空管局副局长马兵谈中国民航推动RECAT等新技术应用，提升空管安全运行效率
作者：民航局空管局副局长 马兵
主题：《积极推动新技术应用 提升空管安全运行效率》
为实现中国民航强国梦，民航局空管局按照冯正霖局长全面推进建设“强安全、强效率、强智慧、强协同”的“四强空管”要求，不断以强化科技应用作为智慧空管建设重要支撑，大力推进新技术研究和应用，努力实现空管系统更高质量发展。
一、国际民航RECAT研究和应用
ICAO现行的尾流间隔标准虽在空中交通安全、有序方面发挥了重要作用。但不够精细的尾流分类和间隔标准限制了繁忙机场容量提升，造成了不必要的航班延误和等待，不能满足空中交通流量的持续增长。
通过实验验证、试运行后将现行间隔标准中的重型机细分为B、C两类，将中型机细分为D、E两类，并将较小的中型飞机与轻型飞机合并，形成F类，在保证安全的前提下优化了尾流间隔标准。
目前，美国孟菲斯、英国希思罗等欧美一些大型繁忙机场已经实施RECAT运行。
ICAO在2012年发布的ASBU中，明确提出了缩减尾流间隔的“三步走”计划，在“机场运行”引线中，给出了在三个组块中的尾流间隔模块。
ASBU的B0-WAKE中，提出通过对现有尾流间隔标准的修订以提高机场的起降容量，主要举措包括：一是修订ICAO现有的尾流间隔标准，在不增加运行风险的前提下提高跑道运行效率；二是通过修改运行程序，增加近距平行跑道的进离场效率。
ICAO在ASBU中预测数据表明，实施RECAT将给繁忙机场带来约4%以上的容量提升。
二、中国民航RECAT研究与应用
随着中国民航运输量的持续快速增长，运行安全和效率面临的压力也越来越大。因此通过RECAT进一步实现运行标准精细化，提升跑道运行效率，已成为中国民航适应航空事业快速发展的重要举措之一。
（一）持续优化现行尾流间隔标准
中国民航曾执行的尾流间隔标准，与ICAO标准基本保持一致。例如：当前机是重型机，后机是“重、中、轻”时，ICAO尾流间隔标准为“4、5、6”海里，中国民航对应的尾流间隔分别为“8、10、12”公里。
2018年5月1日，民航局最新修订版《中国民用航空空中交通管理规则》（CCAR-93TM-R5），中国民航实施雷达管制的单位实施缩小的尾流间隔标准，例如：当前机是重型机，后机是“重、中、轻”时，中国民航对应的尾流间隔标准为“7.4、9.3、11.1”公里，实现公英制精确转换，与ICAO标准全部保持一致。
（二）中国民航RECAT技术研究
中国民航局于2015年发布了《中国民航ASBU发展与实施策略》，其中全面引入了ASBU中效能改进领域1-“机场运行”，有关“尾流间隔”对应的全部模块。缩减尾流间隔标准和应用成为中国民航系统建设的重要技术方向之一。
2015年以来，民航局空管局与中国民航大学共同开展了RECAT的技术可行性分析和论证，研究在我国推广应用RECAT的可行性和实施条件。针对RECAT应用开展了安全风险评估以及雷达管制模拟机升级，同时搭建RECAT技术验证平台，对实施RECAT的安全性、适应性进行了大量的验证及相关前期准备工作，并在多次国际会议上提交了《公制计量单位下的RECAT方法研究》《可用于缩减尾流间隔的机型分类方法研究》等报告，与国际空管同行分享RECAT方面的研究成果。
在加强技术研究的同时，为便于管制员更加精确、便捷地使用尾流间隔标准，中国民航开展了基于管制员工作习惯的尾流间隔预警与告警方式研究，主要包括切入五边的尾流告警、五边尾流间隔告警和全空域尾流间隔告警等。
前伸型尾流告警椎体图
图示为前伸型尾流告警椎体，从后机所在位置开始，沿着飞机航向往前绘制一个锥体，长度等于相对于前机的最小尾流间隔，同时在锥体内部显示所需间隔。椎体告警类型分为三类，级别由低到高分别是监控、提醒和警报，满足预设条件会才会触发显示。上述功能模块已在雷达管制模拟机上得到实现，并申请了发明专利。
