空中交通管理
本書(shū)從系統(tǒng)的角度描述了空中交通管理(ATM,簡(jiǎn)稱(chēng)“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(shū)側(cè)重未來(lái),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(mén)專(zhuān)題討論補(bǔ)充。
為方便讀者閱讀,本書(shū)附錄有下一代航空運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行概念的詞條解釋(漢英對(duì)照)以及本書(shū)縮略語(yǔ)表(有縮略語(yǔ)全稱(chēng)和參考譯文)。
本書(shū)適合于空管從業(yè)人員和研究生、空管愛(ài)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(guó)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(guó)際民用航空公約(芝加哥公約)…………………………………………… 4
2.4 國(guó)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(yùn)輸系統(tǒng)……………………………………………………………… 11
3.1 簡(jiǎn) 介………………………………………………………………………… 11
3.2 航空運(yùn)輸系統(tǒng)的組成………………………………………………………… 12
3.2.1 航空運(yùn)輸系統(tǒng)的服務(wù)需求…………………………………………… 12
3.2.2 航空運(yùn)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(diǎn)…………………………………………………… 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(duì)第三代空管系統(tǒng)的期望…………………………………………………… 33
6.3 第三代空管的運(yùn)行概念及組成……………………………………………… 35
6.3.1 運(yùn)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(yùn)行展望…………………………………………… 43
第7章 面臨的運(yùn)行環(huán)境和挑戰(zhàn)…………………………………………………… 43
7.1 空中交通流量………………………………………………………………… 43
7.2 空域用戶(hù)的多樣性…………………………………………………………… 43
7.3 結(jié) 論………………………………………………………………………… 46
第8章 運(yùn)行模式的變革…………………………………………………………… 47
8.1 協(xié)同合作的運(yùn)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(jī)場(chǎng)運(yùn)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(yùn)行的協(xié)同合作………………………………… 47
8.2 基于航跡的空域和運(yùn)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(yùn)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(yùn)行的航路和巡航…………………………………………… 54
8.2.7 基于航跡運(yùn)行(TBO)的進(jìn)/離場(chǎng)……………………………………… 55
8.3 空域和運(yùn)行…………………………………………………………………… 57
8.3.1 傳統(tǒng)空域和運(yùn)行………………………………………………………… 57
8.3.2 非傳統(tǒng)空域和運(yùn)行……………………………………………………… 57
8.4 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面和塔臺(tái)運(yùn)行………………………………………………………… 58
第9章 責(zé)任和角色的變革………………………………………………………… 59
9.1 人與自動(dòng)化的責(zé)任和角色的變革…………………………………………… 59
9.2 飛行運(yùn)營(yíng)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(jī)場(chǎng)運(yùn)行和基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)………………………………………………… 68
10.1 概 述……………………………………………………………………… 68
10.2 未來(lái)機(jī)場(chǎng)空側(cè)運(yùn)行面臨的變革…………………………………………… 68
10.2.1 采用綜合的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面和停機(jī)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(jī)場(chǎng)建設(shè)觀念的變革……………………………………………………… 71
10.3.1 機(jī)場(chǎng)保護(hù)……………………………………………………………… 71
10.3.2 建設(shè)高效、靈活和快速響應(yīng)能力的機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)………………………… 72
10.3.3 對(duì)區(qū)域系統(tǒng)進(jìn)行綜合規(guī)劃…………………………………………… 73
10.3.4 優(yōu)化機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)………………………………………………………… 75
10.3.5 為機(jī)場(chǎng)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(diǎn)和問(wèn)題…………………………………………………………… 85
11.5 展 望……………………………………………………………………… 86
11.5.1 大數(shù)據(jù)………………………………………………………………… 86
11.5.2 云計(jì)算………………………………………………………………… 87
11.5.3 云計(jì)算在空中交通管理(ATM )中的應(yīng)用………………………… 89
第12章 共享態(tài)勢(shì)感知(SSA)服務(wù)………………………………………………… 98
12.1 簡(jiǎn) 介……………………………………………………………………… 98
12.2 氣象信息服務(wù)……………………………………………………………… 98
12.2.1 簡(jiǎn) 介………………………………………………………………… 98
12.2.2 氣象信息運(yùn)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(shí)(PNT)服務(wù)…………………………………… 103
12.3.1 PNT簡(jiǎn)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(shí)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(jiǎn) 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(jì)劃填寫(xiě)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(shì)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(jiǎn) 介……………………………………………………………………… 112
13.2 未來(lái)環(huán)境運(yùn)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(yùn)行的變革……………………………………………… 114
13.2.3 機(jī)場(chǎng)規(guī)劃和運(yùn)行的變革…………………………………………… 115
13.2.4 航空器設(shè)計(jì)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(jìn)運(yùn)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(jiǎn) 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(zhuān)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(xiǎn)管理……………………………………………………………… 127
15.3.1 概 述………………………………………………………………… 127
15.3.2 安全風(fēng)險(xiǎn)管理………………………………………………………… 127
15.3.3 風(fēng)險(xiǎn)管理措施………………………………………………………… 128
15.3.4 風(fēng)險(xiǎn)表述……………………………………………………………… 129
15.4 安全等級(jí)(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(jí)(LS) ……………………………………………………… 131
15.5 利用安全層概念進(jìn)行系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)…………………………………… 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(jì)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(píng)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(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)———“自由飛行”……………………………… 143
16.2.1 “自由飛行”的來(lái)歷…………………………………………………… 143
16.2.2 “自由飛行”概念的發(fā)展……………………………………………… 144
16.3 實(shí)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(lèi)………………………………………………………………… 153
17.2.1 國(guó)際民航組織(ICAO)的空域分類(lèi)………………………………… 153
17.2.2 美國(guó)的空域分類(lèi)……………………………………………………… 154
17.2.3 其他國(guó)家的空域分類(lèi)………………………………………………… 156
17.3 空域的發(fā)展………………………………………………………………… 157
第18章 機(jī)場(chǎng)上的尾流與間隔…………………………………………………… 160
18.1 第一種類(lèi)型的尾流………………………………………………………… 160
18.2 第二種類(lèi)型的尾流………………………………………………………… 166
18.3 尾流對(duì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的故障檢測(cè)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(yùn)營(yíng)費(fèi)用(DOC)的計(jì)算……………………………………… 172
19.5 飛行管理系統(tǒng)(FMS)的應(yīng)用…………………………………………… 173
19.5.1 簡(jiǎn) 介………………………………………………………………… 173
19.5.2 飛行計(jì)劃……………………………………………………………… 173
19.6 結(jié)束語(yǔ)———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(jī)載性能監(jiān)測(cè)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(yùn)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(yǔ)……………………………………………………………………… 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(kāi)發(fā)和實(shí)施過(guò)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(dá)……………………………………………………………… 191
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