□ 陳艷彥 潘衛(wèi)軍/文

2004年歐盟委員會為實現歐洲空域組織一體化、管理一體化和監(jiān)管一體化制定了一攬子政策法規(guī)，頒布了SES（歐洲單一天空政策）法案，15年以來已經歷經了從SES I、SESII到SES2+的三個演變發(fā)展。2018年，歐控組織（Eurocontrol）保障航班量達到1100萬架次，年同比增長了3.8%，但也遭遇了十年以來最嚴重的航班延誤，航班空中延誤時長與2017年相比增長了105%，每個航班的空中延誤平均時長達1.73分鐘，與SES的目標年效率指標（至2020年航班平均延誤時間縮短至0.5分鐘）相比存在很大差距，促使歐盟反思和評估。

我們利用在德國漢堡培訓的時機，研讀了《關于歐洲未來空域架構的建議》、《未來空域架構過渡計劃》和《歐洲空中交通管理（ATM）總體規(guī)劃》最新研究報告，并進行了系統(tǒng)梳理，從歐洲空域改革新方向、應用新技術、過渡新方法等方面開展分析，結合我國空域改革的實際情況，提出我國空域改革的意見建議。

歐洲空域改革的新方向

歐洲空域改革的演變趨勢是利用現代技術將管制服務從本地基礎設施中剝離，同時利用數據資源豐富且安全保障的互聯生態(tài)系統(tǒng)逐步提高協作和自動化水平，以此實現歐洲單一天空系統(tǒng)的遠大構想。歐洲將在充分尊重成員國領空權的前提下建立動態(tài)空域系統(tǒng)，并從全歐航空網絡的角度優(yōu)化空域構架和資源配置，提高機場連通性，優(yōu)化歐洲主要交通流量，向可信用戶提供數據服務和先進的空中交通管制工具，從而實現高效安全的運行協作。

SESAR（歐洲單一天空ATM研究計劃）的空域改革策略包括基于數字化的信息共享、系統(tǒng)集成及虛擬化和涵蓋有人/無人機在內的所有載運工具融合運行等?？偨Y來說呈現出三個顯著特征：

（一）空域管理數字化

當前我們正處于數據驅動的社會，如今90%的數據量都是在過去的兩年時間里產生的，且數字化革命已經觸及到航空業(yè)，航司和機場已經開始推廣應用大量的人工智能、大數據、云計算等技術。但與此同時，空域運行依賴的主要技術還源于五十年代，如地基雷達監(jiān)視系統(tǒng)、基于甚高頻的陸空通話方式、地基導航等等，與數字化時代發(fā)展相比顯得格格不入，且歐洲空管系統(tǒng)仍然依靠管制員在固定劃分扇區(qū)進行對空指揮來管理流量，無法按需動態(tài)調整以適應實時流量需求。為此歐洲提出了空域管理數字化的理念來解決這一困境。

面向服務的體系結構是空域管理數字化的基礎。SESAR提出利用現代技術將管制服務從本地基礎設施中剝離，在面向服務的體系結構基礎上開展數字化轉型，重新集成的服務能夠提高靈活性、可擴展性和彈性，可以支持動態(tài)配置扇區(qū)和調整空域容量的目標。

歐洲空域架構研究的中

長期目標是將空域運行從以扇區(qū)為中心轉變?yōu)橐燥w行/流量為中心的管理模式。通過采用廣域通信技術，以飛行為中心的區(qū)域甚至可能比單個甚高頻頻率的覆蓋范圍更大；通過信息共享，實現基于航跡的運行（TBO），最后實現面向服務的空中交通管理。

（二）空域服務虛擬化

空域服務虛擬化是相對于傳統(tǒng)的管制扇區(qū)服務和機場塔臺空域服務而言，空域數字化轉型完成后，管制服務和數據服務與空管基礎設施實現了地理解耦，解除管制員只能為當地管制扇區(qū)或機場塔臺服務的限制，實現了無縫的空中交通服務。