此外，民航局空管局与中国民航大学还系统研究了航空器重新分类的机理和模型，开发了RECAT安全性评估软件，通过对机场交通流、机型分布、气象条件等因素的分析，评估RECAT执行后遭遇尾流的运行风险。如图所示：
RECAT遭遇尾流风险分析软件界面
（三）航空器尾流探测技术研究
2008年以来，中国相关科研院所利用X波段脉冲多普勒天气雷达和X波段极化测量雷达，在国内开展了航空器尾流探测实验，收集了259架次航空器尾流回波数据，成功实现了300米至10公里距离的航空器尾流雷达探测和特性测量。
使用的X波段雷达与探测到的尾流回波信号
此外，还在兰州机场布置了激光雷达，开展风切变探测和尾流探测实验，实现了尾涡的定性捕获与尾涡参数的定量反演。
布置在兰州机场的激光雷达
基于探测数据的尾涡特征参数反演系统软件
（四）近距平行跑道的运行效率研究
依据ICAO现行规则，当近距平行跑道间距小于760米时，需要按照单跑道的间隔标准来实施航空器管制，制约了机场容量的提升。目前国内近距平行跑道，实际上执行是一种“准隔离平行运行模式”，即按照单跑道间隔，一条跑道用于起飞，另一条跑道用于着陆。
2017年，民航局空管局与民航大学联合开展了动态尾流跟踪、建模与仿真研究工作。通过分析ICAO、FAA和欧控等机构的尾流间隔有关建议和标准，研究相关技术的发展状况和趋势，构建动态尾流间隔计算模型，对尾涡模型进行校准和完善，并对典型机场运行环境进行了仿真验证和现场运行验证，为动态尾流间隔的推广提供了必要的技术支持和决策依据。开发的相关仿真软件，通过对机场气象条件、机型特征、飞行参数进行分析，实现对现行尾流间隔、RECAT尾流间隔进行安全评估，同时还建立了飞行轨迹仿真计算模型、飞行碰撞风险计算模型和尾流遭遇安全计算模型。研究表明，提出的新方案对空管运行限制更少，安全性也不低于现行模式。如图所示：
尾流间隔安全评估仿真软件
根据上述研究成果，中国民航代表于2017年和2018年在ICAO间隔与空域安全专家组工作组会议上，提交了《近距平行跑道的准隔离运行模式的安全评估方法》等工作报告，并建议ICAO对Doc9643进行修订。
三、面临的挑战和推进设想
随着空中交通流量的持续快速增长，机场和空域资源日趋紧张。推广应用RECAT缩减尾流间隔，将成为提高运行效率的重要举措，但目前来看还面临以下挑战：
（一）RECAT是一套缩小尾流间隔的技术方法，而不是一成不变的分类结果，目前欧洲的RECAT-EU和美国RECAT-I、RECAT1.5也存在一定差异。截至目前，国际上尚未形成统一的标准。因此，在我国推进此技术时，采用何种标准，尚需进一步研究。
（二）实施RECAT需要统一的国际规则和标准，在此基础上，还需要开展安全风险评估，对现有飞行计划和空中交通服务电报处理系统、管制自动化系统等进行必要的升级，以及对管制员和飞行员进行针对性的培训等一系列工作，才能安全有效的开展RECAT应用。
（三）RECAT需要积极、稳妥、安全的开展，推进设想如下：
1.成立RECAT技术研究与推广工作专家组，研究制定RECAT机型分类标准、尾流间隔标准以及安全评估方法等，拟定RECAT应用实施路线图，做好相关系统升级与改造准备工作，持续跟踪ICAO以及欧美有关国家和组织关于RECAT的研究进展。
2.选择典型机场，开展RECAT应用验证，预计2018年下半年在广州和深圳机场和进近范围内进行RECAT试验运行，相关准备工作正在积极推进。
四、提升运行效率的举措
为了努力满足需求，除应用RECAT技术外，民航局空管局还从优化系统支持、优化运行方式、推进新技术应用等方面，多点发力，提升运行效率。
（一）全面推进“双目”应用。为有效提高多跑道机场运行效率，2014年以来空管局大力推动在北京、浦东、广州等10余个机场实施“目视间隔与目视进近”运行，效果显著。数据表明，实施“双目”运行时，终端区平均飞行时间减少3分钟。目视进近和目视间隔的有效实施，关键在与管制员与飞行员之间的密切配合。航空公司和空管系统应通力合作，鼓励飞行员和管制员积极参与“双目”运行，地空共同努力提升运行效率。
