欧洲空域灵活使用对我国空域管理的启示

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欧洲空域灵活使用对我国空域管理的启示高海超于淼（中国电子科技集团公司第二十八研究所南京２１０００７）摘要：空域资源利用率低已成为制约空中交通发展的主要因素。首先，探讨了欧洲空域灵活使用（ＦＵＡ）的关键要素和空域划设等内容；然后，阐述了ＦＵＡ的管理和应用；最后，结合我国空域管理实际提出了我国ＦＵＡ管理的能力构建、组织和系统架构等设想，以构建ＦＵＡ管理体系。关键词：空域灵活使用；空域管理；条件航路中图分类号：Ｆ５６２；Ｖ３５５文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－９０９Ｘ（２０１４）０１－０００６－０５ＩｎｓｐｉｒａｔｉｏｎｆｒｏｍＦｌｅｘｉｂｌｅＵｓｅｏｆＡｉｒｓｐａｃｅｉｎＥｕｒｏｐｅｆｏｒＡｉｒｓｐａｃｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔｉｎＣｈｉｎａＧａｏＨａｉｃｈａｏＹｕＭｉａｏ（Ｔｈｅ２８ｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｉｓｕｓｅｏｆｔｈｅａｉｒｓｐａｃｅｂｅｃｏｍｅｓｍａｉｎｌｉｍｉｔｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｆｏｒｔｈｅａｉｒｔｒａｆｆｉｃｄｅｖｅｌｏｐ－ｍｅｎｔ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｋｅｙｅｌｅｍｅｎｔｓａｎｄｔｈｅａｉｒｓｐａｃｅｄｅｓｉｇｎｆｏｒｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｕｓｅｏｆａｉｒｓｐａｃｅ（ＦＵＡ）ｉｎＥｕｒｏｐｅａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＦＵＡａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｆｉ－ｎａｌｌｙ，ｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄａｉｒｓｐａｃｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｖｉｓｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅＦＵＡｍａｎａｇｅｍｅｎｔｉｎＣｈｉｎａａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅａｌｉｔｙ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｅｘｉｂｌｅｕｓｅｏｆａｉｒｓｐａｃｅ（ＦＵＡ）；ａｉｒｓｐａｃｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌｒｏｕｔｅ（ＣＤＲ）用，使有限空域资源得到了更加合理利用，故航班延误现象大幅减少。引言０２０世纪８０年代欧洲空中交通量每年以１０％以上的速度增长，随之，通过欧洲南部和东南部的２５％航班平均延误时间超过３３ｍｉｎ，由于航班延误扩大和航路扩展都无法被大众接受，迫切需要找到相关解决方案［１］。欧洲民用航空会议经过研究和实践最终达成一致，同意建立欧洲中央流量管理单元实现空中交通流量管理，推进欧洲空中交通管理程序一体化。其中，空域灵活使用（ＦＵＡ）作为主要的航路策略和空域管理目标，逐渐引入和推广。ＦＵＡ是军民航空域用户间有效利用空域的管理概念和方法，主要思想是空域不能简单指定为军用或民用，而应是一个连续统一体，所有用户需求应尽可能包含在内。