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(lái)發(fā)展，通過(guò)闡述ADS-B、PBN、SWIM、NNEW等先進(jìn)技術(shù)和程序，使我們看到了NEXTGEN給我們帶來(lái)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(jī)尾氣排放量，提供了更好的旅行體驗(yàn)等，使得美國(guó)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(lèi)號(hào)：F293.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（b）-0202-02

隨著社會(huì)的發(fā)展，航空運(yùn)輸在人們的生活中越來(lái)越重要，最為根本的是航空運(yùn)輸驅(qū)動(dòng)了整個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)，連接整個(gè)社會(huì)、運(yùn)輸重要和高價(jià)值的貨物、在整個(gè)經(jīng)濟(jì)內(nèi)包括最大的行業(yè)旅游業(yè)創(chuàng)造工作機(jī)會(huì)等等，實(shí)際上所有的行業(yè)都從民航業(yè)中受益。民航已成為美國(guó)經(jīng)濟(jì)整體的一個(gè)部分，是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的一個(gè)關(guān)鍵催化劑，對(duì)生活品質(zhì)有很大的影響力。航空運(yùn)輸在技術(shù)、政策和程序等方面有許多問(wèn)題需要去解決和改進(jìn)，而NEXTGEN的建設(shè)就是為了去改善這些問(wèn)題。了解美國(guó)NEXTGEN建設(shè)的現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展，將更好的有助于我們?nèi)M(mǎn)足國(guó)家的發(fā)展和人民的需求。

1 美國(guó)NEXTGEN建設(shè)的現(xiàn)狀

隨著NEXTGEN的不斷完善，美國(guó)對(duì)其的建設(shè)也在一步步進(jìn)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(guò)減少混合操作的時(shí)間來(lái)加強(qiáng)新一代系統(tǒng)福利的傳播并且激勵(lì)對(duì)新一代系統(tǒng)的裝備。NEXTGEN建設(shè)在2013年保持著持續(xù)增長(zhǎng)的勢(shì)頭，特別是PBN，ADS-B等的應(yīng)用。2013年1月，一個(gè)新的計(jì)劃在向前邁進(jìn)，航路自動(dòng)化現(xiàn)代化（ERAM）連續(xù)運(yùn)行在七個(gè)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(gè)航路空中交通管制中的13個(gè)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(gè)。在2012年，美國(guó)聯(lián)邦航空局已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)先進(jìn)的ERAM軟件將使系統(tǒng)支持新一代航空運(yùn)輸系統(tǒng)，一旦所有20個(gè)中心完美運(yùn)行ERAM，該機(jī)構(gòu)將進(jìn)行出國(guó)路線(xiàn)規(guī)劃的開(kāi)發(fā)。

1.1 基于性能的導(dǎo)航（PBN）

PBN是國(guó)際民航組織（ICAO）在整合各國(guó)區(qū)域?qū)Ш剑≧NAV）和所需導(dǎo)航性能（RNP）運(yùn)行實(shí)踐和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提出的一種新型運(yùn)行概念。其是建設(shè)新一代航空運(yùn)輸系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。它將飛機(jī)先進(jìn)的機(jī)載設(shè)備與衛(wèi)星導(dǎo)航及其他先進(jìn)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，涵蓋了從航路、終端區(qū)到進(jìn)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(yùn)行安全性；提供垂直引導(dǎo)，實(shí)施連續(xù)穩(wěn)定的下降程序，減少可控撞地的風(fēng)險(xiǎn)；改善全天候運(yùn)行，提高航班正常性，保障地形復(fù)雜機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的安全；實(shí)現(xiàn)靈活和優(yōu)化的飛行航徑，增加飛機(jī)業(yè)載，減少飛行時(shí)間，節(jié)省燃油；避開(kāi)噪音敏感區(qū)，減少排放，提高環(huán)保水平；通過(guò)實(shí)施平行航路和增加終端區(qū)內(nèi)進(jìn)、離場(chǎng)航線(xiàn)定位點(diǎn)，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(dá)引導(dǎo)需求，便于指揮，降低飛行員和管制員的工作負(fù)荷；減少導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施投資和運(yùn)行成本，提高運(yùn)行的整體經(jīng)濟(jì)效益。

在飛機(jī)上升階段，對(duì)飛機(jī)進(jìn)行流線(xiàn)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(jī)平飛有效巡航階段，RNAV、RNP和RVSM利用減少分離要求來(lái)增加空域容量；在飛機(jī)降落到機(jī)場(chǎng)的階段，對(duì)飛機(jī)進(jìn)行流線(xiàn)抵達(dá)管理，RNAV和RNP允許增加精確的跑道路徑，為飛機(jī)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(dòng)實(shí)施基于性能的導(dǎo)航（PBN）程序和空域的改進(jìn)。在休斯敦，得克薩斯州北部和華盛頓特區(qū)這三個(gè)地區(qū)完成他們的計(jì)劃，并進(jìn)入實(shí)施階段?；谛阅艿膶?dǎo)航擴(kuò)展，新一代系統(tǒng)的實(shí)施主體從一開(kāi)始，到2012年持續(xù)增長(zhǎng)。2013年5月，美國(guó)聯(lián)邦航空局推出PBN儀表板，一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的工具，它提供RNAV和RNP機(jī)場(chǎng)過(guò)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(kāi)發(fā)新的程序。