（二）缩小管制运行间隔。9月底前，实现区域雷达管制单位间同高度水平移交间隔不大于20公里；12月底以前实现区域雷达管制运行间隔平均不大于15公里、进近雷达管制运行间隔平均不大于7.5公里。
（三）全面应用ATOM系统。6月30日前，实现空中交通运行管理（ATOM）系统在全国各空管单位的安装和试运行，全国空管流量管理单位统一运行态势感知，统一流量措施审核发布。
（四）完成飞行计划统一处理。2017年底，中国民航空管已经实现全国237个民用机场起飞航班飞行计划的统一处理；预计将于2018年12月底前，完成所有进入中国大陆飞行情报区航班飞行计划的统一处理，完全实现中国民航空管飞行计划的集中处理和统一管理。
（五）积极推进新技术应用。
1、CCO/CDO运行应用。继2016在白云机场，2017年在首都机场实施CCO/CDO夜间运行后，空管局将继续在昆明等更多机场积极推进CCO/CDO运行，不断加强航空器在运行安全和舒适性、节能减排和消声减噪等方面工作。
2、ADS-B应用。民航局于2017年4月组织有关单位在虹桥机场开展了ADS-B IN验证飞行；2018年1月，在新疆飞行情报区完全实现ADS-B管制运行。空管局预计在2018年底完成全国308个ADS-B地面站和三级ADS-B数据处理中心建设工作，2019年将投入试运行。
3、AeroMACS研究测试。依据ICAO于2016年发布的最新技术标准。空管局于2016启动了“基于AeroMACS的机场场面滑行引导技术研究与验证”， 2017年10月1日至7日在北京首都机场，空管局联合国航、东航、海航、山航等公司，对56个架次航班进行了基于AeroMACS的进、离港滑行阶段功能性验证测试，测试数据令人满意，试验效果良好，管制员和飞行员非常期待尽快全面推广应用。
4、DCL/D-ATIS推广应用和基于航迹的运行（TBO）验证
基于空地数据通信技术的数字化管制服务应用是亚太地区实施新航行系统的关键优先项目之一，重点包括数字化放行（DCL）和数字化自动航站情报服务（D-ATIS），以及未来飞行全阶段数字化管制方式。民航局空管局历经12年的建设和推广，于2017年实现44个机场提供DCL和D-ATIS服务。这里有这样一组数据：全球实施DCL服务的199个机场中，中国有44个；全球实施D-ATIS服务的365个机场，中国有46个。我国提供的DCL和D-ATIS服务，对于99座以上航空器适用率超过了97%。DCL和D-ATIS服务的推广和应用，实现了管制员-飞行员“数字化通话”，大幅降低了管制员和飞行员通话负荷，有效提高了运行效率。
ICAO在航空系统组块升级（ASBU）计划中，将基于航迹的运行（TBO）作为高效飞行轨迹性能改进领域的关键项目，也被认为是新一代空管自动化系统中的核心技术。民航局空管局将计划于2019年初，使用空客320机型，在天津至广州航线进行TBO运行试飞验证。我们将持续推进地空数据链通信技术应用，逐步实现飞行全阶段数字化管制服务的目标。
民航发展，空管先行；空管发展，离不开强大的科技支撑。未来，空管系统将以实现“四强空管”为目标，继续加大对科技研发和应用的支持力度。一是密切与相关院校和机构科研能力的对接，建设“产学研用”一体化架构；二是加大对重点实验室的支持力度，特别是加强对新技术、新理念的仿真、评估和验证工作；三是要以国际民航组织ASBU为主线，全方位推进各类新技术应用，为空管安全高效运行奠定强大的物质基础；四是增强对国外先进技术发展情况的跟踪和研究，鼓励开展自主创新，努力创造适宜我国具体情况的新道路、新实践，新标准，为全球民航发展做出更多贡献，成为世界一流的空中交通服务提供者。