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  • 我国现代化空管发展方向研究

    卢建涛 编 辑:陈虹莹 2021-11-04 14:02:00

      摘要:改革开放以来,我国空管步入全面快速发展时期,实现了由小到大,由弱变强的历史性跨越。在保障规模、运行品质、人才队伍、技术装备、管理制度等方面,空管已经具备了加快现代化建设的良好基础。面临空管多元化、多层次的发展要求,本文系统梳理了国外空管发展经验,分析我国现代化空管发展的趋势,研究我国现代化空管的发展特征和目标,并提出建设现代化空管的重要方向。

      当今世界正经历百年未有之大变局,新一轮科技革命和产业变革深入发展,国际力量对比深刻调整,全球经济版图全面重塑。空中交通管理是保障航空事业发展的重要基础,事关国家主权、安全和发展利益。当前全球航空市场格局正在加快重构,新的空管运行概念、规则标准和技术装备将主导全球航空业的发展趋势。以下一代航空运输系统、单一天空等计划为代表,欧美国家正加快争夺全球空管新规则新标准的主导权和话语权,空中交通日益成为国际航空竞争领域的新焦点。

    一、国际空管发展经验

      欧美为了确保其全球航空业领导地位、满足不断增长的航空需求和运行多样性的要求,过去60年,欧美不断创新运行概念和空管技术,持续升级改造空管系统,提升空域系统的运行容量和效率。欧洲空管持续推进一体化运行、协同化指挥、集成化管理,实施了高空空域服务、集中流量管理、欧洲单一天空及其空管研究项目SESAR、网络管理机构现代化改造。美国空管按照管制设备自动化、管制系统集成化、管制手段数字化、管制服务精准化的发展路径,经历了半自动化空管系统建设、国家空域系统现代化、下一代航空运输系统计划、升级国家空域系统及落实NextGen解决方案等阶段。

    (一)GANP

      2005年,国际民航组织ICAO为指导“新航行系统”的发展和实施,提出了《全球空管系统运行概念》,2012年,ICAO更新了《全球空中航行计划》(GANP),目前已更新至第六版,全球技术层⾯包括两个技术框架,即基础建设组块(BBB)和航空系统组块升级(ASBU)。ASBU以运行改进为核心,以现有空管技术和新技术应用为手段,提出了机场运行、全球互用的系统和数据、最佳容量和灵活飞行、高效的飞行轨迹等4个性能提升领域,每个领域由多个提升路径组成,并根据实现阶段分布在4个组块中,共构成52个模块。中国民航已实施了ASBU中的部分内容,并规划了将实施ASBU中的大量内容,开展了ADS-B、陆基增强系统、SWIM、持续下降进近和持续爬升运行等技术的研究。“航空系组块升级”(ASBU)描述了全球空管系统在未来将如何运行,以引导技术的发展和应用,并对空中交通管理的目标进行了定义,将空管系统建设为一套更为智能的系统,飞行员在该系统中可以更充分地使用各类先进技术,极大地提高态势感知能力,从而能更好地选择飞行路径。

    (二)NextGen

      2005年,FAA开始规划“下一代航空运输系统(NextGen)”,为航空业的变革进行准备,勾画出未来航空运输系统的蓝图。NextGen将建立一个灵活高效的空管系统作为重要目标之一。美国下一代航空运输系统(NextGen)的核心技术包括广播式自动相关监视(ADS-B)、数据通信(Data Comm)、航路自动化系统现代化(ERAM)、终端自动化系统现代化更新(TAMR)、NAS语音系统(NVS)和系统广域信息管理(SWIM)等。根据NextGen的计划,到2025年,美国的航空运输系统将足以满足空中飞行的各类机型组合的需要,为旅客和货主提供更多的选择。同时,未来的系统还将保证各种情况下(除最差气候外)航班飞行的安全,极大地减少旅客的中转时间。

    (三)SESAR

      为应对持续增长的航班需求、日益增长的环保需求、空域新用户角色需求带来的挑战,在“欧洲单一天空(SES)”的计划框架内,欧洲制定了空中交通管理总体规划,定义了ATM现代化重点和确保实现欧洲单一天空空中交通管理研究(SESAR)目标概念的主要规划工具,从高层视角详细说明了为了实现高性能ATM系统所需要的开发和部署优先事项,并给出了解释原因以及何时实现的目标。SESAR的目标旨在为欧洲提供一个适应21世纪的ATM系统,能够安全有效地处理空中交通的增长和多样性,改善环境性能,实现所有ATM利益相关者之间强有力的合作,应对不断变化的航空形势。SESAR规划设想所有空中飞行器的一体化运行,具有更高水平的自动化和数字连接,同时更加完备的空中交通管理自动化支持,体系架构演变趋势如下图所示。

