單一飛行員駕駛模式技術(shù)

王淼，肖剛，王國(guó)慶

上海交通大學(xué) 航空航天學(xué)院，上海 200240

自20世紀(jì)50年代，大型民機(jī)客機(jī)和大型運(yùn)輸機(jī)通常配置多達(dá)5個(gè)飛行駕駛乘員：主駕駛(機(jī)長(zhǎng))(Captain)、副駕駛(First Pilot)、飛行工程師(Flight Engineer)、導(dǎo)航員(Navigator)和無(wú)線電操作員(Radio Operator)。多駕駛乘員模式是通過(guò)分工協(xié)同完成飛機(jī)運(yùn)行任務(wù)組織與飛行過(guò)程管理。隨著通信和導(dǎo)航技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，由于機(jī)長(zhǎng)和副駕駛直接管理通信和導(dǎo)航任務(wù)，飛行工程師負(fù)責(zé)飛機(jī)系統(tǒng)任務(wù)和故障監(jiān)視與維護(hù)，形成3乘員飛行駕駛模式。隨著飛機(jī)玻璃座艙綜合顯示和系統(tǒng)綜合技術(shù)發(fā)展，支持飛行獨(dú)立感知和綜合操作能力，形成雙乘員駕駛模式。

雙乘員駕駛模式[1]是當(dāng)前針對(duì)多駕駛乘員綜合和減員的有效方式，也是目前民用運(yùn)輸客機(jī)主要采用的駕駛模式。雙乘員駕駛相對(duì)過(guò)去的多乘員駕駛模式而言，其主要特征是建立了駕駛與導(dǎo)航一體化，減少了駕駛乘員的配置，降低了駕駛決策的時(shí)間，同時(shí)避免了飛行駕駛決策單點(diǎn)故障問(wèn)題。在雙乘員駕駛模式中，主駕駛(機(jī)長(zhǎng))負(fù)責(zé)飛行環(huán)境的識(shí)別、飛行狀態(tài)的管控、飛行模式組織和飛行任務(wù)的決策。副駕駛負(fù)責(zé)飛行環(huán)境的監(jiān)視、飛行狀態(tài)的審查、飛行模式掌握和飛行任務(wù)的輔助。即在飛行過(guò)程中，主駕駛負(fù)責(zé)飛行的感知、組織與管理，副駕駛負(fù)責(zé)飛行監(jiān)視、支持和在特定許可下有條件負(fù)責(zé)飛行管理和控制。

多駕駛乘員雖然有效地減輕飛行員獨(dú)立操作負(fù)荷，降低飛行員專業(yè)知識(shí)范圍要求，但直接增加飛行乘員數(shù)量和成本(工資、培訓(xùn)和基礎(chǔ)設(shè)施)，增加了飛機(jī)駕駛艙乘員空間需求，同時(shí)還增加了支持駕駛艙乘員的操作和協(xié)同設(shè)備。另外，更重要的是在多乘員協(xié)同駕駛過(guò)程，由于多乘員協(xié)同過(guò)程存在認(rèn)知缺陷、思維偏離和操作不一致性，直接影響飛行駕駛決策和飛行過(guò)程組織的性能、效率和有效性，并對(duì)飛行安全產(chǎn)生一定的影響。

單一飛行員駕駛(Single Pilot Operation, SPO)模式[2]是美國(guó)FAA、歐洲EASA適航關(guān)注的重要領(lǐng)域，特別是美國(guó)NASA一直持續(xù)和深入進(jìn)行研究，系統(tǒng)提出單一飛行員駕駛模式概念和運(yùn)行架構(gòu)，提出了面向飛行過(guò)程和條件與飛行員生理和行為的正常和非正常模式，構(gòu)建了飛機(jī)飛行員、機(jī)載自動(dòng)處理系統(tǒng)和地面航空公司操作員協(xié)同模式和運(yùn)行操作組織，為單一飛行員駕駛模式技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

單一飛行員駕駛模式在滿足當(dāng)前商用飛機(jī)雙乘員駕駛模式功能和安全性條件下減少了飛行員數(shù)量，提升經(jīng)濟(jì)性[3]；減少駕駛艙資源配置，縮小了駕駛艙空間和減輕飛機(jī)重量；同時(shí)消除了飛行員決策沖突，提高了決策效率和縮短響應(yīng)時(shí)間。隨著技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展，減少飛行駕駛乘員是民機(jī)降低運(yùn)行成本和提升飛行駕駛效率的重要發(fā)展途徑。

美國(guó)NASA持續(xù)和深入進(jìn)行單一飛行員駕駛模式研究，通過(guò)空域系統(tǒng)研究項(xiàng)目(Airspace Systems Program)[2]，系統(tǒng)提出單一飛行員駕駛模式概念和運(yùn)行模式，建立了單一飛行員駕駛模式運(yùn)行目標(biāo)和原理，并針對(duì)多乘員駕駛模式、人與人交叉檢驗(yàn)的確認(rèn)模式提出主題專家、人在環(huán)實(shí)驗(yàn)和環(huán)境條件約束的人機(jī)協(xié)同決策方法，明確了飛行員、駕駛艙自動(dòng)化系統(tǒng)和地面操作員的角色和責(zé)任，建立單一飛行員駕駛模式飛行過(guò)程感知、組織和決策模式，提供了復(fù)雜飛行環(huán)境決策的人與人、人與自動(dòng)處理系統(tǒng)的交互和處理模式，覆蓋了多乘員駕駛基于獨(dú)立知識(shí)、感知和認(rèn)知的交互協(xié)同決策能力。

單一飛行員駕駛模式需要對(duì)飛行員工作負(fù)擔(dān)進(jìn)行評(píng)估研究[4-7]，確保單一飛行員駕駛模式下能達(dá)到不高于雙乘員駕駛模式下飛行員駕駛壓力和負(fù)擔(dān)，從而確保飛行的安全性[8-10]。同時(shí)，還需要從認(rèn)知角度對(duì)飛機(jī)駕駛艙進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，從而確保駕駛艙智能自動(dòng)系統(tǒng)可以有效支撐飛行員工作[11-16]及其有效性評(píng)估[17-19]。

單一飛行員駕駛模式主要研究?jī)?nèi)容是采用單一飛行員駕駛模式，覆蓋雙乘員駕駛模式的駕駛操縱效率和品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)駕駛乘員最少化，消除飛行環(huán)境認(rèn)識(shí)分歧和飛行任務(wù)組織決策沖突，減少飛行駕駛響應(yīng)時(shí)間，建立航空公司操作員、地面空管控制員和飛機(jī)飛行員一體化協(xié)同模式，實(shí)現(xiàn)基于飛行計(jì)劃需求、基于空域交通、基于飛行狀態(tài)的空地飛行過(guò)程協(xié)同管理。

中國(guó)雖然在新一代商用飛機(jī)技術(shù)研究方面就有一定的進(jìn)展，但研究目標(biāo)主要集中在傳統(tǒng)飛機(jī)系統(tǒng)、能力和性能研究的基礎(chǔ)上[20]，與當(dāng)前國(guó)內(nèi)與世界先進(jìn)飛行相比主要集中在能力和性能存在的差距方面，未開展商用飛機(jī)單一飛行員駕駛模式人-機(jī)知識(shí)和認(rèn)知協(xié)同技術(shù)等面向下一代航空前沿技術(shù)的研究。

1 單一飛行員駕駛模式描述

1.1 SPO組織架構(gòu)

飛行機(jī)組成員在民用航空運(yùn)輸中有著非常重要的作用，需要依靠自己的能力來(lái)應(yīng)對(duì)不斷變化的飛行環(huán)境和條件，作出合理的決策，操縱飛機(jī)并安全地完成飛行任務(wù)。飛行過(guò)程中，如果機(jī)組工作量與成員數(shù)量不匹配，可能會(huì)造成飛行員注意力不集中、懈怠任務(wù)的情況，嚴(yán)重時(shí)還可能造成機(jī)毀人亡的航空事故。CCAR 25部[21]及其附錄規(guī)定了針對(duì)最小飛行機(jī)組條款的適航要求?！白钚★w行機(jī)組”是指在飛行駕駛艙的設(shè)備配置、布局等都已確定的情況下，機(jī)組成員沒(méi)有過(guò)度的注意力集中或者感覺(jué)到疲勞，并安全完成飛行任務(wù)時(shí)所需要的最小編制人數(shù)。長(zhǎng)期以來(lái)，該條款被認(rèn)為是民機(jī)駕駛艙人為因素問(wèn)題的首要條款。