1.2 自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視-廣播（ADS-B）

ADS-B作為美國(guó)NEXTGEN核心部分之一是利用GPS和廣域增強(qiáng)系統(tǒng)技術(shù)，在國(guó)家空域系統(tǒng)（NAS）的地面雷達(dá)跟蹤飛機(jī)的新一代的繼任者，它主要實(shí)施空對(duì)空監(jiān)視，以網(wǎng)狀、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式完成數(shù)據(jù)雙向通信。ADS-B功能的完成是通過(guò)機(jī)載ADS-B通信設(shè)備廣播式發(fā)出來(lái)自機(jī)載信息處理單元收集到的導(dǎo)航信息，接收其他飛機(jī)和地面的廣播信息后經(jīng)過(guò)處理送給機(jī)艙綜合信息顯示器。機(jī)艙綜合信息顯示器根據(jù)收集的其他飛機(jī)和地面的ADS-B信息、機(jī)載雷達(dá)信息、導(dǎo)航信息后給飛行員提供飛機(jī)周?chē)膽B(tài)勢(shì)信息和其他附加信息。

ADS-B主要的優(yōu)勢(shì)在于提供空對(duì)空的監(jiān)視；提供監(jiān)控遠(yuǎn)程或荒涼的地區(qū)，目前還沒(méi)有與雷達(dá)覆蓋；提供實(shí)時(shí)交通和航空信息在駕駛艙內(nèi)；允許減少在出發(fā)和到達(dá)時(shí)間間隔和更好的可預(yù)見(jiàn)性；支持常見(jiàn)的間隔標(biāo)準(zhǔn)，橫向和縱向的空域中的所有類(lèi)；提高了航空公司的能力來(lái)管理交通和機(jī)群；提高空中交通管制員的計(jì)劃遠(yuǎn)遠(yuǎn)提前抵港及離港的能力；減少?lài)?guó)家空域系統(tǒng)運(yùn)作所需的基礎(chǔ)設(shè)施的成本。在場(chǎng)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(wú)雷達(dá)覆蓋區(qū)監(jiān)視、機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視、為其他地面設(shè)備提供飛機(jī)數(shù)據(jù)。

ADS-B在空-空監(jiān)視上的應(yīng)用：增強(qiáng)的場(chǎng)面交通狀態(tài)獲取、增強(qiáng)的飛行進(jìn)程交通狀態(tài)獲取、增強(qiáng)的目視“看到-避讓”、增強(qiáng)的連續(xù)目視進(jìn)近、增強(qiáng)的排隊(duì)和匯聚、洋區(qū)的尾隨飛行程序、增強(qiáng)的交叉和穿越飛行。ADS-B計(jì)劃也在繼續(xù)穩(wěn)步部署地面站，截至2月，美國(guó)聯(lián)邦航空局已安裝了超過(guò)500個(gè)自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視-廣播（ADS-B）地面站，其中445個(gè)運(yùn)作，提供交通和天氣信息給適當(dāng)裝備的飛機(jī)，要求ADS-B裝備到2020年飛機(jī)飛行能力受限的空域和容量受限機(jī)場(chǎng)等。數(shù)萬(wàn)名通用航空飛機(jī)已經(jīng)配備了廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS）接收機(jī)，大大提高了GPS信號(hào)的可用性，準(zhǔn)確性和完整性。在2013年3月，美國(guó)聯(lián)邦航空局在超過(guò)1500個(gè)機(jī)場(chǎng)實(shí)行了支持WAAS-LPV程序。NEXTGEN改進(jìn)了超過(guò)1500個(gè)機(jī)場(chǎng)在低能見(jiàn)度的條件下的進(jìn)入權(quán)限[1]。

在2012年年底，美國(guó)聯(lián)邦航空局推出為期一年的試運(yùn)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(kāi)始，美國(guó)聯(lián)邦航空局設(shè)置了一個(gè)高優(yōu)先級(jí)，用于與其他政府機(jī)構(gòu)和國(guó)際組織在制定和實(shí)施空中交通管理（ATM）中共同進(jìn)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(guó)家空域系統(tǒng)（NAS）所必需的信息共享系統(tǒng)，作為一個(gè)技術(shù)推動(dòng)者，能提供互操作性，并鼓勵(lì)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(guò)這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來(lái)，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(jìn)行交互。SOA的構(gòu)架可重復(fù)使用技術(shù)和信息，以簡(jiǎn)化操作并提高業(yè)務(wù)靈活性[2]。