同时，将空域管理由静态向动态转变，增加空域使用灵活性，从而满足各类空域用户需求，提高空域利用率。欧洲国家通过ＦＵＡ的应灵活使用空域要素ＦＵＡ的应用需要３个基本要素：新空域结构、１１．１新空域管理主体和新空域分配方法。即需要重新组织和划设某些军用和民用空域支撑ＦＵＡ，如划设临时军用空域和划设条件航路等民用空域；需要确定高级空域规则体和空域管理单元为空域管理主体；需要建立与ＦＵＡ相适应的空域分配方法，以实现ＦＵＡ的有效管理。分类灵活使用空域指在某种条件下，可改变空域的使用性质，以供其他用途使用。因此，禁区、限制区、危险区和航路等固定空域不属于灵活使用空域［２］，即不能用于ＦＵＡ。根据军民航管理权限不同，将灵１．２收稿日期：２０１３－０５－２２ 第５卷第１期高海超，等：欧洲空域灵活使用对我国空域管理的启示７活使用空域划分为军航和民航灵活使用空域。民航灵活使用空域１．２．２民航灵活使用空域主要是条件航路（ＣＤＲ），为飞行计划在特殊条件下使用提供空中交通服务的航路。ＣＤＲ有多种，在特定时间内类型可相互转换。ＣＤＲ如图１所示，可分为以下３种类型：１）永久性航路（ＣＤＲ１）：在相应国家ＡＩＰ公布的时间范围内可执行飞行计划。使用ＣＤＲ１的航空器需备足够燃料以便改航。当ＴＳＡ激活时，使用改航航路（图１中Ａ—Ｂ和Ｂ—Ｃ航路）。２）非永久性航路（ＣＤＲ２）：对飞行计划可能有用。这些航班仅规划在ＣＤＲ２上，且与中央流量管理单元（ＣＦＭＵ）逐日公布的条件相一致才可用。３）非规划航路（ＣＤＲ３）：对航班计划无用，仅适用于空管部门管理。军航灵活使用空域１．２．１军方将某些活动空域划设为临时限制区（ＴＲＡ）、临时隔离区（ＴＳＡ）和国境穿越区（ＣＢＡ），以满足ＦＵＡ的需要。１）ＴＲＡ：一种通过普通协商暂时保留的空域，用于某种活动的特殊使用，在军民航空中交通管制部门允许下，其他交通可通过。２）ＴＳＡ：一种通过普通协商暂时隔离的空域，用于某种活动的独占使用，其他交通禁止通过。在航行资料汇编（ＡＩＰ）中公布。３）ＣＢＡ：为了满足某种特殊运行需求，在国际边境区建立的限制或保留空域，可以是ＴＳＡ，也可以是ＴＲＡ。图１ＣＤＲ示意图*ＦＵＡ管理欧洲的ＦＵＡ管理分战略空域、预战术空域和战术空域管理３级。战略空域管理由国家空域高级管理联合体行使职能；预战术空域管理由空域管理单元行使职能；战术空域管理由民用和军用管制中心行使职能。各级空域管理组织负责相应的军民航空中交通管理协调任务。ＦＵＡ管理如图２所示，提前１ａ（记为Ｙ－１）至执行日（记为Ｄ）前５ｄ（即（Ｙ－１）—（Ｄ－５）进行空域战略规划和空域射击与管理程序的制定；（Ｄ－５）—（Ｄ－１）对ＦＵＡ逐日规划，制定空域使用规划；执行当日对ＦＵＡ实时管理，确保空域使用得以执行［１］。图２ＦＵＡ管理示意图进的应用，确保逐步建立新的，建立各ＦＵＡＦＵＡ级空域管理和军民航实时的协调程序。空域管理联合体主要职责是提升空域安全和效率，公平和高效地执行空域组织或管理的规章，在空域管制者和所有者间进行磋商和协调并建立信任［３］。在用户间协调国家空域的共享使用，与邻国协调优化空域管理过程，引导各级别对ＦＵＡ情况定期检验。战略空域管理战略空域管理由军民航联合体组成的国家空域高级管理联合体负责，创建ＦＵＡ结构，为二级空域管理定义空域分配规则（优先规则和处理进度），为三级空域管理军民航管制中心间定义空域协调规则，制定国家空域政策，在军民航间建立框架协议促２．１ 指挥信息系统与技术２０１４年２月８预战术空域管理空域分配是对空域具有主权或管辖权的国家权利，预战术空域管理根据空域用户的请求和国家空域高级管理联合体定义的程序对空域进行逐日分配，即国家建立军民航空域管理单元逐日管理其空域，允许军航代理机构和流量管理席位向空域管理单元请求空域分配，参与空域管理单元建立的协调和沟通，使用已分配的ＣＤＲ，ＴＲＡ，ＴＳＡ和ＣＢＡ等空域［４］。预战术空域请求与分配如图３所示。流量管理席需预测运行当天交通流，确定空域容量不足区域，对ＣＤＲ的请求、扇区配置以及空中交通流量管理方法达成一致。