在目前的雙乘員駕駛模式下，雖然兩者都具備駕駛飛機(jī)的能力，但只有一人作為主駕駛，負(fù)責(zé)飛機(jī)飛行操作，即駕駛飛行員(Pilot Flying)，按照飛行計(jì)劃并實(shí)時(shí)監(jiān)控飛行路徑和偏離情況駕駛飛機(jī)；另一位是非駕駛飛行員(Pilot not Flying)，負(fù)責(zé)協(xié)助主駕駛完成導(dǎo)航、通信、監(jiān)視等工作，緩解主駕駛的飛行壓力；當(dāng)主駕駛處于非正常狀態(tài)時(shí)，可以替代主駕駛完成駕駛飛行。因此，在雙乘員駕駛模式下，兩者通過(guò)語(yǔ)言、神態(tài)、肢體動(dòng)作等方式相互溝通、合作安全完成飛行任務(wù)。CCAR 25部[21]中要求“最小飛行機(jī)組”應(yīng)不少于2名飛行員，但作為駕駛飛行員的主駕駛只能有1名，不能2人同時(shí)駕駛飛機(jī)。這就表明在CCAR 25部中已經(jīng)隱含了可以允許單一飛行員駕駛設(shè)計(jì)的主要元素。

單一飛行員駕駛模式是面向雙乘員駕駛飛行能力和安全性等級(jí)需求，通過(guò)建立飛行員+駕駛艙自動(dòng)化系統(tǒng)+地面航空公司操控員協(xié)同模式。其主要運(yùn)行思路為：① 確定飛行條件和模式，即針對(duì)飛行規(guī)范條件和非規(guī)范條件，建立飛行員+智能自動(dòng)系統(tǒng)+地面操作員的責(zé)任和飛行能力，覆蓋雙乘員駕駛飛行過(guò)程環(huán)境；② 確定飛行員能力和狀態(tài)，即針對(duì)單一飛行員正常能力范圍和行為與非正常能力和行為，建立飛行員+駕駛艙自動(dòng)化系統(tǒng)+地面操作員協(xié)同飛行員健康和行為管理，覆蓋雙乘員駕駛飛行操作模式；③ 確定人-機(jī)協(xié)同模式，其主要目的是針對(duì)人(飛行員)的知識(shí)和思維與機(jī)器的規(guī)則和邏輯，建立飛行員+駕駛艙自動(dòng)化系統(tǒng)+地面操作員協(xié)同模式，覆蓋雙乘員駕駛獨(dú)立檢驗(yàn)與確認(rèn)能力；④ 確定單點(diǎn)故障狀態(tài)，其主要目的是根據(jù)飛行規(guī)范和不規(guī)范與飛行員能力正常和不正常狀態(tài)，建立飛行員+智能自動(dòng)系統(tǒng)+地面操作員協(xié)同故障識(shí)別，覆蓋雙乘員駕駛過(guò)程單點(diǎn)故障處理能力。SPO模式組織架構(gòu)圖如圖1所示。

單一飛行員駕駛模式的目標(biāo)是針對(duì)飛行過(guò)程組織需求，根據(jù)飛行環(huán)境條件，依據(jù)飛行員能力狀態(tài)，構(gòu)建飛行員標(biāo)稱駕駛與飛行員正常能力條件、飛行員非標(biāo)稱駕駛與飛行員正常能力條件、飛行員標(biāo)稱駕駛與飛行員非正常能力條件以及飛行員非標(biāo)稱駕駛與飛行員非正常能力條件4種模式，通過(guò)飛行員+駕駛艙自動(dòng)化系統(tǒng)+地面航空公司操控員飛行駕駛協(xié)同模式，實(shí)現(xiàn)從起飛機(jī)場(chǎng)到目的機(jī)場(chǎng)飛行過(guò)程組織，覆蓋所有飛行階段、飛行環(huán)境、氣象條件、機(jī)場(chǎng)要求和系統(tǒng)能力與狀態(tài)，滿足雙乘員駕駛決策能力、效率和有效性需求，實(shí)現(xiàn)單一飛行員駕駛模式成本、可信性和安全性目標(biāo)[22]。

SPO模式下雖然機(jī)上只有機(jī)長(zhǎng)一名飛行員，但在駕駛艙自動(dòng)系統(tǒng)中認(rèn)知人機(jī)接口以及功能分配等智能分系統(tǒng)支持下，完成對(duì)機(jī)長(zhǎng)注意力、疲勞度實(shí)時(shí)感知與功能分配，可以確保機(jī)長(zhǎng)不會(huì)處于注意力不集中和疲勞狀態(tài)。同時(shí)，由于機(jī)上只有一名飛行員，其身體出現(xiàn)異常狀態(tài)的概率為10-6，而雙乘員駕駛模式下飛行員都處于異常狀態(tài)的概率為10-9。因此，SPO模式下可以通過(guò)地面操作員(包括遠(yuǎn)程飛行員)在空地鏈路支持下以及駕駛艙自動(dòng)系統(tǒng)支持下完成遠(yuǎn)程飛行操作，可以確保安全完成飛行任務(wù)。

圖1 SPO模式組織架構(gòu)

1.2 空地協(xié)同架構(gòu)

單一飛行員駕駛模式有別于雙乘員駕駛模式的主要特點(diǎn)是建立在空地交聯(lián)的規(guī)劃-控制的系統(tǒng)組織模式之上的。由于機(jī)上沒(méi)有了副駕駛作為主駕駛備份，在飛行員處于非正常能力條件下，需要依靠駕駛艙自動(dòng)化系統(tǒng)和地面操作員協(xié)同完成飛行。此時(shí)，在空地?cái)?shù)據(jù)鏈路正常的條件下，地面操作員對(duì)飛機(jī)的安全飛行負(fù)全責(zé)。地面操作員通過(guò)操控臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程飛行任務(wù)規(guī)劃、組織和管理，有效地提升飛行運(yùn)行和處理能力，實(shí)現(xiàn)地面飛行組織與管理；空中機(jī)載自動(dòng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)飛行環(huán)境信息采集、飛行狀態(tài)組織和飛行操作執(zhí)行，以及飛行信息感知、飛行狀態(tài)組織和飛行系統(tǒng)管理，從而降低機(jī)載設(shè)備對(duì)飛行員操控的能力需求；空地?cái)?shù)據(jù)鏈提供高速數(shù)據(jù)傳輸，可以提升空地協(xié)同能力，從而支持飛行環(huán)境感知和飛行任務(wù)決策能力。SPO模式下飛機(jī)-地面操作員協(xié)同架構(gòu)如圖2所示。

SPO模式下的航空公司地面操作員與雙乘員駕駛模式下的地面簽派員不同，不僅需要完成簽派工作，還需要針對(duì)機(jī)上單一駕駛飛行員身體狀態(tài)和駕駛規(guī)范協(xié)助飛行員完成安全飛行。在機(jī)上單一飛行員處于非正常身體狀態(tài)時(shí)可以遠(yuǎn)程作為“副駕駛”駕駛飛機(jī)，確保安全飛行。根據(jù)具體的工作職責(zé)，單一飛行員駕駛模式下的地面操作員可以分為以下4類[23]，如圖3所示。

1) 遠(yuǎn)程飛行員，在機(jī)上單一駕駛飛行員不在崗位上(去洗手間)或者身體處于非正常狀態(tài)下，代替機(jī)上飛行員遠(yuǎn)程駕駛飛機(jī)，在機(jī)載自動(dòng)系統(tǒng)協(xié)助下遠(yuǎn)程駕駛飛機(jī)完成飛行任務(wù)。

2) 港口飛行員可以不具備遠(yuǎn)程駕駛能力，在機(jī)上單一駕駛飛行員專注于駕駛飛機(jī)完成場(chǎng)面運(yùn)行、滑行、起飛、進(jìn)近、降落時(shí)，協(xié)助機(jī)上飛行員完成監(jiān)視、告警等任務(wù)；如果機(jī)上飛行員處于非正常狀態(tài)時(shí)，需要遠(yuǎn)程飛行員參與，完成遠(yuǎn)程駕駛。港口飛行員也可以具備遠(yuǎn)程駕駛能力，當(dāng)機(jī)上飛行員處于非正常狀態(tài)時(shí)，在機(jī)載自動(dòng)系統(tǒng)協(xié)助下遠(yuǎn)程駕駛飛機(jī)完成飛行任務(wù)。

圖2 飛機(jī)-地面操作員協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)

圖3 SPO模式下地面操作員角色

3) 混合地面操作員是在現(xiàn)有航空公司簽派員的基礎(chǔ)上，還可以協(xié)助機(jī)上單一駕駛飛行員完成監(jiān)視、飛行計(jì)劃更改等任務(wù)。為了降低航空公司成本，混合地面操作員在機(jī)上飛行員處于健康狀態(tài)以及標(biāo)稱駕駛下，可最多同時(shí)協(xié)助多架飛機(jī)。因此，混合地面操作員不具備遠(yuǎn)程駕駛能力，如果有單一駕駛飛行員需要遠(yuǎn)程協(xié)助，混合地面操作員將專注于這一架飛機(jī)，并且角色轉(zhuǎn)換為專一地面操作員。

4) 專一地面操作員是在單一駕駛飛行員處于非標(biāo)稱駕駛或者緊急事務(wù)處理(發(fā)動(dòng)機(jī)失效、液壓失效、嚴(yán)酷氣象條件等)，機(jī)上飛行員工作負(fù)擔(dān)加重，需要一對(duì)一協(xié)助飛行員完成飛行任務(wù)；如果飛行員精神極度緊張，失去正常駕駛能力時(shí)，可以在駕駛艙自動(dòng)系統(tǒng)支持下，遠(yuǎn)程控制飛機(jī)并安全完成飛行。