構建虛擬中心是空域服務虛擬化的重要抓手。在SESAR2020研究計劃中，將虛擬中心定義為一個或多個空中交通服務單位使用空管數據服務提供商（ADSP）提供的數據服務。該概念使得管制服務與空管數據服務實現了地理解耦。通過服務接口協議，ADSP將整合來自多個國家的航班信息、天氣、監(jiān)視和航空信息，支持空管數據服務實現異地的無縫備份。一個管制單位可以使用多個ADSP的數據服務，或者一個ADSP也可以服務多個管制單位，使得跨越國家邊界的空管服務成為可能，且不同扇區(qū)、不同管制中心之間的容災備份也可輕松實現。

航路管制服務虛擬化提供動態(tài)扇區(qū)配置能力。通過數字化、虛擬化技術的應用，各國在名義上控制本國領土內的空中交通，但管制員可以在各空管中心的不同扇區(qū)之間進行靈活調配，使得整個歐洲地區(qū)具有高度互操作性（見圖2）。各扇區(qū)和扇區(qū)組將進行重新設計或重新配置，以最大限度地支撐交通流量，保證航路空域、終端空域及其相應機場之間的連通性。各國可以動態(tài)配置扇區(qū)，并根據交通的實際需求和資源可用性動態(tài)調整空域容量。通過靈活和無縫的軍民合作進行空域管理，最大限度地減少軍事活動對航線網絡的影響。

塔臺管制服務虛擬化提供遠程塔臺管制能力。通過數字化、虛擬化技術可以將多個塔臺所承擔的塔臺管制任務集中在一個遠程塔臺中心內運行，采用遠程高清數字攝像機、氣象傳感器、音視頻接入和其他相關設備實時采集機場和交通運行信息，能夠將所管制機場場面、氣象、交通等實時（信息傳遞的延誤時間以毫秒計算）情況投影在遠程塔臺中心的環(huán)繞屏幕上，使得一個遠程塔臺可以監(jiān)控并引導指揮一個乃至多個機場，為機場提供包括進近引導、場面監(jiān)視、簽派許可等全面的機場空中交通管制服務。

2015年第一個完全符合國際民航組織要求的遠程塔臺獲得批準并在瑞典投入運行，同年度德國核準Saarbrucken機場進行遠程遙控塔臺運行。2016年愛爾蘭正式使用全世界第一個多重遠程塔臺，控制中心設在首都的都柏林機場，由一位管制員同時遠程遙控距離150公里與200公里外的2個機場。2018年，立陶宛空中導航服務商（ON）、德國宇航中心在布倫瑞克對多重遠程塔臺進行了第二階段的驗證。此次驗證中，由1名管制員同時為3個機場提供空中交通管制服務。

由于不需要新建或少建塔臺等空管工程，且管制員實現了集中部署，使得遠程塔臺具有明顯的低成本和便捷性，特別適用于那些航班量有限，或是交通不便、開放時間有限、流量較小的機場，也可作為樞紐機場的應急備案。歐洲預期遠程塔臺是未來空中管制的趨勢，將會大幅改變目前管制運作模式，可以實現安全與效率的平衡。

表1：遠程塔臺與傳統(tǒng)塔臺比較

（三）服務對象多元化

新技術革命是空域服務對象多元化的重要推手。在人工智能等全新技術革命為主的第四次工業(yè)革命浪潮中，無人機應運而生并蓬勃發(fā)展，成為先進生產力的重要載體，并逐步融入國家空域系統(tǒng)。民用無人機已經進入了以娛樂飛行為主向各行業(yè)生產工具載體轉變的新時期，其涉及的應用已遠遠超出民航的傳統(tǒng)領域，包括無人機的運行數量、起飛全重、應用場景、運行風險等要素正在發(fā)生深刻變革。根據最新的預測，商用無人機市場將大幅增長，預計到2020年全球無人機市場規(guī)模在精細農業(yè)領域將增長42%，媒體和娛樂領域將增長26%，基礎設施檢查和監(jiān)測領域將增長36%，休閑活動方面則增長30%。