美國(guó)目前正在實(shí)施SOA治理，以確保數(shù)據(jù)在服務(wù)提供商和消費(fèi)者之間實(shí)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(guó)近期在努力實(shí)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?；ゲ僮餍院椭赜檬荢WIM的主要目標(biāo)。

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

NNEW通過(guò)多部門(mén)的努力，為國(guó)家空域系統(tǒng)的用戶(hù)提供快捷、準(zhǔn)確、符合成本效益和實(shí)時(shí)的氣象信息。NextGen通過(guò)常見(jiàn)的氣象數(shù)據(jù)的共享，加強(qiáng)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(jiàn)的，普及的航空氣象數(shù)據(jù)。所有類(lèi)別的天氣用戶(hù)將及時(shí)獲得所有改善、準(zhǔn)確的天氣信息支持決策，同時(shí)加強(qiáng)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(kù)內(nèi)公布的FAA的天氣數(shù)據(jù)，國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA），國(guó)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(hù)所需的單位和坐標(biāo)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，可通過(guò)注冊(cè)/公布的數(shù)據(jù)來(lái)查找和檢索所需的資料庫(kù)。數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化將采用不同的標(biāo)準(zhǔn)，并提供用戶(hù)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(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）和國(guó)家氣象局（NWS）。輸入是美國(guó)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(guò)提供改進(jìn)的預(yù)測(cè)和意見(jiàn)將成為一個(gè)整合的推動(dòng)者。

2 美國(guó)NEXTGEN未來(lái)發(fā)展

美國(guó)NEXTGEN未來(lái)發(fā)展對(duì)于航空界來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。在未來(lái)，我們將體驗(yàn)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(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)共享將成為NEXTGEN未來(lái)發(fā)展的基石。美國(guó)未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)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(yùn)營(yíng)商，為它們提供更多的利益，促使NEXTGEN更廣泛的裝備。

未來(lái)美國(guó)的發(fā)展計(jì)劃將包括：ADS-B在駕駛艙的應(yīng)用；場(chǎng)面活動(dòng)地圖匯聚與賤哥；平行跑道進(jìn)近；縮小賤哥的平行運(yùn)行；集成氣象信息，提高預(yù)測(cè)性；低能見(jiàn)度運(yùn)行；改進(jìn)非雷達(dá)區(qū)域交通服務(wù)；RNAV/RNP；交通管理支持；場(chǎng)面交通管理系統(tǒng)；打城市間RNR/NAVP航路交通服務(wù)等。

美國(guó)將初步實(shí)現(xiàn)包括從一個(gè)單一的權(quán)威來(lái)源到飛行運(yùn)營(yíng)中心的分配，并且將在2015年使得國(guó)家空域系統(tǒng)（NAS）可用。交通態(tài)勢(shì)感知警報(bào)（TSAA）飛行測(cè)試也將于2013年春季完成，通過(guò)它在未來(lái)將會(huì)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?？罩薪煌ü苤疲ˋTC）自動(dòng)化改進(jìn)，出發(fā)/到達(dá)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(guó)將開(kāi)始部署這個(gè)工具，這將使塔臺(tái)管制員能夠分配在頭頂上離港飛機(jī)交通流間隙。美國(guó)同時(shí)預(yù)計(jì)在2014年引入改進(jìn)的圖形湍流指導(dǎo)功能，提供飛行規(guī)劃者在各級(jí)飛行中的動(dòng)蕩預(yù)測(cè)，包括山波動(dòng)蕩，當(dāng)強(qiáng)風(fēng)流向山區(qū)對(duì)其向上施壓等。一個(gè)在阿拉斯加空中交通預(yù)測(cè)飛機(jī)結(jié)冰潛能的功能將在2015年公布，國(guó)家能見(jiàn)度預(yù)報(bào)預(yù)計(jì)在2016年可用。這些天氣工具最初將通過(guò)美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局提供給NAS用戶(hù)通過(guò)基于Web的航空數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)門(mén)戶(hù)。從2016年開(kāi)始，NEXTGEN的共同支持服務(wù)的天氣（CSS-WX）將通過(guò)全系統(tǒng)信息管理使用的氣象信息通過(guò)各種FAA空管規(guī)劃工具傳播，通過(guò)NEXTGEN的天氣處理器（NWP）航空氣象信息生成新的類(lèi)別。

NEXTGEN未來(lái)將從各種技術(shù)、系統(tǒng)和管理方面來(lái)完善飛行的方方面面，為公眾提供更好的飛行體驗(yàn)，為運(yùn)營(yíng)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(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

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(jìn)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(xiàn)

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