空中交通管理
本書從系統(tǒng)的角度描述了空中交通管理(ATM,簡稱“空管”)系統(tǒng)的發(fā)展脈絡(luò):將以陸基設(shè)備為特征的傳統(tǒng)空管定義為“第一代空管”,以衛(wèi)星等新技術(shù)為特征的空管定義為“第二代空管”,以
基于性能為特征的空管定義為“第三代空管”。本書側(cè)重未來,比較詳細(xì)系統(tǒng)地描述了第三代空管。另外還有與空管發(fā)展相關(guān)的熱門專題討論補充。
為方便讀者閱讀,本書附錄有下一代航空運輸系統(tǒng)運行概念的詞條解釋(漢英對照)以及本書縮略語表(有縮略語全稱和參考譯文)。
本書適合于空管從業(yè)人員和研究生、空管愛好者以及考慮在空管方面發(fā)展的人員。
第一篇 緒 論………………………………………………………………… 1
第1章 世界航空……………………………………………………………………… 1
1.1 軍用航空的發(fā)展……………………………………………………………… 1
1.2 民用航空的發(fā)展……………………………………………………………… 2
第2章 國際民航組織(ICAO) ……………………………………………………… 3
2.1 ICAO的誕生………………………………………………………………… 3
2.2 ICAO的目標(biāo)………………………………………………………………… 4
2.3 國際民用航空公約(芝加哥公約)…………………………………………… 4
2.4 國際民用航空公約的附件…………………………………………………… 5
2.5 ICAO的組成………………………………………………………………… 7
2.6 ICAO在發(fā)展ATM 中的責(zé)任和作用……………………………………… 9
2.7 結(jié) 論………………………………………………………………………… 10
第3章 航空運輸系統(tǒng)……………………………………………………………… 11
3.1 簡 介………………………………………………………………………… 11
3.2 航空運輸系統(tǒng)的組成………………………………………………………… 12
3.2.1 航空運輸系統(tǒng)的服務(wù)需求…………………………………………… 12
3.2.2 航空運輸系統(tǒng)的服務(wù)供應(yīng)…………………………………………… 12
第二篇 空中交通管理的發(fā)展…………………………………………… 14
第4章 第一代空管………………………………………………………………… 14
4.1 目視飛行……………………………………………………………………… 14
4.2 建立在陸基通信、導(dǎo)航和監(jiān)視設(shè)備基礎(chǔ)上的空中交通管制(ATC)的飛行
……………………………………………………………………………………
4.2.1 通 信…………………………………………………………………… 16
4.2.2 導(dǎo) 航…………………………………………………………………… 16
4.2.3 監(jiān) 視…………………………………………………………………… 24
4.2.4 管制中心設(shè)施…………………………………………………………… 25
4.2.5 空中交通管理(ATM)的初現(xiàn)………………………………………… 25
第5章 第二代空管………………………………………………………………… 26
5.1 新航行系統(tǒng)(FANS)的出現(xiàn)………………………………………………… 26
5.2 FANS的具體表示和特點…………………………………………………… 26
5.3 衛(wèi)星通信、導(dǎo)航、監(jiān)視(CNS)和空中交通管理(ATM)技術(shù)……………… 27
5.3.1 通 信…………………………………………………………………… 27
5.3.2 導(dǎo) 航…………………………………………………………………… 28
5.3.3 監(jiān) 視…………………………………………………………………… 29
5.3.4 空中交通管理(ATM) ………………………………………………… 30
5.4 結(jié) 論………………………………………………………………………… 31
第6章 第三代空管系統(tǒng)…………………………………………………………… 33
6.1 基于性能空管(ANS/ATMS)的提出……………………………………… 33
6.2 對第三代空管系統(tǒng)的期望…………………………………………………… 33
6.3 第三代空管的運行概念及組成……………………………………………… 35
6.3.1 運行概念………………………………………………………………… 35
6.3.2 空中交通管理系統(tǒng)(ATMS)組成……………………………………… 36
6.4 第三代空管的主要特征———基于性能的空中交通管理系統(tǒng)(ATMS) … 39
6.4.1 所需ATMS性能(RASP) …………………………………………… 39
6.4.2 所需總系統(tǒng)性能(RTSP)……………………………………………… 39
6.4.3 性能需求的內(nèi)在層次…………………………………………………… 40
第三篇 第三代空管運行展望…………………………………………… 43
第7章 面臨的運行環(huán)境和挑戰(zhàn)…………………………………………………… 43
7.1 空中交通流量………………………………………………………………… 43
7.2 空域用戶的多樣性…………………………………………………………… 43
7.3 結(jié) 論………………………………………………………………………… 46