應對大流量、高離散的運行是全球民航面臨的核心挑戰(zhàn)。未來天空中，將出現幾十萬架有人機和無人機同時運行，蓬勃發(fā)展的無人機市場需求呼喚具備前瞻性、高度自動化和強連接性的技術和手段出臺。為了讓無人機安全可靠地與現有的飛機和其他飛行器融合運行，歐洲航空安全局（EASA）于2019年6月11日在其官網上發(fā)布了“歐洲無人機通用法規(guī)”，該法規(guī)內容包括“議會授權規(guī)章（歐盟）2019/945”（關于無人駕駛飛機系統(tǒng)和無人駕駛飛機系統(tǒng)的第三國運營人）和“議會實施規(guī)章（歐盟）2019/947”（關于無人駕駛飛機運行的規(guī)則和程序）。這些規(guī)章規(guī)范了無人機在歐盟內的自由飛行，并為歐盟內的無人機相關行業(yè)創(chuàng)造公平的競爭環(huán)境。

歐洲空域改革的新技術運用

新一代技術革命正在促進航空業(yè)形成新的價值鏈和生態(tài)圈，體現出強連接，高效率和高性能的特點。新技術的生命周期正在不斷加速，環(huán)境要求對運行壓力的影響越來越大，航空業(yè)需要適應生態(tài)系統(tǒng)建設的新要求。歐洲空域改革利用的動態(tài)空域管理、以飛行為中心的管理、基于航跡運行、基于性能的CNS服務、無人機空域管理等新技術，使得空管系統(tǒng)更具彈性和可擴展性，促進了空中交通管理資源的最佳利用。

（一）動態(tài)空域管理技術

動態(tài)空域管理的目的是通過增加空管單位職責范圍內空域結構和管理的顆粒度和靈活性，改善民用和軍用用戶空域容量。通過技術和程序的集成，使得管制單位可根據需求動態(tài)修改扇區(qū)。

當前由于受經驗和技能的限制，管制員只能在有限數量的扇區(qū)中安全工作，SESAR正在致力于通過提高自動化系統(tǒng)的支持來克服該限制，系統(tǒng)可以對管制員的相關知識進行智能補充，使管制員通過智能工具輔助與特定系統(tǒng)一起執(zhí)勤，而與交付管制服務的地理區(qū)域無關。圖3說明了傳統(tǒng)情況下由一個區(qū)管中心靜態(tài)管制的扇區(qū)，以及在空域容量動態(tài)管理理念下的兩種潛在結構。在新理念指導下動態(tài)劃分的Dx和Dy扇區(qū)結構內，區(qū)管中心1和區(qū)管中心2共同負責扇區(qū)S04、S07和S08的管理工作，該概念為扇區(qū)開放提供了更廣泛的選擇。

扇區(qū)融合和管理集中化是動態(tài)扇區(qū)管理技術應用的重要體現。為了改善服務多個近距離機場的終端航路和空中交通管制扇區(qū)的設計與管理，SESAR引入了兩個或多個終端空域結構的融合，稱為終端空域系統(tǒng)（TAS），如業(yè)務要求需要，終端空域系統(tǒng)可跨國界運行。馬斯特里赫特高空空域管制中心（MUAC）及其合作伙伴加入了功能性空域區(qū)歐洲中樞（FABEC）。FABEC的目標是對6國空域實施融合管理，從而提高空域的運行效率。

（二）以飛行為中心的管理技術

以飛行為中心的概念將管制員的責任從管制一片空域變?yōu)楣苤蒲馗髯院桔E飛行的多個航空器（如圖4）。多個管制員共同分擔空域中以飛行為中心的航跡管理責任。

進入空域的飛機根據預先建立的邏輯（例如飛行交互、交通流量或復雜性）分配給工作量最小的管制員，從而實現更均衡的工作量分配。如果與虛擬化技術集成，將允許以飛行為中心的分布式管制員團隊為空域提供更高效率的保障服務。