在單一飛行員駕駛模式下，地面操作員在地面控制臺(tái)的支持下，將完成以下功能：

1) 地面控制臺(tái)任務(wù)規(guī)劃與空中機(jī)載信息組織協(xié)同。地面控制臺(tái)和空中機(jī)載控制系統(tǒng)根據(jù)飛行任務(wù)規(guī)劃，建立飛行任務(wù)組織、運(yùn)行和管理通用共享信息平臺(tái)，支持飛行任務(wù)需求；根據(jù)飛行任務(wù)構(gòu)成，建立飛行環(huán)境、條件和狀態(tài)通用共享信息平臺(tái)，支持飛行任務(wù)組織；根據(jù)飛行任務(wù)的運(yùn)行，建立飛行管理、通信、監(jiān)視通用共享信息平臺(tái)，支持飛行任務(wù)管理。

2) 地面控制臺(tái)任務(wù)運(yùn)行管理與空中機(jī)載飛行狀態(tài)組織綜合。地面控制臺(tái)和空中機(jī)載控制系統(tǒng)根據(jù)飛行環(huán)境狀態(tài)，建立飛行任務(wù)、能力和目標(biāo)通用共享信息平臺(tái)，確定任務(wù)處理需求，支持任務(wù)選擇決策；根據(jù)任務(wù)運(yùn)行狀態(tài)，建立飛行任務(wù)運(yùn)行、性能和結(jié)果通用共享信息平臺(tái)，確定任務(wù)運(yùn)行性能，支持任務(wù)控制決策；根據(jù)任務(wù)處理狀態(tài)，建立飛行功能類型、能力和品質(zhì)通用共享信息平臺(tái)，確定功能處理過(guò)程，支持任務(wù)處理決策。

3) 信息共享平臺(tái)與飛行任務(wù)需求決策。地面控制臺(tái)和空中機(jī)載控制系統(tǒng)根據(jù)信息平臺(tái)共享能力，建立飛行任務(wù)需求、任務(wù)組織和任務(wù)決策模式，確定決策與飛行使命的適應(yīng)性；根據(jù)信息平臺(tái)覆蓋能力，建立飛行任務(wù)需求、任務(wù)組織和任務(wù)決策范圍，確定決策與飛行環(huán)境需求的適應(yīng)性；根據(jù)信息平臺(tái)組織能力，建立飛行任務(wù)需求、任務(wù)組織和任務(wù)決策效率，確定決策與飛行目標(biāo)需求的適應(yīng)性。

2 單一飛行員駕駛模式的協(xié)同交互

2.1 雙乘員駕駛模式下的協(xié)同交互

已知飛行管理是飛機(jī)飛行員、空中交通管制(ATM)系統(tǒng)空管員和航空公司簽派員(簡(jiǎn)稱飛機(jī)-空管-航空公司)協(xié)同管理過(guò)程。其中，航空公司是飛機(jī)使用方，負(fù)責(zé)飛行計(jì)劃組織；空管系統(tǒng)是空域管理方，負(fù)責(zé)空域交通和飛機(jī)航路管理；飛行員是飛機(jī)的操作方，負(fù)責(zé)面向飛行計(jì)劃和許可的駕駛。因此，建立什么樣的飛機(jī)-空管-航空公司協(xié)同模式，既符合各方的需求，又滿足各方的利益，同時(shí)還可得到各方當(dāng)前處理功能和服務(wù)的能力支持，是飛行過(guò)程組織和管理首要解決的問(wèn)題。

飛機(jī)-空管-航空公司協(xié)同模式提供自動(dòng)飛行運(yùn)行、飛行性能、飛行狀態(tài)、飛行航跡和航路氣象信息交換功能，支持飛機(jī)飛行管理系統(tǒng)飛行組織、空管系統(tǒng)空域航路組織和航空公司運(yùn)營(yíng)控制(AOC)飛行計(jì)劃組織，提供精確地飛行航跡預(yù)計(jì)和評(píng)估，支持飛行環(huán)境的態(tài)勢(shì)評(píng)估，提升飛行過(guò)程決策能力。

在飛機(jī)-空管-航空公司協(xié)同模式中，飛機(jī)部分由飛行管理系統(tǒng)(FMS)、座艙顯示系統(tǒng)(Cockpit Display System)和通信系統(tǒng)(Communication System)構(gòu)成，其中，飛行管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供飛機(jī)橫向、縱向和垂直位置、飛行意向和飛行航跡等參數(shù)；空管部分由空管自動(dòng)處理系統(tǒng)(Automation System)、交通流量管理(TFM)和扇區(qū)控制站(ATSP-CS)構(gòu)成，其中，空管自動(dòng)處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)飛行航跡預(yù)計(jì)、航路氣象預(yù)測(cè)和飛行航跡決策，交通流量管理負(fù)責(zé)飛行航路沖突分析、飛行航路分配和空域流量管理，扇區(qū)地面站負(fù)責(zé)飛行命令與許可交互、空/地通信管理和扇區(qū)控制。雙乘員駕駛模式下的飛機(jī)-空管-航空公司協(xié)同模式系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

飛機(jī)-空管-航空公司協(xié)同模式的目標(biāo)是協(xié)同組織和管理飛機(jī)的飛行過(guò)程，如圖4所示。其飛機(jī)的飛行過(guò)程建立在三方通信和管理的基礎(chǔ)上。飛機(jī)-空管-航空公司協(xié)同模式通過(guò)空/地?cái)?shù)據(jù)鏈和地/地?cái)?shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)它們之間的交聯(lián)，根據(jù)系統(tǒng)的功能和要求定義它們之間的通信消息和類型?？?地?cái)?shù)據(jù)鏈?zhǔn)墙⒃诘孛婵展芟到y(tǒng)空管員與飛機(jī)飛行員數(shù)據(jù)通信鏈路(CPDLC)和自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視廣播(ADS-B)數(shù)據(jù)鏈的基礎(chǔ)上，支持上傳消息(Uplink Messages)、下傳消息(Downlink Messages)和自由格式消息(Free Messages)。地/地?cái)?shù)據(jù)鏈?zhǔn)堑孛婧娇胀ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)(ATN)，支持航空空中交通服務(wù)(ATSP)的所有的功能。其中，F(xiàn)MS通過(guò)CPDLC自動(dòng)下傳和接收飛行信息，如飛行狀態(tài)、飛行意向和航路氣象數(shù)據(jù)等參數(shù)，以及空中測(cè)量的航路氣象數(shù)據(jù)，加載地面航空公司和空管上傳的數(shù)據(jù)。ADS-B給地面和空域臨近飛機(jī)傳輸飛機(jī)費(fèi)飛行狀態(tài)和飛行意向數(shù)據(jù)，支持飛行決策系統(tǒng)?？展芟到y(tǒng)自動(dòng)加載和處理航空公司傳輸?shù)娘w行計(jì)劃請(qǐng)求信息，通過(guò)決策系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)飛行航跡依據(jù)和改進(jìn)，并通過(guò)飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)(ACARS)數(shù)據(jù)鏈將飛機(jī)發(fā)送的氣象數(shù)據(jù)與地面預(yù)報(bào)的氣象數(shù)據(jù)綜合，完成航路氣象預(yù)測(cè)，并提供向飛行員通知(NOTAM)服務(wù)。

圖4 飛機(jī)-空管-航空公司協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)

飛機(jī)-空管-航空公司協(xié)同模式可以提升空管系統(tǒng)飛機(jī)飛行航跡的依據(jù)能力和空域交通態(tài)勢(shì)，增強(qiáng)了空域交通排序、調(diào)度和航路計(jì)劃調(diào)整，提高潛在飛行沖突檢測(cè)、評(píng)估和解決能力，有利于減少飛機(jī)飛行間隔緩沖以及提高空域利用率。同時(shí)，飛機(jī)-空管-航空公司協(xié)同模式通過(guò)空域氣象信息數(shù)據(jù)交換，可以改進(jìn)現(xiàn)有飛機(jī)FMS預(yù)測(cè)能力，增強(qiáng)飛行過(guò)程和飛行航跡意向符合性。另外，自動(dòng)信息交換和加載不僅可以提升系統(tǒng)決策和處理效率，也可以減少飛行員、空管員和航空公司操作員的工作負(fù)荷。

2.2 單一飛行員駕駛模式下的協(xié)同交互

單一飛行員駕駛模式的重要目標(biāo)和前提是覆蓋雙乘員駕駛模式的飛行操縱過(guò)程和安全能力保障。已知雙乘員駕駛模式一個(gè)重要的特征是人-人交互決策模式，即主駕駛和副駕駛獨(dú)立感知和認(rèn)知交互決策；而單一飛行員駕駛模式重要特征是人-機(jī)交互決策模式，即單一飛行員的能力和認(rèn)知與機(jī)器(智能設(shè)備)的規(guī)則和邏輯交互決策。同時(shí)，SPO模式下飛行員存在標(biāo)稱和非標(biāo)稱駕駛，以及正常能力和非正常能力駕駛。

