文|何雄平
湖南省通用航空發(fā)展有限公司
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)著眼于國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要,自主建設(shè)運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),是為全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的國(guó)家重要時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施。自提供服務(wù)以來(lái),北斗系統(tǒng)已在交通運(yùn)輸、農(nóng)林漁業(yè)、水文監(jiān)測(cè)、民航、通信授時(shí)、電力調(diào)度、救災(zāi)減災(zāi)、公共安全等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,服務(wù)國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施,產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。
通用航空泛指公共航空運(yùn)輸以外的民用航空活動(dòng),已成為現(xiàn)代交通運(yùn)輸界公認(rèn)的黃金產(chǎn)業(yè)。然而目前,我國(guó)通用航空發(fā)展面臨空域管理體制、適航標(biāo)準(zhǔn)不健全、飛機(jī)國(guó)產(chǎn)導(dǎo)航設(shè)備配備率低、產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后等問(wèn)題。積極推動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航在通航領(lǐng)域的應(yīng)用,是解決空管管理問(wèn)題、提高飛機(jī)導(dǎo)航設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率、帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)行有效的切入點(diǎn)。本文以湖南省北斗通航應(yīng)用為研究對(duì)象,以空域體制改革為切入點(diǎn),深度剖析通航北斗應(yīng)用價(jià)值,為北斗在整個(gè)通航領(lǐng)域的應(yīng)用推廣提供借鑒。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略圓滿完成,進(jìn)入持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行、規(guī)模應(yīng)用發(fā)展的新階段。2021 年我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值達(dá)到4690 億元人民幣。目前,北斗系統(tǒng)在交通運(yùn)輸、公共安全、救災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)林牧漁、城市治理等行業(yè)領(lǐng)域,以及電力、水利、通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面,已逐步形成深度應(yīng)用、規(guī)?;l(fā)展的良好局面,正在全面賦能各行各業(yè)并實(shí)現(xiàn)顯著效益。
通用航空是推動(dòng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)、推動(dòng)多領(lǐng)域民航強(qiáng)國(guó)的重要舉措。通用航空呈現(xiàn)加速發(fā)展態(tài)勢(shì)。然而存在依賴國(guó)外GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)、國(guó)產(chǎn)導(dǎo)航設(shè)備配備率低等問(wèn)題,嚴(yán)重影響通航產(chǎn)業(yè)發(fā)展及國(guó)家安全[2]。因此積極推動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航在通航領(lǐng)域的應(yīng)用,全面推進(jìn)國(guó)家通航的發(fā)展勢(shì)在必行。
近年來(lái),隨著通用航空的快速發(fā)展以及通用航空導(dǎo)航設(shè)備應(yīng)用需求的不斷增加,為規(guī)范通用航空導(dǎo)航設(shè)備,切實(shí)保障飛行安全,交通部發(fā)布2021年第2 號(hào)文,對(duì)CCAR-85-R2 民用航空導(dǎo)航設(shè)備開放與運(yùn)行管理規(guī)定增加通航相關(guān)內(nèi)容。2019 年12月發(fā)布的《中國(guó)民航北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)施路線圖》中為北斗在通航領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)劃了“固定式/便攜式位置報(bào)告”“機(jī)載多模式綜合監(jiān)視”“機(jī)載多模接收機(jī)”三個(gè)階段[3],為北斗在通航的應(yīng)用發(fā)展提供了指導(dǎo)。