第8章 運行模式的變革…………………………………………………………… 47
8.1 協(xié)同合作的運行模式………………………………………………………… 47
8.1.1 關(guān)于協(xié)同空中交通管理(C ATM) ………………………………… 47
8.1.2 關(guān)于機場運行和規(guī)劃的協(xié)同合作……………………………………… 47
8.1.3 關(guān)于安保和防御空域運行的協(xié)同合作………………………………… 47
8.2 基于航跡的空域和運行……………………………………………………… 48
8.2.1 四維航跡(4DT)的定義和屬性………………………………………… 49
8.2.2 四維航跡(4DTs)在綜合的基于航跡運行(TBO)中的應(yīng)用………… 50
8.2.3 航跡管理………………………………………………………………… 51
8.2.4 間隔管理(SM)方法…………………………………………………… 51
8.2.5 基于航跡的航空器程序………………………………………………… 53
8.2.6 基于航跡運行的航路和巡航…………………………………………… 54
8.2.7 基于航跡運行(TBO)的進/離場……………………………………… 55
8.3 空域和運行…………………………………………………………………… 57
8.3.1 傳統(tǒng)空域和運行………………………………………………………… 57
8.3.2 非傳統(tǒng)空域和運行……………………………………………………… 57
8.4 機場場面和塔臺運行………………………………………………………… 58
第9章 責(zé)任和角色的變革………………………………………………………… 59
9.1 人與自動化的責(zé)任和角色的變革…………………………………………… 59
9.2 飛行運營者的責(zé)任和角色的變革…………………………………………… 61
9.3 空中航行服務(wù)提供者責(zé)任和角色的變革…………………………………… 63
9.4 安全者與安保的角色………………………………………………………… 67
第四篇 服務(wù)與變革………………………………………………………… 68
第10章 機場運行和基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)………………………………………………… 68
10.1 概 述……………………………………………………………………… 68
10.2 未來機場空側(cè)運行面臨的變革…………………………………………… 68
10.2.1 采用綜合的機場場面和停機坪交通管理系統(tǒng)……………………… 69
10.2.2 提高空側(cè)的管理功能………………………………………………… 69
10.3 機場建設(shè)觀念的變革……………………………………………………… 71
10.3.1 機場保護……………………………………………………………… 71
10.3.2 建設(shè)高效、靈活和快速響應(yīng)能力的機場系統(tǒng)………………………… 72
10.3.3 對區(qū)域系統(tǒng)進行綜合規(guī)劃…………………………………………… 73
10.3.4 優(yōu)化機場設(shè)計………………………………………………………… 75
10.3.5 為機場系統(tǒng)規(guī)劃提供信息服務(wù)……………………………………… 76
第11章 設(shè)施聯(lián)網(wǎng)服務(wù)……………………………………………………………… 78
11.1 概 述……………………………………………………………………… 78
11.2 網(wǎng)絡(luò)使能信息共享服務(wù)…………………………………………………… 78
11.2.1 地面網(wǎng)絡(luò)服務(wù)………………………………………………………… 79
11.2.2 空—地網(wǎng)絡(luò)服務(wù)……………………………………………………… 79
11.2.3 空中航行服務(wù)提供者(ANSP)的設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)…………… 80
11.2.4 航空器數(shù)據(jù)通信鏈路………………………………………………… 80
11.2.5 基礎(chǔ)設(shè)施管理服務(wù)/服務(wù)質(zhì)量(QoS)………………………………… 82
11.3 任務(wù)支持服務(wù)……………………………………………………………… 83
11.4 小 結(jié)……………………………………………………………………… 83
11.4.1 概 述………………………………………………………………… 83
11.4.2 期待的變革…………………………………………………………… 83
11.4.3 可預(yù)期的重大變革…………………………………………………… 84
11.4.4 缺點和問題…………………………………………………………… 85
11.5 展 望……………………………………………………………………… 86
11.5.1 大數(shù)據(jù)………………………………………………………………… 86
11.5.2 云計算………………………………………………………………… 87
11.5.3 云計算在空中交通管理(ATM )中的應(yīng)用………………………… 89
第12章 共享態(tài)勢感知(SSA)服務(wù)………………………………………………… 98
12.1 簡 介……………………………………………………………………… 98
