基于PBN的空域規(guī)劃與安全評估探索

隨著我國空中流量的日益增多，也暴露出有限的空域資源與航空器飛行之間的沖突，傳統(tǒng)導(dǎo)航方式的空域結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)出滯后性，難以滿足日益增長的飛行需求。為此，要引入先進(jìn)的PBN概念，做好空域規(guī)劃和安全評估工作，較好地優(yōu)化利用可用空域，提升空域容量，確保整體運(yùn)行經(jīng)濟(jì)及飛行安全。

1　PBN概述及其運(yùn)行特點(diǎn)分析

由于傳統(tǒng)導(dǎo)航方式受到諸多條件的限制和制約，導(dǎo)致空域資源利用率降低，難以滿足有限空域資源與航空飛行的沖突和現(xiàn)實(shí)需求，為此可以引入先進(jìn)的PBN概念，它主要是對特定空域環(huán)境及適合的導(dǎo)航結(jié)構(gòu)中的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)的功能描述，包涵導(dǎo)航規(guī)范、支持系統(tǒng)運(yùn)行的導(dǎo)航設(shè)施、導(dǎo)航應(yīng)用等三個基礎(chǔ)性因素，體現(xiàn)出精確性、完整性、可用性、連續(xù)性的導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)了由導(dǎo)航臺導(dǎo)航向性能導(dǎo)航的轉(zhuǎn)變。

PBN的運(yùn)行特點(diǎn)具體表現(xiàn)為以下方面：（1）空域安全性。PBN飛行程序充分體現(xiàn)出其極高的導(dǎo)航精度，能夠在終端區(qū)實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)的水平引導(dǎo)和垂直引導(dǎo)，確保飛機(jī)在連續(xù)穩(wěn)定的飛行下降程序引導(dǎo)下運(yùn)行，較好地規(guī)避了飛行撞地的風(fēng)險。（2）空域容量。PBN飛行程序的保護(hù)區(qū)寬度恒定且相對狹窄，可以較好地縮小飛機(jī)的縱橫向間隔，擴(kuò)大空域容量，減少空域飛行的沖突。（3）空域運(yùn)行效率。基于PBN飛行程序的應(yīng)用，可以靈活設(shè)置航路點(diǎn)，使航路點(diǎn)的位置、結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化，并減少了陸空話音通信和雷達(dá)引導(dǎo)，極大地提升了空域運(yùn)行效率和管制效率。（4）空域運(yùn)行成本。基于PBN飛行程序的飛行航徑更加靈活，節(jié)約了航空飛行的油耗，降低了空域運(yùn)行成本，提升了航空飛行的經(jīng)濟(jì)效益。（5）環(huán)境保護(hù)。基于PBN飛行程序的應(yīng)用，可以保持飛機(jī)連續(xù)下降進(jìn)場的程序，減少航空飛行帶來的廢棄物排放和噪音污染，增強(qiáng)航空飛行的環(huán)境保護(hù)質(zhì)量。

2　基于PBN飛行程序的空域規(guī)劃與安全評估應(yīng)用

2.1　影響空域運(yùn)行安全的因素分析

2.1.1靜態(tài)因素

對于空域運(yùn)行安全的靜態(tài)因素，主要包括以下幾種：① 空域結(jié)構(gòu)因素。它重點(diǎn)反映空域的體積、基本可用資源，如：扇區(qū)的垂直、水平邊界；扇區(qū)邊界點(diǎn)；扇區(qū)導(dǎo)航臺的位置、性能；扇區(qū)障礙物的分布；扇區(qū)內(nèi)的危險區(qū)、內(nèi)禁區(qū)、限制區(qū)等特殊空域。②管制規(guī)則因素。這主要包括：相鄰扇區(qū)的移交協(xié)議；扇區(qū)內(nèi)的飛行規(guī)則；管制服務(wù)等級；飛機(jī)安全間隔；飛機(jī)通過空中走廊的高度等，是確保空域安全有序運(yùn)行的基礎(chǔ)條件。③設(shè)施設(shè)備因素。這主要包括地面設(shè)施、機(jī)載設(shè)備、雷達(dá)和通信設(shè)備等，這些機(jī)載設(shè)備和地面設(shè)備的數(shù)量、性能及分布是極為重要的基礎(chǔ)。