飛行員按照標(biāo)稱(Nominal)/非標(biāo)稱(Off-Nominal)駕駛是描述飛行員操作過(guò)程結(jié)果與飛行許可的符合性和飛行員操作過(guò)程狀態(tài)與飛行操作需求的符合性，是描述飛行過(guò)程中飛行員操作過(guò)程非邏輯和故障操作狀態(tài)。如飛行操作輸出的航跡與航跡預(yù)測(cè)(含誤差容限)的符合性、飛行員飛行過(guò)程操作與飛行包線的符合性。正常(Healthy)/非正常(Incapacitated)駕駛能力是描述飛行員在飛行過(guò)程中自身身體條件是否可以達(dá)到操控飛機(jī)的能力。如在飛行過(guò)程中飛行員發(fā)病或離崗(去洗手間)過(guò)程。

在飛行員具備正常能力和標(biāo)稱駕駛的條件下，地面操作員只配合飛行員完成相關(guān)監(jiān)視任務(wù)即可，地面操作員通常可以同時(shí)監(jiān)視多架飛機(jī)。在非標(biāo)稱駕駛下，地面操作員根據(jù)復(fù)雜程度，協(xié)助飛行員完成操作，極端情況下一對(duì)一完成。當(dāng)飛行員不具備正常駕駛能力時(shí)，由地面操作員將通過(guò)地面網(wǎng)絡(luò)與空管系統(tǒng)進(jìn)行交互，并與駕駛艙自動(dòng)化系統(tǒng)協(xié)同完成飛行任務(wù)。

因此，單一飛行員駕駛模式針對(duì)復(fù)雜的飛行條件(標(biāo)稱和非標(biāo)稱駕駛)，依據(jù)變化的單一飛行員能力(正常和非正常)，建立飛行員的知識(shí)和認(rèn)知空間與機(jī)器的規(guī)則與邏輯空域通過(guò)交互推演(智能化)，構(gòu)建覆蓋雙乘員駕駛模式飛行過(guò)程組織和能力，并保證飛行性能和安全。因此，建立人-機(jī)交互決策能力且覆蓋人-人交互決策模式是單一飛行員駕駛模式核心技術(shù)，如圖5所示。

由于SPO模式下機(jī)上僅有一名飛行員，并且是機(jī)上唯一掌控飛機(jī)飛行的操作員，機(jī)上飛行員的駕駛能力以及身體狀態(tài)對(duì)于安全飛行十分重要。通過(guò)智能化機(jī)載設(shè)備可以對(duì)飛行員駕駛規(guī)范進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，判斷是否處于標(biāo)稱駕駛狀態(tài)；同時(shí)，通過(guò)認(rèn)知人機(jī)接口(Cognitive Human-Machine Interface)對(duì)飛行員身體狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，判斷飛行員是否處于身體正常狀態(tài)。針對(duì)飛行員駕駛規(guī)范以及身體狀態(tài)，SPO模式下可以動(dòng)態(tài)分配加上飛行員執(zhí)行的功能，必要時(shí)可以調(diào)整飛機(jī)的掌控權(quán)，確保安全飛行，如圖6所示。

當(dāng)機(jī)上單一駕駛飛行員身體處于健康狀態(tài)，并按照標(biāo)稱駕駛完成飛行操作時(shí)，機(jī)長(zhǎng)在駕駛艙自動(dòng)系統(tǒng)輔助下掌控飛機(jī)。此時(shí)，地面操作員角色為混合地面操作員，其在地面自動(dòng)系統(tǒng)協(xié)助下，負(fù)責(zé)監(jiān)視、簽派等工作，可最多同時(shí)協(xié)助20架飛機(jī)飛行。

當(dāng)機(jī)上單一駕駛飛行員身體處于健康狀態(tài)，但由于特殊原因(例如，單發(fā)失效、液壓故障、嚴(yán)酷天氣等)飛行員操控處于非標(biāo)稱駕駛，需要地面操作員提供協(xié)助完成安全飛行。此時(shí)，地面操作員角色為專一地面操作員，對(duì)飛機(jī)提供一對(duì)一協(xié)助，之前按照混合地面操作員同時(shí)協(xié)助的飛機(jī)將移交給其他地面操作員處理。此時(shí)的地面操作員角色為被協(xié)助飛機(jī)的“遠(yuǎn)程副駕駛”。但此時(shí)仍由機(jī)上單一駕駛飛行員在駕駛艙自動(dòng)系統(tǒng)輔助下掌控飛機(jī)。

當(dāng)機(jī)上單一駕駛飛行員身體處于非正常狀態(tài)，但飛機(jī)還處于標(biāo)稱駕駛狀態(tài)下時(shí)，機(jī)長(zhǎng)不再負(fù)責(zé)掌控飛機(jī)；此時(shí)，地面操作員角色為遠(yuǎn)程飛行員，其在駕駛艙自動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行自動(dòng)控制程序協(xié)助下掌控飛機(jī)，并對(duì)飛機(jī)飛行安全負(fù)責(zé)。

當(dāng)機(jī)上單一駕駛飛行員身體處于非正常狀態(tài)，飛機(jī)同時(shí)還處于非標(biāo)稱駕駛狀態(tài)下時(shí)，機(jī)長(zhǎng)同樣不再負(fù)責(zé)掌控飛機(jī)；此時(shí)，地面操作員角色為遠(yuǎn)程飛行員，其在駕駛艙自動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行自動(dòng)控制程序協(xié)助下掌控飛機(jī)，但需要結(jié)合非標(biāo)稱駕駛的原因來(lái)判斷飛行安全負(fù)責(zé)權(quán)。如果空/地鏈路通訊不暢時(shí)，地面操作員無(wú)法正常掌控飛機(jī)，不對(duì)飛機(jī)飛行安全負(fù)責(zé)。此時(shí)，飛機(jī)將在座艙自動(dòng)系統(tǒng)按照緊急著陸規(guī)劃(Emergency Landing Planner)執(zhí)行自動(dòng)程序，自動(dòng)完成緊急著陸。

圖5 SPO協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)

圖6 SPO空地操作授權(quán)

3 單一飛行員駕駛模式的飛行過(guò)程組織

飛行過(guò)程組織是飛行管理基本活動(dòng)組織。飛行過(guò)程組織是基于用戶飛行需求、空域交通環(huán)境和飛機(jī)飛行狀態(tài)的綜合過(guò)程組織。已知飛行過(guò)程管理是基于飛行計(jì)劃需求，根據(jù)空域交通管理，依據(jù)飛行狀態(tài)的綜合管理過(guò)程。其中，航空公司負(fù)責(zé)飛行使用需求，建立和調(diào)整飛行計(jì)劃，提供飛行航路氣象狀態(tài)，監(jiān)視飛機(jī)航跡和應(yīng)急過(guò)程；空管系統(tǒng)負(fù)責(zé)空域交通管理，監(jiān)視飛機(jī)當(dāng)前飛行狀態(tài)，評(píng)估飛機(jī)飛行航路計(jì)劃，提供飛行許可管理；飛行員負(fù)責(zé)飛行計(jì)劃識(shí)別、飛行環(huán)境感知、飛行任務(wù)組織和飛行操縱控制過(guò)程。也就是說(shuō)，飛行過(guò)程組織是建立航空公司、空管系統(tǒng)和飛行員協(xié)同飛行管理的基礎(chǔ)上，形成的飛行過(guò)程活動(dòng)。

因此，對(duì)于單一飛行員駕駛模式下的飛行過(guò)程來(lái)說(shuō)，飛行過(guò)程是一組基于飛行計(jì)劃組織、面向飛機(jī)應(yīng)用目標(biāo)，針對(duì)當(dāng)前空域交通環(huán)境，依據(jù)飛機(jī)自身能力，通過(guò)飛行員、空管系統(tǒng)和航空公司地面操作員三方協(xié)同管理，滿足三方需求的一系列飛行應(yīng)用活動(dòng)組織。航空電子系統(tǒng)[24-25]針對(duì)飛行過(guò)程組織和管理的需求，通過(guò)構(gòu)建飛機(jī)使命的飛行計(jì)劃組織，提供飛行目標(biāo)的飛行引導(dǎo)能力，從而建立飛行環(huán)境的條件限制、確立飛行狀態(tài)的能力組織構(gòu)型、組建整個(gè)飛行綜合條件的飛行過(guò)程，最終形成支持飛行過(guò)程各個(gè)利益方——飛機(jī)、空管和航空公司協(xié)同組織與管理模式。

3.1 飛行計(jì)劃與動(dòng)態(tài)飛行計(jì)劃

已知任何飛行過(guò)程都是有計(jì)劃的，或者說(shuō)所有的飛行過(guò)程組織和管理都是建立在飛行計(jì)劃組織、執(zhí)行和管理的基礎(chǔ)上。飛行計(jì)劃主要任務(wù)是：① 確定了飛行的使命，包括飛行航程、客載和商載、飛行航線、飛行時(shí)間；② 明確了飛行的目標(biāo)，包括起飛機(jī)場(chǎng)、降落機(jī)場(chǎng)、起飛時(shí)間、飛行距離；③ 確 定了飛行的條件，包括飛行航路、飛行管理數(shù)據(jù)庫(kù)、水平/垂直引導(dǎo)、導(dǎo)航模式；④ 組建了飛行的模式，包括飛行路徑、飛行性能、航跡預(yù)測(cè)、計(jì)劃管理。

