面向未來空管卓越人才培養(yǎng)的專業(yè)平臺建設(shè)

[摘 要] 南京航空航天大學(xué)空中交通管理專業(yè)是為了適應(yīng)我國空中交通發(fā)展的迫切需求，以培養(yǎng)專業(yè)知識過硬、工作能力突出、綜合素質(zhì)超群的空中交通管制人才為目的創(chuàng)辦的。闡述南京航空航天大學(xué)空中交通管理專業(yè)在開設(shè)前瞻性、創(chuàng)新性和研究型的實(shí)驗實(shí)訓(xùn)課程方面，通過平臺建設(shè)與平臺應(yīng)用，建立了較為完善的空管卓越人才培養(yǎng)體系，為培養(yǎng)具有實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神和國際視野的具備強(qiáng)大發(fā)展后勁的空管卓越人才奠定了基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞] 空中交通管制;專業(yè)平臺建設(shè);實(shí)踐教學(xué);基于航跡運(yùn)行

[基金項目] 2020年度國家自然科學(xué)基金資助項目“基于四維航跡管理的終端空域進(jìn)離場協(xié)同調(diào)度研究”（U1933117）

[作者簡介] 張軍峰（1979—），男，江蘇鹽城人，博士，南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院副教授，主要從事空管自動化與智能化研究。

[中圖分類號] G645 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2021）41-0068-04 ? ?[收稿日期] 2021-04-01

一、引言

我國民航運(yùn)輸業(yè)歷經(jīng)百年發(fā)展，航空運(yùn)輸業(yè)不斷參與到全球社會政治經(jīng)濟(jì)文化的互動中，成為新時代國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展引擎，在建設(shè)現(xiàn)代化強(qiáng)國的戰(zhàn)略地位不言而喻。民航空管作為民航體系的核心，在民航運(yùn)輸業(yè)快速發(fā)展的進(jìn)程中責(zé)任重大、作用突出、地位重要。然而，空域可用資源限制已經(jīng)成為制約民航發(fā)展的首要因素。為此，加快推進(jìn)“四強(qiáng)空管”尤為必要[1]。

南京航空航天大學(xué)的空中交通管制專業(yè)致力于培養(yǎng)具備過硬的專業(yè)知識、突出的工作能力、出眾的綜合素質(zhì)的空中交通管制人才，該專業(yè)根據(jù)教育部卓越工程師培養(yǎng)計劃的工程教育理念，發(fā)揮南京航空航天大學(xué)“航空、航天、民航”三航的學(xué)科專業(yè)特色，堅持“立足民航、依靠民航、服務(wù)民航”的行業(yè)服務(wù)精神，增強(qiáng)學(xué)生服務(wù)國家的社會責(zé)任感與勇于探索的創(chuàng)新精神。在我國處于邁向“民航強(qiáng)國”的關(guān)鍵時期，推進(jìn)“四強(qiáng)空管”建設(shè)的重要關(guān)隘，如何通過專業(yè)平臺建設(shè)，不斷完善空中交通管制專業(yè)學(xué)生的知識體系結(jié)構(gòu)，使學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力得到提升，是亟須解決的課題。鑒于此，面向未來空管卓越人才培養(yǎng)的專業(yè)平臺建設(shè)應(yīng)運(yùn)而生，通過建設(shè)專業(yè)平臺，開設(shè)前瞻性、創(chuàng)新性和研究型的實(shí)驗實(shí)訓(xùn)課程，以期滿足民航科技進(jìn)步和現(xiàn)代化管理的需要，培養(yǎng)具備強(qiáng)大發(fā)展?jié)撡|(zhì)的空管卓越人才。

二、基于航跡運(yùn)行的管制理念

（一）基于航跡運(yùn)行概念

基于航跡運(yùn)行概念（TBO）出自國際民航組織《空中交通管理運(yùn)行概念》：“空管系統(tǒng)將考慮所有飛行階段內(nèi)有人或無人駕駛航空器的飛行軌跡，并對該軌跡與其他軌跡或危險因素（氣象、地形和障礙物等）之間的相互影響實(shí)施控制，并盡可能使其與空域用戶申請的飛行軌跡保持最小偏離，同時實(shí)現(xiàn)全局最佳運(yùn)行結(jié)果”。TBO的本質(zhì)是以航跡信息為媒介，實(shí)現(xiàn)覆蓋整個空管系統(tǒng)的精細(xì)化的協(xié)同決策。