在上述背景下,民航局推動(dòng)建設(shè)了“通用航空北斗飛行動(dòng)態(tài)信息服務(wù)平臺(tái)”。根據(jù)最新的2021年民航行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào),截至2021 年底通用航空在冊(cè)航空器總數(shù)達(dá)到3018 架。截至2022 年3 月31 日,該平臺(tái)共登記通用航空企業(yè)400 家,通用航空器2090 架,綁定北斗機(jī)載設(shè)備及北斗卡的通用航空器1878 架。
盡管民航局北斗應(yīng)用實(shí)施路線圖已出臺(tái),但國(guó)內(nèi)通用航空低空監(jiān)視和管理能力還存在嚴(yán)重不足[4],北斗通航應(yīng)用的項(xiàng)目、課題等名目繁多雜亂,缺乏統(tǒng)一管理,未形成統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)北斗網(wǎng)及民航局官方網(wǎng)站調(diào)研,目前只有少部分通用類型標(biāo)準(zhǔn)涉及北斗通用航空應(yīng)用,尚未形成系統(tǒng)性的標(biāo)準(zhǔn)體系。因此亟需在剖析產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,推動(dòng)北斗低空空域技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化體系建立,保障北斗在通航領(lǐng)域的規(guī)范化、規(guī)?;l(fā)展。
為推動(dòng)北斗在通航領(lǐng)域應(yīng)用,中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室先后推動(dòng)湖南、江西、吉林等多個(gè)通航示范工程項(xiàng)目。其中,湖南省作為全國(guó)首個(gè)全域低空空域管理改革試點(diǎn)拓展省份,成為北斗通航應(yīng)用的排頭兵,為后續(xù)通航在全國(guó)的推廣應(yīng)用提供借鑒。
北斗為傳統(tǒng)行業(yè)注入新動(dòng)能的同時(shí),也正加速與新一代通信、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)深度融合,北斗應(yīng)用新模式、新業(yè)態(tài)、新經(jīng)濟(jì)不斷涌現(xiàn),為通航產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)新力量、新市場(chǎng)、新動(dòng)能。
北斗與5G。利用“北斗+5G”融合應(yīng)用,可為湖南省低空空域分類管理、低空飛行服務(wù)保障體系建設(shè)提供高精度的空中、地面定位服務(wù),為通航飛機(jī)、無(wú)人機(jī)等提供高精度、高帶寬、導(dǎo)航服務(wù)與應(yīng)用產(chǎn)品。
北斗與物聯(lián)網(wǎng)。利用“北斗+物聯(lián)網(wǎng)”融合應(yīng)用,可為湖南省低空飛行服務(wù)保障體系建設(shè)提供豐富的物聯(lián)感知數(shù)據(jù)來(lái)源,為低空空域管理提供“北斗+智能傳感器”系列化基礎(chǔ)產(chǎn)品,優(yōu)化營(yíng)商環(huán)境,壯大低空經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈條。
北斗與衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。利用“北斗+衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”融合應(yīng)用,為通航飛機(jī)提供高精度、高可靠性、高效率的衛(wèi)星定位服務(wù)和高帶寬的低軌衛(wèi)星通信服務(wù),極大提升低空飛行服務(wù)保障能力。
綜合PNT。綜合PNT 系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用能力的逐步健全,將為通航飛行器提供高集成度、高可靠性、高性價(jià)比的定位導(dǎo)航手段,并且,隨著綜合PNT 網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建,通航領(lǐng)域定位、導(dǎo)航手段的創(chuàng)新將加速到來(lái)。
