美國NEXTGEN建設(shè)的現(xiàn)狀與未來發(fā)展

黃晉 江文波

摘要：該文主要分析了NEXTGEN發(fā)展的現(xiàn)狀和未來發(fā)展，通過闡述ADS-B、PBN、SWIM、NNEW等先進技術(shù)和程序，使我們看到了NEXTGEN給我們帶來的好處和提供的巨大利益，如減少了航班延誤情況，節(jié)省燃油并降低飛機尾氣排放量，提供了更好的旅行體驗等，使得美國航空操作更安全，更高效。

關(guān)鍵詞：NEXTGEN建設(shè) ADS-B PBN SWIM NNEW

中圖分類號：F293.3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0202-02

隨著社會的發(fā)展，航空運輸在人們的生活中越來越重要，最為根本的是航空運輸驅(qū)動了整個國家的經(jīng)濟，連接整個社會、運輸重要和高價值的貨物、在整個經(jīng)濟內(nèi)包括最大的行業(yè)旅游業(yè)創(chuàng)造工作機會等等，實際上所有的行業(yè)都從民航業(yè)中受益。民航已成為美國經(jīng)濟整體的一個部分，是經(jīng)濟增長的一個關(guān)鍵催化劑，對生活品質(zhì)有很大的影響力。航空運輸在技術(shù)、政策和程序等方面有許多問題需要去解決和改進，而NEXTGEN的建設(shè)就是為了去改善這些問題。了解美國NEXTGEN建設(shè)的現(xiàn)狀與未來發(fā)展，將更好的有助于我們?nèi)M足國家的發(fā)展和人民的需求。

1 美國NEXTGEN建設(shè)的現(xiàn)狀

隨著NEXTGEN的不斷完善，美國對其的建設(shè)也在一步步進行中。在2012年，聯(lián)邦航空局已經(jīng)旨在加快裝備新一代系統(tǒng)的速率，通過減少混合操作的時間來加強新一代系統(tǒng)福利的傳播并且激勵對新一代系統(tǒng)的裝備。NEXTGEN建設(shè)在2013年保持著持續(xù)增長的勢頭，特別是PBN，ADS-B等的應(yīng)用。2013年1月，一個新的計劃在向前邁進，航路自動化現(xiàn)代化（ERAM）連續(xù)運行在七個航路空中交通管制中心--新墨西哥州的阿爾伯克基，丹佛，洛杉磯，明尼阿波利斯，奧克蘭，加利福尼亞州，鹽湖城和西雅圖。20個航路空中交通管制中的13個已經(jīng)獲得了初步的操作能力，并在2013年第一季度新增3個。在2012年，美國聯(lián)邦航空局已經(jīng)開始開發(fā)先進的ERAM軟件將使系統(tǒng)支持新一代航空運輸系統(tǒng)，一旦所有20個中心完美運行ERAM，該機構(gòu)將進行出國路線規(guī)劃的開發(fā)。

1.1 基于性能的導(dǎo)航（PBN）

PBN是國際民航組織（ICAO）在整合各國區(qū)域?qū)Ш剑≧NAV）和所需導(dǎo)航性能（RNP）運行實踐和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提出的一種新型運行概念。其是建設(shè)新一代航空運輸系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。它將飛機先進的機載設(shè)備與衛(wèi)星導(dǎo)航及其他先進技術(shù)結(jié)合起來，涵蓋了從航路、終端區(qū)到進近著陸的所有飛行階段，提供了更加精確、安全的飛行方法和更加高效的空中交通管理模式。

PBN精確地引導(dǎo)航空器，提高飛行運行安全性；提供垂直引導(dǎo)，實施連續(xù)穩(wěn)定的下降程序，減少可控撞地的風(fēng)險；改善全天候運行，提高航班正常性，保障地形復(fù)雜機場運行的安全；實現(xiàn)靈活和優(yōu)化的飛行航徑，增加飛機業(yè)載，減少飛行時間，節(jié)省燃油；避開噪音敏感區(qū)，減少排放，提高環(huán)保水平；通過實施平行航路和增加終端區(qū)內(nèi)進、離場航線定位點，提高交通流量；縮小航空器間橫向和縱向間隔，增大空域容量；減少地空通信和雷達引導(dǎo)需求，便于指揮，降低飛行員和管制員的工作負荷；減少導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施投資和運行成本，提高運行的整體經(jīng)濟效益。

