航空发达国家相比，在推进下一代空管系统的研究和实施过程中，中国民航并未成立跨部门的研究和实施领导小组或工作组，也未联合航空公司、机场、研究机构、空管设备制造商成立技术研发和设备制造联合工作组或联合体，在资源配置和形成合力方面与欧美国家存在较大差距。同时，虽然于2020 年制定出台了《中国民航空管基于航迹运行（TBO）概念》，但后续的工作规划、实施路线图、系统技术方案并未出台，基于航迹运行的研究和实施工作缺乏持续性和连贯性。

（四）信息集成度

未来基于航迹运行首先是基于信息高度集成的运行，欧洲为了更好推进基于航迹运行技术的研究和实施工作，在推进SESAR 项目实施的过程中，也开展了广域信息管理系统（SWIM）的研究工作，目的是为基于航迹运行提供可靠、连续、丰富、准确的信息基础，这些信息包括来源于空管、航空公司、机场的运行类和管理类信息。

美国的情况也类似，美国联邦航空局在推进NextGen 计划实施的过程中，也同步开展了SWIM 技术的研究工作，并成立专项工作组，制定了SWIM 发展计划，编制了SWIM 发展政策，开展了一系列地地SWIM 和空地SWIM 运行验证工作。

中国民航空管与欧美国家相比，启动SWIM研究的时间相差不多，但没有制定SWIM 专项发展规划和发展政策，后续的研究和技术验证工作也长期没有开展，这些都将在很大程度上影响基于航迹运行技术的研究和运行验证。

推进我国民航基于航迹运行的建议

（一）做好顶层设计，明确推进目标

结合国际民航组织发展规划，借鉴欧美国家推进基于航迹运行经验，在行业层面成立相应的推进基于航迹运行的组织机构，明确相关单位职责和工作内容，制定清晰的时间表、路线图，统筹推进基于航迹运行的各阶段工作。

（二）强化战略合作，实现技术突破

成立专门研究机构，加强与航空工业、中国电科等高科技企业以及科研院校的战略合作，继续做好国家重点攻关项目，重点加大对支持基于航迹运行的国产大飞机机载设备研制工作的支持力度，推进新一代地空数据链通信系统的升级改造以及地面空管智能决策支持系统的建设。

（三）深化协同联动，加速信息整合

基于航迹运行涉及航空器运行、空中交通管理、机场航空公司运行等方方面面，建议制定新技术应用工作程序和管理办法，整合现有民航运行系统信息，统筹建设飞行信息管理系统、多方信息互通互融的综合管理系统、基于SWIM技术空管信息协同共享和交换平台，提升各单位协同联动水平。

（四）加强试验验证，完善系统运行

加大试验验证投入，建立实验室，配齐设施设备，投入真机试验，在多航程、多区域、多条件下进行验证，收集海量真实飞行数据，分析基于航迹运行数据应用需求，升级改造现有管制运行系统功能，为基于航迹运行的实际运行奠定基础。（行动学习小组成员：吕维克、晏振祥、马玉莲、杨波、董春霞、高凤武、郝雅琳、武凤民、李俊和、马纯清、李宁）