1、下一代空中交通管理的一个重要理念空中交通安全责任向空中转移引言进入 21 世纪，国际民航组织提出了旨在推进全球空管一体化的“空管运行概念”。新的空管运行概念引发了全球性的空中交通管理行业重大变革。“下一代空中交通管理”（NGATM）在世界各地持续升温。 新一代空管系统是什么？是缜密的雷达监视系统？是卫星导航？是航空电信网（ATN）? 是自动相关监视系统？是它们的综合？抑或还有？毫无疑问，任何代表先进生产力发展方向的变革都不排斥科学，不排斥先进技术的应用。但是，相同技术产品的不同组合会发生截然不同效率，关键在于用什么理念来组织系统。当下，航空运输业最活跃的国家和地区，都在尝试采用新技术来构建的“
2、下一代空中交通管理”。尽管系统构架、发展进程各不相同，但是，他们共同追寻着一个颠覆性的空管理念 把更多空中交通安全责任向空中转移。悖论如果从广义“交通” 的意义上去理解，这种责任转移的理念其实是原始交通管理理念的回归。众所周知，道路行车交通靠的是驾车人自己的意识（而不是靠警察的指挥）来判断冲突风险、保持安全间距、避免行车事故。交通安全的责任主要由驾车人承担，而交通警察仅仅承担交通安全的监管责任。驾车人之所以能承担交通安全责任，是由于他具备自主观察和判断所处交通环境的能力，可以采用“See & Avoid”（看见避让）的冲突解脱方法来保证行车交通安全。空中交通的情况却不同，在三维空间飞行的航空器
3、，在大多数情况下（通用航空的小型飞机例外），它们之间所必须保持的安全间隔远大于人的视距范围，飞行员不可能直接用眼睛观察并判断相邻飞机的准确位置和飞行意图，因此无法自主控制飞行间隔和解脱冲突，只能依赖空管员的监视和引导。可见，空中交通是一个“空管员负责制” 的安全责任体系，可以形象地比喻为：盲人驾车，明眼人指挥。安全责任在指挥者，而不在驾车人。在“空管员负责制 ”的体系下，传统空中交通管理系统的发展总是围绕“提高管制能力”这个主题。采取的主要手段是不断改进管制工具，包括：不断采用新技术，改进通信、导航和监视等地面设施；采用多重配置的方法，降低技术设备失效的风险；提高空管自动化程度，把大量管制工作
4、交给机器去处理，以缓解日益繁忙的空中交通为空管员带来的工作负荷和心理压力。然而，传统空管系统的发展过程，并没有从本质上降低空管员的安全责任，相反，随着空中交通流量高速增长，空管员的安全责任正在不断被强化。理念飞行流量持续高速增长和民航空域资源严重不足，是世界航空运输业普遍面临的挑战。在空中交通管理行业，雷达管制技术一度被认为是应对未来挑战的致胜法宝。然而，现实却是空域越来越拥挤，雷达越建越密集，扇区越分越繁杂，空管员的安全压力却越来越接近极限。就连空管技术最先进美国也意识到：即使最完善的雷达监视系统，也难以应对下一代航空运输系统（NGATS）发展的挑战，空中交通必须引进新的管理理念，来克服雷达
5、管制能力的极限。这个新的空管理念就是：Free flying。在我国，Free flying 是一个敏感词，通常我们把它译作“自由飞行”。由于我国空域管理权与民航飞行管理权严格分离，自由飞行与国土防空观念严重冲突，因此，“自由飞行” 从来都是民航空管界一个讳忌莫深的话题。其实，如果深入地探究美国 Free flying 的发展政策，就会发现 Free flying 的概念被严重误读。Free flying 不是随意飞行，美国航空当局一贯遵循所谓“三条腿”原则来维护空域秩序。第一条腿，是包含空域定义和飞行程序的空中交通规则；第二条腿，是包括飞行执行标准和飞行操控性能标准的运行标准体系；第三条腿，
6、是严格的飞机、飞行员资格认证标准体系。Free flying 的真谛是：允许具备规定资格的飞行员，使用符合规定性能的飞机，在精确定义的空域（或航路）内，自觉遵守飞行规则，自主选择最适合的飞行路径。“Free flying”更精确的解释应当是“自助飞行 ”。Free flying 的技术前提是飞机必须具备空中协同监视能力，飞行员可以通过座舱显示器，清楚地感知相邻飞机的位置和飞行意图，自主地保持安全间隔。可见 Free flying 是在飞行员具备交通安全责任能力的前提下，能有效分担地面空管员安全责任的飞行规则。它的核心理念正是：把空中交通安全责任向空中转移。愿景建立飞行员/空管员责任共当的空中交
7、通安全体系，是下一代空中交通管理的美好愿景。实现这种愿景，除了完善地对空雷达监视系统，下一代空管系统（NGATM）的基础设施架构中，还必须引进新技术、程新序、新方法，为增强航空器运行中的境况感知和精确航行提供有效的地面技术支撑。如果飞机能实时地感知自身境况，就能从容地判断冲突风险，自主调整安全间隔，选择避让机动；如果飞机的精确航行能力得到保障，就能始终不偏离预期的飞行轨迹。可以想象，当天空的飞机都能不依赖管制调配自行保持规定的安全间隔，并且有能力沿着预期“管线” 轨迹精确飞行，空管员对飞机运行的干预就会大大减少，空中交通管理就能从容地应对未来更加密集的空中交通的挑战。支撑首先讨论飞机境况感知能
