北斗在通航領(lǐng)域應(yīng)用推廣的思考與建議—以湖南省為例

文｜何雄平

湖南省通用航空發(fā)展有限公司

一、引言

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國著眼于國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展需要，自主建設(shè)運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)的國家重要時空基礎(chǔ)設(shè)施。自提供服務(wù)以來，北斗系統(tǒng)已在交通運輸、農(nóng)林漁業(yè)、水文監(jiān)測、民航、通信授時、電力調(diào)度、救災(zāi)減災(zāi)、公共安全等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，服務(wù)國家重要基礎(chǔ)設(shè)施，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益[1]。

通用航空泛指公共航空運輸以外的民用航空活動，已成為現(xiàn)代交通運輸界公認(rèn)的黃金產(chǎn)業(yè)。然而目前，我國通用航空發(fā)展面臨空域管理體制、適航標(biāo)準(zhǔn)不健全、飛機國產(chǎn)導(dǎo)航設(shè)備配備率低、產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后等問題。積極推動北斗衛(wèi)星導(dǎo)航在通航領(lǐng)域的應(yīng)用，是解決空管管理問題、提高飛機導(dǎo)航設(shè)備國產(chǎn)化率、帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)行有效的切入點。本文以湖南省北斗通航應(yīng)用為研究對象，以空域體制改革為切入點，深度剖析通航北斗應(yīng)用價值，為北斗在整個通航領(lǐng)域的應(yīng)用推廣提供借鑒。

二、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及通航應(yīng)用情況

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略圓滿完成，進入持續(xù)穩(wěn)定運行、規(guī)模應(yīng)用發(fā)展的新階段。2021 年我國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值達(dá)到4690 億元人民幣。目前，北斗系統(tǒng)在交通運輸、公共安全、救災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)林牧漁、城市治理等行業(yè)領(lǐng)域，以及電力、水利、通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面，已逐步形成深度應(yīng)用、規(guī)?；l(fā)展的良好局面，正在全面賦能各行各業(yè)并實現(xiàn)顯著效益。

1. 通用航空衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

通用航空是推動戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建國家綜合立體交通網(wǎng)、推動多領(lǐng)域民航強國的重要舉措。通用航空呈現(xiàn)加速發(fā)展態(tài)勢。然而存在依賴國外GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)、國產(chǎn)導(dǎo)航設(shè)備配備率低等問題，嚴(yán)重影響通航產(chǎn)業(yè)發(fā)展及國家安全[2]。因此積極推動北斗衛(wèi)星導(dǎo)航在通航領(lǐng)域的應(yīng)用，全面推進國家通航的發(fā)展勢在必行。

2. 國家政策全面支持北斗在通航的應(yīng)用發(fā)展

近年來，隨著通用航空的快速發(fā)展以及通用航空導(dǎo)航設(shè)備應(yīng)用需求的不斷增加，為規(guī)范通用航空導(dǎo)航設(shè)備，切實保障飛行安全，交通部發(fā)布2021年第2 號文，對CCAR-85-R2 民用航空導(dǎo)航設(shè)備開放與運行管理規(guī)定增加通航相關(guān)內(nèi)容。2019 年12月發(fā)布的《中國民航北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用實施路線圖》中為北斗在通航領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)劃了“固定式/便攜式位置報告”“機載多模式綜合監(jiān)視”“機載多模接收機”三個階段[3]，為北斗在通航的應(yīng)用發(fā)展提供了指導(dǎo)。

3. 北斗在通航領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

在上述背景下，民航局推動建設(shè)了“通用航空北斗飛行動態(tài)信息服務(wù)平臺”。根據(jù)最新的2021年民航行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報，截至2021 年底通用航空在冊航空器總數(shù)達(dá)到3018 架。截至2022 年3 月31 日，該平臺共登記通用航空企業(yè)400 家，通用航空器2090 架，綁定北斗機載設(shè)備及北斗卡的通用航空器1878 架。

盡管民航局北斗應(yīng)用實施路線圖已出臺，但國內(nèi)通用航空低空監(jiān)視和管理能力還存在嚴(yán)重不足[4]，北斗通航應(yīng)用的項目、課題等名目繁多雜亂，缺乏統(tǒng)一管理，未形成統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)北斗網(wǎng)及民航局官方網(wǎng)站調(diào)研，目前只有少部分通用類型標(biāo)準(zhǔn)涉及北斗通用航空應(yīng)用，尚未形成系統(tǒng)性的標(biāo)準(zhǔn)體系。因此亟需在剖析產(chǎn)業(yè)特點的基礎(chǔ)上，推動北斗低空空域技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化體系建立，保障北斗在通航領(lǐng)域的規(guī)范化、規(guī)?；l(fā)展。

