國(guó)外空管節(jié)能減排現(xiàn)狀分析及對(duì)我國(guó)的啟示

魏孝強(qiáng)

摘 要：近年來(lái)，民航系統(tǒng)的節(jié)能減排工作越來(lái)越受到全行業(yè)的重視，空管部門(mén)作為民航節(jié)能減排工作開(kāi)展的關(guān)鍵單位，針對(duì)節(jié)能減排開(kāi)展了大量工作。文章深入研究了國(guó)外空管系統(tǒng)節(jié)能減排工作的開(kāi)展情況，為我國(guó)空管系統(tǒng)未來(lái)節(jié)能減排工作的開(kāi)展提出了建議。

關(guān)鍵詞：空中交通管理；節(jié)能減排；燃油效率

引言

隨著全球航空運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，航空運(yùn)輸量高速增長(zhǎng)，航空運(yùn)輸給環(huán)境帶來(lái)的壓力愈來(lái)愈大。為了轉(zhuǎn)變航空運(yùn)輸發(fā)展模式，減少航空運(yùn)輸對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響，發(fā)展綠色民航，實(shí)施節(jié)能減排是目前民航發(fā)展的一個(gè)重要方向。空管系統(tǒng)作為民航行業(yè)的關(guān)鍵單位，在行業(yè)節(jié)能減排工作中發(fā)揮著支撐性作用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外都高度重視空管系統(tǒng)節(jié)能減排工作的開(kāi)展，通過(guò)優(yōu)化空域結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)新技術(shù)應(yīng)用等多種手段積極推進(jìn)空管系統(tǒng)節(jié)能減排工作的開(kāi)展。

1 國(guó)外空管系統(tǒng)節(jié)能減排發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外高度重視民航系統(tǒng)節(jié)能減排工作的開(kāi)展，許多國(guó)家和組織提出了可持續(xù)發(fā)展的空中交通運(yùn)輸系統(tǒng)計(jì)劃。這些計(jì)劃認(rèn)為減輕航空運(yùn)輸業(yè)對(duì)環(huán)境的影響需要從以下兩個(gè)方面著手開(kāi)展工作：一是大力發(fā)展高效節(jié)能環(huán)保的航空運(yùn)輸工具，這也是可持續(xù)發(fā)展的空中交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)；二是通過(guò)優(yōu)化提高空中交通運(yùn)行管理水平，這是空中交通系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。作為空管系統(tǒng)節(jié)能減排工作來(lái)講，主要思路是改善空管系統(tǒng)運(yùn)行效率，提高民航行業(yè)系統(tǒng)級(jí)的燃油效率。

1.1 美國(guó)空管系統(tǒng)節(jié)能減排研究

美國(guó)下一代空中交通運(yùn)輸系統(tǒng)（NEXTGEN）是通過(guò)FAA、機(jī)場(chǎng)、航空公司、航空器制造企業(yè)、聯(lián)邦政府、州政府、學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)，乃至外國(guó)政府之間開(kāi)展廣泛合作，對(duì)全美空中交通管理系統(tǒng)進(jìn)行廣泛地技術(shù)革新。

NEXTGEN計(jì)劃通過(guò)對(duì)飛機(jī)空中運(yùn)行及地面操作更加精確以及更加高效的追蹤，幫助航空器顯著降低油耗，降低飛機(jī)排放和噪聲。目前，美國(guó)空管部門(mén)主要采用基于性能導(dǎo)航（PBN）、廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）、連續(xù)下降進(jìn)近（CDA）、新一代航空系統(tǒng)（NEXTGEN）的網(wǎng)絡(luò)氣象服務(wù)四種主要技術(shù)為突破口，提高空域利用率和空管系統(tǒng)的運(yùn)行效率，減少民航運(yùn)輸對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響。

1.2 歐洲空管系統(tǒng)節(jié)能減排研究

單一歐洲天空計(jì)劃（SESAR）是一項(xiàng)歐盟計(jì)劃投資30億歐元用于歐洲空中交通管理系統(tǒng)現(xiàn)代化的計(jì)劃。SESAR計(jì)劃提出，相較2005年到2020年實(shí)現(xiàn)飛行對(duì)環(huán)境影響減少10%的目標(biāo)。SESAR減少環(huán)境影響的10%目標(biāo)中，空管系統(tǒng)對(duì)于SESAR的節(jié)能減排貢獻(xiàn)為7%。為了細(xì)化節(jié)能減排工作的實(shí)施，SESAR將航空器運(yùn)行分為了如圖1所示的5個(gè)階段，并分別提出了各個(gè)運(yùn)行階段可采取的措施及對(duì)于節(jié)能減排工作的貢獻(xiàn)值。