２．２战术空域管理战术空域管理主要是空域的实时激活、去激活或预战术级分配的空域实时再分配、对特殊空域以及军民航间航路使用问题的解决等。通过军民航实时协调，增强空域使用的灵活性。２．３３ＦＵＡ应用军事空域需求适应民航交通的解决方案是：基于扇区容量的民航优先权规则，制定军事活动安全方案。按照受限情况将空中交通限制级别划分为绿色、黄色、红色和黑色４级时隙，如表１所示。表１空中交通限制级别级别交通需求与容量军事影响军事安全条款绿色时隙需求＜９０％容量９０％容量≤需求＜１１０％容量１１０％容量≤需求＜１３０％容量需求≥１３０％容量无限制在军事任务的空间或时间内转换在军事任务空间或时间内转换—高或低优先级任务高或低优先级任务黄色时隙图３预战术空域请求与分配红色时隙军航空域请求２．２．１黑色时隙军事空域分配大量时隙限制军航代理机构是由国家空域高级管理联合体授权可利用ＴＲＡ，ＴＳＡ和ＣＢＡ等空域的机构。军航空域请求主要通过军航代理机构管理，负责向空域管理单元协调空域。为使空域使用申请有效，军航代理机构需提前规划活动并在活动前一天向空域管理单元提出空域使用需求，在计划活动前一天向空域管理单元提交空域使用和分配请求，在活动当天保证空域使用与空域管理单元的空域分配一致，取消不需要的空域分配，及时向空域管理单元和管制中心通报相关的空域使用信息。根据空域系统可用性以及人为因素等确定扇区容量。参考统计信息中７ｄ内流量，在（Ｄ－１）日给出较准确流量需求预测值；在（Ｄ－５）日利用交通需求和扇区容量解决黑色时隙问题；（Ｄ－４）日明确军方限制；在（Ｄ－２）日利用交通需求和扇区开放计划解决绿色、黄色和红色时隙问题；（Ｄ－１）日１２∶００前向军方提出活动计划；（Ｄ－１）日１６∶００前进行军民航空域使用协调，制定空域使用计划；在活动当天负责军民航间的协调和ＦＵＡ执行情况的监督，ＦＵＡ管理过程如图４所示。民航空域请求２．２．２搜集ＴＲＡ，ＴＳＡ和ＣＤＲ等空域使用请求，根据国家空域高级管理联合体确定的规则分配空域，发送空域使用计划给中央流量管理单元，为航空公司和管制员提供信息。民航空域请求主要由管制中心内设立的流量管理席管理［５］，负责完成同中央流量管理单元间的空中交通流量管理服务的沟通，以及与空域管理单元间的空域管理服务沟通。对于ＣＤＲ的请求主要基于流量管理席确定的容量需求，以及在预战术空中交通流量管理方面与中央流量管理单元间的协调结果。为了完成管制中心流量管理席与中央流量管理单元间的协调任务，图４ＦＵＡ管理过程ＦＵＡ的引入有效缓解了欧洲空域拥堵问题。同时，ＦＵＡ随着思想和技术的不断发展也进行着变革。例如根据民航交通量和军方训练情况，在同一军航活动空域划设不同的三维使用空域；根据民航 第５卷第１期高海超，等：欧洲空域灵活使用对我国空域管理的启示９交通量和军方训练量在不同时段的分布情况，决定相关军航和民航空域的使用。域使用战略、预战术和战术协调管理机制和组织：（１）战略空域管理，建立三级协调使用制度，建立临时航线和空域，使用监管与激励制度并监督实施，指导灵活空域的划设和实施；（２）预战术空域管理，通过制定灵活空域管制细则和军民航管制协议，建立预战术和战术空域协调使用制度并监督执行；（３）战术空域管理，根据当日实际运行情况研究分析各类用户的空域使用需求，实时协调和确定各类临时航线和空域的使用；３）划设适合我国国情的空域，根据所穿越的空中危险区和限制区的限制规定、军航飞行训练情况和民航飞行需求等，划设ＴＲＡ，ＴＳＡ，以及临时航线、假日航线、通告限制区和通告航线等，确定ＦＵＡ使用的原则、申请和分配机制；４）根据我国空域运行特征，研究与ＦＵＡ相适应的空域运行分析、空域规划和信息共享技术，支撑ＦＵＡ决策和应用，实现空域纵横联合的信息化决策和应用能力；确定各级空域管理组织相应的信息交互内容和规则，建立我国ＦＵＡ管理信息系统，确保各级在统一态势认知下决策。对我国ＦＵＡ的启示我国目前正处于航空业高速发展阶段，临时航线作为我国目前ＦＵＡ的主要空域结构已开辟了７０多条，总距离达２．