12.2 氣象信息服務(wù)……………………………………………………………… 98
12.2.1 簡 介………………………………………………………………… 98
12.2.2 氣象信息運行………………………………………………………… 99
12.2.3 氣象信息服務(wù)………………………………………………………… 101
12.2.4 小 結(jié)………………………………………………………………… 103
12.3 健壯的定位、導(dǎo)航、授時(PNT)服務(wù)…………………………………… 103
12.3.1 PNT簡介…………………………………………………………… 103
12.3.2 定位服務(wù)……………………………………………………………… 103
12.3.3 導(dǎo)航服務(wù)……………………………………………………………… 103
12.3.4 授時服務(wù)……………………………………………………………… 103
12.3.5 PNT的組成………………………………………………………… 104
12.3.6 PNT小結(jié)…………………………………………………………… 104
12.4 監(jiān)視服務(wù)…………………………………………………………………… 104
12.4.1 簡 介………………………………………………………………… 104
12.4.2 主要的監(jiān)視服務(wù)……………………………………………………… 105
12.4.3 監(jiān)視服務(wù)的組成……………………………………………………… 105
12.4.4 小 結(jié)………………………………………………………………… 107
12.5 飛行計劃填寫和飛行數(shù)據(jù)管理服務(wù)……………………………………… 107
12.6 流量戰(zhàn)略和航跡沖突分析服務(wù)…………………………………………… 108
12.7 共享態(tài)勢感知航空信息服務(wù)……………………………………………… 109
12.8 地理空間信息服務(wù)(GIS)………………………………………………… 110
第13章 環(huán)境管理服務(wù)…………………………………………………………… 112
13.1 簡 介……………………………………………………………………… 112
13.2 未來環(huán)境運行的重要變革……………………………………………… 113
13.2.1 航空系統(tǒng)環(huán)境管理系統(tǒng)(EMS)的變革…………………………… 113
13.2.2 空域環(huán)境運行的變革……………………………………………… 114
13.2.3 機場規(guī)劃和運行的變革…………………………………………… 115
13.2.4 航空器設(shè)計和技術(shù)的變革…………………………………………… 116
13.3 環(huán)境管理系統(tǒng)的政策和能力……………………………………………… 116
13.3.1 政 策………………………………………………………………… 118
13.3.2 關(guān)于改進運行的建議………………………………………………… 119
13.3.3 分析工具……………………………………………………………… 120
13.3.4 技 術(shù)………………………………………………………………… 120
13.3.5 科學(xué)/度量參數(shù)及指標(biāo)……………………………………………… 121
13.4 環(huán)境管理的保障措施……………………………………………………… 121
第14章 性能管理服務(wù)…………………………………………………………… 122
14.1 簡 介……………………………………………………………………… 122
14.2 重要的性能管理變革……………………………………………………… 122
14.3 性能管理服務(wù)……………………………………………………………… 123
第五篇 專題討論…………………………………………………………… 125
第15章 安全與安全管理………………………………………………………… 125
15.1 概 述……………………………………………………………………… 125
15.2 保障系統(tǒng)安全的方法……………………………………………………… 125
15.3 安全風(fēng)險管理……………………………………………………………… 127
15.3.1 概 述………………………………………………………………… 127
15.3.2 安全風(fēng)險管理………………………………………………………… 127
15.3.3 風(fēng)險管理措施………………………………………………………… 128
15.3.4 風(fēng)險表述……………………………………………………………… 129
15.4 安全等級(LS) …………………………………………………………… 129
15.4.1 安全與容量…………………………………………………………… 129
15.4.2 安全與安全增益…………………………………………………… 130
15.4.3 安全等級(LS) ……………………………………………………… 131
15.5 利用安全層概念進行系統(tǒng)的安全設(shè)計…………………………………… 132
15.5.1 空中交通管理系統(tǒng)(ATMS)的層概念……………………………… 132
15.5.2 設(shè)計空中交通管理系統(tǒng)(ATMS)安全的層概念法………………… 132
15.6 飛行間隔與間隔標(biāo)準(zhǔn)……………………………………………………… 133