8、力如何获得支撑。机载“空中交通告警和避撞系统” （TCAS ）技术，是目前已广泛应用的境况感知技术。在飞行中，机载 TCAS 能预先感知渐进目标（或称“闯入目标” ）的动向，并提供决断信息，帮助飞行员选择避让机动。TCAS 可以不依赖空管员干预解脱交通冲突，但有赖于飞机间的相互探测，同时采用“问讯应答”交换信息的方式，才能感知周边交通境况。TCAS 的境况感知功能单一，机载装备复杂，安装成本高，通常不适合通用航空飞机选用。因此，TCAS 技术难以在下一代民航运输系统中发挥主导作用。近年来“广播式自动相关监视”（ADS-B）技术异军突起，为增强航空器境况感知能力开辟了广阔的前景。ADS-B 技术
9、是国际新航行系统近 20 年来不断发展的通信、导航、监视技术的综合运用。它集成机载导航系统导出的精准航行数据（包括：身份编码、三维位置、速度矢量、飞行意图等），利用地空数据链通信方式，实时地、自发地、间歇性（每秒一次）对外广播。在地面，用数据链接收机（而不是二次雷达）就可以捕捉监视目标；在空中，相邻运行的飞机通过相互侦听他方广播（而不是相互探测和问讯）就能感知空中交通境况，判断和避免冲突。下一代 ADS-B 技术发展，将进一步开发地对空上行广播功能，将地面采集的场面交通、机场情报、空域气象等与空中交通相关的境况信息通过 ADS-B 数据链向飞机发送，让飞行员在运行各阶段都能及时感知自身境况，减
10、低对空管员的依赖性。相比TCAS 技术，ADS-B 的空中协同能力明显增强，机载配置大为优化，是下一代空中交通用户无论商业运输还是通用航空普遍适用的机载系统。再来讨论飞机的精确航行能力何以支撑。未来空中交通，航空器的精确航行被形象地描述为“在轨运行”（Trajectory-Based Operations）。在仪表飞行规则下，航空器精确航行有赖于机载导航系统的性能水平和执飞航路（或空域）内导航信标的提供水平。当两项水平一致达到所需的精准度、完好性、连续性、可用性、告警能力等要求时，飞机就能在仪表而不是在空管员引导下精确航行。可见，机载导航性能和空域所呈现的导航性能可以由一个统一的尺度来评价，这
11、就是“所需导航性能”（ RNP）的概念。利用 RNP 概念，可以规划出多种类型（或等级）的航线和空域，这就如同设置了不同规格的“管线轨道”，符合规定性能的飞机，使用相应的 RNP 飞行程序，就可以实现“在轨运行”。通常 RNP 飞行程序是用区域导航（RNAV ）方法设计的。与传统飞行程序不同，RNP 程序内的航路点是一系列坐标点，而不是导航点。也就是说，RNP的航行规则是依靠机载系统导出的三维坐标而不是依靠导航信标进行导航的。可见，应用 RNP 区域导航技术，可以充分发挥飞机的自主飞行能力，有效降低飞行员对地面管制和地面导航设备的依赖程度。ADS-B 技术、区域导航方法、RNP 空域规划和运行
12、程序，都是支持空中交通安全责任向空中转移的技术手段，它们在下一代空管系统基础设施架构中，应当处于优先和重点发展地位。结语建设下一代空中交通管理系统，首先必须有一个明确的主题。如果把这个主题确定为“ 雷达管制” ，所有新技术的应用都围绕强化雷达管制而展开，那么，下一代空中交通管理系统，就可能成为今天航空发达国家空管系统的复制品。如果我们站在更高的层次上，去认识下一代民航运输系统，用“合理转移空中交通安全责任” 的理念来指导下一代空管系统建设，我国的空中交通管理就可能实现跨越式发展。对此，笔者给出的建议是：1. 加快研究和建立空管员、飞行员责任共当的空中交通管理基础设施架构和安全责任体系。2. A
13、DS-B、区域导航、RNP 飞行程序等新技术应用，应以缓解飞行高流量和空域资源紧的矛盾为目的，优先在东部飞行繁忙地区推广。3. 对于 RNP 区域导航的应用，应遵循先易后难的原则。在计划推广 RNP区域导航的繁忙国际机场，优先实施“标准仪表离场程序” （SIDs ） ；在进场空域（或气候）较复杂的繁忙机场，开发和试行“标准终端进场程序” （STARs） 。4. 适度发展雷达监视的技术政策。东部地区雷达部署以满足区域覆盖为限，限制单纯雷达的多重冗余配置，加快用 ADS-B 技术构建应急系统；西部地区雷达配置以满足终端区覆盖为限，无雷达航路推广应用 ADS-B 技术。5. 加紧卫星导航增强系统的建设，加速 WGS84 坐标系统的应用。因为它们是广播式自动相关监视（ADS-B） 、区域导航（ RNVA） 、所需导航性能（RNP ） 、多元静态相关监视（MDS ） 、前卫的场面活动目标管理系统（A-SMGCS）等一系列空管新技术应用的先决条件。祝愿中国民航的下一代空中交通管理系统能实现跨越式发展。
