学文网中国民航业发展速度快,空中交通流量与日俱增,传统的路基导航方式对地面导航台过度依赖,对于空域流量的增加产生瓶颈。区域导航技术应运而生,并体现出了自身强大的优势。但各个国家对新的导航方式的应用程度及水平参差不齐,各国的的导航规范和标准各不相同。为了全面统一规范,阻止概念不断扩张,国际民航组织提出了PBN的概念。
PBN是ICAO(国际民航组织)对各国现有的所需导航性能(RNP)和区域导航(RNAV)运行标准和运行实践进行概括和总结,提出的一种新型导航概念。它将飞机先进的机载导航设备与卫星导航及其它技术有机的结合起来,涵盖了从航路飞行、终端区运行到进近着陆所有飞行阶段,这种新的导航方式更加有效、安全。PBN是指在相应的导航基础设施条件下,航空器在指定的空域内运行时,对系统精确性、完好性、可用性、连续性以及功能等方面的具体性能要求。PBN概念包涵两类基本导航规范,即:区域导航(RNAV)和所需导航性能(RNP)。PBN概念的提出体现了目前导航方式从基于传感器导航向基于性能的导航的过渡的一个趋势。
与传统的导航方式相比,PBN的优势主要体现在以下几个方面:
1)优化飞行路径,增加飞机业载,减少飞行时间,节省油量。由于摆脱了传统的向背台飞行,使得航路走向和航段距离得到优化,从而降低了航程油量消耗,减少起飞机载总油量,进而为业载的增加制造了空间。这一点对于货机远航程运行尤其明显。以B747-400F为例由于航路优化每减少飞行时间十分钟,减少航程耗油2吨,同时使得业载能有相应的增加。为环境带来的效益,将会比燃油效益更大的变化。燃料储量和环境紧紧相连。每减少使用一顿燃油就能减少3.16吨的二氧化碳排放到大气中。随着燃油成本所占总成本比例的增加,加之航空公司之间的市场竞争越来激烈,能降低油耗增加业载这一突出优势,势必会成为各家航空公司积极推行、使用PBN的原动力。
2)增加终端区内进离场程序定位点,提高了终端区交通流量。空域流量紧张的问题一直是限制中国大中型机场发展的主要瓶颈,尤其对于航班量巨大的枢纽机场如北京、上海等更为突出。终端区实行PBN程序后,无论采用T型或者Y型进离场程序设计模式,都能大大增加进离场定位点的数量,从而满足飞机以最快速度从不同方向进离港的需求。同时由于PBN程序简洁明了,运行中便于操作,导航精度较高,使得进离场轨迹比较集中,避免占用大量终端区空域。
3)精确引导飞机,缩小航空器运行间隔,大大提高了空域流量。在航路飞行中通过机载计算机对来自几个不同数据源的飞机位置信息计算后,确定出飞机的最终位置,从而确保飞机有更高的定位精度。精确的位置计算是精确导航的条件,更高的定位精度为精确引导飞机提供了可能,从而缩小了航空器运行间隔,为更多的航空器在有限的空域内有序运行打下良好的基础。使更多的飞机可以在更加经济、平稳的高度层上飞行,本身又在不同程度上解决了安全和成本的问题。
4)降低导航系统和基础设施投入和运行成本,使得整体运行经济效益提高。我国国土面积广阔,东西部发展严重不平衡,东部地基导航设施相对完善,但西部地区导航设施非常缺乏。如果实施地基导航方式,就要建立大量的地面导航台来满足航路运行要求,这无形中增加了投资成本,并且后续维护、检查成本也非常巨大。另一方面,对于航班量小的机场可以使用APV程序代替PA程序,可以节省为引进盲降系统的昂贵支出。同时终端区可以推广使用基于PBN系统的ADS(自动相关监视)系统,能够大大减少二次监视雷达监视系统安装的资金投入,并且ADS维护费用更低,信号源供应间隔更密集。
5)解决了受地形影响的复杂机场运行问题。中国目前有39个受地形影响的复杂机场,受地形条件的制约,如果采用传统的导航方式运行,需要在机场终端区建立大量的导航台,这在现实中是不可能实现的,也是非常不经济的。正是由于PBN的出现使得在这些机场运行成为可能。以灵芝机场为例,飞机需要沿河谷走向进近,河谷蜿蜒曲折的地形导致采用传统程序时必须沿河谷建立密集的导航台,而当地的地形是根本不允许的。PBN的存在使得在这类机场的运行变成可能,并且更加安全可靠和简单。