為推動北斗在通航領(lǐng)域應(yīng)用，中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室先后推動湖南、江西、吉林等多個通航示范工程項目。其中，湖南省作為全國首個全域低空空域管理改革試點拓展省份，成為北斗通航應(yīng)用的排頭兵，為后續(xù)通航在全國的推廣應(yīng)用提供借鑒。

三、技術(shù)創(chuàng)新為北斗通航應(yīng)用帶來新機遇

北斗為傳統(tǒng)行業(yè)注入新動能的同時，也正加速與新一代通信、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)深度融合，北斗應(yīng)用新模式、新業(yè)態(tài)、新經(jīng)濟不斷涌現(xiàn)，為通航產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來新力量、新市場、新動能。

北斗與5G。利用“北斗+5G”融合應(yīng)用，可為湖南省低空空域分類管理、低空飛行服務(wù)保障體系建設(shè)提供高精度的空中、地面定位服務(wù)，為通航飛機、無人機等提供高精度、高帶寬、導(dǎo)航服務(wù)與應(yīng)用產(chǎn)品。

北斗與物聯(lián)網(wǎng)。利用“北斗+物聯(lián)網(wǎng)”融合應(yīng)用，可為湖南省低空飛行服務(wù)保障體系建設(shè)提供豐富的物聯(lián)感知數(shù)據(jù)來源，為低空空域管理提供“北斗+智能傳感器”系列化基礎(chǔ)產(chǎn)品，優(yōu)化營商環(huán)境，壯大低空經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈條。

北斗與衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。利用“北斗+衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”融合應(yīng)用，為通航飛機提供高精度、高可靠性、高效率的衛(wèi)星定位服務(wù)和高帶寬的低軌衛(wèi)星通信服務(wù)，極大提升低空飛行服務(wù)保障能力。

綜合PNT。綜合PNT 系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用能力的逐步健全，將為通航飛行器提供高集成度、高可靠性、高性價比的定位導(dǎo)航手段，并且，隨著綜合PNT 網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，通航領(lǐng)域定位、導(dǎo)航手段的創(chuàng)新將加速到來。

綜上，未來將不斷推進北斗技術(shù)與5G、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、云計算、區(qū)塊鏈、人工智能等技術(shù)的融合應(yīng)用，運用“+北斗”思維，充分發(fā)揮北斗高精度、高可靠、高安全的新一代信息時空技術(shù)體系，持續(xù)推進通航領(lǐng)域的高安全、高智能、高效益發(fā)展。

四、湖南省通航產(chǎn)業(yè)特點分析

2020 年9 月1 日，中央空管委批復(fù)了湖南省全域低空空域管理改革試點實施方案，要建立湖南省通用航空服務(wù)中心（以下簡稱服務(wù)中心），服務(wù)中心負(fù)責(zé)統(tǒng)籌湖南通用航空業(yè)發(fā)展、承擔(dān)全省通用航空和無人機監(jiān)管等社會公共通用航空服務(wù)，打造通用航空發(fā)展“天地人和”湖南新模式。

1. 湖南通航發(fā)展的基礎(chǔ)及必要性

地緣位置是發(fā)展通航的客觀需求。湖南西部及毗鄰的貴州、廣西等地區(qū)多崇山峻嶺，通航作業(yè)擁有巨大市場需求。此外，湖南地處我國中部地位，是連接長三角、珠三角、西南地區(qū)和華北地區(qū)的樞紐，便于建設(shè)輻射華中、華南地區(qū)的通航服務(wù)樞紐。

湖南省高度重視通航產(chǎn)業(yè)發(fā)展。圍繞產(chǎn)業(yè)發(fā)展、機場建設(shè)，現(xiàn)已出臺《促進湖南通用航空業(yè)發(fā)展實施意見》《湖南省通用機場布局規(guī)劃（2016—2030年）》等專項規(guī)劃和政策，通航發(fā)展的頂層設(shè)計已基本完善。

裝備制造業(yè)突出，經(jīng)濟基礎(chǔ)雄厚。三一集團、中聯(lián)重科、鐵建重工、山河智能等優(yōu)質(zhì)企業(yè)集聚成鏈，優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展，為通航的發(fā)展奠定了殷實的基礎(chǔ)。

航空裝備研發(fā)制造和飛行服務(wù)方面具有良好的發(fā)展基礎(chǔ)。湖南是航空裝備研發(fā)制造大省，具有“航空動力研制、通用飛機制造、航空零部件制造、通用航空運營、配套衍生產(chǎn)品生產(chǎn)”的完整產(chǎn)業(yè)鏈。在飛行服務(wù)方面，衡陽通航是湖南省第一家經(jīng)民航局審批的國有通用航空公司，現(xiàn)有訓(xùn)練機型和數(shù)量、通航體育人才隊伍和設(shè)備配置在中南地區(qū)位居第一。