（三）基于航跡運行（TBO）技術

通過基于航跡運行技術的實現，改變空中交通運行現狀，特別是提高交通的整體可預測性，有利于航空公司和空中交通管理運行效率的提高。SESAR中TBO目標主要通過三個階段來逐步完成，具體如下：階段1是“基于時間的運行”，目標是形成一個同步的歐洲空中交通管理系統(tǒng)；階段2是“基于航跡的運行”，目標是形成一個基于航跡的空管系統(tǒng)，航跡運行各方通過網絡共享4D航跡信息；階段3是“基于性能的運行”，建成歐洲高性能、全覆蓋并以網絡為中心的空地無縫鏈接的空管系統(tǒng)。2019年，歐洲開展了對i4D運行的大規(guī)模演示驗證，基于航跡運行工作已取得實際性進展。

（四）基于性能和面向服務的CNS技術

CNS底層基礎設施和集成信息服務解耦后，可以逐步實現基于性能的CNS服務，用戶只需定義技術特征，無須關心技術如何實現，高效支撐了SESAR各個運行概念的實現。

空地互操作性解決方案可支持新的多鏈路空對地通信環(huán)境，利用擴展的預測剖面（EPP）可以將機載航跡傳輸至地面系統(tǒng)，從而確?？罩泻偷孛骖A測的一致性，并提高管制員所使用的沖突檢測和決策工具的性能。全系統(tǒng)信息管理系統(tǒng)（SWIM）利用通信網絡和計算機技術，在全系統(tǒng)范圍內實現飛行、流量、航行情報、航空氣象等信息的共享，并保證信息的安全，是營造空管協同信息環(huán)境、實現四維航跡信息全生命周期管理的關鍵。目前，歐洲空管在這方面的投入與建設進度是全球領先的。

地面互操作性解決方案將允許管制員在相鄰單元之間進行靜默協調。通過這種方式，所有相關的空中交通管制單位始終保持同一飛行視圖，支持跨境無縫運行，甚至是跨境自由航線運行。

（五）無人機空域管理技術

SESAR公布了兩項將無人機整合到空域的重要工作計劃，其中之一是無人機空域運行管理措施（U-space），對無人機服務和監(jiān)管框架方面的需求進行了概述，另一個是將無人機整合到運行空域的實施路線圖。

U-space是無人機空域管理的核心。U-space不是獨立的空域，而是一組新服務和特定程序，包括注冊、電子識別、地理圍欄、飛行批準和追蹤等，可以支持大量無人機的安全、高效訪問，能夠確保無人機在所有運行環(huán)境和所有類型的空域中的平穩(wěn)運行。它滿足了支持所有類型任務的需求，并且可能涉及所有無人機用戶和無人機類別。U-space也是一個高度自動化的系統(tǒng)。無人機運行有大流量、高離散的特征，如果沒有自動化支持將難以實施管理，迫切需要利用人工智能、大數據、物聯網等先進技術來解決高密度運行與沖突檢測等方面的管理問題。另外地理感知技術取代了之前“地理圍欄”（Geo-fencing）的技術，可以積極預防無人機進入禁區(qū)，并配備了反黑客技術。

無人機運行需要解決的關鍵領域包括：

1.運行概念：為U-space建立運行概念（CONOPs），該項目研究了歐洲的無人機管理，特別是解決在機場和管制空域附近的無人機運行，以及在管制和非管制空域之間轉換。

2.數據鏈：設計一種融合蜂窩網絡和衛(wèi)星網絡的混合架構（DroC2om），確保使用U-space服務的無人機可靠運行。

3.無人機信息管理：研究如何開發(fā)一個基于云端的無服務器環(huán)境（IMPETUS/ DREAMS），該環(huán)境可以對不同業(yè)務類型的多個用戶進行響應，包括與有人駕駛航空器的管理系統(tǒng)整合。