綜上,未來(lái)將不斷推進(jìn)北斗技術(shù)與5G、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、人工智能等技術(shù)的融合應(yīng)用,運(yùn)用“+北斗”思維,充分發(fā)揮北斗高精度、高可靠、高安全的新一代信息時(shí)空技術(shù)體系,持續(xù)推進(jìn)通航領(lǐng)域的高安全、高智能、高效益發(fā)展。
2020 年9 月1 日,中央空管委批復(fù)了湖南省全域低空空域管理改革試點(diǎn)實(shí)施方案,要建立湖南省通用航空服務(wù)中心(以下簡(jiǎn)稱服務(wù)中心),服務(wù)中心負(fù)責(zé)統(tǒng)籌湖南通用航空業(yè)發(fā)展、承擔(dān)全省通用航空和無(wú)人機(jī)監(jiān)管等社會(huì)公共通用航空服務(wù),打造通用航空發(fā)展“天地人和”湖南新模式。
地緣位置是發(fā)展通航的客觀需求。湖南西部及毗鄰的貴州、廣西等地區(qū)多崇山峻嶺,通航作業(yè)擁有巨大市場(chǎng)需求。此外,湖南地處我國(guó)中部地位,是連接長(zhǎng)三角、珠三角、西南地區(qū)和華北地區(qū)的樞紐,便于建設(shè)輻射華中、華南地區(qū)的通航服務(wù)樞紐。
湖南省高度重視通航產(chǎn)業(yè)發(fā)展。圍繞產(chǎn)業(yè)發(fā)展、機(jī)場(chǎng)建設(shè),現(xiàn)已出臺(tái)《促進(jìn)湖南通用航空業(yè)發(fā)展實(shí)施意見》《湖南省通用機(jī)場(chǎng)布局規(guī)劃(2016—2030年)》等專項(xiàng)規(guī)劃和政策,通航發(fā)展的頂層設(shè)計(jì)已基本完善。
裝備制造業(yè)突出,經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)雄厚。三一集團(tuán)、中聯(lián)重科、鐵建重工、山河智能等優(yōu)質(zhì)企業(yè)集聚成鏈,優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展,為通航的發(fā)展奠定了殷實(shí)的基礎(chǔ)。
航空裝備研發(fā)制造和飛行服務(wù)方面具有良好的發(fā)展基礎(chǔ)。湖南是航空裝備研發(fā)制造大省,具有“航空動(dòng)力研制、通用飛機(jī)制造、航空零部件制造、通用航空運(yùn)營(yíng)、配套衍生產(chǎn)品生產(chǎn)”的完整產(chǎn)業(yè)鏈。在飛行服務(wù)方面,衡陽(yáng)通航是湖南省第一家經(jīng)民航局審批的國(guó)有通用航空公司,現(xiàn)有訓(xùn)練機(jī)型和數(shù)量、通航體育人才隊(duì)伍和設(shè)備配置在中南地區(qū)位居第一。
2020 年湖南獲批全國(guó)首個(gè)全域低空空域管理改革試點(diǎn)拓展省份,也是第一個(gè)開展全域低空開放、集中集成新技術(shù)應(yīng)用的試點(diǎn)省份。目前湖南省在法規(guī)制度保障體系構(gòu)建、低空空域劃設(shè)方案編制、軍地民協(xié)同運(yùn)行管理機(jī)制創(chuàng)建、低空飛行服務(wù)保障體系建設(shè)、通用機(jī)場(chǎng)場(chǎng)址審核等方面取得了突破性進(jìn)展。
通用航空產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)、服務(wù)領(lǐng)域廣、帶動(dòng)作用強(qiáng)[5]。全面梳理通航產(chǎn)業(yè)鏈上游、中游、下游,結(jié)合北斗衛(wèi)星系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能(圖1)。
圖1 通航產(chǎn)業(yè)鏈圖
利用北斗系統(tǒng)提供的精確導(dǎo)航、定位和授時(shí)服務(wù)功能,結(jié)合電子地圖和其它導(dǎo)航設(shè)施,實(shí)現(xiàn)航空器起飛、降落、飛行過(guò)程及地面各類交通設(shè)施的導(dǎo)航定位和時(shí)間服務(wù),并拓展至林業(yè)、農(nóng)業(yè)等應(yīng)用。
利用北斗系統(tǒng)提供的基本導(dǎo)航、定位和授時(shí)服務(wù)功能,融合北斗短報(bào)文位置報(bào)告或移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)航空器、機(jī)場(chǎng)設(shè)施、地面車輛等交通工具的位置監(jiān)視、指揮、調(diào)度、應(yīng)急救援和航跡追蹤管理。
針對(duì)通航對(duì)導(dǎo)航精度及完好性有較高要求的應(yīng)用,進(jìn)一步應(yīng)用差分技術(shù)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)星基增強(qiáng)服務(wù)功能,滿足國(guó)際民航組織(ICAO)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的需求。
