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智慧赋能 | 欧洲空中交通管理系统如何打造“数字天空”

2023-07-19 23:05

来源：澎湃新闻·澎湃号·媒体

为满足未来空域容量和安全需求，欧洲提出了实现欧洲单一天空战略的空中交通管理系统现代化发展目标。

长期以来，欧盟各国存在领空范围和空域结构差异大、决策不统一的问题。随着交通流量激增、碳排放等环境问题关注度提高以及无人机等空域新角色增多，亟须构建一个可持续、可扩展且有弹性的空中交通管理系统，以统一使用各成员国的空域和空管资源，增强空域安全性。

为此，欧洲启动了跨度近20年的欧洲单一天空空中交通管理研究项目，以《欧洲空中交通管理总体规划》（ATM Master Plan）为总体路线图，建立了顶层设计指导部署实施、项目研究验证反哺政策规划的良性循环体制，推动实现欧洲空中交通管理系统的现代化发展目标。

满足未来空域容量和安全需求

空中交通管理（ATM）以安全、经济和高效的方式对空中交通和空域（包括空中交通服务、空域管理和空中交通流量管理）进行动态和一体化管理，需要参与空域活动的所有方面协同提供设施和无间隙服务。

20世纪90年代末，欧洲的航班延误问题达到高峰。2018年，欧洲空域的平均延误接近每个航班2分钟，但欧盟当年的绩效目标是0.5分钟。空中交通预测分析显示，到2035年，每年飞行量将超过1500万架次。所有迹象都表明，如果不采取有效措施，航班延误情况将进一步加剧。

航空生态系统正在发生变化。未来，传统飞行器如飞机等将与其他类型的飞行器如无人机、电动或超音速飞机以及高空气球等共享空域。与此同时，航空运输也有望成为多式联运网络的一部分，旅客将因此享受到智能旅行和无缝旅行体验。这些变化将使未来的空域变得前所未有的复杂和密集，现有空中交通管理程序和系统将无法对其进行有效管理。为加快实现航空业可持续性发展，欧洲提出了数字天空（Digital European Sky，简称DES）战略目标，旨在推进空中交通管理系统的数字化转型升级。

从“单一天空”到“数字天空”

欧洲单一天空（SingleEuropean Sky，简称SES）倡议于20世纪90年代发起，旨在推进欧洲空中交通管理系统的现代化进程，满足未来空域容量和安全需求。SES运行理念作为欧洲空中交通管理系统的现代化发展目标，从战略规划到部署实施跨度超过20年，涉及政策层面、管理层面、执行层面的工作。

欧洲SES空中交通管理系统的运行理念

2004年，欧洲提出欧洲单一天空空管研究项目（Single European Sky ATM Research，简称SESAR），致力于开发新一代空中交通管理系统。通过提升系统性能，新一代空中交通管理系统预计将把当前空域运行容量扩大3倍，将安全性能提升10倍，将航空公司运行成本降低50%，将航空运输对环境的影响减少10%。

2007年，欧盟理事会宣布成立SESAR联合执行体协调和推动所有研发工作，并负责执行《欧洲空中交通管理总体规划》。

2009年对SESAR来说是具有里程碑意义的一年。当年，欧盟理事会审议通过了第一版《欧洲空中交通管理总体规划》，对欧洲空中交通管理系统现代化建设目标和方向达成了共识。这版规划将欧洲空中交通管理系统分为6个服务能力等级，并提出计划在2025年后支持全域四维航迹运行。

2014年，欧盟委员会发布关于建立支持实施《欧洲空中交通管理总体规划》的试点共同项目实施条例，确定了第一批试点共同项目（Pilot Common Project，简称PCP）。在这一实施条例中，欧盟首次提出欧洲现代化空中交通管理系统的六大功能，包括机场整合和吞吐量、灵活空域管理和自由航路、网络协作管理、初始全系统信息管理、初始航迹信息共享等。

2017年，SESAR联合执行体首次提出“欧洲数字天空运行”概念。此后，欧盟委员会成立了专门的工作组，就欧洲单一天空项目的持续开展情况进行研究。2019年4月，欧盟委员会发布了《欧洲单一天空的未来》报告。同年9月，欧洲数字天空发展战略正式确立。

欧洲数字天空发展战略的重点是希望通过使用最新的数字技术改造欧洲航空基础设施，满足未来空中交通运行安全和效率需求，同时最大限度减少航空运行对环境的影响。为实施该战略，欧盟委员会在技术创新层面提出了SESAR 3项目，沿用SESAR项目的“定义—研发—部署”三阶段实施架构，并将其分为9个技术研究领域：互联和自动化的ATM、空地一体化和自主飞行、按需容量和动态空域、U-space和城市空中交通、虚拟化和网络安全数据共享、多式联运和旅客体验、航空绿色协议、航空人工智能、民用/军用互操作性和协调性。

2019年，SESAR迎来了第二个里程碑事件。当年12月，欧盟发布了第三版《欧洲空中交通管理总体规划》，提出了欧洲数字天空转型目标，同时增加了无人机交通管理规划以及有人/无人融合运行场景。

截至2020年底，已经有150个试点共同项目完成。相关审查结果表明，这些对欧洲空中交通管理系统升级起到了积极作用，并且为全欧洲范围内统一实施SESAR解决方案积累了验证经验。

SESAR解决方案的四大场景领域

在经历探索性研究、工业研究与验证、超大规模演示后，SESAR形成了一系列成熟的解决方案。

目前，欧洲已确定交付部署的SESAR解决方案分为高效率的机场运营、先进的空中交通服务、优化的空中交通管理网络、航空基础设施升级四大场景领域，涉及空管系统、机载设备、航企运控、机场运行指挥等方面。

在高效率的机场运营方面，未来的欧洲空中交通管理系统将把机场作为节点完全集成到空管网络中。该运行场景的目标是扩大跑道容量，优化场面交通管理、机场安全网络和机场运行管理，包括总体机场管理、远程塔台、跑道吞吐能力提升以及针对管制员和飞行员的机场安全警报等。

在先进的空中交通服务方面，未来的欧洲空中交通管理系统将以开发自动化工具为基础，支持管制员日常工作。自动化系统技术是未来民航发展的趋势，涉及增强进场和离场管理、增强空中和地面安全网以及基于航迹和性能的自由航行等。越来越多的数字连接可以提高服务的虚拟化程度，从而为空中交通管理服务提供更多选择。

法兰克福机场（图片来源：法兰克福机场网站）

在优化的空中交通管理网络方面，未来的欧洲空中交通管理网络将以充分的稳定性和弹性应对各类情况（如气象、突发事件）的发生。改进的动态协作机制需要为所有空中交通管理参与方提供参考信息，并由大家共同执行一项实时更新且信息一致的飞行任务。优化的ATM网络服务需要实现高级动态容量平衡、优化空域用户运行等功能，并通过完全集成的网络运营计划（NOP）、机场运营计划（AOPs）、全系统信息管理（SWIM）优化空中交通管理网络。对上述3个关键特征的改进将围绕先进、集成和合理化的航空基础设施进行，这需要航空器与地面系统之间提升集成性能并预留接口。（中国民航报通讯员邓胜吉）