4.地面技術：了解U-space運行性能方面的需求并確定能夠滿足需求的各類技術，包括與有人駕駛航空器的交互（TERRA）以及U-space的追蹤和監(jiān)視服務（CLASS），目標有效融合現有的技術以構建無人機交通管理的核心功能。

（六）FRA自由航路空域技術

經過近幾年歐洲自由航路空域（Free Route Airspace FRA）項目的實施，給空域用戶提供了更多選擇和更靈活環(huán)境，使其能夠應對更加快速的交通流變化，促進節(jié)能減排和提升航班整體效率等方面成效顯著。

基于傳統(tǒng)導航方式和空域管理方式下的空中可用航路數量稀少(圖6左側所示為德國1956年空中航路)，FRA項目通過取消自由航路空域內固定空中交通服務航路，空域用戶可在指定進出點之間自由選擇飛行路線，可用航路航線數量成幾何級數方式增加（如圖6右側所示）。目前，歐控范圍內德國等10多個國家和地區(qū)已基本實現了全空域、全天候自由航路飛行。

歐洲空域改革過渡的新方法

SESAR未來展望是打造一個數字化的歐洲天空，即“自動化+互聯化”。但在實現這一偉大目標的過程中無疑會面臨很多挑戰(zhàn)：一是飛行流量越來越大，預計2035年需支撐1600萬架次儀表飛行以及龐大復雜的無人飛行需求；二是高度自動化的航空器，如單機組運行、城市飛行汽車、貨運無人機等；三是前所未有的復雜場景，航空器種類越來越多，運行環(huán)境越來越復雜。總而言之，空管系統(tǒng)會發(fā)生巨大變革，將具備更高的自動化和更強的兼容性。因此SESAR擬定了3個五年計劃以及落實3項改革措施來實現2020年至2035年的發(fā)展和平穩(wěn)過渡。

（一）SESAR空域改革3個五年過渡計劃

SESAR提出在3個五年期間實現歐洲單一天空系統(tǒng)的漸進式過渡戰(zhàn)略，目的在于逐步增加容量，同時保持安全性，提高飛行效率并減少對環(huán)境的影響，這3個五年計劃為：

到2025年，實施空域重新配置和頒布相應的法規(guī)來支持空域改革。

到2030年，通過推出虛擬化技術和動態(tài)空域配置來實施下一代SESAR技術，并逐步引入更高水平的自動化系統(tǒng)。新結構應支持在整個網絡中共享資源（包括數據），支持靈活、無縫的民用/軍用協作，從而為所有空域用戶提供更具可擴展性和彈性的服務。

到2035年，空管網絡從基于準時性的系統(tǒng)發(fā)展為基于網絡可預測性的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以安全有效地管理1600萬個航班（與2017年相比增加50%）。

?

（二）SESAR空域改革過渡的三個方法

方法1：啟動空域重構項目，通過基于現有成熟的運營概念和技術，如自由航路空域（FRA）、先進靈活使用空域（AFUA）、合作交通管理和動態(tài)分區(qū)等，有效識別和化解當前歐洲空域沖突熱點（見圖7），實現最優(yōu)的空域重構。

方法2：依托成熟的SESAR解決方案，實施跨邊界自由航路，以及空—地和地—地的數據連通。在2020年至2025年間，落實跨邊界自由航路空域（包括國界/飛行情報區(qū)邊界），并實施先進靈活使用空域計劃。推進空地協同、地地協同和數據交換，以便能夠協作管理空域和遠程提供空中交通服務。

方法3：加快下一代SESAR技術和服務的市場化進程，通過虛擬化和允許數據在受信任用戶之間自由流動，為歐洲天空的去碎片化（碎片整理）做好準備。加強與科研、標準和監(jiān)管工作之間的聯系，并通過“數字歐洲天空示范”網絡加快工業(yè)化和市場化進程。

