未來航空運輸系統展望

王思達

隨著社會的飛速發展，航空事業也迎來了發展的重要階段。目前的航空運輸系統已經不能滿足交通流量的需求，空域資源緊張、航班延誤和飛機安全已經成為了目前急需解決的問題。為了徹底杜絕此類問題的發生，就要對現有的航天運輸系統進行更新換代。本文借鑒了NextGen、SESER 中國新一代航空運輸系統計劃，在此基礎上提出構建未來航空運輸系統的新概念，來使飛行更加的安全。應用飛行新技術是優化航空運輸系統的最有效方式。PBN 性能導航的出現直接打破了向、背臺的飛行限制，增加了不同的飛行路線。在節約飛行成本的同時，增加了空域的容量。CDA 持續下降進近技術是將巡航高度轉變到跑道上的一種進近方法，它可以有效的減少尾氣污染和能量消耗。4D 航跡的運行模式對航天運輸系統來說是控制空域管理的有效方式。隨著互聯網和大數據的崛起，智能交通已經成為了必然的發展形式，這也預示著航空運輸系統也會越來越先進。

1 智能航空運輸系統的概念

未來智能化航空運輸就是利用CNS/ATM 技術和智能決策技術進行網絡信息共享，使航空運輸能夠實現一體化和智能化運行。其中智能化的表現較為突出，因為飛機智能化就是記載設備智能化的具體表現形式。在不久的將來航空器將會提升決策能力，它能夠根據周圍的環境進行飛行策略的調整，逐步實現自由飛行。第二是在宏觀方面上進行網絡資源一體化的調整，這需要行業部門之間的互相協作，最后形成完整的決策系統。

4D 航跡的運行模式和航空系統密不可分，它需要依靠航空系統來提升整體空域系統的運行效率。在航空系統優化方面，一些西方先進國家具有超前意識，并付諸了行動[1]。為了使4D 飛行計劃順利進行，首先要改變系統的飛行動態，增加應急管理設備。由于系統的復雜性比較高，僅僅依靠人力資源是完成不了的，還需要借助智能技術和設備的力量。航空系統的結構較為復雜，是由很多個決策機制組成的。航空器是實現飛行計劃的智能載體，它主要是維持相鄰航空器間的安全距離，以便于發生突發情況時，進行及時的軌跡調整。地面站主要是對飛機的安全負責，維護空中的飛行秩序，在地面中予以保護。這就要求航空公司和飛機制造商及時更新網絡信息，逐漸實行信息資源共享，這樣才能提高系統運行的智能化。另外，通信和導航等領域也開始運用衛星技術。

2 航空系統運行機制

航空通訊網絡是智能航空運輸系統運行的基礎內容。網絡與行業相關部門的關系十分密切，方便實現資源共享和協作運行。ANSP 決策系統已經成為了網絡核心內容，為系統運行提供了戰略性的指導意義。

從戰略方向來講，航空公司運控中心身上的責任比較重大，它需要對航空運輸實時監控，并進行深入的探究和預測，這樣才能夠制定嚴謹的航班計劃。之后ANSP 決策系統在根據計劃進行工作，同時，決策系統也會發揮出應用的作用，實時接收機場的運行數據和氣象部門報告的預測數據。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行到規定的軌道中，杜絕偏離軌道飛行的嚴重后果發生。戰略部署到實際飛行的這段時間稱之為預戰術階段[3]。這個階段的重要性也不容忽視，它是更新4D 軌跡的重要階段。在計劃更新之后，將新計劃傳送到飛機的管理系統中。在正式實施戰術階段，飛機需要嚴格執行飛行計劃，在飛行時通過ADS-B 機載設備向周圍飛機和地面設備報告自身所處的位置，這樣周圍飛機在接收到信息之后，就會相應的調整安全距離，使天空中的飛機安全飛行。而且，智能化的飛機能具備準確的決策機制，對當前所處的飛行環境進行自我約束，自主完成安全避讓的任務[4]。地面站利用ADS-B 技術可以完整的監視飛行過程，并利用自動化設備進行干擾和引導。