單一飛行員駕駛模式下的飛行過(guò)程組織與管理是在飛行計(jì)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)飛行空域交通管理，依據(jù)飛行航路氣象條件，針對(duì)飛行計(jì)劃運(yùn)行狀態(tài)和適應(yīng)能力，通過(guò)飛行員、空管員和航空公司地面操作員三方協(xié)同，實(shí)現(xiàn)基于飛行計(jì)劃的飛行過(guò)程組織和管理。

已知任何計(jì)劃都是事先定義的，也就是說(shuō)，飛行計(jì)劃是在建立飛行過(guò)程組織和運(yùn)行之前，是建立在空域交通環(huán)境和航路氣象條件以及飛行能力和性能預(yù)期的基礎(chǔ)上。由于空域交通環(huán)境和航路氣象條件以及飛行能力都是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化的，這種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化在任何時(shí)刻都可能造成原飛行計(jì)劃不適應(yīng)，必須在飛行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)飛行計(jì)劃修改和調(diào)整才能滿足當(dāng)前有效和安全飛行過(guò)程要求。這就是說(shuō)，飛行計(jì)劃是飛行組織的基礎(chǔ)，動(dòng)態(tài)飛行計(jì)劃是飛行管理的保障。SPO模式下的飛行計(jì)劃管理由機(jī)上飛行員發(fā)出指令，航空公司地面操作員應(yīng)該根據(jù)飛機(jī)飛行過(guò)程實(shí)時(shí)情況，并結(jié)合機(jī)上飛行員駕駛情況(標(biāo)稱/非標(biāo)稱駕駛)和身體情況(正常/非正常駕駛)按需協(xié)助飛行員完成飛行計(jì)劃動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保飛行的安全性。單一飛行員駕駛模式下飛行計(jì)劃與動(dòng)態(tài)飛行計(jì)劃組織架構(gòu)如圖7所示。

3.2 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行過(guò)程

機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行是飛機(jī)飛行階段重要的組成部分。在飛行基礎(chǔ)設(shè)施組成中，如航線、空域、衛(wèi)星和機(jī)場(chǎng)等，機(jī)場(chǎng)資源(終端空域)能力和場(chǎng)面運(yùn)行有效性是飛機(jī)飛行過(guò)程組織和飛行過(guò)程運(yùn)行的核心能力與重要組成部分。特別是大都市高密度起飛和降落機(jī)場(chǎng)，機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行能力、效率、確定性和安全性不僅影響飛機(jī)自身的目標(biāo)需求，同時(shí)影響整個(gè)區(qū)域的運(yùn)輸能力和效率。因此，機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行組織和管理一直受到特別的關(guān)注。

隨著飛行運(yùn)輸能力的高速發(fā)展，特別是對(duì)于大都市高密度起降機(jī)場(chǎng)，機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面的交通環(huán)境復(fù)雜性急劇增加，直接影響機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行能力、效率和安全性。這種影響主要反映在以下幾個(gè)方面：① 由于機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面獨(dú)立運(yùn)動(dòng)載體急劇增加，直接導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)跑道入侵的概率增加，機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面滑行沖突增大，飛機(jī)滑行過(guò)程時(shí)間增長(zhǎng)，飛機(jī)滑行效率降低；② 由于機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面獨(dú)立運(yùn)動(dòng)載體獨(dú)立性和多樣性，飛機(jī)滑行的確定性和可預(yù)測(cè)性降低，滑行過(guò)程啟停增多，增加了滑行燃油和排放，增大了對(duì)機(jī)場(chǎng)空域環(huán)境的影響；③ 由于機(jī)載旅客擺渡車輛、行李車輛、加油車輛、應(yīng)急車輛的獨(dú)立運(yùn)行過(guò)程，大大增加機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面滑行的擁擠，限制了飛機(jī)滑行的效率；④ 由于機(jī)場(chǎng)惡劣氣象條件的運(yùn)行需求，如大霧、霧霾和低能見(jiàn)度，限定了飛機(jī)滑行過(guò)程，增加了飛機(jī)滑行間隔，降低了機(jī)場(chǎng)起飛調(diào)度能力；⑤ 由 于傳統(tǒng)的非一體化和有限的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面環(huán)境管理模式，如飛行員自主滑行管理模式，基于視覺(jué)飛機(jī)滑行監(jiān)控能力，基于滑行許可的機(jī)場(chǎng)跑道排序組織，基于起飛許可的機(jī)場(chǎng)跑道運(yùn)行狀態(tài)，以及獨(dú)立的機(jī)場(chǎng)到達(dá)和起飛管理，大大增加了飛機(jī)滑行沖突可能性，增加了機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面交通環(huán)境復(fù)雜性，降低了機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行效率和安全性。因此，必須在單一飛行員駕駛模式基礎(chǔ)上建立機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面交通運(yùn)行和管理能力，以滿足航空高速發(fā)展的需求。

圖7 SPO模式下飛行計(jì)劃與動(dòng)態(tài)飛行計(jì)劃組織架構(gòu)

機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行管理是根據(jù)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面交通環(huán)境，針對(duì)機(jī)場(chǎng)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)載體的目標(biāo)需求，依據(jù)機(jī)場(chǎng)活動(dòng)區(qū)域能力狀態(tài)，面向機(jī)場(chǎng)交通運(yùn)行組織，提升機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行能力、效率和安全性，實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行滿足空域流量組織最大化要求。在單一飛行員駕駛模式下，可依靠座艙智能自動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面管理軟件通信協(xié)同完成場(chǎng)面管理，同時(shí)航空公司地面操作員在地面配合機(jī)長(zhǎng)完成場(chǎng)面監(jiān)視等任務(wù)；如遇到特殊情況，例如跑道入侵，協(xié)同飛行員完成相關(guān)操作。單一飛行員駕駛模式下的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行管理組織架構(gòu)如圖8所示。

3.3 起飛和降落飛行過(guò)程

起飛和降落飛行過(guò)程是飛機(jī)進(jìn)入航線飛行和進(jìn)入終端到達(dá)的過(guò)程，是飛機(jī)飛行狀態(tài)調(diào)整和交通環(huán)境管理最為重要的階段，也是飛行燃油消耗和安全性影響最大的階段。起飛和降落過(guò)程是不僅對(duì)飛行航路組織、飛機(jī)運(yùn)行效率和終端空域交通管理提出了強(qiáng)烈的需求，同時(shí)對(duì)飛機(jī)飛行計(jì)劃目標(biāo)、終端交通流量和機(jī)場(chǎng)運(yùn)行效率產(chǎn)生很大的影響。特別對(duì)于大都市高密度起飛和降落機(jī)場(chǎng)，起飛和降落能力對(duì)機(jī)場(chǎng)吞吐率、跑道利用效率和過(guò)程安全性都具有非常大的影響。因此，起飛和降落運(yùn)行組織和管理是單一飛行員駕駛模式下飛機(jī)飛行過(guò)程最為關(guān)注的飛行階段。

起飛和降落飛行過(guò)程的目標(biāo)是根據(jù)飛機(jī)的飛行計(jì)劃需求，提供靈活飛行航路選擇，支持用戶偏好請(qǐng)求，提供動(dòng)態(tài)環(huán)境適應(yīng)，滿足實(shí)時(shí)飛行環(huán)境變化，支持惡劣氣象回避，消除起飛和到達(dá)飛行航路擁擠，降低機(jī)場(chǎng)空域交通流量飽和，建立更加靈活、精確和面向用戶(飛行員)意愿的起飛與降落航路，支持安全保證的靈活和有效起飛和降落過(guò)程。

依據(jù)美國(guó)下一代空管系統(tǒng)計(jì)劃(NextGen)和歐洲單一天空計(jì)劃(SESAR)，新一代單一飛行員駕駛模式下的起飛和降落飛行過(guò)程需要支持連續(xù)爬升和連續(xù)下降過(guò)程。即建立連續(xù)爬升和連續(xù)降落過(guò)程組織與管理，通過(guò)智能自動(dòng)系統(tǒng)減少單一飛行員操作負(fù)擔(dān)，減少階梯爬升和降落過(guò)程的盤旋等待，支持空域能力最大化，提升起飛和降落航路的效率，降低了燃油和排放。同時(shí)，新一代單一飛行員駕駛模式下的起飛和降落過(guò)程支持起飛過(guò)程和降落過(guò)程與機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面管理綜合。即通過(guò)座艙智能自動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到起飛過(guò)程與機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面管理的綜合，通過(guò)與航路臨近空域空管站同步，消除進(jìn)入飛行航路沖突，建立更加平滑的起飛過(guò)程，提升爬升過(guò)程流量和效率；通過(guò)座艙智能自動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到降落過(guò)程與機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面管理的綜合，即通過(guò)場(chǎng)面交通跟蹤和控制，提供了更加靈活的跑道使用平衡，支持優(yōu)化機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面和機(jī)場(chǎng)空域資源分配，降低飛行降落跑道占用時(shí)間，提升起飛運(yùn)行靈活性和降落效率。