（三）空域重構過渡計劃的多方協同

空域改革過渡需要利益相關方采取共同行動，并采取正確的順序實現所設想的最終目標，由歐盟委員會負責監(jiān)管?？沼蚋母镞^渡計劃路線圖的總體邏輯框架如圖8所示，其中兩個核心支持因素包括空域重新配置及卓越運行方案和歐洲數字天空示范網絡。

對我國空域改革的建議

中國與歐洲存在的許多問題是類似的，都面臨著空域細碎、軍民融合的階段性問題和困難，都有運用智能化、網絡化、大數據等新技術解決空域資源緊張的巨大需求，歐洲作為一體化空中交通管理體系的先行者，其成功經驗和失敗教訓都對我國民航空域體制改革具有多方位的啟示作用和借鑒意義。

（一）推進軍民航空域融合，實現空域改革質量變革。歐控相關國家軍民航需求復雜，但通過歐洲空域架構改革，采用先進的靈活使用空域策略，及時共享各自控制的沒有使用的空域，實現了空域高效使用。當前，我國空域改革正處在關鍵期，我們可以借鑒德國空管的軍民融合方式和平戰(zhàn)結合的體制機制，采用預備役制度，建立動態(tài)空域分享體系，過渡到軍民航管制員統(tǒng)一招聘，統(tǒng)一培訓和統(tǒng)一管理，最后實現軍民航共贏的目標。

（二）引入自由航路空域概念，實現空域改革效率變革。歐洲通過引入跨情報區(qū)和跨國境的自由航路空域概念，增加了空域靈活使用效率，優(yōu)化了空域配置和運行協調，可以有效解決航班延誤問題。當前我國雖然通過臨時航線等方式在局部實現了靈活使用空域，但是軍民航融合仍然不足，空域使用效率不高。建議我國空域管理改革分步實施，針對高空空域復雜度相對低的特點，首先實施高空以民航管制為主，再過渡到低空空域逐步移交給民航，并建立機制保證軍方需要空域時能及時回收釋放空域；我國在跨管制區(qū)邊界的進出點相對固定而且移交高度也相對固定，不利于最優(yōu)航路的選擇，這也是國內在關鍵節(jié)點擁堵并導致大量延誤的主要原因之一。建議借鑒歐洲實施的空域結構重構計劃，也采取兩步走策略，首先增加空域內固定空中交通服務航路數量，為每條固定航路提供兩到三個備選航路和空域邊界進出點的選擇，待條件成熟后再過渡到引入類似歐洲的FRA概念。

（三）實施供給側改革，實現空域改革動力變革。歐洲空域系統(tǒng)重構是針對難以解決的延誤問題而提出的改革方案，其主要手段和技術都是首先使用現有技術，并找出最急迫的10個空域擁擠熱點區(qū)域，有的放矢的進行空域結構探索性改革，待試點取得成果后再推廣到整個歐洲區(qū)域。我國的空域精細化改革在三個地區(qū)已經進行試點，就是采用先在局部區(qū)域試點的辦法，與歐洲空域改革異曲同工，要盡快推廣到全國。

（四）加快實現空域數字化轉型，提升空域保障能力。要加快空域數字化轉型發(fā)展，加強基礎設施建設，推動空地、地地數據共享，通過數字化運用、轉型和融合發(fā)展，為自由航路和靈活使用空域提供支撐；通過合理的空域構型和高級動態(tài)空域管理技術推進動態(tài)容量管理；通過實施虛擬技術，建立空域扇區(qū)之間、管制中心之間的備份體系，推廣遠程塔臺管制以及大型復雜機場地面運行的集中監(jiān)控；開展無人機隔離空域運行試點，積極探索有人機和無人機空域融合運行研究，不斷提高我國空域使用效率。