飛機在天空中時，自然天氣和飛機故障都是影響4D 飛行計劃的重要因素。需要及時的向地面決策申請新的飛行軌跡。在飛機發生故障時，要根據局部空域環境進行適當的調整。軌道的改變會直接影響周圍飛機的正常飛行，因此要求航空器必須提高其智能性。

根據目前的運行模式，我們對系統決策設計分為三級決策機制，各級別之間協調運行，形成反饋回路。一級決策是最頂層的決策機制，也是擁有最大權力的機制，它需要對空域整體容量和流量進行嚴格的評估，在完全掌握空域動態之后，進行宏觀調配[5]。二級策略主要負責特定區域中的航線管理，為區域安全保駕護航。對終端區航空器嚴格管理。在決策運行之前需要收集大量的信息，并進行匯總和分類。所以要在全國范圍內收集所有航班計劃，根據以往的計劃制定整體的飛行方案。在實際運行的過程中，各級決策機制互相配合，實時反映自身負責區域內的情況。上級決策中心制定調配策略，下級決策機制要認真執行，在執行策略的過程中改進自身的不足，這樣就會在系統內部形成良好的循環機制，促進飛機動態平衡的實行。

3 影響航空運輸系統的關鍵要素

眾所周知智能航空運輸系統是以宏觀決策微觀飛行的形式運行的，其中決策系統的作用非常重要，它直接決定了整體性能的穩定性和運行效率。影響ANPS 決策的因素有很多，其中數據預測的準確性、數據的計算能力和決策算法的有效性都是關鍵因素。精確的天氣預測數據對于4D 計劃的實施至關重要，因此要盡快提升氣象部門的專業素質[6]。在決策的過程中，系統需要及時處理大量數據，所以要求戰術階段必須具備快速計算的能力。為提高決策能力提供強勁的動力。而且智能航空運輸系統能夠不斷接收網絡信息，提高訪問的滿意度。特別是處理大數據時，算法的可行性和有效性就發揮了它應用的作用。構建算法需要對各方面實行約束條件，例如對航空公司的機場資源和空域容量都有較高的要求，以此來提高智能系統的作用。

智能航空運輸系統除了決策系統之外，和航空器的關系也密不可分。航空器的健康狀態對一個完全自主飛行的飛行來說有著重要的影響，因為傳感器是代替機組人員感官的重要設備。自動化設備能對飛機進行監測與管理。這時自動化設備承擔的壓力就會非常大。飛機在飛行的過程中難免發生故障，需要運用故障診斷法來解決問題。除此之外，航空通信質量對系統的運行影響也非常大，這就意味著航空電信網ATN 就是下一代的航空系統，所以要求航空電信網能夠為系統運行提供高效準確的通信服務。

4 航空運輸系統的發展方向

我國航空運輸系統的發展方向主要是地面導航飛行將智能化的飛行方式發展。首先在我國的高原機場和環境相對復雜的機場應用PBN，其次在施行到航路、終端區和機場。在對航班計劃管理和飛行流量管理基礎上，進行智能航天系統的運行。為了使智能航天系統進一步的優化，要在地理環境比較復雜的機場實驗，之后在進行逐步應用。傳統的語音通信將被數據鏈取代，現在全面實行網絡通信。利用雷達檢測器對飛機進行全面監控，與此同時單獨的空管工作站也將被區域聯網自動化系統所取代，逐漸完善應急備份系統，實現ICAO 的標準間隔。

5 結束語

綜上所述，智能航空運輸系統是以用戶的需求為主，為其創造經濟友好的飛行環境。在智能航空運輸系統正式運行后，就會在很大程度上解決民航飛機航班延誤和管制負荷過大等問題。創新型航空運輸系統是在通信導航和監視技術完全成熟的前提下提出的，在實踐的過程中，數據傳輸密度和傳輸頻率都會影響實驗進程。這也充分說明了智能航空運輸系統的嚴謹性和復雜性。而且民航行業對安全的要求尤為嚴格，這也是為用戶的安全負責。因此智能航空運輸系統需要經過反復的實踐，進行仿真驗證。在仿真環境中對智能航空運輸系統進行驗證，積累相關經驗，這就利于提高該系統的安全性和科學性。為我國民航事業的發展打下夯實的基礎。