鑒于湖南省雄厚的裝備制造業(yè)以及特殊的地緣優(yōu)勢(shì),也使其在通航領(lǐng)域應(yīng)用改革中起到了先鋒軍的角色。為加速湖南省通航產(chǎn)業(yè)發(fā)展,湖南省創(chuàng)新性地提出了“天地人和”通航發(fā)展新模式,即搭“天網(wǎng)”,解決通航飛行安全問(wèn)題;建“地網(wǎng)”,解決通航“落地難”的問(wèn)題;連“人網(wǎng)”,解決飛行計(jì)劃快速申報(bào)審批問(wèn)題;強(qiáng)“協(xié)和”,實(shí)現(xiàn)“軍地民高效協(xié)同”的發(fā)展目標(biāo),進(jìn)一步從低空空域分類管理、低空目視航路航線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、低空飛行服務(wù)保障體系建設(shè)、監(jiān)督管理、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、營(yíng)商環(huán)境六個(gè)方面,有力地推動(dòng)了湖南低空空域管理改革的開展。
基于調(diào)研情況,依托湖南省全域低空空域管理改革試點(diǎn)規(guī)劃,編制湖南省通航改革的階梯型規(guī)劃圖如圖2 所示。
圖2 湖南省通航改革階梯型規(guī)劃圖
可以看出,湖南省低空監(jiān)視通信網(wǎng)絡(luò)、低空空域劃設(shè)機(jī)制還不盡完善,三者相輔相成,相互制約。北斗在湖南省全域低空空域管理改革中的應(yīng)用價(jià)值如表1 所示。
表1 湖南省低空改革北斗應(yīng)用價(jià)值思考
續(xù)表1
基于上述分析,形成一套北斗在通航應(yīng)用的型譜規(guī)劃,具體如圖3 所示。
圖3 北斗通航應(yīng)用型譜規(guī)劃圖
本節(jié)以湖南全域低空空域管理改革工作六大任務(wù)為立足點(diǎn),提出對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的需求及思考建議,打通通航發(fā)展堵點(diǎn),打造通航產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“湖南樣板”。
充分借鑒國(guó)家、行業(yè)相關(guān)衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ),結(jié)合北斗行業(yè)示范項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn),按照需求為本、急用先行的立標(biāo)制標(biāo)原則,從信息服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、通航應(yīng)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)方向開展北斗通航標(biāo)準(zhǔn)的研究制定(圖4)。
圖 4 北斗通航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系框架圖
此外,通用航空具有飛行高度低、飛行器小、飛行速度慢的特點(diǎn),對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的性能要求相對(duì)較低,且具備自主可控優(yōu)勢(shì),可規(guī)避國(guó)際民航標(biāo)準(zhǔn)壁壘。因此可率先在通航領(lǐng)域開展機(jī)載終端設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)制定工作,先試先行,建立北斗通航標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)田,進(jìn)而為北斗民航國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化和應(yīng)用示范提供支撐和運(yùn)行依據(jù)。建議優(yōu)先制定的標(biāo)準(zhǔn)清單如表2 所示。
通過(guò)衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用,創(chuàng)建湖南通航產(chǎn)業(yè)鏈上中下游聯(lián)動(dòng)的通用航空服務(wù)保障體系,創(chuàng)造高效、安全、共享、協(xié)調(diào)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境,創(chuàng)立全國(guó)通用航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展標(biāo)桿和標(biāo)志性低空服務(wù)平臺(tái)。天基資源通航應(yīng)用解決方案如圖5 所示。
圖5 天基資源通航應(yīng)用解決方案
在衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用方面,在飛機(jī)側(cè)結(jié)合北斗在民航領(lǐng)域應(yīng)用規(guī)劃,采用“三步走”的方式完成北斗在通航領(lǐng)域的應(yīng)用目標(biāo);在機(jī)場(chǎng)側(cè)建立基于北斗時(shí)空信息的動(dòng)態(tài)資源協(xié)同及智能調(diào)度(空、地、人、物聯(lián)動(dòng)協(xié)同)。