在飛機上升階段，對飛機進行流線型出發(fā)管理，RNAV和RNP從不同的跑道上增加了離港路徑，增加了離港容量；在飛機平飛有效巡航階段，RNAV、RNP和RVSM利用減少分離要求來增加空域容量；在飛機降落到機場的階段，對飛機進行流線抵達管理，RNAV和RNP允許增加精確的跑道路徑，為飛機減少了能源的消耗，控制了尾氣的排放。

2013年聯(lián)邦航空局快速主動實施基于性能的導(dǎo)航（PBN）程序和空域的改進。在休斯敦，得克薩斯州北部和華盛頓特區(qū)這三個地區(qū)完成他們的計劃，并進入實施階段。基于性能的導(dǎo)航擴展，新一代系統(tǒng)的實施主體從一開始，到2012年持續(xù)增長。2013年5月，美國聯(lián)邦航空局推出PBN儀表板，一個基于網(wǎng)絡(luò)的工具，它提供RNAV和RNP機場過程中的NAS上部署和使用數(shù)據(jù)[1]。此操作信息，將支持當(dāng)前的的PBN性能和分析，幫助開發(fā)新的程序。

1.2 自動相關(guān)監(jiān)視-廣播（ADS-B）

ADS-B作為美國NEXTGEN核心部分之一是利用GPS和廣域增強系統(tǒng)技術(shù)，在國家空域系統(tǒng)（NAS）的地面雷達跟蹤飛機的新一代的繼任者，它主要實施空對空監(jiān)視，以網(wǎng)狀、多點對多點方式完成數(shù)據(jù)雙向通信。ADS-B功能的完成是通過機載ADS-B通信設(shè)備廣播式發(fā)出來自機載信息處理單元收集到的導(dǎo)航信息，接收其他飛機和地面的廣播信息后經(jīng)過處理送給機艙綜合信息顯示器。機艙綜合信息顯示器根據(jù)收集的其他飛機和地面的ADS-B信息、機載雷達信息、導(dǎo)航信息后給飛行員提供飛機周圍的態(tài)勢信息和其他附加信息。

ADS-B主要的優(yōu)勢在于提供空對空的監(jiān)視；提供監(jiān)控遠程或荒涼的地區(qū)，目前還沒有與雷達覆蓋；提供實時交通和航空信息在駕駛艙內(nèi)；允許減少在出發(fā)和到達時間間隔和更好的可預(yù)見性；支持常見的間隔標(biāo)準(zhǔn)，橫向和縱向的空域中的所有類；提高了航空公司的能力來管理交通和機群；提高空中交通管制員的計劃遠遠提前抵港及離港的能力；減少國家空域系統(tǒng)運作所需的基礎(chǔ)設(shè)施的成本。在場面監(jiān)視、終端區(qū)監(jiān)視、航路監(jiān)視、空-空監(jiān)視都以ADS-B為主要監(jiān)視手段。ADS-B在地面監(jiān)視上的應(yīng)用有航路監(jiān)視、終端區(qū)監(jiān)視、無雷達覆蓋區(qū)監(jiān)視、機場場面監(jiān)視、為其他地面設(shè)備提供飛機數(shù)據(jù)。

