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PBN:航行新技术 推广应用的典范
来源:《中国民航报》2015-12-22 14:41:26

  创新驱动发展战略,已成为新常态经济增长形势下的国家战略。用创新成果与产业对接、创新项目同现实生产力对接,提升劳动、信息、知识、技术、管理、资本的效率和效益,增强科技进步对发展的贡献度,是创新驱动发展战略的重要内容。

  如何通过创新成果与产业对接、创新项目同现实生产力对接,实现对发展的最大贡献,是当下的难题之一。然而,在民航行业,航行新技术应用已有一个可以借鉴参考的范例,那就是PBN(基于性能的导航)技术的推广。这项被国际民航组织(ICAO)看重的新技术,如今在全世界并未真正普及。但是在中国民航,通过10余年来,自上而下、不遗余力地推行这项技术,使得中国民航可初步达到ICAO的目标:2016年底,运输机场全面过渡到PBN运行方式。迄今为止,中国民航88%的运输机场具备了PBN飞行程序,51%的运输机场正式实施了PBN运行。各运输航空公司结合自己的运行实际,基本完成了这51%机场PBN飞行程序导航数据库的制作和装载,以此响应中国民航PBN运行战略的实施。就中国民航自身而言,从推广该技术中获益颇丰,在应用该技术过程中,其它航行技术也得到快速发展,从而走在了世界前列。

  起步:正确的抉择

  上世纪90年代前,飞机需要沿着地面导航信号的引导飞行,飞行轨迹要受地面导航台位置的限制。随着现代机载设备的发展,特别是飞行管理计算系统(FMS)的出现,区域导航(AreaNavigation,RNAV)逐渐成为民用大型运输飞机的主要导航方式。RNAV可以使航空器在导航信号覆盖范围之内,或在机载导航设备的工作能力范围之内,沿期望的任意航径飞行。在地形和空域不受限制时,单纯的RNAV是一种非常有效的导航方式。

  RNP则是建立在RNAV基础上的一种全新导航概念,以概率的形式控制和预测精度,并能随时监控航迹误差。一旦航迹误差超出预定值,系统就会告警,提醒飞行员采取措施。

  随着技术的不断创新,国际民航组织在整合已有研究成果的基础上,于2007年正式提出了基于性能的导航(Performance-BasedNavigation,PBN)概念,明确了RNAV和RNP是两者不同形式的PBN。随后,国际民航组织明确了,将PBN作为未来全球导航技术的主要发展方向。

  PBN技术之所以很早就进入中国,和中国民航的实际情况有关。在世纪之交,中国民航就发现3个因素可能会给民航带来巨大挑战——航班运输量快速增加、空域有限、地形复杂机场雨后春笋般地建成。采用传统的航行技术,在航班运输量井喷式的增长和空域有限的情况下,将直接影响机场容量、导致航班延误。机场建在地形复杂地区,航班载量受到限制,甚至建好了机场,也飞不起来。于是,中国民航主动“眼睛向外”,试图寻找解决这些难题的法宝。

  自2002年起,民航局就开始了RNAV飞行程序技术的研究,在天津机场进行了试验,在北京首都机场进行了验证,均取得了良好的效果。2007年1月18日零时起,广州白云机场正式实施区域导航(RNAV)飞行程序。实施该程序后,广州白云机场航班拥堵的状况得到了一定程度的缓解。

  2003年发现,待机场建成后可能难以飞起来的问题,果然出现在了西藏林芝机场。由于林芝米林机场位于雅鲁藏布江河谷地带,海拔2949米,周围几乎都是4000米以上的高山。飞机起降只能在狭窄弯曲的河谷中进行,加上该机场多低云天气,风向多变并伴有风切变等,运行条件十分困难。相比于拉萨机场,林芝机场山更高,河更弯,谷更窄,风更急。与此同时,林芝机场的飞行程序是按照传统导航设计的,建设了大量的地面导航设施,谁料到因地理环境制约,导航台信号覆盖性差,干扰现象严重。仅在2006年,林芝机场导航台开放校验中,飞行校验中心就派出了两架飞机,用了一个月的时间才基本完成校验。刚在国际上崭露头角的RNP技术,立即进入了民航局有关负责人的视野。

  经过技术理论学习、大量分析国外成功先例与广泛交流后,民航局决定先行选择具有高原机场代表性的拉萨机场进行RNP试验,2005年4月20日,国航西南分公司一架波音757-200飞机成功在拉萨贡嘎机场使用RNP导航技术进行了试飞。拉萨机场的成功经验复制到了林芝机场。2006年,从林芝机场通航至今,所有进出林芝机场的飞机均采用RNP技术飞行。

  当时问题解决后,PBN技术的推广工作显得不那么迫在眉睫了。当时,民航内确实也出现了不需要大力推广PBN技术的声音。然而,发展的好坏,其实取决于选择了一条怎样的发展道路,而道路的选择终归是决策者眼光的比拼。长期来看,中国民航的发展是非常需要PBN这项新技术的,中国民航的决策者毅然选择了推行这项新技术。在推行PBN的前几年,只要有验证试飞活动,只要日程安排得开,民航局副局长李健都亲自参加。在2012年四川航空A319飞机九寨黄龙机场公共RNPAR飞行程序验证试飞总结会上,李健说出了自己参加数次试飞的目的:“提高对新技术应用的重视,关注并推广新技术应用,解决安全、效益甚至机场能飞不能飞等诸多问题”。

  推广:投入少、回报多

  RNAV在广州机场的成功应用和RNP解决了林芝机场不能飞的难题,让中国民航初次尝到了PBN应用的甜头。2006年,国际民航组织提出,各缔约国应在2009年完成PBN实施计划,确保在2016年之前,以全球一致和协调的方式过渡到PBN运行。2009年,我国民航正式公布了《中国民航基于性能的导航实施路线图》。按照设计的《路线图》,PBN得以在我国快速推广,取得了显著成效。