６７ｋｍ以上，年节省航油成本达２．４亿元，航空运输节能成效显著。但实际运行中仍存在管理和使用机制不健全，航线划设和分布不合理，空域空闲和饱和状态分布不均，以及协调过于复杂等问题。因此，迫切需要建立行之有效的ＦＵＡ机制，以便更加有效管理。欧洲国家在ＦＵＡ体制、空域管理组织、空域划设和空域信息共享等方面的先进经验，为我国推动空域管理由静态向动态转变、建立灵活实用的空域管理方式提供了有益的启示。４能力构建针对我国ＦＵＡ，主要工作包括提出ＦＵＡ完整概念、完善空域管理机制、建立有效的ＦＵＡ管理组织架构、划设符合国情的灵活使用空域以及开发信息化决策工具。任务有：１）在军民航通力协作下，建立我国ＦＵＡ完整概念，制定配套的军民航ＦＵＡ政策和规则，以有效促进ＦＵＡ的实施和发展；２）依托现行军民航空管协调框架，建立我国空４．１组织架构我国ＦＵＡ应按照战略、预战术和战术３级管理架构组织管理，其组织架构如图５所示。４．２图５ＦＵＡ组织架构１）战略级：主要由军航本级管制中心、民航总局管制部门组成，负责ＦＵＡ的战略管理规划，建立ＦＵＡ监管与激励制度并监督ＦＵＡ实施；２）预战术级：依托军航区域级和民航区域管制部门，通过制定灵活空域管制细则和军民航管制协议，建立预战术和战术空域协调使用制度并监督执行；３）战术级：军航分区管制单位和民航区域管制单元，根据战术空管协调机制和实际运行情况研究和分析用户的空域使用需求，协调和确定ＦＵＡ的使用。系统架构为便于调度业务功能，实现数据和计算资源的高效共享，利用分布式技术按照业务应用层、业务处理层、数据资源层和平台资源层构建ＦＵＡ系统。ＦＵＡ系统架构如图６所示。４．３ 指挥信息系统与技术２０１４年２月１０图６ＦＵＡ系统架构１）业务应用层：提供ＦＵＡ监视、空域动态管理、ＦＵＡ统计、空域使用辅助决策和ＦＵＡ规划功能，为空域管理人员提供人性化人机交互功能。２）业务处理层：提供空域运行的统计分析、仿真和评估，空域动态容量评估，飞行流量预测以及空域结构分析等功能；提供核心业务处理能力，确保用户决策得到自动化系统支持。３）数据资源层：提供空域基础数据、业务数据、地理信息、文献资料和标准规范等数据支持，确保系统具备准确和完备的数据决策基础。４）平台资源层：为用户提供业务计算、数据存储和网络通信服务。５）运行支持层：为用户提供网络传输、数据访问服务和信息安全支持功能。系统业务流程我国的ＦＵＡ分为战略、预战术和战术３个管理阶段，其流程如图７所示。战略管理阶段，负责灵活空域的划设与管理，经有效的评估分析和容流匹配后形成战略ＦＵＡ信息；预战术管理阶段，利用战略阶段的规划等信息，分析军民航空域使用需求，逐日分配临时航路和临时空域等，制定空域使用计划，评估空域容量，更新ＦＵＡ信息；战术管理阶段，利用灵活使用空域分配和管理信息，对空域使用实时管理，对空域使用计划调配，并对ＦＵＡ情况统计分析［６］。４．４图７ＦＵＡ流程一天空思想，即采用空域功能块形式，按照空中交通需求，功能性划分空域，甚至空域划设可打破国界，从而确保航空器按照最优化航路飞行［１］。在此基础上，进一步提出自由飞行概念，合理、有效地利用空域资源，缓解流量问题。由此，我国空域管理将获得宝贵的启示。（下转第３２页）结束语５ＦＵＡ概念的引入将改变我国目前空域管理的现状，有效提升空域的容量、减少航路拥挤，提升空域利用率和经济效益，为我国航空事业的进一步发展奠定基础。目前，欧洲ＦＵＡ虽然在一定程度上缓解了空中交通压力，但仍有较大的改进空间，因此提出了统 §(J@@@,2012,34fl)i3-5.LuJianxun.TheimpactsofCyberoperationonfuturedevelopmentofinilitarycommunicattonJJj.ShipSci-enceandTechnology›20l2›34(11:3-5.(inChineseJvix.ca.aaaeaenea•s.