ADS-B在空-空監(jiān)視上的應(yīng)用：增強的場面交通狀態(tài)獲取、增強的飛行進程交通狀態(tài)獲取、增強的目視“看到-避讓”、增強的連續(xù)目視進近、增強的排隊和匯聚、洋區(qū)的尾隨飛行程序、增強的交叉和穿越飛行。ADS-B計劃也在繼續(xù)穩(wěn)步部署地面站，截至2月，美國聯(lián)邦航空局已安裝了超過500個自動相關(guān)監(jiān)視-廣播（ADS-B）地面站，其中445個運作，提供交通和天氣信息給適當(dāng)裝備的飛機，要求ADS-B裝備到2020年飛機飛行能力受限的空域和容量受限機場等。數(shù)萬名通用航空飛機已經(jīng)配備了廣域增強系統(tǒng)（WAAS）接收機，大大提高了GPS信號的可用性，準(zhǔn)確性和完整性。在2013年3月，美國聯(lián)邦航空局在超過1500個機場實行了支持WAAS-LPV程序。NEXTGEN改進了超過1500個機場在低能見度的條件下的進入權(quán)限[1]。

在2012年年底，美國聯(lián)邦航空局推出為期一年的試運作的系統(tǒng)，旨在消除潛在的不足其體現(xiàn)在大西洋互操作性倡議中。從NEXTGEN開始，美國聯(lián)邦航空局設(shè)置了一個高優(yōu)先級，用于與其他政府機構(gòu)和國際組織在制定和實施空中交通管理（ATM）中共同進步。

1.3 系統(tǒng)廣域信息管理（SWIM）

SWIM作為NextGen的組合方案的重要部分，可以確保所有利益相關(guān)者可以相互溝通，信息共享。它是基于IT基礎(chǔ)構(gòu)架的國家空域系統(tǒng)（NAS）所必需的信息共享系統(tǒng)，作為一個技術(shù)推動者，能提供互操作性，并鼓勵信息和服務(wù)的可重用性。

SWIM系統(tǒng)之間的信息交流是以面向服務(wù)的構(gòu)架（SOA）為基礎(chǔ)。SOA作為一種架構(gòu)方法，它將應(yīng)用程序的服務(wù)通過這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來，這使得構(gòu)建在各種這樣的系統(tǒng)中的服務(wù)可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進行交互。SOA的構(gòu)架可重復(fù)使用技術(shù)和信息，以簡化操作并提高業(yè)務(wù)靈活性[2]。

美國目前正在實施SOA治理，以確保數(shù)據(jù)在服務(wù)提供商和消費者之間實現(xiàn)信息共享。最終目標(biāo)是提供服務(wù)的重用和消除傳統(tǒng)組織界限。美國近期在努力實現(xiàn)其重復(fù)功能，它的好處是使企業(yè)具有更大的靈活性，以適應(yīng)不斷變化的業(yè)務(wù)需求。因此，確保互操作性和重用是SWIM的主要目標(biāo)。

1.4 NextGen的網(wǎng)絡(luò)天線服務(wù)（NNEW）

NNEW通過多部門的努力，為國家空域系統(tǒng)的用戶提供快捷、準(zhǔn)確、符合成本效益和實時的氣象信息。NextGen通過常見的氣象數(shù)據(jù)的共享，加強安全和支持協(xié)作決策。

NNEW是提供FAA的四維天氣立方體（4-D WX數(shù)據(jù)立方體）的基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。4-D WX數(shù)據(jù)立方體將提供常見的，普及的航空氣象數(shù)據(jù)。所有類別的天氣用戶將及時獲得所有改善、準(zhǔn)確的天氣信息支持決策，同時加強安全。

4-D WX數(shù)據(jù)立方體的氣象數(shù)據(jù)包括：在各種數(shù)據(jù)庫內(nèi)公布的FAA的天氣數(shù)據(jù)，國家海洋和大氣管理局（NOAA），國防部（DOD），以及商業(yè)（CV）的氣象資料供應(yīng)商提供的天氣數(shù)據(jù)。在4-DWX數(shù)據(jù)立方體內(nèi)并提供用戶所需的單位和坐標(biāo)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，可通過注冊/公布的數(shù)據(jù)來查找和檢索所需的資料庫。數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化將采用不同的標(biāo)準(zhǔn)，并提供用戶所需的單位和坐標(biāo)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)[2]。

