未來(lái)航空運(yùn)輸系統(tǒng)展望

王思達(dá)

隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，航空事業(yè)也迎來(lái)了發(fā)展的重要階段。目前的航空運(yùn)輸系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足交通流量的需求，空域資源緊張、航班延誤和飛機(jī)安全已經(jīng)成為了目前急需解決的問(wèn)題。為了徹底杜絕此類問(wèn)題的發(fā)生，就要對(duì)現(xiàn)有的航天運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行更新?lián)Q代。本文借鑒了NextGen、SESER 中國(guó)新一代航空運(yùn)輸系統(tǒng)計(jì)劃，在此基礎(chǔ)上提出構(gòu)建未來(lái)航空運(yùn)輸系統(tǒng)的新概念，來(lái)使飛行更加的安全。應(yīng)用飛行新技術(shù)是優(yōu)化航空運(yùn)輸系統(tǒng)的最有效方式。PBN 性能導(dǎo)航的出現(xiàn)直接打破了向、背臺(tái)的飛行限制，增加了不同的飛行路線。在節(jié)約飛行成本的同時(shí)，增加了空域的容量。CDA 持續(xù)下降進(jìn)近技術(shù)是將巡航高度轉(zhuǎn)變到跑道上的一種進(jìn)近方法，它可以有效的減少尾氣污染和能量消耗。4D 航跡的運(yùn)行模式對(duì)航天運(yùn)輸系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是控制空域管理的有效方式。隨著互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的崛起，智能交通已經(jīng)成為了必然的發(fā)展形式，這也預(yù)示著航空運(yùn)輸系統(tǒng)也會(huì)越來(lái)越先進(jìn)。

1 智能航空運(yùn)輸系統(tǒng)的概念

未來(lái)智能化航空運(yùn)輸就是利用CNS/ATM 技術(shù)和智能決策技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息共享，使航空運(yùn)輸能夠?qū)崿F(xiàn)一體化和智能化運(yùn)行。其中智能化的表現(xiàn)較為突出，因?yàn)轱w機(jī)智能化就是記載設(shè)備智能化的具體表現(xiàn)形式。在不久的將來(lái)航空器將會(huì)提升決策能力，它能夠根據(jù)周圍的環(huán)境進(jìn)行飛行策略的調(diào)整，逐步實(shí)現(xiàn)自由飛行。第二是在宏觀方面上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源一體化的調(diào)整，這需要行業(yè)部門之間的互相協(xié)作，最后形成完整的決策系統(tǒng)。

4D 航跡的運(yùn)行模式和航空系統(tǒng)密不可分，它需要依靠航空系統(tǒng)來(lái)提升整體空域系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在航空系統(tǒng)優(yōu)化方面，一些西方先進(jìn)國(guó)家具有超前意識(shí)，并付諸了行動(dòng)[1]。為了使4D 飛行計(jì)劃順利進(jìn)行，首先要改變系統(tǒng)的飛行動(dòng)態(tài)，增加應(yīng)急管理設(shè)備。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性比較高，僅僅依靠人力資源是完成不了的，還需要借助智能技術(shù)和設(shè)備的力量。航空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，是由很多個(gè)決策機(jī)制組成的。航空器是實(shí)現(xiàn)飛行計(jì)劃的智能載體，它主要是維持相鄰航空器間的安全距離，以便于發(fā)生突發(fā)情況時(shí)，進(jìn)行及時(shí)的軌跡調(diào)整。地面站主要是對(duì)飛機(jī)的安全負(fù)責(zé)，維護(hù)空中的飛行秩序，在地面中予以保護(hù)。這就要求航空公司和飛機(jī)制造商及時(shí)更新網(wǎng)絡(luò)信息，逐漸實(shí)行信息資源共享，這樣才能提高系統(tǒng)運(yùn)行的智能化。另外，通信和導(dǎo)航等領(lǐng)域也開(kāi)始運(yùn)用衛(wèi)星技術(shù)。

2 航空系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制

航空通訊網(wǎng)絡(luò)是智能航空運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)與行業(yè)相關(guān)部門的關(guān)系十分密切，方便實(shí)現(xiàn)資源共享和協(xié)作運(yùn)行。ANSP 決策系統(tǒng)已經(jīng)成為了網(wǎng)絡(luò)核心內(nèi)容，為系統(tǒng)運(yùn)行提供了戰(zhàn)略性的指導(dǎo)意義。

