摘要：国际民航界都在积极开展基于航迹运行（TBO）相关技术研究、设备研制和示范验证活动，尽管对TBO的运行概念和发展方向有了相对统一的认识。然而TBO具体实施的运行程序、技术规范和设备标准等尚未成熟，需进一步明确基于航迹运行需求，梳理TBO相关方能力需求和技术需求，推进TBO的实际应用。

　　一、背景

　　2019年国际民航组织（ICAO）发布了第6版《全球空中航行计划》（GANP），将改进领域分成信息（气象、情报、全系统信息管理和协作环境下飞行和流量）、运行（流向管理、间隔管理、场面运行、跑道排序）和技术（通信、导航、监视）三个领域，其中将TBO作为运行领域各类引线的总集成和最终实现目标，并计划在2031 年后在全球推广应用[1]。

　　二、基于航迹运行概念

　　2020年，民航局空管局正式下发《中国民航空管基于航迹运行概念》，里面将TBO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信息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。

　　三、基于航迹运行关键要素

　　在基于航迹运行中，需要相关参与方协同决策，形成满足各方需求的商定航迹，并进一步对商定航迹进行共享、管理和使用[2]，需要重点考虑以下三个方面：

　　（一）空域用户

　　在基于航迹运行中应尽可能满足空域用户的需求，在确定商定航迹时尽可能不影响空域用户的偏好航迹，同时在空管服务单位提出航迹修正需求时，也应考虑空域用户的航班限制和运行约束。

　　（二）航迹管理规则

　　不同的参与者基于各自的目标对商定航迹提出修订建议，需要定义一个高效的、收敛的协同过程，以确保这些建议能够满足所有目标。这个过程需要明确目标优先级，并基于协同决策（CDM）准则，智能化的给出可行的航迹解决方案。航迹管理规则必须解决不同参与者间的交互，至少包含：

l相关参与者的输入内容、权限和数据所有权规则；

l商定航迹更新、共享和修订的标准；

　　l协商过程中信息交互模式和时间约束；

　　l确保协商过程中航迹一致且对所有参与者都可见的机制；

l当航迹建议在参与者间发生冲突，应该确定仲裁代理人和优先规则。

　　（三）不确定性管理

　　由于气象预测、撤轮档时间变化、军事活动、航班间相互影响等导致不确定性，在基于航迹运行中，需要通过以下方式减少航班运行不确定性：

　　l通过数字化交换信息，提高信息交互准确性和时效性；

　　l通过获取更加准确的预测数据，提高航迹预测精度；

　　l通过商定航迹，确保各参与者间共同唯一的参考，提高情景意识；

　　l通过使用基于性能的通信、导航和监视，提高航迹的执行精度。

　　四、能力需求

（一）空域用户能力需求

　　为了支持TBO运行概念中的各种程序，空域用户需要具备以下能力：

l起飞前空域用户航迹协商-在空中交通管制（ATC）介入前，空域用户有能力参与商定航迹的制定和后续修订；

l航班执行中空域用户航迹协商-在航班执行中，空域用户（包含驾驶舱和运控中心）有能力参与商定航迹的修订；

　　l航迹参数提供-空域用户给空管服务单位提供信息，以提高地面航迹预测精确性；

l航空器接收和执行许可-航空器有能力接收和执行ATC许可和相关修订，以实现端到端的商定航迹；

l提供航空器生成航迹-空域用户能够周期性、按需或按事件提供机载生成的预测航迹，并符合容差要求；

l精确许可执行-在TBO环境中，根据空中交通管理（ATM）性能需求ATC许可会被指定相应的执行精度。在执行此类许可时，航空器需有能力控制航迹在规定的精度范围内。

（二）空管服务单位能力需求

　　为了支持TBO运行概念中的各种程序，空管服务单位需要具备以下能力：

　　l起飞前航迹协商-空管服务单位有能力参与起飞前航迹协商，包括约束反馈，最终与相关方形成商定航迹；

l航班执行中航迹协商-在航班执行中，空管服务单位有能力参与航班商定航迹的修订，且空管服务单位需要在航班进入其管制空域前，即能参与相应航班航迹的协商；

　　l使用所提供的航迹参数-空管服务单位有能力使用空域用户所提供的航迹参数来提高地面航迹预测精度，并考虑空域用户航迹偏好；

l创建和交付TBO许可-根据端到端的商定航迹，空管服务单位有能力创建和交付ATC许可；

l使用机载预测航迹-空管服务单位有能力接收机载预测航迹，并通过这些信息提高航迹预测精度。同时，空管服务单位可以指定更新类型和相关参数（周期、按需、相关容差要求），并更新预测航迹；

l精确许可创建和交付-空管服务单位有能力对许可执行精度提出要求，通过相应的数据传输标准交付这些许可。

五、技术需求

　　TBO是一项技术综合性强的复杂系统工程，涉及飞行计划、流量管理系统、管制自动化系统、数据链系统以及机载航空电子系统设备的升级改造[3]，在分析TBO运行对空域用户和空管服务单位能力需求的基础上，从通信、导航、监视、信息管理和航空电子设备等维度梳理了TBO运行所需的关键技术，如下图所示。

　　图5-1 TBO所需支撑技术

　　（一）通信技术

　　1.管制员和驾驶员数据链通信（CPDLC）

　　管制员和驾驶员数据链通信，主要是管制员与飞行员之间利用数据通信代替话音通信进行空中交通管制。管制员和驾驶员数据链通信可以弥补话音通信的信道拥挤、误解、信号听错、信号失真、信号破坏等缺点，以文本形式为飞行员提供当下的管制信息。通过CPDLC，TBO概念下的端到端航迹许可能够上传到航空器驾驶舱，获得驾驶员许可之后加载到飞行管理系统（FMS）进而执行。自动化加载的数据通信能够提供比话音通信范围更广阔的航迹许可，而且能够确保地面和航空器自动化系统准确地接收许可，在许可的传输和执行过程中无需更多的人工操作。