圖8 SPO模式下機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行管理組織架構(gòu)

單一飛行員駕駛模式下的起飛和降落飛行過(guò)程是基于航空公司地面操作員或飛行員的請(qǐng)求，通過(guò)與空管系統(tǒng)的協(xié)同，建立飛行目標(biāo)、飛行環(huán)境和空域交通相互平衡的飛行航跡需求組織。起飛和降落航路是建立在飛行員或航空公司地面操作員請(qǐng)求與空管系統(tǒng)組織的協(xié)同基礎(chǔ)上。由于起飛和降落是強(qiáng)實(shí)時(shí)過(guò)程，航路的組織是由跑道起飛離地節(jié)點(diǎn)(TTF)到爬升頂點(diǎn)(TOC)或降落頂點(diǎn)(TOD)到進(jìn)近初始節(jié)點(diǎn)(IAF)過(guò)程構(gòu)成，飛行航路調(diào)整主要是基于其氣象危害或應(yīng)急處理需求，飛行航路調(diào)整協(xié)同過(guò)程是基于飛行員的飛行環(huán)境感知、請(qǐng)求和確認(rèn)與空管系統(tǒng)構(gòu)建、評(píng)估和監(jiān)視。在飛行員需要幫助的條件下，航空公司地面操作員將參與起飛和降落航路調(diào)整的協(xié)同過(guò)程。

起飛和降落飛行過(guò)程一般分為階梯起飛爬升和到達(dá)降落過(guò)程與連續(xù)起飛爬升和到達(dá)降落過(guò)程。所謂階梯起飛爬升和到達(dá)降落過(guò)程是基于空域高度狀態(tài)管理的飛行爬升和降落組織過(guò)程，是依據(jù)飛行爬升和下降空域飛行高度層的劃分，建立面向飛行高度空域運(yùn)行狀態(tài)管理，協(xié)同飛機(jī)爬升過(guò)程組織。所謂連續(xù)起飛爬升和到達(dá)降落過(guò)程是基于飛行航跡管理的飛行爬升和降落組織過(guò)程，是依據(jù)飛機(jī)運(yùn)行航跡(TBO)組織，建立面向飛機(jī)飛行航跡的運(yùn)行狀態(tài)管理，協(xié)同飛機(jī)爬升過(guò)程組織。

單一飛行員駕駛模式下的起飛和降落飛行過(guò)程組織是根據(jù)飛行計(jì)劃，針對(duì)空域惡劣氣象和風(fēng)力感知環(huán)境，通過(guò)空管系統(tǒng)與飛行員或航空公司地面操作員協(xié)同，在座艙智能自動(dòng)系統(tǒng)支持下提供靈活的航路選擇，提前規(guī)劃空域航路擁擠和惡劣氣象環(huán)境的優(yōu)化路徑，降低在爬升最高匯集定點(diǎn)(TOC)和降落進(jìn)近匯集點(diǎn)(IAF)分散和沖突，從而提升決策準(zhǔn)確性和效率，并確保飛行的安全性。單一飛行員駕駛模式下的起飛和降落飛行過(guò)程組織架構(gòu)如圖9所示。

3.4 陸基航路飛行過(guò)程

陸基航路(Continental En Route)飛行過(guò)程是依據(jù)飛行計(jì)劃，基于區(qū)域?qū)Ш?RNAV)引導(dǎo)、地面雷達(dá)監(jiān)視覆蓋、地面通信服務(wù)支持和地面空域交通管理的長(zhǎng)航時(shí)飛行過(guò)程。從整個(gè)飛行階段組成來(lái)看，機(jī)場(chǎng)空域起飛爬升過(guò)程、到達(dá)降落過(guò)程和機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面滑行過(guò)程對(duì)飛機(jī)飛行過(guò)程流量和效率產(chǎn)生很大影響，但從飛機(jī)整個(gè)飛行過(guò)程來(lái)看，由于飛機(jī)起飛和降落時(shí)間較短，這些影響對(duì)整個(gè)飛行過(guò)程占的比例有限。陸基航路飛行是長(zhǎng)航時(shí)的。對(duì)一般大都市之間飛行來(lái)說(shuō)，陸基航路飛行距離和時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)機(jī)場(chǎng)起飛和降落過(guò)程(洋區(qū)空域飛行一般說(shuō)來(lái)更長(zhǎng)，在這里主要是討論陸基航路飛行，洋區(qū)空域飛行在3.5節(jié)討論)。由于陸基飛行距離和時(shí)間都比較長(zhǎng)，而空域交通狀態(tài)和氣象條件是實(shí)時(shí)變化的。因此，陸基航路飛行將會(huì)遇到各種各樣交通管理和氣象條件，任何交通狀態(tài)，如交通擁擠、沖突和偏離，任何氣象條件，如雷暴、逆風(fēng)和對(duì)流，都會(huì)對(duì)陸基航路飛行過(guò)程產(chǎn)生很大影響，從而直接影響整個(gè)飛行過(guò)程效率、成本和收益。因此，如何建立有效陸基航路飛行過(guò)程，降低空域交通環(huán)境和氣象條件的影響，提升飛行能力和效率，一直是飛行過(guò)程組織研究的重要領(lǐng)域。

圖9 SPO模式下起飛和降落飛行過(guò)程組織架構(gòu)

同洋區(qū)空域飛行相比，陸基航路飛行主要特征是具有空管地面站(ATSP-SC)、通信地面站、導(dǎo)航地面站和地面監(jiān)視雷達(dá)支持。其中，有空管地面站提供飛行扇區(qū)與進(jìn)入和飛出飛行的飛機(jī)交互和管理；通信地面站提供空域和航空公司與飛機(jī)語(yǔ)音通信和數(shù)據(jù)鏈；導(dǎo)航地面站(如地面無(wú)線電信標(biāo)機(jī)/地面測(cè)距儀)提供飛行位置和飛行引導(dǎo)支持能力；地面監(jiān)視雷達(dá)提供飛機(jī)飛行狀態(tài)和航跡監(jiān)視能力。同時(shí)與洋區(qū)空域飛行一樣，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(海事衛(wèi)星和銥星)、全球氣象服務(wù)系統(tǒng)(氣象衛(wèi)星)以及星基、空基和地基增強(qiáng)系統(tǒng)等也提供對(duì)陸基航路飛行的支持和服務(wù)。

單一飛行員駕駛模式下的陸基航路飛行過(guò)程是基于飛行時(shí)間長(zhǎng)和空域交通與航路氣象實(shí)時(shí)變化的現(xiàn)象，針對(duì)空域的使用效率需求，在座艙智能自動(dòng)系統(tǒng)支持下建立動(dòng)態(tài)航路選擇和組織的能力，支持靈活空域航路組織，消除空域交通橫路擁擠，回避實(shí)時(shí)航路氣象危害；針對(duì)飛行航路優(yōu)化組織的需求，在座艙智能自動(dòng)系統(tǒng)支持下建立基于用戶偏好飛行航跡，優(yōu)化飛行航跡，回避航路沖突和降低條件約束，增強(qiáng)飛行性能，提高飛行效率；針對(duì)飛行引導(dǎo)需求，在座艙智能自動(dòng)系統(tǒng)支持下建立基于導(dǎo)航地面站(如地面無(wú)線電信標(biāo)機(jī)/地面測(cè)距儀)和衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)，提供基于性能導(dǎo)航(PBN)能力，支持基于航跡引導(dǎo)的高精度導(dǎo)航路徑組織，提升飛行引導(dǎo)能力和精度；針對(duì)飛行狀態(tài)監(jiān)視需求，構(gòu)建基于航跡運(yùn)行的飛行容限，在座艙智能自動(dòng)系統(tǒng)支持下建立飛行狀態(tài)、地面雷達(dá)和機(jī)載雷達(dá)對(duì)飛行、交通和氣象的綜合監(jiān)視，支持飛行告警和協(xié)同飛行過(guò)程組織，提供飛行安全性和有效性；針對(duì)空域特殊使用區(qū)域(SUA)需求，在航空公司地面操作員協(xié)助下建立空域特殊使用區(qū)域(SUA)計(jì)劃和協(xié)同機(jī)制，支持規(guī)避、隔離、監(jiān)視和協(xié)同管理模式，有效保證空域特殊使用區(qū)域(SUA)防護(hù)要求，同時(shí)提供空域利用率。單一飛行員駕駛模式下的陸基航路飛行過(guò)程組織架構(gòu)如圖10所示。

圖10 SPO模式下路基航路飛行過(guò)程組織架構(gòu)

