國外空管節能減排現狀分析及對我國的啟示

魏孝強

摘 要：近年來，民航系統的節能減排工作越來越受到全行業的重視，空管部門作為民航節能減排工作開展的關鍵單位，針對節能減排開展了大量工作。文章深入研究了國外空管系統節能減排工作的開展情況，為我國空管系統未來節能減排工作的開展提出了建議。

關鍵詞：空中交通管理；節能減排；燃油效率

引言

隨著全球航空運輸業的快速發展，航空運輸量高速增長，航空運輸給環境帶來的壓力愈來愈大。為了轉變航空運輸發展模式，減少航空運輸對環境產生的影響，發展綠色民航，實施節能減排是目前民航發展的一個重要方向。空管系統作為民航行業的關鍵單位，在行業節能減排工作中發揮著支撐性作用。近年來，國內外都高度重視空管系統節能減排工作的開展，通過優化空域結構、加強新技術應用等多種手段積極推進空管系統節能減排工作的開展。

1 國外空管系統節能減排發展現狀

國外高度重視民航系統節能減排工作的開展，許多國家和組織提出了可持續發展的空中交通運輸系統計劃。這些計劃認為減輕航空運輸業對環境的影響需要從以下兩個方面著手開展工作：一是大力發展高效節能環保的航空運輸工具，這也是可持續發展的空中交通系統的基礎；二是通過優化提高空中交通運行管理水平，這是空中交通系統可持續發展的關鍵。作為空管系統節能減排工作來講，主要思路是改善空管系統運行效率，提高民航行業系統級的燃油效率。

1.1 美國空管系統節能減排研究

美國下一代空中交通運輸系統（NEXTGEN）是通過FAA、機場、航空公司、航空器制造企業、聯邦政府、州政府、學術研究機構，乃至外國政府之間開展廣泛合作，對全美空中交通管理系統進行廣泛地技術革新。

NEXTGEN計劃通過對飛機空中運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，降低飛機排放和噪聲。目前，美國空管部門主要采用基于性能導航（PBN）、廣播式自動相關監視（ADS-B）、連續下降進近（CDA）、新一代航空系統（NEXTGEN）的網絡氣象服務四種主要技術為突破口，提高空域利用率和空管系統的運行效率，減少民航運輸對環境產生的影響。

1.2 歐洲空管系統節能減排研究

單一歐洲天空計劃（SESAR）是一項歐盟計劃投資30億歐元用于歐洲空中交通管理系統現代化的計劃。SESAR計劃提出，相較2005年到2020年實現飛行對環境影響減少10%的目標。SESAR減少環境影響的10%目標中，空管系統對于SESAR的節能減排貢獻為7%。為了細化節能減排工作的實施，SESAR將航空器運行分為了如圖1所示的5個階段，并分別提出了各個運行階段可采取的措施及對于節能減排工作的貢獻值。

針對不同的運行階段，SESAR分別提出了相應的措施提高運行效率，降低燃油消耗和污染物排放。場面運行階段主要提出在繁忙機場全面部署CDM系統，提高航空器起飛時間的可預測性；加強機場運行計劃，提高信息共享和突發事件的管理水平；動態整合AMAN/DMAN和A-SMGCS系統，提高路徑規劃、引導和告警能力，獲取更短、可預測性更好的滑行路徑。起飛離場階段，使用高燃油效率和降低噪聲的連續爬升航線，實施PBN程序，進一步優化離場軌跡。航路飛行階段根據當前氣象條件，實時采用更加優化的水平和垂直剖面飛行。垂直剖面上使用最優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。進場著陸階段，合理選擇下降頂點實施連續下降進近；研發更加復雜的進場管理工具，實施更科學的排序和最短路徑規劃，盡可能減少空中等待[1]。

2 國外空管節能減排工具

國外空管系統為了更進一步推進節能減排工作的實施，提高管制員的節能減排意識，為節能減排工作的開展提供技術支持，開發了諸如航空環境設計工具（AEDT）、飛行優化系統（FLOSYS）、先進排放模型（AEM）等系統工具。