2. 湖南通航產(chǎn)業(yè)發(fā)展的成果

2020 年湖南獲批全國首個全域低空空域管理改革試點拓展省份，也是第一個開展全域低空開放、集中集成新技術(shù)應(yīng)用的試點省份。目前湖南省在法規(guī)制度保障體系構(gòu)建、低空空域劃設(shè)方案編制、軍地民協(xié)同運行管理機制創(chuàng)建、低空飛行服務(wù)保障體系建設(shè)、通用機場場址審核等方面取得了突破性進展。

五、北斗在湖南省通航產(chǎn)業(yè)的價值思考

通用航空產(chǎn)業(yè)鏈條長、服務(wù)領(lǐng)域廣、帶動作用強[5]。全面梳理通航產(chǎn)業(yè)鏈上游、中游、下游，結(jié)合北斗衛(wèi)星系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能（圖1）。

圖1 通航產(chǎn)業(yè)鏈圖

利用北斗系統(tǒng)提供的精確導(dǎo)航、定位和授時服務(wù)功能，結(jié)合電子地圖和其它導(dǎo)航設(shè)施，實現(xiàn)航空器起飛、降落、飛行過程及地面各類交通設(shè)施的導(dǎo)航定位和時間服務(wù)，并拓展至林業(yè)、農(nóng)業(yè)等應(yīng)用。

利用北斗系統(tǒng)提供的基本導(dǎo)航、定位和授時服務(wù)功能，融合北斗短報文位置報告或移動通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)功能，實現(xiàn)對航空器、機場設(shè)施、地面車輛等交通工具的位置監(jiān)視、指揮、調(diào)度、應(yīng)急救援和航跡追蹤管理。

針對通航對導(dǎo)航精度及完好性有較高要求的應(yīng)用，進一步應(yīng)用差分技術(shù)、監(jiān)測系統(tǒng)等實現(xiàn)星基增強服務(wù)功能，滿足國際民航組織（ICAO）對衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的需求。

鑒于湖南省雄厚的裝備制造業(yè)以及特殊的地緣優(yōu)勢，也使其在通航領(lǐng)域應(yīng)用改革中起到了先鋒軍的角色。為加速湖南省通航產(chǎn)業(yè)發(fā)展，湖南省創(chuàng)新性地提出了“天地人和”通航發(fā)展新模式，即搭“天網(wǎng)”，解決通航飛行安全問題；建“地網(wǎng)”，解決通航“落地難”的問題；連“人網(wǎng)”，解決飛行計劃快速申報審批問題；強“協(xié)和”，實現(xiàn)“軍地民高效協(xié)同”的發(fā)展目標(biāo)，進一步從低空空域分類管理、低空目視航路航線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、低空飛行服務(wù)保障體系建設(shè)、監(jiān)督管理、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、營商環(huán)境六個方面，有力地推動了湖南低空空域管理改革的開展。

基于調(diào)研情況，依托湖南省全域低空空域管理改革試點規(guī)劃，編制湖南省通航改革的階梯型規(guī)劃圖如圖2 所示。

圖2 湖南省通航改革階梯型規(guī)劃圖

可以看出，湖南省低空監(jiān)視通信網(wǎng)絡(luò)、低空空域劃設(shè)機制還不盡完善，三者相輔相成，相互制約。北斗在湖南省全域低空空域管理改革中的應(yīng)用價值如表1 所示。

表1 湖南省低空改革北斗應(yīng)用價值思考

續(xù)表1

基于上述分析，形成一套北斗在通航應(yīng)用的型譜規(guī)劃，具體如圖3 所示。

圖3 北斗通航應(yīng)用型譜規(guī)劃圖

本節(jié)以湖南全域低空空域管理改革工作六大任務(wù)為立足點，提出對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的需求及思考建議，打通通航發(fā)展堵點，打造通航產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“湖南樣板”。

1. 建立北斗通航標(biāo)準(zhǔn)體系，推動通航規(guī)范化發(fā)展

充分借鑒國家、行業(yè)相關(guān)衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)，結(jié)合北斗行業(yè)示范項目經(jīng)驗，按照需求為本、急用先行的立標(biāo)制標(biāo)原則，從信息服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、通航應(yīng)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)三個方向開展北斗通航標(biāo)準(zhǔn)的研究制定（圖4）。

圖 4 北斗通航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系框架圖

此外，通用航空具有飛行高度低、飛行器小、飛行速度慢的特點，對系統(tǒng)和設(shè)備的性能要求相對較低，且具備自主可控優(yōu)勢，可規(guī)避國際民航標(biāo)準(zhǔn)壁壘。因此可率先在通航領(lǐng)域開展機載終端設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，先試先行，建立北斗通航標(biāo)準(zhǔn)試驗田，進而為北斗民航國際標(biāo)準(zhǔn)化和應(yīng)用示范提供支撐和運行依據(jù)。建議優(yōu)先制定的標(biāo)準(zhǔn)清單如表2 所示。