3.5 洋區(qū)空域飛行過(guò)程

洋區(qū)空域飛行(Oceanic Flight)主要是描述2個(gè)大陸之間的越洋飛行過(guò)程。洋區(qū)空域飛行的主要特征是：長(zhǎng)航時(shí)飛行過(guò)程、無(wú)地面設(shè)施支持和無(wú)地貌飛行感知。洋區(qū)空域飛行的這些特征使之飛行過(guò)程具有特殊的需求和模式。

長(zhǎng)航時(shí)飛行過(guò)程是洋區(qū)空域飛行的重要特征。前面介紹的陸基航路飛行具有長(zhǎng)飛行時(shí)間的特征是相對(duì)起飛爬升和降落進(jìn)近過(guò)程而言的。陸基航路飛行是描述內(nèi)陸飛行過(guò)程，飛行時(shí)間一般為1～4 h或1～5 h，通常是在同一個(gè)國(guó)家空管系統(tǒng)管理的空域環(huán)境中飛行；而洋區(qū)空域飛行是描述大陸之間的海洋空域飛行過(guò)程，飛行時(shí)間一般長(zhǎng)達(dá)到10 h左右，通常是穿越多個(gè)國(guó)家空管系統(tǒng)的空域。由于洋區(qū)空域飛行的長(zhǎng)航時(shí)特征，飛行航路的氣象條件和交通狀況不可能保持不變，也就是同一個(gè)飛行高度和固定的飛行航路不可能提供和維持優(yōu)化飛行過(guò)程。因此，在洋區(qū)空域飛行計(jì)劃航路組織過(guò)程中，根據(jù)氣象預(yù)報(bào)規(guī)劃不同階段的飛行高度。在飛行過(guò)程中，支持動(dòng)態(tài)飛行高度調(diào)整，支持動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)穿越和支持授權(quán)自主管理模式。

無(wú)地面設(shè)施支持是洋區(qū)空域飛行的另一重要特征。由于是在洋區(qū)空域飛行，海平面上沒(méi)有地面飛行支持設(shè)施。如地面空管控制站、通信服務(wù)地面站、地面無(wú)線電信標(biāo)機(jī)(VOR)、地面測(cè)距儀(DME)和地面監(jiān)視雷達(dá)。除了高頻通信(HF)外，飛行過(guò)程管理是建立在基于衛(wèi)星的通信、導(dǎo)航和監(jiān)視的空管系統(tǒng)(CNS/ATM)基礎(chǔ)上。由于目前通信衛(wèi)星(海事衛(wèi)星和銥星)的通信帶寬和性能限制，導(dǎo)航衛(wèi)星的區(qū)域和完好性要求，空中主動(dòng)詢問(wèn)應(yīng)答的范圍和性能條件，對(duì)洋區(qū)空域飛行組織和管理帶來(lái)較大的影響。因此，洋區(qū)空域飛行組織和管理的能力和性能建立在基于衛(wèi)星通信鏈路(SATCOM)消息傳輸所需通信性能(RCP)、基于導(dǎo)航衛(wèi)星能力組織的所需導(dǎo)航性能(RNP)和基于衛(wèi)星飛行狀態(tài)傳輸(ADS-C)所需監(jiān)視性能(RSP)綜合的基礎(chǔ)上，構(gòu)建洋區(qū)空域飛行組織、引導(dǎo)、監(jiān)視和管理過(guò)程。

無(wú)地貌飛行感知是描述洋區(qū)空域飛行的飛行員駕駛環(huán)境。已知在洋區(qū)空域飛行過(guò)程中，飛機(jī)前方和下方通常都是一片無(wú)盡的海洋，無(wú)任何地貌特征。駕駛艙顯示系統(tǒng)只提供駕駛操作模式圖，沒(méi)有地貌特征的數(shù)字地圖。飛行員駕駛過(guò)程中無(wú)法獲取駕駛窗外視覺(jué)感知，只能通過(guò)駕駛艙顯示儀表實(shí)施飛行計(jì)劃和飛行任務(wù)觀測(cè)，通過(guò)機(jī)載主動(dòng)詢問(wèn)和應(yīng)答完成附近空域交通環(huán)境的感知，通過(guò)完成機(jī)載導(dǎo)航和監(jiān)視完成飛機(jī)狀態(tài)的監(jiān)視，通過(guò)衛(wèi)星通信鏈路完成與空管的協(xié)同決策。因此，洋區(qū)空域飛行組織和管理能力和性能是建立在飛機(jī)機(jī)載設(shè)備的功能和性能的基礎(chǔ)上，提供飛行員駕駛過(guò)程的感知、操作和控制能力，實(shí)現(xiàn)構(gòu)建洋區(qū)空域飛行過(guò)程的組織和管理。

單一飛行員駕駛模式下的洋區(qū)空域飛行過(guò)程是針對(duì)洋區(qū)空域運(yùn)行環(huán)境，根據(jù)洋區(qū)航路運(yùn)行過(guò)程能力特征，在座艙智能自動(dòng)系統(tǒng)支持以及航空公司地面操作員協(xié)同下建立面向洋區(qū)空域航路能力和飛行需求平衡的飛行計(jì)劃組織過(guò)程，構(gòu)建均衡航路負(fù)荷的飛行計(jì)劃過(guò)程，提供基于能力的飛行計(jì)劃組織、基于狀態(tài)的飛行計(jì)劃組織和基于過(guò)程的飛行計(jì)劃組織，有效地平衡洋區(qū)空域飛行航路的負(fù)荷；針對(duì)洋區(qū)空域航路交通環(huán)境，根據(jù)洋區(qū)航路沖突和約束，在座艙智能自動(dòng)系統(tǒng)支持以及航空公司地面操作員協(xié)同下建立用戶偏好航路組織能力過(guò)程，支持基于用戶偏好洋區(qū)空域航路規(guī)劃協(xié)同組織和管理，消除航路沖突和限制，有效提升洋區(qū)空域飛行航路能力；針對(duì)洋區(qū)空域航路飛行高度交通擁擠和氣象約束，根據(jù)洋區(qū)空域航路其他高度交通狀態(tài)和氣象條件，在座艙智能自動(dòng)系統(tǒng)支持以及航空公司地面操作員協(xié)同下建立自主飛行高度調(diào)整機(jī)動(dòng)過(guò)程，規(guī)避了原飛行高度的氣象狀態(tài)和航路沖突的影響，有效利用洋區(qū)空域空間能力；針對(duì)洋區(qū)空域航路飛行模式，根據(jù)洋區(qū)空域交通環(huán)境和氣象條件復(fù)雜性，在座艙智能自動(dòng)系統(tǒng)支持以及航空公司地面操作員協(xié)同下建立洋區(qū)空域的沖突自主機(jī)動(dòng)穿越過(guò)程，支持洋區(qū)空域航路沖突飛行航路自主調(diào)整和運(yùn)行，有效提升洋區(qū)空域飛行過(guò)程效率。單一飛行員駕駛模式下的洋區(qū)空域飛行過(guò)程組織架構(gòu)如圖11所示。

圖11 SPO模式下洋區(qū)空域飛行過(guò)程組織架構(gòu)

4 SPO遠(yuǎn)程操控演示驗(yàn)證系統(tǒng)

為了達(dá)到3.2節(jié)描述的SPO模式空地協(xié)同交互過(guò)程，SPO模式下對(duì)于飛機(jī)座艙自動(dòng)系統(tǒng)以及操控模式相對(duì)于現(xiàn)有機(jī)型來(lái)說(shuō)，有較大設(shè)計(jì)改動(dòng)，主要包括以下2點(diǎn)：① 座艙中需要增加認(rèn)知人機(jī)接口來(lái)實(shí)時(shí)采集飛行員身體狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)分析和功能分配確保飛行員不會(huì)由于工作負(fù)荷大而處于精神緊張狀態(tài)，確保安全飛行；② 航空公司地面操作員可以遠(yuǎn)程輔助機(jī)上駕駛員完成監(jiān)視等相關(guān)工作，可以減輕機(jī)上飛行員工作負(fù)荷，甚至在身體出現(xiàn)非正常狀態(tài)時(shí)可以接替機(jī)上飛行員駕駛飛機(jī)并完成飛行。前者主要是通過(guò)在座艙中加裝腦電波監(jiān)測(cè)、心電監(jiān)測(cè)、呼吸監(jiān)測(cè)等傳感器完成飛行員身體指標(biāo)數(shù)據(jù)采集，后者主要是通過(guò)搭建地面管理系統(tǒng)，并通過(guò)空地?cái)?shù)據(jù)鏈與機(jī)上座艙系統(tǒng)互聯(lián)，可以做到下傳飛行參數(shù)和視景及協(xié)同任務(wù)信息，上傳控制命令和協(xié)同任務(wù)信息。本節(jié)主要針對(duì)SPO模式下，飛行員處于非正常身體狀態(tài)，需要地面操作員在地面管理系統(tǒng)支持下完成飛機(jī)遠(yuǎn)程操控的演示和驗(yàn)證。