目前4-D的天氣數(shù)據(jù)立方體的發(fā)展已退居美國聯(lián)邦航空局（FAA）和國家氣象局（NWS）。輸入是美國聯(lián)邦航空局資助的程序，它的存在是建立FAA的立方體部分和履行以上所述的傳播需求。此外，立方體通過提供改進的預(yù)測和意見將成為一個整合的推動者。

2 美國NEXTGEN未來發(fā)展

美國NEXTGEN未來發(fā)展對于航空界來說至關(guān)重要。在未來，我們將體驗到NEXTGEN在飛行的所有階段上提供的便利，包括提高安全性，提高功能效率，提供更好的環(huán)境性能以減少噪音和排放的影響等。實時的數(shù)據(jù)共享將成為NEXTGEN未來發(fā)展的基石。美國未來發(fā)展的重點之一將是將NEXTGEN更加廣泛的功能提供給商業(yè)需求和航空運營商，為它們提供更多的利益，促使NEXTGEN更廣泛的裝備。

未來美國的發(fā)展計劃將包括：ADS-B在駕駛艙的應(yīng)用；場面活動地圖匯聚與賤哥；平行跑道進近；縮小賤哥的平行運行；集成氣象信息，提高預(yù)測性；低能見度運行；改進非雷達區(qū)域交通服務(wù)；RNAV/RNP；交通管理支持；場面交通管理系統(tǒng)；打城市間RNR/NAVP航路交通服務(wù)等。

美國將初步實現(xiàn)包括從一個單一的權(quán)威來源到飛行運營中心的分配，并且將在2015年使得國家空域系統(tǒng)（NAS）可用。交通態(tài)勢感知警報（TSAA）飛行測試也將于2013年春季完成，通過它在未來將會減少空中相撞的幾率。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定介紹TSAA設(shè)備建設(shè)的要求，將在2014年春天發(fā)行。空中交通管制（ATC）自動化改進，出發(fā)/到達綜合能力，將最大限度地提高跑道的使用，以提高抵港及離港效率。在2014年美國將開始部署這個工具，這將使塔臺管制員能夠分配在頭頂上離港飛機交通流間隙。美國同時預(yù)計在2014年引入改進的圖形湍流指導(dǎo)功能，提供飛行規(guī)劃者在各級飛行中的動蕩預(yù)測，包括山波動蕩，當(dāng)強風(fēng)流向山區(qū)對其向上施壓等。一個在阿拉斯加空中交通預(yù)測飛機結(jié)冰潛能的功能將在2015年公布，國家能見度預(yù)報預(yù)計在2016年可用。這些天氣工具最初將通過美國國家海洋和大氣管理局提供給NAS用戶通過基于Web的航空數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)門戶。從2016年開始，NEXTGEN的共同支持服務(wù)的天氣（CSS-WX）將通過全系統(tǒng)信息管理使用的氣象信息通過各種FAA空管規(guī)劃工具傳播，通過NEXTGEN的天氣處理器（NWP）航空氣象信息生成新的類別。

NEXTGEN未來將從各種技術(shù)、系統(tǒng)和管理方面來完善飛行的方方面面，為公眾提供更好的飛行體驗，為運營商創(chuàng)造更大的利益。這將是我們把20世紀(jì)的系統(tǒng)和技術(shù)讓位給21世紀(jì)的轉(zhuǎn)折點。

3 結(jié)語

盡管NEXTGEN的發(fā)展為我們提供了巨大的利益，但仍然有許多技術(shù)、系統(tǒng)和管理方面的難題需要去解決，只有在不斷的改進中去學(xué)習(xí)、創(chuàng)新、總結(jié)，才能使NEXTGEN更快更好的發(fā)展，為航空界美好的明天奠定基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] Federal Aviation Administration.NextGen Implementation Plan.America：FAA，2013.

[2] 程擎，朱代武.新一代空中交通管理系統(tǒng)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2013：18-19.

[3] Cheng Qing，Zhu Daiwu.A new generation ofair traffic management system[M].chengdu：Southwest jiaotong university Press，2013.