交通運輸工程學（第3版）高等職業教育“十三五”規劃教材Contents項目一傳動系的構造與維修項目二行駛系的構造與維修第十篇交通運輸工程科技前沿與未來發展項目四制動系的構造與維修第十篇交通運輸工程科技前沿與未來發展第三章空地協同的新航行系統第一節空地協同新航行系統的未來發展第二節空地寬帶安全通信與可信導航第三節空地一體態勢認知與自主運行第四節空域流量協同管理與智能決策第一節空地協同新航行系統的未來發展從上世紀90年代國際民航組織提出CNS/ATM新航行系統概念，未來空中航行系統的發展演進也歷經了多個階段。第一階段：技術驅動階段。基于衛星、數據鏈、計算機網絡、自動化等技術手段，提供通信、導航、監視方面的先進服務。第二階段：運行驅動階段。強調了空域動態管理、需求容量平衡、交通同步、沖突管理等聚焦空管運行的核心要素第三階段：融合發展階段。以通信導航監視設施與服務、空管運行能力以及協同信息環境為核心組成要素的未來空管技術體系框架已逐步形成。新航行系統的發展演進第一節空地協同新航行系統的未來發展新航行系統的發展演進圖10-3-1未來空中航行系統的體系框架第一節空地協同新航行系統的未來發展

通信導航監視朝著高性能、高精度、空天地一體化方向發展。空管運行服務朝著一體化、精細化、靈活化方向發展。空管信息服務朝著網絡化、協同化、智能化方向發展。空地協同新航行系統的特征第一節空地協同新航行系統的未來發展未來空中航行技術發展和應用將長期呈現新舊混合的態勢，不能盲目地認為新技術將取代所有的傳統技術，而是需要綜合考量安全、效率、性能、成本等因素來具體分析。產生新型服務。新技術應用與傳統技術應用并不存在矛盾，可以本著最佳效率最優服務的原則，根據空域用戶的實際需求使用不同技術提供不同性能的服務。增強現有運行。更加強調運行方式的變革，注重人與系統的關系實現優勢互補。用新技術提供高效服務或彌補傳統技術的不足，而用傳統技術作為新技術可靠性得到驗證前的堅實備份。完全取而代之。采用停止新建、淘汰替換的更新方法，完成新技術取代傳統技術過渡新航行系統的應用第二節空地寬帶安全通信與可信導航系統概述未來空地寬帶通信技術1.空地寬帶安全通信定義：用于航空器與地面之間高速數據傳輸的通信系統。空地寬帶通信：HFDL：高頻數據鏈VDL：甚高頻數據鏈AMSS：航空移動衛星業務現有空管通信數據鏈：挑戰：需求增長：航空交通增長導致通信需求擴大傳輸速率：窄帶系統速率不足合作機構：FAA與EUROCONTROL目標：應對航空交通運輸增長的挑戰未來通信研究計劃：L-DACS：L頻段數字航空通信系統AeroMACS：機場寬帶移動通信系統寬帶衛星通信系統：提供大容量衛星信道關鍵技術與系統：技術發展展望：目標：提升帶寬、覆蓋范圍和可用性效益：增強空地航空信息的互聯、互通和共享能力第二節空地寬帶安全通信與可信導航2.可信衛星導航

導航星座：由多顆導航衛星組成，覆蓋全球增強技術：包括地基增強（GBAS）、空基增強（ABAS）和星基增強（SBAS）系統。組成全球衛星導航系統（GNSS）定義：全球衛星導航系統，包括美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的Galileo和中國的北斗衛星導航系統（BDS）。

定位：提供全球范圍內的精確定位服務導航：支持各種交通工具的導航和路徑規劃授時：提供精確的時間同步服務功能應用領域：軍事、民用航空、航海、車輛導航、農業、救援第二節空地寬帶安全通信與可信導航2.可信衛星導航

原理：通過地面參考站提供差分改正信息，提高定位精度。地基增強系統（GBAS）GNSS增強系統挑戰與改進：完好性：提升系統完好性，確保導航安全。精度：提高導航精度，滿足航空用戶需求。特點：利用機載設備增強衛星信號，無需地面輔助。空基增強系統（ABAS）覆蓋：使用地球靜止軌道衛星，實現大范圍覆蓋。例子：美國的WAAS、歐洲的EGNOS、中國的北斗SBAS。星基增強系統（SBAS）