針對(duì)不同的運(yùn)行階段，SESAR分別提出了相應(yīng)的措施提高運(yùn)行效率，降低燃油消耗和污染物排放。場(chǎng)面運(yùn)行階段主要提出在繁忙機(jī)場(chǎng)全面部署CDM系統(tǒng)，提高航空器起飛時(shí)間的可預(yù)測(cè)性；加強(qiáng)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行計(jì)劃，提高信息共享和突發(fā)事件的管理水平；動(dòng)態(tài)整合AMAN/DMAN和A-SMGCS系統(tǒng)，提高路徑規(guī)劃、引導(dǎo)和告警能力，獲取更短、可預(yù)測(cè)性更好的滑行路徑。起飛離場(chǎng)階段，使用高燃油效率和降低噪聲的連續(xù)爬升航線，實(shí)施PBN程序，進(jìn)一步優(yōu)化離場(chǎng)軌跡。航路飛行階段根據(jù)當(dāng)前氣象條件，實(shí)時(shí)采用更加優(yōu)化的水平和垂直剖面飛行。垂直剖面上使用最優(yōu)巡航高度和速度飛行，水平剖面上按照更短、更接近直線的航路飛行。進(jìn)場(chǎng)著陸階段，合理選擇下降頂點(diǎn)實(shí)施連續(xù)下降進(jìn)近；研發(fā)更加復(fù)雜的進(jìn)場(chǎng)管理工具，實(shí)施更科學(xué)的排序和最短路徑規(guī)劃，盡可能減少空中等待[1]。

2 國(guó)外空管節(jié)能減排工具

國(guó)外空管系統(tǒng)為了更進(jìn)一步推進(jìn)節(jié)能減排工作的實(shí)施，提高管制員的節(jié)能減排意識(shí)，為節(jié)能減排工作的開(kāi)展提供技術(shù)支持，開(kāi)發(fā)了諸如航空環(huán)境設(shè)計(jì)工具（AEDT）、飛行優(yōu)化系統(tǒng)（FLOSYS）、先進(jìn)排放模型（AEM）等系統(tǒng)工具。

2.1 AEDT（航空環(huán)境設(shè)計(jì)工具）

航空環(huán)境設(shè)計(jì)工具（AEDT，Aviation Environmental Design Tool）是由美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）、美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA），美國(guó)交通部的國(guó)家運(yùn)輸中心、喬治亞理工學(xué)院、麻省理工學(xué)院等共同研發(fā)的一套軟件系統(tǒng)，可以從空間上和時(shí)間上動(dòng)態(tài)地模擬飛機(jī)的運(yùn)行過(guò)程，從而可計(jì)算該過(guò)程中的燃油消耗、排放和噪聲。

AEDT建立在微軟網(wǎng)絡(luò)框架下，涵蓋了機(jī)場(chǎng)，空域和全球所有航空業(yè)生產(chǎn)機(jī)隊(duì)信息的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)單架飛機(jī)從一個(gè)具體機(jī)場(chǎng)運(yùn)行到全球范圍的場(chǎng)景模擬，能夠輸出飛行性能、噪音、輪廓、燃油消耗和當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量以及溫室氣體排放情況等多種數(shù)據(jù)[2]。

2.2 飛行優(yōu)化系統(tǒng)（FLOSYS）

飛行優(yōu)化系統(tǒng)（FLOSYS，The Flight Optimizations System）是由國(guó)家航空交通服務(wù)公司NATS（National Air Traffic Services），SPACE，Altran UK和Lockheed Martin等機(jī)構(gòu)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的針對(duì)節(jié)能減排的管制輔助工具。FLOSYS系統(tǒng)通過(guò)獲取每三分鐘更新一次的實(shí)時(shí)雷達(dá)數(shù)據(jù)，結(jié)合NATS的3Di飛行效率指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)每架航班信息的圖形化顯示，幫助管制員尋求燃油消耗更優(yōu)的運(yùn)行方式，使航空器達(dá)到節(jié)約燃料，減少CO2排放的效果[3]。