2. 推動衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星遙感在通航領(lǐng)域的綜合應(yīng)用

通過衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用，創(chuàng)建湖南通航產(chǎn)業(yè)鏈上中下游聯(lián)動的通用航空服務(wù)保障體系，創(chuàng)造高效、安全、共享、協(xié)調(diào)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，創(chuàng)立全國通用航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展標(biāo)桿和標(biāo)志性低空服務(wù)平臺。天基資源通航應(yīng)用解決方案如圖5 所示。

圖5 天基資源通航應(yīng)用解決方案

在衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用方面，在飛機側(cè)結(jié)合北斗在民航領(lǐng)域應(yīng)用規(guī)劃，采用“三步走”的方式完成北斗在通航領(lǐng)域的應(yīng)用目標(biāo)；在機場側(cè)建立基于北斗時空信息的動態(tài)資源協(xié)同及智能調(diào)度（空、地、人、物聯(lián)動協(xié)同）。

在衛(wèi)星通信應(yīng)用方面，推進低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星在通航飛機的應(yīng)用，并采用相控陣天線技術(shù)，實現(xiàn)Ku/Ka 高通量通信衛(wèi)星在通航飛機的應(yīng)用。

在衛(wèi)星遙感應(yīng)用方面，通過遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的接入，為通航機場建設(shè)、服務(wù)平臺底圖、低空飛行地圖等需求提供遙感實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、4D 數(shù)據(jù)產(chǎn)品、遙感數(shù)據(jù)專題分析產(chǎn)品。

在上述基礎(chǔ)上，加強在機場側(cè)和飛機側(cè)的融合創(chuàng)新，實現(xiàn)更為安全、高效、智能的應(yīng)用服務(wù)。

3. 加強與應(yīng)急救援等應(yīng)用業(yè)務(wù)的融合

北斗應(yīng)用服務(wù)要與業(yè)務(wù)平臺融合才能發(fā)揮實際價值。以應(yīng)急救援為例，通過基于北斗定位的可穿戴救援裝備技術(shù)，研制北斗搜救終端、一體式北斗救生衣，實現(xiàn)對應(yīng)急指揮系統(tǒng)提供實時全面的通航應(yīng)急救援力量組織和實施情況，接收應(yīng)急指揮系統(tǒng)航空應(yīng)急力量調(diào)配需求，支撐使用航空器進行應(yīng)急救援任務(wù)的要求。

4. 通過國家北斗通航應(yīng)用示范工程牽引產(chǎn)業(yè)發(fā)展

目前湖南省已成功申報了中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室組織的示范工程，為北斗在湖南通航領(lǐng)域的應(yīng)用邁出了第一步。后續(xù)國家發(fā)改委以及綜合PNT 應(yīng)用都將進一步支持北斗通航應(yīng)用，當(dāng)前湖南省已經(jīng)在低空空域改革、北斗通航應(yīng)用方面走在了全國前列，應(yīng)進一步研究北斗與新技術(shù)融合應(yīng)用的技術(shù)和產(chǎn)品支撐能力，牽引其在通航領(lǐng)域的應(yīng)用，以規(guī)?；瘧?yīng)用為目標(biāo)構(gòu)建湖南省北斗通用應(yīng)用示范規(guī)劃。

七、結(jié)束語

本文立足于湖南省作為低空空域管理改革示范省的定位，剖析了其在北斗通航空域改革應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀，提出了未來發(fā)展目標(biāo)，對北斗通航在全國推廣具有重要的借鑒意義。北斗通航應(yīng)以自主可控為目標(biāo)，構(gòu)建以北斗為核心的通航GNSS 技術(shù)應(yīng)用體系，打造貫穿整個北斗通航產(chǎn)業(yè)鏈的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)體系，推動以北斗定位、導(dǎo)航、授時、短報文通信技術(shù)為核心的新一代空中航行系統(tǒng)[6]，后續(xù)融合AI、傳感與監(jiān)測、大數(shù)據(jù)、泛在感知、動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動分析與決策等技術(shù)，結(jié)合自主可控的通信衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)，構(gòu)建航空領(lǐng)域?qū)嵕叭S場景，拓展至三維立體時空數(shù)據(jù)、三維立體一張圖，使得航空數(shù)據(jù)立體化、實時化、自動處理化、智能化。將航空器位置數(shù)據(jù)等與機場相關(guān)信息相結(jié)合，打造數(shù)字孿生系統(tǒng)，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)可視化，虛擬場景動態(tài)化，大數(shù)據(jù)場景輕量化，加快布局航空“元宇宙”，全面助力通航公司實現(xiàn)航空器監(jiān)控、維護與保障，提高機場運行效率，提升運行保障能力。