以管制員對飛行員“單對單”通話發布管制指令方式更多融入機器智能的人機智能融合決策側重研究全階段數字化管制、航電管制協同等前沿技術空中交通運行管理空中航空器自主運行，地面管制員僅提供必要的安全監視第三節空地一體態勢認知與自主運行未來場景和趨勢第三節空地一體態勢認知與自主運行空地多源信息融合處理衛星、機載、地面設備和系統等檢測、關聯、相關、估計和綜合等關注目標的精確位置和高度、速度、方向信息源多級多方面處理活動狀態估計第三節空地一體態勢認知與自主運行空地多源信息融合處理現狀：空地協同環境限制導致機載端態勢感知信息類型有限、感知范圍不足、空地態勢感知不一致等問題。未來發展：空地信息源多樣、全面、統一，重點研究空中交通運行的多源異構態勢要素信息融合理論與方法。新一代空管信息系統體系頂層概念示意圖第三節空地一體態勢認知與自主運行多尺度空域態勢高效計算與認知概念：對空地融合信息進行深度處理和知識提煉，通過對空域與航空器、空域中航空器與航空器、地面航空器與車輛、地面航空器與人等之間的相互作用關系進行識別、理解和分析研判，分為態勢識別、態勢理解、態勢預測和態勢評估4個循環迭代的態勢計算和認知核心處理環節。第三節空地一體態勢認知與自主運行多尺度空域態勢高效計算與認知現狀：研究受實際可獲取信息等限制，傳統以人為主的航空器運行方法在面對智能化航空器自主運行、無人飛行和有人/無人混合飛行等需求時，難以確保飛行安全。有人無人混合運行管制運行安全態勢多尺度表征第三節空地一體態勢認知與自主運行空地多源信息融合處理未來發展：研究態勢要素傳播演化規律，構建空域態勢演變的溯源鏈條，突破空地融合態勢下的安全風險智能預測技術及多尺度風險智能化消減方法。空域風險多尺度演化空域風險高效計算風險智能消減第三節空地一體態勢認知與自主運行空地一體四維航跡管控概念：通過經度、緯度、高度和時間（第四維），考慮飛行參數如重量和速度，提供連續的實時航跡信息，并在規劃至事后分析各階段融合多方需求，調整和執行計劃航跡，實現空中交通流的精準管控。現狀：目前空管研究的熱點和難點，但空地航跡信息獲取不一致和空管運行規則不統一影響預測準確性。圖10-3-2TBO下的四維軌跡管控第三節空地一體態勢認知與自主運行空地一體四維航跡管控未來發展：通過實時數據處理，實現四維航跡的高效協同控制，建立航跡共享機制，提高航跡規劃和沖突預警的準確性，優化安全間隔管理，以增強空地數字化運行管理。基于四維航跡運行的潛在優勢第三節空地一體態勢認知與自主運行多模式空地協同自主運行概念：一種以航空器自主間隔保持為核心的運行理念，它考慮人、機、環和管等多方面因素，旨在提升航空器的態勢識別、航跡規劃和執行能力，增強有人和無人航空器的自主運行能力。自主間隔保持下的動態改航現狀：研究主要集中在概念和理念層面，逐漸成為熱點。第三節空地一體態勢認知與自主運行多模式空地協同自主運行未來發展：以空地一體的四維航跡精準管控為基礎，探索：協同化管制運行技術多模式間隔管理方法人工智能技術應用尾流間隔動態優化智能管制引導策略

第四節空域流量協同管理與智能決策空域一體化規劃與柔性動態管理公共運輸航空通用航空國家空域系統軍事航空低中高空全域管制區、航路結構機場網絡航線網絡低中高空全域區塊結構航路網絡任務飛行、實戰演練等軍事活動低空范圍塊狀、通道結構低空物流作業巡檢應急救援一體化運行環境第四節空域流量協同管理與智能決策國家空域系統一體化運行環境空域一體化規劃與柔性動態管理第四節空域流量協同管理與智能決策靜態、戰略層面要素提取與建模需求預測及演變運行能力評估指標評價與測度融合運行與規劃動態、(預)戰術層面資源動態配置動態評估與預測資源協同配置資源使用與優化資源使用管理國內外現狀：空域一體化運行概念設計=新型空域形態+運行管理模式·歐控：空域靈活使用自由航線空域功能空域塊·中國：軍民航空域協同運行·德國宇航局：無扇區空管·美國：天空走廊空域一體化規劃與柔性動態管理設計內容：第四節空域流量協同管理與智能決策空中交通容量管理與供需平衡現狀：空中交通需求已接近、達到甚至超越空域容量供給，頻發引發空域資源“供”與“需”之間的失衡。空中交通容量管理與供需平衡挖掘空域資源效益優化空中交通流量緩解空域擁堵緩解航班延誤第四節空域流量協同管理與智能決策空中交通容量管理與供需平衡采用數學模型、仿真評估、統計分析計算空中交通容量，包括靜態容量、動態容量、運行容量三類。靜態容量為單一固定值，形成一條直線；動態容量為連續變化值，形成一條曲線；運行容量則為離散變化值，形成多條分段直線。利用計量經濟、趨勢外推、系統動力學、灰色系統、