2.3 先進(jìn)的排放模型（AEM）

先進(jìn)的排放模型（AEM，Advanced Emissions Model）是EUROCONTROL開(kāi)發(fā)的一個(gè)可以通過(guò)快速和實(shí)時(shí)的模擬研究航空器運(yùn)行對(duì)環(huán)境進(jìn)行分析的工具。

可以對(duì)特定航空器沿指定4D軌跡飛行時(shí)主引擎所需燃油量，燃油燃燒對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的氣體和微粒排放的數(shù)量進(jìn)行評(píng)估。其中，可評(píng)估的氣體包括CO2、水、氮氧化物（NOx）、硫化物（SOx）、碳?xì)浠衔铮℉C），一氧化碳CO、苯等揮發(fā)性有機(jī)化合物和氣體[4]。

3 我國(guó)空管節(jié)能減排工作存在的問(wèn)題

“十二五”期間，民航局先后頒布《中國(guó)民用航空發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃》和《關(guān)于加快推進(jìn)行節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》，我國(guó)空管部門(mén)按照民航局部署，大力加強(qiáng)軍民航協(xié)調(diào)，深化臨時(shí)航線，應(yīng)用空管新技術(shù)等方式推進(jìn)節(jié)能減排工作，并取得了一定成效[5]。但相比國(guó)外，我國(guó)空管系統(tǒng)節(jié)能減排工作的開(kāi)展尚處于起步階段，在組織機(jī)構(gòu)、法律法規(guī)、技術(shù)應(yīng)用等方面存在較大的差距。

目前我國(guó)空管系統(tǒng)節(jié)能減排主要存在以下問(wèn)題：（1）節(jié)能減排工作的組織管理機(jī)構(gòu)不健全，難以使節(jié)能減排工作落實(shí)到部門(mén)和相關(guān)人員；（2）缺乏節(jié)能減排的激勵(lì)機(jī)制，管制員開(kāi)展節(jié)能減排工作的熱情仍有待提高；（3）空管系統(tǒng)的內(nèi)部和外部協(xié)調(diào)不足，各地區(qū)空管局的CDM系統(tǒng)未能建立飛行數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通能力，缺乏對(duì)空中交通的總體優(yōu)化與調(diào)度；（4）空管新技術(shù)的研究與應(yīng)用推進(jìn)緩慢，諸如CDA、ADS-B等技術(shù)尚未全面推廣，節(jié)能減排工具的開(kāi)發(fā)尚處于空白；（5）缺乏對(duì)節(jié)能減排效果的量化評(píng)估，空管系統(tǒng)面向節(jié)能減排的管理及提高保障服務(wù)品質(zhì)的長(zhǎng)效機(jī)制有待建立與完善[6]。

4 啟示

目前我國(guó)民航處于快速發(fā)展階段，航空運(yùn)輸量持續(xù)增加，給空管系統(tǒng)的保障工作提出了更高的要求。未來(lái)我國(guó)空管系統(tǒng)節(jié)能減排工作的開(kāi)展，要緊密結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，在保障安全運(yùn)行基礎(chǔ)上，以提高空管運(yùn)行環(huán)境效率、降低燃油消耗、減少污染排放為首要任務(wù)，通過(guò)加強(qiáng)自身建設(shè)、深化空域及航路航線網(wǎng)優(yōu)化、推進(jìn)新技術(shù)應(yīng)用、節(jié)能減排專用工具開(kāi)發(fā)等手段，全面推進(jìn)，重點(diǎn)突破，扎實(shí)推行空管系統(tǒng)的節(jié)能減排工作。

參考文獻(xiàn)

[1]Performance Review Commission and FAA， U.S./Europe Comparis

on of ATM-related Operational Performance，（October 2009）[Z].

[2]https：//aedt.faa.gov/ProductReleases.aspx[Z].

[3]http：//www.nats.aero/environment/3di/[Z].

[4]http：//www.eurocontrol.int/eec/public/standard_page/WP_Environment_Impact_Assess.html[Z].

[5]中國(guó)民用航空發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃[J].綜合運(yùn)輸，2011，08：73-84.

[6]于敬磊.中國(guó)民航節(jié)能減排對(duì)策研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2014，10：83+86.