6)减少陆、空通话和飞机雷达引导需求,大大降低了飞行员、管制员的工作量,缩减了工作链的长度,增加了安全裕度。由于航路及终端区的程序简洁明了,便行,飞行员不需要地面提供太多的引导即可顺利执行,管制员也无需更多的干预飞行,从而使得陆空通话数量减少,为本来拥挤不堪的空中频率节省了空间,并且大大减小了飞行员、管制员的工作负荷,同时也将人为因素导致的风险降低。
任何新事物都有两面性,新事物的推广总会伴随着这样和那样的问题,PBN的推广也不例外,潜在问题主要体现在以下方面:
1)过度依赖GPS系统。虽然目前欧洲、俄罗斯、中国都在发展自己的星基导航系统,但是目前成熟可用的毕竟是美国的GPS系统,所有的飞机均依赖于一个系统,无异于将鸡蛋都放在一个篮子中。虽然GPS系统的安全性和稳定性比较高,但是一旦该系统出现问题,势必会影响大量的航空器顺利运行。同时国内的航空器一旦完全依赖于他国的系统,那么我们也就丧失了某种主动权,这在战略上是非常不利的。
2)统一地理坐标系,降低国防安全水平。由于广泛采用星基导航,必需将更改我国的坐标基准,全面采用84坐标系。这一坐标系的实行会使国内地理坐标更清晰的被掌握,同时由于区域导航航路点的设立可能会涉及国家机密性地理位置,对国防安全势必产生威胁。中国民航业早已深深的意识到了这些问题,中国民航正在主动的实现知识的自我拥有,“大飞机”项目和“北斗”卫星导航系统已经如火如荼的进行中,并处于
高速发展阶段,以后我们会拥有自己的研发能力和自己的星基导航系统,预计在不久的将来我们会弥补这些问题。
3)全面推广过程中,培训任务巨大。新的导航方式出现,涉及飞行员、签派员、管制员、情报员、性能人员、机务人员等等,培训范围非常大,对于全民航展开培训造成困难。以上人员由了解、掌握到熟练应用需要一个过程,在这段过渡期内势必会对运行产生影响。目前民航局授权PBN培训中心及相关单位积极的开展培训,各民航院校也将PBN纳入到了教学体系中,积极开设PBN相关课程,在飞行训练中设置了PBN训练项目。千里之行始于足下,民航局已经开设做了诸多推广和培训计划,希望不久的将来会逐渐使PBN这颗种子,深深的植入每个民航人的心里。
4)机队中机载设备水平参差不齐,设备改装工作艰巨。目前国内机型种类繁多,机载导航设备水平参差不齐,尤其是通用航空机队组成非常复杂,其作业区域和作业内容页灵活多变,对所有飞机设备改装以及规划是一项复杂而巨大的工程。一些机型如MD-11,由于生产厂商的问题不能对该类设备升级,这就导致在未来数年内必然存在传统导航与PBN导航方式并存的局面。运行种类的复杂性无非增加了飞行运行的难度。这就更要求我们要从实际出发,科学决策,整体规划,逐步实施。
5)PBN航路规划及其终端区程序的设计、试飞工程量巨大。建设新一代民用机场体系是一项艰巨而复杂的任务,任重而道远!机场的建设要和空域建设同步展开,二者缺一不可,而且空中部分尤为重要。面对新的导航方式,航路、终端区进离场程序都需要重新设计,而且要经过严格的试飞验证,运行审定与批准,以及监督和后续的检查。巨大的工作量决定了PBN的全面实施要经过一个很漫长的过渡期。
我们在看到PBN优点的同时,也要充分重视其在实施中遇到的困难,只有这样才能扬长避短,更好的利用其为中国民航服务。PBN是未来民航导航发展的目标,指导了未来民航导航发展的大方向。中国民航高度重视,并出台相关***策、规定与之相适应,为PBN的推广和健康持续发展创造了良好的环境。PBN的实施并代替传统导航是一个历史趋势,相信随着区域导航全面推广,这些问题会逐渐解决,真正迎来高效率的空中交通运行。
参考文献:
[1]《空中交通管理基础》,西南交通大学出版社.
[2]《PBN手册》,国际民航组织.
[3]中国民航PBN实施线路规划中国民用航空局
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