     

      图1-2欧洲空管系统创新规划

      根据预测,欧洲2035年每年飞行量将超过1600万架次,美国2035年商业航班保障需求将达到2340万架次,通航达到2800万架次。为应对未来挑战,欧洲将以数字生态系统、全空地系统集成、分布式数据服务、高水平自动化为支撑,实现欧洲天空数字化的目标。美国将通过下一代航空运输系统升级改进国家空域系统,全面实施基于航迹的运行,提高国家空域系统的总体容量、性能、效率和可预测性,保持美国在全球航空业的领导地位和经济竞争力。

      对标欧美航空发达国家的发展基础和未来布局,我国空管发展可按照数字化、一体化、智能化的发展思路(一体化是基础、数字化是手段、智能化是方向),以空管数字化转型为契机,围绕流量管理这个核心,建立满足国家交通运输发展需求的空管技术体系、能力体系和服务体系,推进空管设备国产化、空管技术研发原创化、空管运行概念验证自主化,实现空管现代化,支撑航空强国战略。

    二、我国空管现代化发展趋势

    (一)发展要求

      在新发展阶段,随着国家加快构建新发展格局,我国空管面临新的时代要求。一是要更加突出创新的核心地位,注重空管的创新驱动和智慧发展;二是要更加突出统筹协调,注重民航运输、国防建设、航空产业和区域经济的协调发展;三是要更加突出绿色发展,注重空域资源的集约使用和空管运行的节能环保;四是要更加突出高水平对外开放,注重对外互联互通和交流合作;五是要更加突出共享发展,注重建设人民满意空管,满足人民日益增长美好生活需要。

      在发展需求方面,空管在保障规模、业务结构、运行场景等方面均面临新的要求。未来十五年我国航空运输市场仍将处于持续较快增长的发展阶段,预计到2035年,旅客吞吐量达到34亿人次,货邮吞吐量达到4100万吨,运输飞行保障架次需求将超过2500万架次,主要枢纽机场和机场群空管运行保障压力将大幅增长。同时,国防和军队加快现代化,要求加强练兵备战,面向实际作战要求的高频次、高强度、高标准的战备飞行训练成为常态,这对空管军民协同运行和平急转换相应能力提出新要求。通用航空、无人机等新兴业务加快发展,空域运行场景日趋多元和复杂。

    (二)发展方向

      当前和今后一个时期,我国空管处于重要的发展战略机遇期。我国进入高质量发展新阶段,开启了全面现代化建设的新征程,制度优势显著,经济长期向好,市场空间广阔,发展韧性强劲,为我国空管高质量发展奠定了强大的综合国力基础。民航强国、百年强军、交通强国、航空强国等战略深入推进,为我国空管加快现代化提供了广阔的发展空间。新一代科技革命影响深远,全球空管正处于技术变革的关键阶段,为我国空管加快自主创新提供了千载难逢的战略窗口期。空域资源瓶颈凸显,空管发展不平衡不充分问题日益突出,我国空管深化改革正步入深水区。

      我国空管正进入国际竞争加剧、资源瓶颈突出、运行复杂多元、技术变革加快、全面深化改革的发展新阶段,亟待加快推进空管理念、技术、运行和治理现代化,加快打造安全可靠、协同高效、智慧先进、绿色集约的现代化空中交通管理体系,实现由依靠传统要素驱动为主向更加注重创新驱动转变,由军民空管相对独立发展向更加注重协同融合发展转变,由关注空管运行保障为主向更加注重空管战略引领作用转变。

    三、我国现代化空管发展特征和目标

    (一)现代化空管的标志性特征

      现代化空管将是由体系机制和科学技术推动的,实现在安全、效率方面的大跨步和新升级。现代化空管的标准性特征主要可概括为四个方面内容,即安全管理结构化、空域统筹一体化、业务系统数字化、效率服务智能化。

      安全管理结构化特征指空管采用系统化安全管理思想,完成由非结构化安全管理向结构化安全管理转变,实现安全政策、风险管理、安全保障和安全促进全过程安全管控,既增强安全管理中单个要素的独立功能,又增强要素间协同作用,大幅提升系统杜绝安全事故、化解安全风险的功能。现代化空管将至少拥有主动的安全风险管理策略,全过程安全风险隐患排查,丰富的安全风险管理工具,积极的安全风险管理文化。

      空域统筹一体化特征指一个国家或多个国家的空域实施一体化统筹管理,建立完善的体系机制,为空域用户提供实时、准确、完整和统一的流量和空域信息服务。现代化空管将实现国家空域统筹管理、分级空域管理体系、军民航协同化指挥机制、面向用户的空域灵活使用机制。

