全球民航和空管系统都在经历新一轮技术变革。当前，以新一代信息技术融合应用为主要特征的智慧民航正全方位重塑民航业的形态、模式和格局，空管现代化（新一代航空运输系统）正是其中的重要内容之一。空域管理是航空业发展的重要基础，出于不断增长的航空需求和运行多样性的需要，空管运行概念和规则标准正在重塑。

        空管现代化的由来

        21世纪初，民航空管依赖地基导航、有声无线电和人工管理。这一系统以地面为中心，相关设施布局投资大、性能不佳、运行维护成本高、自动化程度低，传统的地基导航方式对地面导航台过度依赖。随着民航规模日益扩大，空管系统长期面临大容量、高密度、全天候运行压力，成为制约民航进一步发展的瓶颈。

       为更好满足市场发展需求和应对环境约束挑战，多个国际组织与相关国家制定了航空运输系统规划，旨在构建更为安全、更有效率、更加灵活、更可持续的新一代航空运输系统。随着世界各国的实践不断深入，新一代航空运输系统的概念更加完善、系统化和本地化。

        2005年，美国联邦航空局（FAA）开始规划构建下一代航空运输系统（NextGen），为航空业变革作准备，并将建立一个灵活高效的空管系统作为重要目标之一。同期，为满足持续增长的航班需求，欧洲制定了空中交通管理总体规划，提出欧洲单一天空空中交通管理项目（SESAR），以实现欧洲空管系统现代化。SESAR的演进路径与NextGen高度趋同，二者共同作为主要力量，孵化形成了全球普遍认可的新一代航空运输系统概念。国际民航组织（ICAO）在国际共识的前提下组织制订了全球空中航行计划（GANP），此后发布并持续更新航空系统组块升级计划（AS?BU），ASBU成为各国空管现代化战略的重要参考依据。

       新一代航空运输系统是啥样

       新一代航空运输系统不是全新的独立系统，而是在现有基础上采用新标准、新技术、新装备和新程序集成相关航空业务子系统，通过新的运行方式、业务方式和管理模式过渡发展成为下一代航空运输体系。与传统的空管系统相比，新一代航空运输系统的重要特征是，基于卫星导航、数据链通信、自动相关监视、协同决策、全系统信息管理等新技术，形成空天地一体的网络化的空管系统。

       新一代航空运输系统意味着空中交通管制从地面系统向以卫星为基础的空中交通管理系统转变。其技术变革主要体现在以下五个方面，分别是数据通信、卫星导航、多源监视、全系统信息管理和协同决策。

       第一，新一代空管系统的通信以地空数据链为基础，主要包括以甚高频数据链、高频数据链、通信卫星数据链和机场移动航空通信系统为代表的数据通信技术。在传统的通信过程中，飞行员与空管人员主要通过无线电进行语音交流，发出指令和确认指令的过程不仅耗时，还可能出现信息传递错误。新的数据通信技术允许空管人员与飞行员相互传递数字信息，指令传递与确认快速准确。

       第二，卫星导航的成熟和应用，是基于性能的导航（PBN）实现的先决条件。在航空飞行中，传统导航是利用地面导航台信号，通过向台或背台飞行实现对航空器的引导，因而航路划设和终端区飞行程序受地面导航台布局及设备种类的制约。从单纯依靠地面导航台演变为依靠自身设备、空间设备或多重设备结合，不仅导航精度得到提高，飞行路线也更加灵活多变，空域使用效率得到极大提高，更加先进、可靠的进近方式也成为可能。

       第三，以自动相关监视为核心的多元监视，推动新的监视技术与传统的监视技术融合应用。其中，新的监视技术主要指广播式自动相关监视（ADS-B）。飞机将自身空间位置和飞行轨迹通过数据链发送到空间和地面，周边飞机和地面管制员可以看到其实时位置及飞行轨迹，这项技术是“基于航迹的运行”（TBO）理念的重要基础之一。

       第四，全系统信息管理（SWIM）理念是实现空管系统数字化、一体化的基础，其核心理念是在航空系统各参与方的信息系统之上建立信息共享平台。SWIM将各类航空信息进行整合，发挥信息在决策支持中的作用，网络平台透明、开放、共享，实现各类数据联通。

       第五，协同决策理念。基于数据和信息共享，新一代空管系统的智能化、精细化、网络化协同决策成为可能。通过一体化协同决策，可准确掌握各相关方运行状态、资源配置情况和面临的问题，及时制定方案措施，以充分利用空域资源，保障运行安全，减少航班延误。

       TBO是下一代航行系统核心运行理念

       基于性能的导航（PBN）是新一代航空运输系统建设之初最核心的变化，空管系统不再强调以地面设备为核心，而是以综合航行性能为核心。它将航空器的机载设备能力与卫星导航及其他先进技术结合起来，涵盖从航路、终端区到进近着陆的所有飞行阶段，建立了更加精确、安全的飞行方法和更加高效的空管模式。

       PBN是飞行运行方式的重大变革，能够有效促进民航持续安全，增加空域容量，减少地面导航设施投入，提升节能减排效果。PBN的具体优势还包括：精确引导航空器，提高飞行运行安全性；实施垂直引导，执行连续稳定的下降程序，减少可控飞行撞地（CFIT）风险；提升全天候运行水平，提高航班正常性，保障地形复杂机场运行安全；设计灵活和优化的飞行航径，增加飞机业载，减少飞行时间，节省燃油等。随着新一代空管系统的建设，目前PBN已经在全球得到了不同程度的推广和应用。