4.1 系統(tǒng)組成

整個(gè)遠(yuǎn)程操控演示驗(yàn)證系統(tǒng)架構(gòu)如圖12所示。演示驗(yàn)證系統(tǒng)由3部分組成：模擬飛機(jī)座艙、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站以及地面管理系統(tǒng)。模擬飛機(jī)座艙對(duì)真實(shí)飛機(jī)在空中飛行時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行仿真，可以接收來(lái)自數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站的操控?cái)?shù)據(jù)，并在虛擬的飛行環(huán)境中產(chǎn)生一系列飛行仿真數(shù)據(jù)；同時(shí)還集成了真實(shí)飛機(jī)座艙上的主要顯示界面和操作設(shè)備，并且加裝了前視攝像頭，可以接收外來(lái)數(shù)據(jù)，并在虛擬環(huán)境中飛行。模擬飛機(jī)座艙對(duì)真實(shí)飛機(jī)在空中飛行時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行仿真，并將攝像頭采集的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站發(fā)送到地面管理系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站負(fù)責(zé)模擬飛機(jī)座艙與地面管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信，接收來(lái)自模擬飛機(jī)座艙的數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后轉(zhuǎn)發(fā)給地面控制站和運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心；接收來(lái)自地面控制站的操控信息，處理后轉(zhuǎn)發(fā)給模擬飛機(jī)座艙。所有數(shù)據(jù)的收發(fā)都通過(guò)WIFI的方式完成。數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站在演示系統(tǒng)中安裝在一臺(tái)筆記本電腦中，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站模擬的是飛機(jī)實(shí)際運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景中的地面數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，負(fù)責(zé)飛機(jī)與地面管理系統(tǒng)之間的通信。

地面管理系統(tǒng)包括2部分：地面控制站和運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心。地面控制站集成了飛行員在地面的操縱設(shè)備和操控信息發(fā)送站，地面操控設(shè)備包括側(cè)桿、油門桿、腳蹬、地面控制站顯示設(shè)備、機(jī)載攝像頭數(shù)據(jù)顯示設(shè)備。地面控制站顯示界面在一臺(tái)筆記本電腦上顯示，機(jī)載攝像頭數(shù)據(jù)由投影儀及幕布進(jìn)行顯示操控信息發(fā)送站運(yùn)行在一臺(tái)筆記本電腦上，負(fù)責(zé)獲取側(cè)桿、油門桿、腳蹬的操縱數(shù)據(jù)并發(fā)送給數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站。

圖12 SPO模式下遠(yuǎn)程操控演示驗(yàn)證系統(tǒng)架構(gòu)

運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心根據(jù)界面上飛機(jī)的監(jiān)控信息對(duì)飛機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，與地面控制站協(xié)作對(duì)飛機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心負(fù)責(zé)對(duì)飛機(jī)的飛行計(jì)劃、性能曲線、數(shù)據(jù)監(jiān)控、飛行儀表等進(jìn)行監(jiān)控。運(yùn)行界面顯示在一臺(tái)筆記本電腦上。運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心模擬的是飛機(jī)實(shí)際運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景中的塔臺(tái)以及航空公司，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中地面控制站需要和運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心協(xié)作完成對(duì)SPO飛機(jī)的遠(yuǎn)程操控駕駛。

4.2 數(shù)據(jù)通信

本文通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)模擬衛(wèi)星鏈路和空地?cái)?shù)據(jù)鏈的方式建立SPO模式下遠(yuǎn)程操控通信模塊完成數(shù)據(jù)通信，如圖13所示。使用3臺(tái)電腦分別作為操控信息發(fā)送站、數(shù)據(jù)中專站、運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心，并通過(guò)蒲公英VPN進(jìn)行組網(wǎng)，使用UDP/IP協(xié)議完成各臺(tái)電腦間的通信。

操控信息發(fā)送站運(yùn)行接入程序或許設(shè)備信息，包括：手柄、踏板、油門，然后發(fā)送接收到的設(shè)備數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)中專站。數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站作為空地?cái)?shù)據(jù)中轉(zhuǎn)時(shí)，接收操控信息發(fā)送站獲取到的設(shè)備數(shù)據(jù)，并發(fā)送給仿真器，主要包括如下工作：

1) 初始化UDPClient，接收操控信息發(fā)送站的數(shù)據(jù)。

2) 初始化UDPClient，發(fā)送數(shù)據(jù)給模擬飛機(jī)座艙。

3) 設(shè)置遠(yuǎn)程主機(jī)，連接到操控信息發(fā)送站。

4) 設(shè)置遠(yuǎn)程主機(jī)，連接到仿真器。

5) 開啟線程，實(shí)現(xiàn)接收操控信息發(fā)送站的設(shè)備數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給仿真器。

數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站提供地面控制站以及運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)服務(wù)時(shí)，主要完成以下工作：

1) 初始化UDPClient，獲取仿真器數(shù)據(jù)。

2) 通過(guò)UDP獲取仿真器數(shù)據(jù)。

3) 將UDPSend和運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心聯(lián)系起來(lái)。

4) 將UDPSendInstructure和操控信息發(fā)送站聯(lián)系起來(lái)。

5) 開啟線程，接收仿真器發(fā)出的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給操控信息發(fā)送站和運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心。

6) 監(jiān)聽(tīng)仿真器數(shù)據(jù)，接收到數(shù)據(jù)后，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)體。

7) 將仿真器發(fā)出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給操控信息發(fā)送站。

8) 將仿真器發(fā)出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心。

4.3 驗(yàn)證評(píng)估

為了對(duì)搭建的SPO模式下遠(yuǎn)程操控演示驗(yàn)證系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，邀請(qǐng)了中國(guó)東方航空公司波音777型機(jī)長(zhǎng)1名、空客320型機(jī)長(zhǎng)1名、簽派員1名，實(shí)際操作SPO遠(yuǎn)程操控演示驗(yàn)證系統(tǒng)。為了進(jìn)一步增加操作界面的功能性和友好性，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能顯示界面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，如圖14所示。主要包括：航路組織規(guī)劃模塊、飛機(jī)外部環(huán)境感知模塊、飛機(jī)內(nèi)部狀態(tài)感知模塊、視景信息管理模塊和通信數(shù)據(jù)管理模塊。其中：航路組織規(guī)劃模塊核心是飛行管理單元，其根據(jù)所上傳飛行計(jì)劃制定水平和垂直包線，并指揮飛行控制系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、引氣系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等飛機(jī)系統(tǒng)按照既定的飛行航路進(jìn)行作動(dòng)和調(diào)整；飛機(jī)外部環(huán)境感知模塊主要負(fù)責(zé)感知飛機(jī)位置信息，并與通過(guò)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)、慣性參考系統(tǒng)、機(jī)載收發(fā)機(jī)獲取的信息融合，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈下傳至地面控制設(shè)備；飛機(jī)內(nèi)部狀態(tài)感知模塊采集對(duì)飛機(jī)飛行安全較為重要的狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)貨機(jī)狀態(tài)的系統(tǒng)性感知，并通過(guò)雙向數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)與地面控制站的交互；視景信息管理模塊與通信數(shù)據(jù)管理模塊相連并記錄與下傳視頻形式的飛機(jī)前方視景信息；通信數(shù)據(jù)管理模塊負(fù)責(zé)對(duì)上下傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理與暫存，其與航路組織規(guī)劃模塊、飛機(jī)外部環(huán)境感知模塊、飛機(jī)內(nèi)部狀態(tài)感知模塊、視景信息管理模塊相連進(jìn)行機(jī)上信息的處理，與空地?cái)?shù)據(jù)鏈相連對(duì)下傳信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)其內(nèi)部的校驗(yàn)機(jī)制也將對(duì)數(shù)據(jù)的完整性和有效性進(jìn)行保障。

圖13 SPO模式下遠(yuǎn)程操控通信模擬系統(tǒng)架構(gòu)

圖14 SPO模式下遠(yuǎn)程操控功能顯示架構(gòu)

通過(guò)2名飛行員和1名簽派員的實(shí)際操作，均表示在不考慮鏈路延遲的情況下，基本可以獲取到機(jī)上操作所具備的駕駛感受；同時(shí)，由于遠(yuǎn)程駕駛和簽派員在本地協(xié)同工作，對(duì)于飛行計(jì)劃更改、緊急情況處理方面，相對(duì)于空地協(xié)同更為便利。

5 結(jié) 論

1) 闡述了單一飛行員駕駛模式系統(tǒng)組成及架構(gòu)。

2) 對(duì)比分析了雙乘員駕駛模式和單一飛行員駕駛模式下飛行員+空管系統(tǒng)+航空公司三方協(xié)同過(guò)程。

3) 描述了在單一飛行員駕駛模式下商用飛機(jī)主要飛行過(guò)程組織架構(gòu)，即飛行計(jì)劃與動(dòng)態(tài)飛行計(jì)劃組織架構(gòu)、機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行過(guò)程組織架構(gòu)、起飛和降落飛行過(guò)程組織架構(gòu)、路基航路飛行過(guò)程組織架構(gòu)、洋區(qū)空域飛行過(guò)程組織架構(gòu)。

4) 對(duì)SPO模式下的遠(yuǎn)程操作演示驗(yàn)證系統(tǒng)進(jìn)行了描述和驗(yàn)證。