  “RNPAR和RNPAPCH是两种RNP技术。前者,能够解决高高原机场运行安全问题,而后者则消除了传统飞行程序非精密进近阶段的不安全隐患。RNAV则解决了进离场分离的问题,相当于增加了空域容量。”民航局飞行标准司副司长杨洪海告诉记者。有了PBN技术,青海玉树机场才能够安全飞行,才可能在玉树地震发生后,民航的天路成为了玉树地震后救援的“生命线”。有了PBN技术,云南丽江机场才能够解决跑道双向起降的问题,使得机场在改扩建期间,航班数量不受影响。

  四川九寨黄龙机场曾将使用PBN技术前后的航班正常率进行了对比。自2013年4月1日起,九黄机场全面执行RNPAR程序。2013年4月~6月,九黄机场在飞行时段有300个小时是低能见度天气,低能见度天气时间较2012年增加84.05%,但执飞航班正点率则由2012年同期的76.50%提高到90.37%,增长13.87%。“对那些地形复杂、导航设施安装受到限制而天气又恶劣的机场而言,PBN技术在提升航班正常率方面的效果非常明显。”民航局飞行标准司有关人员说。例如,西藏拉萨机场西面是狭窄的河谷,没有PBN技术大多数情况下只能单向起降,也无法开通夜航;西藏邦达机场受地形限制较大,没有PBN技术,很多天气条件下都不能正常运行。

  PBN技术不依赖地面导航设施,航线选择灵活,飞行航迹准确,导航精度更高,能够对机场周围障碍物进行有效避让,结合气压高度表的垂直引导,可实施连续稳定的下降,能有效降低可控撞地的风险,提高飞行安全水平,还可降低高原和复杂机场对天气的依赖,提高航班正常率。这些其实只是PBN技术“魅力”的一部分。这项技术让其直接使用者飞行员、管制员也受益颇多。PBN技术的使用,有效减少了空中管制员的通话量,相当于降低了空中管制员的工作负荷,同样在安全许可的范围内减少了飞行员的操作动作,降低了差错发生的的概率。

  PBN技术给整个行业带来可观的经济效益。对政府而言,使用PBN技术后就可以少建甚至不建陆基导航设施,可以大大降低地面导航设施的建设和维护成本。对航空公司而言,PBN技术解决了我国部分地形复杂机场,飞机减载严重的问题,增加了航空公司航班的业载,就直接为航空公司增加了收益。

  PBN技术在开始使用前,也是需要适当投入的。作为企业的航空公司、机场必然要考虑投入产出比。民航局比企业更早一步看到了使用PBN技术带来的回报:不仅有运行安全、航班正常,还有实实在在的经济效益。因此,在推广之初,为了调动企业积极性,作为引领,民航局给予了大量资金补贴,支持航空公司、机场使用PBN技术。民航有关单位只需要付出较少的成本,就能从PBN技术中获得较大的回报,示范效应十分明显。而随着PBN的广泛应用,企业从中尝到了甜头,已经日益离不开这项新技术,其心态也从“试一试”转变为“必须用”。这也就解释了2011年以后,PBN技术在中国民航“遍地开花”的缘由。

  未来:融合发展是方向

  推广新技术,观念的转变永远是第一位的。在最初引入PBN技术时,民航局通过考试从全行业精选了15名航行技术业务人员,将其送出国接受PBN专业培训。这批人员也成为了我国推广应用PBN技术的骨干。其后,在PBN技术的推广过程中,民航局先后组织了数十次的专业培训,有数几千人次参加。只有全面了解新事物,才能够更好地接受新事物。这些培训,让民航人冲破了传统的思想禁锢,消除了对新技术的成见。

  控制推广新技术的节奏,将“缓”与“急”结合起来。在新技术推广最初,民航并不急于求成,而是从一个个试点做起。一方面,能够防范新技术可能带来的风险,另一方面,也就有了时间不断完善规章标准,形成系统化的推广思路。在真正认识到这项技术会给民航安全、正常等带来重大变革后,果断“急”速前进。2009年正式公布的《中国民航基于性能的导航实施路线图》则无疑于中国民航的“自我加压”。为自己设立了时间表,在每一个时间节点,完成必须要做的事情,也让PBN技术的推广不至于“流于形式”。

  在PBN技术的应用过程中,中国民航既摸索出一套推广新技术的经验,又进一步提升了自身的能力。2010年4月,亚太飞行程序项目办公室在北京正式揭牌,这是全球第一个PBN飞行程序项目办公室。办公室设立的本身,就是对中国PBN飞行程序应用、设计能力的一种肯定。目前,中国民航导航技术应用方面处于世界领先水平,这也就“逼着”中国若想在这一方面继续进步,已经没有太多经验可借鉴,就必须拿出自己独有的成果。事实上,民航局也在行动,两年前组织开展了低温对PBN运行影响的项目研究,已取得初步成果。“目前我们需要考虑的问题有:简化RNP审批手续、优化终端区空域环境和接入我国北斗卫星系统”杨洪海说。

  然而,还有一些更长远、更深入的技术问题是未来中国PBN技术应用需要提前思考的,例如PBN技术与其他新技术的融合。PBN技术依赖的是卫星导航,民航局航行新技术应用与发展工作委员会拟近期推广的航行新技术还有ADS-B(广播式自动相关监视)、HUD(平视显示器)、GLS(卫星着陆系统)等,能不能将这些新技术融合,发挥更大的作用?眼前还没有现成答案,需要中国民航自己去探索。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索……(陈嘉佳)

责任编辑:史影 000
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