（二）基于航跡運(yùn)行現(xiàn)狀

國際民航組織于2012年推出了“航空系統(tǒng)組塊升級”（ASBU）。ASBU中對于TBO的發(fā)展路線主要體現(xiàn)在“高效的飛行航跡”，通過采用先進(jìn)概念和技術(shù)來提高全球空管的決策支持能力。

美國發(fā)布的《NextGen計劃運(yùn)行概念》通過在空管、航空公司、航空器之間共享航跡動態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)協(xié)同決策。為了驗證TBO的能力，美國聯(lián)邦航空局在圖塔科馬國際機(jī)場進(jìn)行了大批次的飛行試驗。歐洲TBO的實(shí)現(xiàn)分為三階段：第一階段，通過基于時間運(yùn)行使歐洲的空管系統(tǒng)同步;第二階段，形成基于航跡運(yùn)行的空管系統(tǒng);第三階段，基于性能運(yùn)行，以網(wǎng)絡(luò)為中心建成空/地協(xié)同的空管系統(tǒng)。歐洲分別于2012年與2019年開展TBO的先期實(shí)驗——i4D的驗證工作。中國民航局空管局于2017年成立了TBO工作組，對TBO運(yùn)行進(jìn)行論證。2019年3月，中國民航局在天津—廣州往返航路上開展了i4D飛行試驗[2]，結(jié)果表明：i4D飛行顯著提高了空中交通管理的時間分辨率，有利于提前排解空域擁堵并降低延誤。

三、基于航跡運(yùn)行的平臺建設(shè)

（一）平臺組成

基于航跡運(yùn)行的平臺建設(shè)內(nèi)容包括：航行資料、導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫、地理空域基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫;甚高頻、衛(wèi)星等的地空通信數(shù)據(jù)鏈模塊;ADS-B以及多種數(shù)據(jù)融合的監(jiān)視模塊;空中交通管制模擬模塊;飛行管理系統(tǒng)模塊;以及電子飛行包模塊。其組成如圖1所示。

（二）平臺功能

根據(jù)基于航跡運(yùn)行流程及運(yùn)行需求，基于航跡運(yùn)行專業(yè)平臺主要包含三個模塊[3]：飛行管理系統(tǒng)模塊、空中交通管制模塊和地空通信數(shù)據(jù)鏈模塊。

飛行管理系統(tǒng)模塊：即綜合飛行訓(xùn)練器，如圖2所示。綜合飛行訓(xùn)練器負(fù)責(zé)為飛行員提供人機(jī)界面，支持飛行員初始化建立與管制工作站的通信傳輸，支持上行和下行報文的顯示功能，幫助飛行員完成對管制指令的請求、應(yīng)答回復(fù)、報警提醒等功能。綜合飛行訓(xùn)練器的飛行管理系統(tǒng)還應(yīng)確保具備所需到達(dá)時間（RTA）的參考軌跡的生成功能。

地面空管模塊：鑒于傳統(tǒng)語音管制由于存在誤聽、誤記、服務(wù)覆蓋范圍小等問題，因此數(shù)字化管制工作站成為支持基于航跡運(yùn)行的地面管制自動化系統(tǒng)核心。一方面，在基于航跡運(yùn)行管制過程中，管制員與飛行員在較短的時間間隔內(nèi)需要交換較多關(guān)鍵信息，如由空到地的預(yù)計到達(dá)時間（ETA）、由地到空的優(yōu)化到達(dá)時間（STA）信息等。另一方面，優(yōu)化到達(dá)時間（STA）的獲取需要地面空管模塊具備進(jìn)場排序與調(diào)度的功能。

地空通信數(shù)據(jù)鏈模塊：負(fù)責(zé)（1）與地空數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，維護(hù)鏈路，發(fā)送和接收上下行管制報文;（2）接收RTA數(shù)據(jù)（即地面空管模塊提供的STA信息），并對RTA信息進(jìn)行分析和校驗。

（三）關(guān)鍵技術(shù)