       面向未来，新一代航空运输系统的终极目标是基于航迹的运行（TBO），这将完全有别于传统的基于空域扇区的运行。TBO是目前国际民航界公认的下一代航行系统核心运行理念，是应对航空运输量持续快速增长的革命性解决方案，可在整个运营过程中对航班进行总体规划、管理和优化。TBO依赖空中与地面系统之间的信息交换、设计飞机飞行路线的能力以及基于时间的管理，其核心在于时间精确可控，基于经度、纬度、高度和时间四个维度的精确数据，在空管、航空公司、机场、航空器等相关方之间实时共享和动态维护航迹信息，进而实现多方协同决策。

       与传统的基于空域扇区的运行相比，TBO的主要优势在于：航空公司与空管部门可以共享和协商航迹，航空器可根据实际情况自主选取最优化航迹，航空器之间能实现航迹共享，可根据航空器性能执行不同的间隔标准，在条件允许时由航空器自主保持间隔，对空指挥利用数据链修改并上传航迹指令，可以精准掌握航空器飞行意图且有助于流量预测。

       进入21世纪以来，关于空管现代化的理念创新已取得了显著成果，基础技术方面也有显著提升，空管能力得到了增强，但距离新一代航空运输系统的终极目标TBO还有较长距离。TBO是一个覆盖面广、实施周期长、技术综合性强的复杂系统工程，不仅涉及飞行计划、流量管理系统、管制自动化系统、数据链系统以及机载航空电子系统设备的升级改造，还涉及管制运行流程、流量管理策略方法、飞机运行标准、协同信息等一系列技术标准的升级、制定、验证和应用。因此，空管现代化不仅依赖科技创新能力、基础设施保障，也离不开组织机构创新、政策制度创新、管理模式创新等组织制度的支持，需要硬实力与软实力相结合。让我们共同期待新一代航空运输系统早日全面建成。

       延伸阅读 美国空管开启智慧化阶段

       美国NextGen的核心技术包括广播式自动相关监视（ADS-B）、数据通信（Data Comm）、航路自动化系统现代化（ERAM）、终端自动化系统现代化更新（STARS）和系统广域信息管理（SWIM）等。

根据美国联邦航空局（FAA）的NextGen项目报告，目前，NextGen的基础设施建设已经基本完成，如航路自动化系统现代化（ERAM）、终端自动化系统现代化更新（STARS）等软件类自动化平台的应用提高了空管人员的工作效率；新的数据链通信Data Comm、PBN航路和进近程序投入使用，使航班飞行轨迹得到优化，部分繁忙机场群空域得到调整，有助于减少航班飞行时间和油耗；ADS-B设备在监视领域初步得到应用；空域流量管理系统（TFMS）、基于时间的流量管理（TBFM）等自动决策支持系统也初步产生效益。

       其中，值得单独说明的是TFMS和TBFM。空域流量管理系统（TFMS）是美国传统空管系统的升级版本，它能够解决极端天气等原因造成的协调和调整航班的问题。当计划航路出现延误时，航空公司可通过该系统选择并提交其他航路方案，以减少延误时间。基于时间的流量管理（TBFM）则是用于规划飞机从巡航高度下降到进近管制空域的飞行轨迹的系统，它利用时间这一变量，通过对飞机的各项数据进行分析，计算出经过空中重要节点的时间。因此，空管工作人员可以通过指定某个时间某架飞机到达的地点实现对飞机的排序和调度，能够在不影响飞机运行安全的情况下最大程度增加空域容量。

       除基础设施建设外，FAA还通过一些标准层面进行优化创新，如尾流重新分类（RECAT）有效增加了美国空域容量。飞机在飞行过程中可能面临尾流风险，飞机前后距离与垂直距离必须保持最小尾流间隔，机型分类方法是尾流间隔计算的基础和依据。机型分类标准越精细，确定的前后间隔越精准，飞机间隔越存在缩小的空间，进而增加空域容量。RECAT是一种新的机型分类标准，2007年在欧洲被提出。2009年，美国开始与欧洲合作开展RECAT可行性研究。其将以往基于最大起飞重量的机型分类方法调整为综合考虑最大起飞重量和翼展等因素，使机型分类标准更加精细化。目前，RECAT已经在美国部分枢纽机场得到应用。根据FAA规划，未来几年将在美国所有机场统一部署应用。

       未来10年，FAA将加强对航路上的数据通信服务以及ADS-B、PNB等基础设施的应用，进一步整合各种基础设施和系统。根据FAA的最新规划，美国NextGen的实施分为三个阶段。第一阶段是2010年~2015年，推进基础设施建设；第二阶段是2016年~2020年，进一步推进基础设施建设，深化基础设施应用，形成多个初具TBO功能的子系统；第三阶段是2021年~2030年，将全面践行NextGen的各种理念，集成全面TBO功能的系统将建设完成，届时美国民航在安全性、运行效率等方面都将得到进一步提升。

       总体来看，如果把空管现代化的过程概括为数字化、智慧化两个阶段，美国目前处在接近完成数字化建设、初步尝试探索智慧化的阶段。为推进空管系统现代化，2017年，美国政府提出，希望通过设立非营利性非政府组织（NGO），实现美国空管系统全面私有化和非营利化，减少FAA对空管的直接干预，促进空管系统改革创新，从而提高航空系统的运行和管理效率，减少政府支出。美国政府寄希望于通过对空中交通管理系统的彻底现代化改革，加快NextGen的应用步伐，保持技术上的国际领先地位。但这一提案最终遭到美国参议院否决，受制于技术层面以外的其他机制，美国空管现代化仍有很长的路要走。