      业务系统数字化特征指完成底层基础设施系统的数字化改造,基于网络化的信息分享交互技术,实现管制手段数字化,通信传输数字化,管制服务数字化。

      效率服务智能化特征指为弥补人感官效能瓶颈,建立更广泛的联通与感知,借助数据挖掘与分析工具、科学模型、运算系统等先进的技术开展机器辅助决策。现代化空管将实现空域/航路流量和航迹预测能力,空域容量得到实质提升,运行效能更高效、更环保。

    (二)现代化空管的发展目标

      依据《国家综合立体交通网规划纲要》以及《新时代民航强国建设行动纲要》目标要求,借鉴GANP、SESAR、NextGen以及我国的民航现代化空管战略(CAAMS)经验,结合我国实际,提出现代化空管建设发展目标和相应指标。

      发展目标:到2035年,基本建成安全可靠、保障有力、经济高效、智能绿色、服务优质的现代化国家空中交通管理体系,建成结构清晰、运行顺畅、灵活高效、容需匹配的航路航线网络,建成空天地一体化、网络化、智能化的设施保障体系,建设结构合理、权责清晰、机制健全、优质高效的运行服务体系,建成覆盖全面、衔接配套的法规标准体系和军地通用的高素质人才队伍,关键核心技术取得重大突破,科技创新能力达到世界先进水平,形成与民航全球运输和军事力量走出去相适应的全球支撑保障能力,国际空管话语权和影响力显著提升,成为民航强国和世界一流军队建设的有力支撑。

      表3-12035年主要指标

    发展指标

    发展目标(2035年)

    安全可靠

    杜绝空管原因造成的航空器事故

    空管原因征候万架次率小于[0.0005]

    保障有力

    保障航班起降2500万架次

    枢纽机场容量较2019年提升140%

    经济高效

    航班正常率≥80%

    航班平均延误时间小于10分钟

    空中交通管理生产效率较2019年提升X%

    智能绿色

    空管主要设施国产化率达到100%

    空管系统实现全要素全周期数字化

    航路非直线系数下降5%

    航班运行每吨公里碳排放减少5%

    服务优质

    为各类用户提供全面、经济、可预测的空中航行服务

    四、我国现代化空管发展重要方向

      空管发展面临多元化、多层次的发展要求,空管现代化建设面临资源条件、技术水平、人才队伍和组织管理等方面的迫切要求。一是超大规模、复杂运行条件下确保空管运行安全可靠。二是有限空域资源条件下多用户、多场景的精准高效配置。三是新发展形势下空管技术创新自主能力和安全可靠性。四是高素质专业人才队伍对空管发展的战略支撑能力。五是适应空管发展新阶段的空管治理体系和治理能力现代化。

      结合我国空管发展所面临的挑战和要求,本文提出几点我国空间现代化建设的重点方向。

      一是运行高效安全。面对航空领域快速增长的、多样化的飞行需求,智慧空管以更加高效的时空资源利用率和智能化的调度服务能力,实现容量与需求的动态平衡,运行效率显著提升;同时随着新技术的使用,提升保障大量空中用户的飞行间隔安全,安全系数再提高1-2个数量级。二是服务弹性灵活。面对更加多元的空域用户与持续增长、多样化的空中交通服务需求,空管提供更加灵活、及时响应、弹性适变的各类服务,实现资源的有效利用,提升面向行业内外延的服务体验。三运行精准可预测。面对气象、人因、突发事件等多种要素给航空运行造成的大量不确定性,空管实现精准计算、科学预测各类影响,将航空器的时间预测精度提升到秒级,时空资源得到充分高效地利用,运行安全与效率提升1-2个数量级。四多方高效互操作。随着空地高效通信互操作、军民航深度融合、空管机场航司一体化大运行等趋势发展,空管将解决多方协同效率不高的问题,祛除信息壁垒,达到一致认知理解,获得“1+1>2”的体系效益,实现资源高效利用和多方共赢,全面提升航空运行能力。五是数据驱动科学治理。充分高效的数字化转型、数据治理与数字资产的累积,将使整个行业步入以数据驱动的良性发展模式,实现管理、运行、运维、培训、安保等多个层面的科学治理与智能决策,为决策者提供数据信息支撑,使管理决策过程更智能、更精细和更科学。六是核心技术与装备国产自主可控。随着5G、北斗卫星、国产飞机等核心技术与装备的不断发展进步,民航领域国产自主可控比例显著提升,为空管现代化的建设实施提供强大助力。(作者:卢建涛)