2.1 AEDT（航空環境設計工具）

航空環境設計工具（AEDT，Aviation Environmental Design Tool）是由美國聯邦航空管理局（FAA）、美國國家航空航天局（NASA），美國交通部的國家運輸中心、喬治亞理工學院、麻省理工學院等共同研發的一套軟件系統，可以從空間上和時間上動態地模擬飛機的運行過程，從而可計算該過程中的燃油消耗、排放和噪聲。

AEDT建立在微軟網絡框架下，涵蓋了機場，空域和全球所有航空業生產機隊信息的系統數據庫，可實現單架飛機從一個具體機場運行到全球范圍的場景模擬，能夠輸出飛行性能、噪音、輪廓、燃油消耗和當地空氣質量以及溫室氣體排放情況等多種數據[2]。

2.2 飛行優化系統（FLOSYS）

飛行優化系統（FLOSYS，The Flight Optimizations System）是由國家航空交通服務公司NATS（National Air Traffic Services），SPACE，Altran UK和Lockheed Martin等機構聯合開發的針對節能減排的管制輔助工具。FLOSYS系統通過獲取每三分鐘更新一次的實時雷達數據，結合NATS的3Di飛行效率指標，實現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的運行方式，使航空器達到節約燃料，減少CO2排放的效果[3]。

2.3 先進的排放模型（AEM）

先進的排放模型（AEM，Advanced Emissions Model）是EUROCONTROL開發的一個可以通過快速和實時的模擬研究航空器運行對環境進行分析的工具。

可以對特定航空器沿指定4D軌跡飛行時主引擎所需燃油量，燃油燃燒對應產生的氣體和微粒排放的數量進行評估。其中，可評估的氣體包括CO2、水、氮氧化物（NOx）、硫化物（SOx）、碳氫化合物（HC），一氧化碳CO、苯等揮發性有機化合物和氣體[4]。

3 我國空管節能減排工作存在的問題

“十二五”期間，民航局先后頒布《中國民用航空發展第十二個五年規劃》和《關于加快推進行節能減排工作的指導意見》，我國空管部門按照民航局部署，大力加強軍民航協調，深化臨時航線，應用空管新技術等方式推進節能減排工作，并取得了一定成效[5]。但相比國外，我國空管系統節能減排工作的開展尚處于起步階段，在組織機構、法律法規、技術應用等方面存在較大的差距。

目前我國空管系統節能減排主要存在以下問題：（1）節能減排工作的組織管理機構不健全，難以使節能減排工作落實到部門和相關人員；（2）缺乏節能減排的激勵機制，管制員開展節能減排工作的熱情仍有待提高；（3）空管系統的內部和外部協調不足，各地區空管局的CDM系統未能建立飛行數據的互聯互通能力，缺乏對空中交通的總體優化與調度；（4）空管新技術的研究與應用推進緩慢，諸如CDA、ADS-B等技術尚未全面推廣，節能減排工具的開發尚處于空白；（5）缺乏對節能減排效果的量化評估，空管系統面向節能減排的管理及提高保障服務品質的長效機制有待建立與完善[6]。

4 啟示

目前我國民航處于快速發展階段，航空運輸量持續增加，給空管系統的保障工作提出了更高的要求。未來我國空管系統節能減排工作的開展，要緊密結合實際運行情況，在保障安全運行基礎上，以提高空管運行環境效率、降低燃油消耗、減少污染排放為首要任務，通過加強自身建設、深化空域及航路航線網優化、推進新技術應用、節能減排專用工具開發等手段，全面推進，重點突破，扎實推行空管系統的節能減排工作。

參考文獻

[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]中國民用航空發展第十二個五年規劃[J].綜合運輸，2011，08：73-84.

[6]于敬磊.中國民航節能減排對策研究[J].資源節約與環保，2014，10：83+86.