歐洲空中交通管理的過去、現(xiàn)在與未來

一、引言內(nèi)部市場中人員和貨物的自由流動(dòng)是歐盟（EU）社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的基石，因?yàn)榱鲃?dòng)性確保了各成員國的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和領(lǐng)土疑聚力。空中交通管理（ATM）是航空運(yùn)輸模式機(jī)動(dòng)性的保證，它匯集了所需的空中和地面功能，旨在確保飛機(jī)在各個(gè)運(yùn)行階段內(nèi)的安全和高效移動(dòng)。在歐洲，空中交通管理是由各國的空中航行服務(wù)提供商（ANSP）在本國境內(nèi)提供的。在整個(gè)歐洲范圍內(nèi)，這些國家的空中交通管理系統(tǒng)接入歐洲空中航行安全組織網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)構(gòu)，旨在增大交通流、提高交通的可預(yù)測性和擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量，其中的網(wǎng)絡(luò)包括歐盟和非歐盟國家。為了了解歐洲當(dāng)前（以及未來）的空中交通管理研究環(huán)境，有必要簡要地回顧過去并展望未來的發(fā)展。圖1描述了由于空域容量不足而導(dǎo)致的交通流和航路延誤的演變情況，以及過去30年中對重大延誤作出的主要對策。20世紀(jì)80年代末的延誤問題促使歐洲空中航行安全組織在其內(nèi)部成立了中央流量管理小組（CFMU），以及成功地實(shí)施了“縮小垂直間隔”和基本區(qū)域?qū)Ш?，提高了空域容量?0世紀(jì)90年代末，航班延誤問題達(dá)到了高峰，由此管理人員提出了“歐洲單一天空”倡議，并于2004年發(fā)布了首個(gè)相關(guān)法規(guī)?！皻W洲單一天空”倡議旨在改革歐洲空中交通管理的架構(gòu)，在歐洲范圍內(nèi)解決問題并通過立法手段滿足未來的空域容量和安全需求。到了21世紀(jì)初期，空中交通擁擠和延誤問題仍在加劇。在不久的將來，將不可避免地發(fā)生延誤危機(jī)。與此同時(shí)，決策者和利益相關(guān)方也不相信存在著可以解決該問題的技術(shù)方案。在這一形勢下，歐洲單一天空空中交通管理研究（SESAR）項(xiàng)目于2008年誕生。SESAR以“歐洲單一天空”第二個(gè)立法計(jì)劃為基礎(chǔ)，并成為五大支柱之一：第一支柱以規(guī)范ANSP的行為為基礎(chǔ)，通過行為監(jiān)督強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)管理功能；第二支柱通過歐洲航空安全局（EASA）建立了一體化安全架構(gòu)；第三支柱通過SESAR項(xiàng)目確定、開發(fā)和部署提高空中交通管理性能所需的技術(shù)和程序，從而提供新的空中交通管理技術(shù)；第四支柱加強(qiáng)了機(jī)場交通容量管理，使之匹配航空運(yùn)輸能力；第五支柱確保各種變化能夠?yàn)檫\(yùn)行人員所接受，從而解決了人的問題。圖1

歐洲地區(qū)交通流和延誤的演變以及導(dǎo)致延誤降低的關(guān)鍵事件“歐洲單一天空”及其五大支柱營造了有利環(huán)境，在分離管理的環(huán)境下，這一方案加快了研究、開發(fā)和部署的進(jìn)程。盡管如此，在2018年，仍然發(fā)生了多起重大延誤事件。空域結(jié)構(gòu)研究（AAS）在SESAR聯(lián)合執(zhí)行體（JU）研究結(jié)果的基礎(chǔ)上確定了解決方案并明確其實(shí)施模式，希望解決容量和需求失衡的問題，從而為探索新的范式和研究方向奠定基礎(chǔ)。雖然這些舉措可以應(yīng)對重大延誤情況，但由于經(jīng)濟(jì)和自然災(zāi)害導(dǎo)致空域容量的減少使得空中交通管理的實(shí)際變革存在著限制。如圖2所示，最近的災(zāi)害（迄今為止對歐洲空中交通影響最大的災(zāi)害）是2019年的新冠肺炎疫情。圖2

