新工科背景下空域規劃課程體系建設

夏慶軍

（中國民航大學空管學院，天津 300300）

0 引言

“新工科”是由中國率先提出的，國內學者關于新工科主要有以下四個方面的論述：鐘登華認為新工科以培養未來多元化、創新型卓越工程人才為目標[1]；顧佩華等認為新工科教育范式是基于融合創新范式框架建立新工科專業和改造現有專業[2]；葉民認為應將CDIO工程教育模式融入新工科中[3]；李志義認為新工科應當改進人才培養目標，優化知識結構并構建新課程體系[4]。國外關于“新工科”的研究較少，但國外也提出了與新工科類似的專業建設目標。例如，美國在專業設置方面，依據學生個人的興趣和特長來設置，強調課程體系的重要性。美國在專業形成方面是“職業-課程-專業”的模式[5，6]。德國政府為了促進“工業4.0”計劃的實施，德國各大學注重培養學生的綜合工程實踐能力[7，8]。國內外學者都認為培養學生的工程實踐能力、優化知識結構并構建新課程體系是新工科的主要特點。

空域規劃課程是交通運輸專業重要的專業課，具有較強的綜合性和實踐性。但是如何構建空域規劃課程體系的相關研究卻沒有開展。

1 課程體系的框架結構

空域規劃課程包括理論和實踐兩部分。理論部分包括空域規劃、傳統飛行程序設計和PBN程序設計三部分，實踐部分要用所學的理論知識完成機場傳統設計和PBN程序設計。空域規劃并不是一門孤立的課程，該課程與領航與導航、空中交通管制、航空情報服務、空管設備、航空氣象和飛機性能工程等課程息息相關。在以往的教學中欠缺從課程體系的角度進行理論教學，從而使得學生實踐能力不理想。因此，項目的研究對象除空域規劃外，還包括上述課程。空域規劃課程體系的框架結構如圖1所示。

圖1 空域規劃課程體系的框架結構

2 空域規劃與其他課程的銜接

空域規劃課程的理論知識與領航與導航、飛機性能工程、航空氣象、空管設備課程有很大的關聯性，而航空情報服務中的標準儀表離場圖、標準儀表進場圖、標準儀表進近圖是空域規劃中飛行程序設計的直接結果。另外，空域規劃的飛行程序設計必須要考慮空中交通管制中跑道運行模式、管制方式、飛行規則的限制。因此，構建新工科背景下空域規劃課程體系能夠引導學生增強上述課程的學習興趣，進而提高學生學習的主動性。

2.1 空域規劃與領航與導航銜接

空域規劃需要選擇合適的地形圖，地圖的選擇要考慮地圖投影方式和地圖失真；規劃飛行路線是空域規劃的首要任務，繪制保護區是空域規劃的難點，這兩部分內容與領航與導航的導航設施有關。地基導航設施包括測距系統（DME）、測角系統（LOC、VOR、NDB）、指點標、下滑臺等，與飛行程序設計相關的內容有方位角測量、定位方式、定位經度、向背臺飛行等。GPS系統是民航中普遍使用的星基導航系統，GPS系統的定位原理、定位精度、星基增強系統（SBAS）、機載增強系統（ABAS）及地基增強系統（GBAS）等內容是PBN程序設計必備的預備知識。空域規劃中障礙物評估需要確定飛機的飛行高度，飛行高度與領航與導航中的氣壓式高度表測高原理、無線電高度表測量原理、氣壓高度表的誤差、氣壓高度表撥正程序、最低安全高度、飛行高度層配備等內容相關。

2.2 空域規劃與航空情報服務的銜接

航空情報服務是空域規劃設計結果的體現。在空域規劃理論教學中要考慮航圖制作的相關規范，因此需要分析航圖制作規范與空域規劃中飛行程序設計相關性。

航空情報服務與空域規劃相關的內容包括：NAIP（中國民航國內航空資料匯編）AIP（中華人民共和國航空資料匯編）的區別、航路圖/區域圖/機場圖的識讀和使用、地形圖和數字地圖的識讀和使用、機場障礙物A型圖和機場細則的識讀和使用。

2.3 空域規劃與空中交通管制的銜接

空域規劃中飛行程序設計必須考慮管制扇區劃分、管制移交規則、管制手段等方面的影響，這些內容與管制課程有關。因此，構建空域規劃課程體系需要分析管制課程與空域規劃的銜接。空中交通管制與空域規劃相關的內容包括中國民用航空空中交通管理規則（CCAR-93TM）、平行跑道運行模式、空中交通管理基本概念、管制間隔和方法、目視和儀表飛行基本要求、高度層的配備、程序管制的垂直/橫向/縱向間隔要求、機場進近區域管制服務、進近和區域管制的范圍和基本要求、雷達管制（雷達管制的要求、優勢、二次雷達應答機編碼等）。

2.4 空域規劃與空管設備的銜接

通信、導航與監視是空域所具備的功能，熟悉該部分內容有助于學生理解PBN的概念。空中交通管制與空域規劃相關的內容包括ADS-B技術IN和OUT功能特點、二次監視雷達工作原理、二次監視雷達的功能特點、TCAS的通信鏈路、S模式應答機的特點。

2.5 空域規劃與航空氣象的銜接

空域規劃中真空速（TAS）計算、風的參數、機場選址、氣壓高度、著陸標準中能見度（VIS）或跑道視程（RVR）都與航空氣象有關。因此，構建空域規劃課程體系需要分析航空氣象與空域規劃的銜接。航空氣象與空域規劃相關的內容包括國際標準大氣參數、環境氣溫對飛行高度的影響、典型的氣象觀測數據、典型氣象觀測設備的工作原理、風/云/霧的形成機理。

2.6 空域規劃與飛機性能工程的銜接

機場規劃需要計算跑道起飛長度，離場航跡和進近航跡要安全越障需要進行爬升梯度和下降梯度的計算，這些內容都與飛機性能工程有關。因此分析飛機性能工程與空域規劃的銜接有利于學生深入理解空域規劃的設計原理。飛機性能工程與空域規劃相關的內容包括升力計算公式、起飛航跡、跑道/凈空道/停止道的概念、跑道距離（可用起飛滑跑距離、可用起飛距離、可用加速停止距離）、起飛速度與距離和越障的性能要求、著陸和復飛的性能限制。

3 結語

構建新工科背景下空域規劃與其他課程銜接的課程體系有助于培養學生的學習興趣，加強學生對專業知識的理解和記憶。論文分析了領航與導航、空中交通管制、航空情報服務、空管設備、航空氣象、飛機性能工程與空域規劃的關系，并建立了空域規劃課程體系的框架結構，并以內容的關聯性為依據，分別分析了上述課程與空域規劃內容的銜接關系，有助于建立空域規劃課程體系。