ºt»eitnie>et›i.aaa,azsxaa.Eau,²‹4›,i—•.LiuXing›ZhaoMin.OffeneeanddefensetechnologyinCyberwar:analysisonprojectSuter(Jj.CommandInformationSystemandTechnology,201l.2f4):l—9.finChineselÜÜR.P§IJ¹1¹'f•'®ijQÏlb®:SuteriffiiÉJd.iÖt({,T-il(J(,2009,3(1):11-17.ZhangChunlei.Network—centricnetwarip‘ecterfJ3.CommunicationandElectronicWarfare›2009,3f1:11-17.finChinese)te?s:iiauaaece.>xse:taieesexe(5)aaza—esc.ocio.i‹i›,i-4LanYushi.Understandingthenetwork-centeredcom-mandinformationsystem(J).CommandInformationSystemandTechnology.Chinesel2010,l(lI•1-4.(in[2jCrowellRM.Warintheinformationage:aprimerforcyberspaceoperationsin21stcenturywarfareRj.Newport.Rhodeleland:NavalWarCollege,2010.WangWei.LiuLujiang.Studyontheestablishmentofnationalairspacefle×ibleusingmechanism(Jj.ChinaCivilAviation,2010f61:l3-l5.finChinesel(5j:•lÏlÏÏÜ•:J.Ü'1'ÄiR¹'II'l'Ïf1'Ä:RtËiilÏII'1'Rifi'R.2005f2.62-63.HuHuiling.IntrnductiontoGermanyATCintegrationandflexibleuseofairspace(Jj.AirTrafficManage-(J).@J¹[I,2009,301111:2132—2142.ZhangJin.HuMinghua›ZhangChen.Complexityre-searchinairtrafficmanagement§Jj.ActaAeronauticaêtAStï'Of1BttttC&Sinca,2009,30tllli2132-2142.(inChinesel§liXJÏ(,2010.42(4l:454-460.ZhangJin›HuMinghua.ZhangChen›etal.Airspacecomplexitymodeling(Jj.JournalofNanjingUniversi—tyofAeronautics8-Astronautics›2010,42t4I:454-WangWei.ThescientificmanagementonareaneededMJ3.CivilAviationEconomicandTechnology,2000(12li53-55.finChineselUW.@½—Ü.2010›lt3:23-26.ShiXiaozhu.DiscussiononlayoutofChineselowalti-tudeairspacestructure(Jj.CommandInformattonSystemandTechnology,2010,1f3I:23-26.(inChi-nese)(4jT:lb•Yl¹O--ÜYÜÜIIlÊfÜÖilÏÏ:l2lÏlIfÏÏ8l.III+a.x‹i78—›.×e±i.vz»iëazrka.ë.c.l994-2015ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net