2.1.2動態(tài)因素

對于影響空域運(yùn)行安全的動態(tài)因素，主要包括有：①航線結(jié)構(gòu)。這主要包括航線數(shù)量、走向及開閉時間；航線的高度層配備及最低可用高度層；臨時航線及特殊航線的位置、高度；航線交叉點(diǎn)的數(shù)量及分布等。②交通流態(tài)勢。這主要有航線上的交通流量；飛機(jī)機(jī)型比例；航線上各機(jī)型通過時間；飛機(jī)實(shí)際飛行航跡等。③人為因素。這主要是指飛行員及空中管制人員的技能水平；生理和精神狀態(tài)等對空域運(yùn)行安全的影響。④軍航因素。軍用機(jī)場及活動對于部分航路也會產(chǎn)生影響，導(dǎo)致空域資源利用率下降。⑤天氣。惡劣天氣如低能見度、雷暴及湍流等都會對空域運(yùn)行安全造成影響，導(dǎo)致扇區(qū)內(nèi)部分航路航線無法使用。

2.2　基于PBN空域規(guī)劃與安全評估模型建構(gòu)

基于PBN空域規(guī)劃與安全評估要依循一定的標(biāo)準(zhǔn)，考慮容量的增長變化情況、空中管制人員工作負(fù)荷的變化等，以風(fēng)險信息為基礎(chǔ)選擇合理的空域規(guī)劃策略，較好地規(guī)避空域運(yùn)行中的風(fēng)險。

基于PBN的空域規(guī)劃與安全評估可以從戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)、運(yùn)行三個層次進(jìn)行規(guī)劃和安全評估，在這三個不同層面之中有不同的側(cè)重點(diǎn)，具體來說：

2.2.1戰(zhàn)略層面的空域規(guī)劃安全評估要在預(yù)測交通流、航空器類型及航空器對之間的碰撞風(fēng)險值的前提下，預(yù)測和分析飛機(jī)沖突風(fēng)險的可能性及頻次，要以沖突風(fēng)險值為指標(biāo)進(jìn)行不同空域組織設(shè)計場景的比較，以更好地實(shí)現(xiàn)對空域航空飛行的扇區(qū)劃分，并重新設(shè)定安全目標(biāo)水平，以較好地進(jìn)行空域戰(zhàn)略規(guī)劃安全評估階段的決策。

2.2.2戰(zhàn)術(shù)層面的空域規(guī)劃安全評估則要在空域結(jié)構(gòu)、飛機(jī)類型、交通流確定的條件下，以基本風(fēng)險值為指標(biāo)，全面考慮飛機(jī)之間沖突風(fēng)險的持續(xù)時間及其嚴(yán)重性，并考慮事件沖突風(fēng)險和總的沖突風(fēng)險，合理建構(gòu)基于PBN的空域戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃安全評估模型，做好飛行計劃的評審、低風(fēng)險飛行計劃擬定、低風(fēng)險的時隙分配等規(guī)劃和安全評估，通過改變飛機(jī)進(jìn)入扇區(qū)的時間、航線的重新分配、降低飛機(jī)速度等策略，較好地保障戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃層面的空域安全。

綜上所述，基于PBN飛行導(dǎo)航方式下的空域規(guī)劃與安全評估是與空中交通日益增加相契合和適應(yīng)的，由于傳統(tǒng)導(dǎo)航方式下的空域規(guī)劃難以滿足空中交通現(xiàn)實(shí)發(fā)展的需求，因而要引入先進(jìn)的PBN概念，全面了解和利用PBN飛行導(dǎo)航方式的優(yōu)勢特點(diǎn)，從戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)、運(yùn)行等不同層面進(jìn)行PBN的空域規(guī)劃與安全評估，全面考慮和分析各層次的航空飛行特點(diǎn)、航空飛行沖突風(fēng)險概率、交通流等不同情況，建構(gòu)不同規(guī)劃層面下的空域安全評估類型，較好地規(guī)避空域飛行風(fēng)險，進(jìn)行科學(xué)合理的決策。然而，基于PBN的空域規(guī)劃和安全評估研究還有待進(jìn)一步深入，還要在以后的研究中考慮追尾沖突、TCAS等設(shè)備的影響等因素，更好地形成完善一體化的空域規(guī)劃安全評估系統(tǒng)。