　　2.基于性能的通信（PBC）

　　基于性能通信的应用能够确保航迹许可在交付和确认时满足完整性和及时性要求，以保证所提出的航迹改变在有效期内。不同的业务功能可能需要不同的所需通信性能，例如，起飞前需求与容量平衡（DCB）功能组件所提出航迹改变的通信需求要远远低于冲突管理（CM）功能组件所提出改变的通信需求。

　　（二）导航技术

　　1.基于性能的导航（PBN）

　　基于性能导航程序的应用，可以根据当地ATM性能需求（吞吐量等）来定制航空器导航的精度需求，能够确保在不同性能需求的空域和运行方式下，航空器以相应精度沿着商定航迹精确飞行。

　　（三）监视技术

　　1.广播式自动相关监视（ADS-B）

　　通过广播式自动相关监视（ADS-B），航空器可以将状态信息（位置、高度、速度）传输给地面系统及其他航空器，形成空地、空空更精准的态势感知，从而进行更精确航迹预测、商定航迹的一致性监视和自主间隔保持。

　　2.合同式自动相关监视（ADS-C）

　　ADS-C能够将机载系统收集的位置、高度、速度、意图和气象数据等，利用下行数据链设备，以报告的形式周期、按需或按事件等方式发送给与航空器建立合约的空管服务单位。在TBO运行中，需要通过ADS-C向地面发送航空器计算的未来128个航路点信息，能够协调地面和空中意图，提高情景意识。

　　3.基于性能的监视（PBS）

　　基于性能的监视明确了给定空域下航空器按照指定方式运行监视数据传输时间、连续性、可用性、完好性、精度、安全性等方面的性能要求。对不同运行概念、不同服务类型，将制定相应所需监视性能（RSP）的规范，在TBO中，能够提高航迹一致性监视能力。

　　（四）信息管理

　　（1）协作环境下的飞行和流量信息（FF-ICE）

　　协作环境下的飞行和流量信息描述了ATM功能组件之间共享航班信息的概念，定义了信息交换模型，包括航班信息交换模型（FIXM）、航空信息交换模型（AIXM）和气象信息交换模型（IWXXM），保证全球信息交互的一致性，FF-ICE所提供的信息共享环境正是TBO运行的基础，其支持以下TBO的功能：

　　l离场前后的航迹协商；

　　l功能组件之间航迹信息协调；

　　l提供航迹参数、空域用户限制、空域用户优先意愿等。

　　（2）全系统信息管理（SWIM）

　　全系统信息管理为FF-ICE中描述的协同信息环境提供了技术基础，通在空管服务单位间建立全球性联系，使信息在整个系统范围内可用，支持参与者之间更广范围的数据交换。

　　通过空-地SWIM连接的航空器，能够使得空域用户在接受和传输SWIM信息的时候，通过电子飞行包进行航迹协商。在向TBO过渡的混合环境下，空-地SWIM为下游的空管服务单位提供了航迹修订的机制。

　　（五）航空电子设备

　　1.飞行管理系统（FMS)

　　基于航迹运行需要地面和空中协同运行，协同的基础就是机载端基于相关方约束、飞行计划、航空器实时重量、高空风、温度等状态信息计算的四维航迹。同时，航空器飞行管理系统必须能够提供面向定时到达的飞行引导能力，且通过飞行系统误差实时评估进行航迹运行自检验，在满足所需到达时间（RTA）的约束条件下，实现定时到达的精准飞行引导。在TBO运行中，应具备以下功能：

　　lFMS能够接收端到端的航迹许可；

　　lFMS需在精度范围内执行商定航迹；

　　lFMS预测的航迹可以下传到地面系统进行同步。

　　2.电子飞行包（EFB)

　　结合空地SWIM技术，驾驶员通过电子飞行包能够获取SWIM系统中共享的信息，并用于分析和图形化显示。同时，电子飞行包允许航空器和所有相关空管服务单位及具备条件的航空公司运行控制中心进行航迹协商。在向TBO过渡的混合环境下，空域用户可能需要通过与空/地SWIM相连的电子飞行包，来完成与下游空管服务单位之间的航迹协商。

　　为尽快推进我国民航TBO的研究与应用，在明确基于航迹运行需求的基础上，应进一步开展以下工作：一是研究建立TBO的管理和运行体系，明确组织机构、相关方职责及系统设备组成等；二是研究建立TBO运行机制，明确航迹更新、共享、修订标准、信息交互模式、决策机制等；三是研究构建一个整体、合作和协同的决策环境，各参与方在信息共享的基础上实现协同决策；四是研究建设一套TBO运行管理规范体系，包括TBO运行程序、管理规定和相关技术标准。（作者：李鹏）

　　参考文献：

　　［1］齐雁楠，乔竞萱，乔秀成，牛蕾.基于航迹的运行——通向未来空管之路［J］.中国民用航空，2018，（007）

　　［2］索宇，张江，李建秋.基于航迹的空管运行模式综述［J］.电子世界，2019，(04)

　　［3］杨莜，江波.基于航迹的运行：未来航空运行模式新理念［J］.中国民用航空，2013，151（004）

　　［4］翟小虎. 规范的导航数据是四维航迹运行的基石［J］.民航学报，2018，2（06）