從戰(zhàn)略方向來(lái)講，航空公司運(yùn)控中心身上的責(zé)任比較重大，它需要對(duì)航空運(yùn)輸實(shí)時(shí)監(jiān)控，并進(jìn)行深入的探究和預(yù)測(cè)，這樣才能夠制定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮桨嘤?jì)劃。之后ANSP 決策系統(tǒng)在根據(jù)計(jì)劃進(jìn)行工作，同時(shí)，決策系統(tǒng)也會(huì)發(fā)揮出應(yīng)用的作用，實(shí)時(shí)接收機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和氣象部門報(bào)告的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。從大局觀考慮，要明確容量和流量的意義，確保每一架航空器都能夠運(yùn)行到規(guī)定的軌道中，杜絕偏離軌道飛行的嚴(yán)重后果發(fā)生。戰(zhàn)略部署到實(shí)際飛行的這段時(shí)間稱之為預(yù)戰(zhàn)術(shù)階段[3]。這個(gè)階段的重要性也不容忽視，它是更新4D 軌跡的重要階段。在計(jì)劃更新之后，將新計(jì)劃傳送到飛機(jī)的管理系統(tǒng)中。在正式實(shí)施戰(zhàn)術(shù)階段，飛機(jī)需要嚴(yán)格執(zhí)行飛行計(jì)劃，在飛行時(shí)通過(guò)ADS-B 機(jī)載設(shè)備向周圍飛機(jī)和地面設(shè)備報(bào)告自身所處的位置，這樣周圍飛機(jī)在接收到信息之后，就會(huì)相應(yīng)的調(diào)整安全距離，使天空中的飛機(jī)安全飛行。而且，智能化的飛機(jī)能具備準(zhǔn)確的決策機(jī)制，對(duì)當(dāng)前所處的飛行環(huán)境進(jìn)行自我約束，自主完成安全避讓的任務(wù)[4]。地面站利用ADS-B 技術(shù)可以完整的監(jiān)視飛行過(guò)程，并利用自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行干擾和引導(dǎo)。

飛機(jī)在天空中時(shí)，自然天氣和飛機(jī)故障都是影響4D 飛行計(jì)劃的重要因素。需要及時(shí)的向地面決策申請(qǐng)新的飛行軌跡。在飛機(jī)發(fā)生故障時(shí)，要根據(jù)局部空域環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。軌道的改變會(huì)直接影響周圍飛機(jī)的正常飛行，因此要求航空器必須提高其智能性。

根據(jù)目前的運(yùn)行模式，我們對(duì)系統(tǒng)決策設(shè)計(jì)分為三級(jí)決策機(jī)制，各級(jí)別之間協(xié)調(diào)運(yùn)行，形成反饋回路。一級(jí)決策是最頂層的決策機(jī)制，也是擁有最大權(quán)力的機(jī)制，它需要對(duì)空域整體容量和流量進(jìn)行嚴(yán)格的評(píng)估，在完全掌握空域動(dòng)態(tài)之后，進(jìn)行宏觀調(diào)配[5]。二級(jí)策略主要負(fù)責(zé)特定區(qū)域中的航線管理，為區(qū)域安全保駕護(hù)航。對(duì)終端區(qū)航空器嚴(yán)格管理。在決策運(yùn)行之前需要收集大量的信息，并進(jìn)行匯總和分類。所以要在全國(guó)范圍內(nèi)收集所有航班計(jì)劃，根據(jù)以往的計(jì)劃制定整體的飛行方案。在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，各級(jí)決策機(jī)制互相配合，實(shí)時(shí)反映自身負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)的情況。上級(jí)決策中心制定調(diào)配策略，下級(jí)決策機(jī)制要認(rèn)真執(zhí)行，在執(zhí)行策略的過(guò)程中改進(jìn)自身的不足，這樣就會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)部形成良好的循環(huán)機(jī)制，促進(jìn)飛機(jī)動(dòng)態(tài)平衡的實(shí)行。