在衛(wèi)星通信應(yīng)用方面,推進(jìn)低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星在通航飛機(jī)的應(yīng)用,并采用相控陣天線技術(shù),實(shí)現(xiàn)Ku/Ka 高通量通信衛(wèi)星在通航飛機(jī)的應(yīng)用。
在衛(wèi)星遙感應(yīng)用方面,通過(guò)遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的接入,為通航機(jī)場(chǎng)建設(shè)、服務(wù)平臺(tái)底圖、低空飛行地圖等需求提供遙感實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、4D 數(shù)據(jù)產(chǎn)品、遙感數(shù)據(jù)專題分析產(chǎn)品。
在上述基礎(chǔ)上,加強(qiáng)在機(jī)場(chǎng)側(cè)和飛機(jī)側(cè)的融合創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)更為安全、高效、智能的應(yīng)用服務(wù)。
北斗應(yīng)用服務(wù)要與業(yè)務(wù)平臺(tái)融合才能發(fā)揮實(shí)際價(jià)值。以應(yīng)急救援為例,通過(guò)基于北斗定位的可穿戴救援裝備技術(shù),研制北斗搜救終端、一體式北斗救生衣,實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急指揮系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)全面的通航應(yīng)急救援力量組織和實(shí)施情況,接收應(yīng)急指揮系統(tǒng)航空應(yīng)急力量調(diào)配需求,支撐使用航空器進(jìn)行應(yīng)急救援任務(wù)的要求。
目前湖南省已成功申報(bào)了中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室組織的示范工程,為北斗在湖南通航領(lǐng)域的應(yīng)用邁出了第一步。后續(xù)國(guó)家發(fā)改委以及綜合PNT 應(yīng)用都將進(jìn)一步支持北斗通航應(yīng)用,當(dāng)前湖南省已經(jīng)在低空空域改革、北斗通航應(yīng)用方面走在了全國(guó)前列,應(yīng)進(jìn)一步研究北斗與新技術(shù)融合應(yīng)用的技術(shù)和產(chǎn)品支撐能力,牽引其在通航領(lǐng)域的應(yīng)用,以規(guī)?;瘧?yīng)用為目標(biāo)構(gòu)建湖南省北斗通用應(yīng)用示范規(guī)劃。
本文立足于湖南省作為低空空域管理改革示范省的定位,剖析了其在北斗通航空域改革應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀,提出了未來(lái)發(fā)展目標(biāo),對(duì)北斗通航在全國(guó)推廣具有重要的借鑒意義。北斗通航應(yīng)以自主可控為目標(biāo),構(gòu)建以北斗為核心的通航GNSS 技術(shù)應(yīng)用體系,打造貫穿整個(gè)北斗通航產(chǎn)業(yè)鏈的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)體系,推動(dòng)以北斗定位、導(dǎo)航、授時(shí)、短報(bào)文通信技術(shù)為核心的新一代空中航行系統(tǒng)[6],后續(xù)融合AI、傳感與監(jiān)測(cè)、大數(shù)據(jù)、泛在感知、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)分析與決策等技術(shù),結(jié)合自主可控的通信衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù),構(gòu)建航空領(lǐng)域?qū)嵕叭S場(chǎng)景,拓展至三維立體時(shí)空數(shù)據(jù)、三維立體一張圖,使得航空數(shù)據(jù)立體化、實(shí)時(shí)化、自動(dòng)處理化、智能化。將航空器位置數(shù)據(jù)等與機(jī)場(chǎng)相關(guān)信息相結(jié)合,打造數(shù)字孿生系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化,虛擬場(chǎng)景動(dòng)態(tài)化,大數(shù)據(jù)場(chǎng)景輕量化,加快布局航空“元宇宙”,全面助力通航公司實(shí)現(xiàn)航空器監(jiān)控、維護(hù)與保障,提高機(jī)場(chǎng)運(yùn)行效率,提升運(yùn)行保障能力。