15.6.1 飛行間隔……………………………………………………………… 133
15.6.2 間隔標(biāo)準(zhǔn)……………………………………………………………… 133
15.6.3 間隔評估……………………………………………………………… 134
第16章 空域系統(tǒng)………………………………………………………………… 142
16.1 概 述……………………………………………………………………… 142
16.2 空域系統(tǒng)的長遠發(fā)展目標(biāo)———“自由飛行”……………………………… 143
16.2.1 “自由飛行”的來歷…………………………………………………… 143
16.2.2 “自由飛行”概念的發(fā)展……………………………………………… 144
16.3 實現(xiàn)“自由飛行”…………………………………………………………… 145
16.3.1 造成當(dāng)前空域系統(tǒng)低效和延誤的因素……………………………… 145
16.3.2 “自由飛行”概念如何去掉空域系統(tǒng)延誤和低效根源……………… 146
第17章 空 域…………………………………………………………………… 153
17.1 空域的概念………………………………………………………………… 153
17.2 空域的分類………………………………………………………………… 153
17.2.1 國際民航組織(ICAO)的空域分類………………………………… 153
17.2.2 美國的空域分類……………………………………………………… 154
17.2.3 其他國家的空域分類………………………………………………… 156
17.3 空域的發(fā)展………………………………………………………………… 157
第18章 機場上的尾流與間隔…………………………………………………… 160
18.1 第一種類型的尾流………………………………………………………… 160
18.2 第二種類型的尾流………………………………………………………… 166
18.3 尾流對平行跑道的影響…………………………………………………… 166
第19章 飛行管理系統(tǒng)(FMS) …………………………………………………… 168
19.1 前 言……………………………………………………………………… 168
19.2 飛行管理系統(tǒng)(FMS)的發(fā)展…………………………………………… 168
19.3 飛行管理系統(tǒng)(FMS)的組成…………………………………………… 169
19.4 飛行管理系統(tǒng)(FMS)的功能…………………………………………… 171
19.4.1 飛行管理計算機系統(tǒng)的故障檢測和告警…………………………… 172
19.4.2 推力管理系統(tǒng)(TMS) ……………………………………………… 172
19.4.3 控制顯示單元(CDU) ……………………………………………… 172
19.4.4 性能管理……………………………………………………………… 172
19.4.5 直接運營費用(DOC)的計算……………………………………… 172
19.5 飛行管理系統(tǒng)(FMS)的應(yīng)用…………………………………………… 173
19.5.1 簡 介………………………………………………………………… 173
19.5.2 飛行計劃……………………………………………………………… 173
19.6 結(jié)束語———FMS和ATM ……………………………………………… 175
第20章 基于性能的導(dǎo)航(PBN) ………………………………………………… 178
20.1 概 述……………………………………………………………………… 178
20.2 所需導(dǎo)航性能(RNP) …………………………………………………… 179
20.2.1 沿預(yù)定航跡的飛行能力……………………………………………… 179
20.2.2 機載性能監(jiān)測和告警功能…………………………………………… 181
20.2.3 具備RNP能力航空器的導(dǎo)航設(shè)備配置…………………………… 181
20.2.4 概念和應(yīng)用…………………………………………………………… 182
20.2.5 一般規(guī)定……………………………………………………………… 183
20.2.6 空域與RNP ………………………………………………………… 183
20.2.7 RNP運行…………………………………………………………… 184
20.2.8 RNP小結(jié)…………………………………………………………… 185
20.3 區(qū)域?qū)Ш?RNAV) ……………………………………………………… 186
20.4 結(jié)束語……………………………………………………………………… 186
第21章 交通告警和防撞系統(tǒng)(TCAS)…………………………………………… 188
21.1 TCAS的基本原理………………………………………………………… 188
21.2 TCAS的開發(fā)和實施過程………………………………………………… 188
21.3 結(jié) 論……………………………………………………………………… 189
21.4 TCAS Ⅱ和ADS B組合監(jiān)視防撞系統(tǒng)……………………………… 190
21.5 二次監(jiān)視雷達……………………………………………………………… 191
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