3 影響航空運(yùn)輸系統(tǒng)的關(guān)鍵要素

眾所周知智能航空運(yùn)輸系統(tǒng)是以宏觀決策微觀飛行的形式運(yùn)行的，其中決策系統(tǒng)的作用非常重要，它直接決定了整體性能的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率。影響ANPS 決策的因素有很多，其中數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)的計(jì)算能力和決策算法的有效性都是關(guān)鍵因素。精確的天氣預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)于4D 計(jì)劃的實(shí)施至關(guān)重要，因此要盡快提升氣象部門的專業(yè)素質(zhì)[6]。在決策的過(guò)程中，系統(tǒng)需要及時(shí)處理大量數(shù)據(jù)，所以要求戰(zhàn)術(shù)階段必須具備快速計(jì)算的能力。為提高決策能力提供強(qiáng)勁的動(dòng)力。而且智能航空運(yùn)輸系統(tǒng)能夠不斷接收網(wǎng)絡(luò)信息，提高訪問(wèn)的滿意度。特別是處理大數(shù)據(jù)時(shí)，算法的可行性和有效性就發(fā)揮了它應(yīng)用的作用。構(gòu)建算法需要對(duì)各方面實(shí)行約束條件，例如對(duì)航空公司的機(jī)場(chǎng)資源和空域容量都有較高的要求，以此來(lái)提高智能系統(tǒng)的作用。

智能航空運(yùn)輸系統(tǒng)除了決策系統(tǒng)之外，和航空器的關(guān)系也密不可分。航空器的健康狀態(tài)對(duì)一個(gè)完全自主飛行的飛行來(lái)說(shuō)有著重要的影響，因?yàn)閭鞲衅魇谴鏅C(jī)組人員感官的重要設(shè)備。自動(dòng)化設(shè)備能對(duì)飛機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與管理。這時(shí)自動(dòng)化設(shè)備承擔(dān)的壓力就會(huì)非常大。飛機(jī)在飛行的過(guò)程中難免發(fā)生故障，需要運(yùn)用故障診斷法來(lái)解決問(wèn)題。除此之外，航空通信質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行影響也非常大，這就意味著航空電信網(wǎng)ATN 就是下一代的航空系統(tǒng)，所以要求航空電信網(wǎng)能夠?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行提供高效準(zhǔn)確的通信服務(wù)。

4 航空運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展方向

我國(guó)航空運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展方向主要是地面導(dǎo)航飛行將智能化的飛行方式發(fā)展。首先在我國(guó)的高原機(jī)場(chǎng)和環(huán)境相對(duì)復(fù)雜的機(jī)場(chǎng)應(yīng)用PBN，其次在施行到航路、終端區(qū)和機(jī)場(chǎng)。在對(duì)航班計(jì)劃管理和飛行流量管理基礎(chǔ)上，進(jìn)行智能航天系統(tǒng)的運(yùn)行。為了使智能航天系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化，要在地理環(huán)境比較復(fù)雜的機(jī)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，之后在進(jìn)行逐步應(yīng)用。傳統(tǒng)的語(yǔ)音通信將被數(shù)據(jù)鏈取代，現(xiàn)在全面實(shí)行網(wǎng)絡(luò)通信。利用雷達(dá)檢測(cè)器對(duì)飛機(jī)進(jìn)行全面監(jiān)控，與此同時(shí)單獨(dú)的空管工作站也將被區(qū)域聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)所取代，逐漸完善應(yīng)急備份系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)ICAO 的標(biāo)準(zhǔn)間隔。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，智能航空運(yùn)輸系統(tǒng)是以用戶的需求為主，為其創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)友好的飛行環(huán)境。在智能航空運(yùn)輸系統(tǒng)正式運(yùn)行后，就會(huì)在很大程度上解決民航飛機(jī)航班延誤和管制負(fù)荷過(guò)大等問(wèn)題。創(chuàng)新型航空運(yùn)輸系統(tǒng)是在通信導(dǎo)航和監(jiān)視技術(shù)完全成熟的前提下提出的，在實(shí)踐的過(guò)程中，數(shù)據(jù)傳輸密度和傳輸頻率都會(huì)影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。這也充分說(shuō)明了智能航空運(yùn)輸系統(tǒng)的嚴(yán)謹(jǐn)性和復(fù)雜性。而且民航行業(yè)對(duì)安全的要求尤為嚴(yán)格，這也是為用戶的安全負(fù)責(zé)。因此智能航空運(yùn)輸系統(tǒng)需要經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)踐，進(jìn)行仿真驗(yàn)證。在仿真環(huán)境中對(duì)智能航空運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，這就利于提高該系統(tǒng)的安全性和科學(xué)性。為我國(guó)民航事業(yè)的發(fā)展打下夯實(shí)的基礎(chǔ)。