2020年歐洲的日交通變化量空域容量未能滿足交通流增大的需求是延誤的原因，而延誤反過來也激發(fā)了某些應(yīng)對措施。那些不可預(yù)見的外部事件，使得交通流減少，從而降低延誤的發(fā)生，而這導(dǎo)致決策者需要重新調(diào)整應(yīng)對措施的優(yōu)先級。以圖1和圖2中提到的事件和應(yīng)對措施為背景，將介紹和分析我們的主題：SESAR項(xiàng)目及其成果、實(shí)施情況和未來的發(fā)展方向。二、歐洲單一天空空中交通管理研究為了解決日益嚴(yán)峻的空中交通延誤問題以及滿足新型空中交通管理解決方案的需求，在歐洲單一天空空中交通管理研究定義階段圓滿結(jié)束后，歐洲理事會(huì)第219/2007號條例正式啟動(dòng)了SESAR項(xiàng)目。該條例提出了一項(xiàng)重要目標(biāo)，即整合和協(xié)調(diào)歐盟以往分散的、各自為戰(zhàn)的研發(fā)活動(dòng)，避免重復(fù)的研發(fā)（R&D）活動(dòng)。因此，雖然整個(gè)歐洲和歐洲各個(gè)國家都在同時(shí)開展重要的空中交通管理研發(fā)工作，但在如何進(jìn)一步發(fā)展并最終實(shí)施研究成果方面決策者沒有共同的計(jì)劃。此外，關(guān)于如何對整體網(wǎng)絡(luò)情況改進(jìn)的問題，就更加不確定了。從某種意義上說，由于空中交通管理研究工作是分散的，因此對于未來歐洲空中交通管理也將是彼此相爭而缺乏共性的。因此，為了促使所有的歐洲空中交通管理研究工作朝著一個(gè)共同的目標(biāo)前進(jìn)，第219/2007號條例提出了SESAR項(xiàng)目的三個(gè)階段，每個(gè)階段分別由不同的團(tuán)體領(lǐng)導(dǎo)?！岸x階段”由SESAR集團(tuán)負(fù)責(zé)（2005—2008年），目標(biāo)是到2008年時(shí)出臺(tái)歐洲空中交通管理總體規(guī)劃（MP）。該總體規(guī)劃旨在為歐洲的空中交通管理解決方案提出一份研究、開發(fā)和部署計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)“歐洲單一天空”的目標(biāo)。在“開發(fā)階段”，需要開發(fā)和驗(yàn)證所需的空中交通管理解決方案。這一階段的工作由SESAR聯(lián)合執(zhí)行體負(fù)責(zé)（2008—2013年）。該組織是根據(jù)本條例建立的一個(gè)公私合作的組織。在“部署階段”，將大規(guī)模推出和實(shí)施經(jīng)過驗(yàn)證的空中交通管理解決方案（2014—2020年）。在首個(gè)總體規(guī)劃交付后，定義階段完成。這份規(guī)劃納入了空中交通管理研究中。例如，SESAR的運(yùn)行概念和表現(xiàn)框架就是在EPISODE3項(xiàng)目的基礎(chǔ)上制定的；EMMA項(xiàng)目提出了第一個(gè)先進(jìn)表面活動(dòng)引導(dǎo)與控制系統(tǒng)（A-SMGCS）解決方案；SESAR遠(yuǎn)程塔臺(tái)解決方案是基于ART項(xiàng)目提出的；SWIM-SUIT項(xiàng)目則是目前廣域信息管理（SWIM）解決方案的前身。2009年歐盟理事會(huì)批準(zhǔn)了該總體規(guī)劃并借此表達(dá)了對歐盟成員國在這一方向上開展空中交通管理研究的支持。隨后理事會(huì)將該總體規(guī)劃轉(zhuǎn)交給了SESAR聯(lián)合執(zhí)行體作為研發(fā)活動(dòng)計(jì)劃。SESAR聯(lián)合執(zhí)行體負(fù)責(zé)根據(jù)最新的發(fā)展、優(yōu)先級研究工作和部署路線圖來更新該總體規(guī)劃，在此過程中SESARJU將咨詢所有的利益相關(guān)方（即ANSP、航空公司、機(jī)場、軍方等）。正如SESAR聯(lián)合執(zhí)行體的基礎(chǔ)條例中所述，研發(fā)（以及部署計(jì)劃）過于樂觀。到2013年只有一部分總體規(guī)劃中的解決方案經(jīng)過了驗(yàn)證并準(zhǔn)備進(jìn)入開發(fā)階段。此外，2008年的經(jīng)濟(jì)蕭條和2010年的火山爆發(fā)（圖1）也嚴(yán)重影響到了研發(fā)工作的優(yōu)先級。在2014年，SESAR聯(lián)合執(zhí)行體的工作延期至2024年。在空中交通管理研發(fā)中，SESAR聯(lián)合執(zhí)行體同時(shí)獲得了公共資金和私人資金。歐洲委員會(huì)和歐洲空中航行安全組織均為資助單位，提供了近三分之二的研發(fā)預(yù)算，剩下三分之一的預(yù)算則來自于SESAR聯(lián)合執(zhí)行體的成員單位。經(jīng)過2014年的擴(kuò)員，SESAR聯(lián)合執(zhí)行體現(xiàn)有19家成員單位。研發(fā)經(jīng)費(fèi)以有限募集和公開募集兩種方式籌得。有限募集的經(jīng)費(fèi)主要提供給SESAR聯(lián)合執(zhí)行體成員單位的空中交通管理解決方案的成熟化和驗(yàn)證工作。探索性的、低成熟度的研究工作和一些規(guī)模非常大的演示工作則采用公開募集的方式。由于歐盟的資助來自于“地平線2020計(jì)劃”（H2020）的資金，一切有資格參加H2020的研究項(xiàng)目都可在H2020的規(guī)則下參與研究。到2013年時(shí)，已有部分空中交通管理解決方案成熟，并且，要實(shí)現(xiàn)空中交通管理現(xiàn)代化和“歐洲天空一體化”的目標(biāo)，最快捷的途徑就是及時(shí)、協(xié)調(diào)和同步地部署這些解決方案。因此，在2013年時(shí)，管理者啟動(dòng)了SESAR部署管理方功能。具體而言，部署管理方的職責(zé)是管理共同項(xiàng)目的實(shí)施。共同項(xiàng)目包括了由SESAR聯(lián)合執(zhí)行體提供的、成熟的空中交通管理解決方案。這是歐洲空中交通管理網(wǎng)絡(luò)“實(shí)現(xiàn)必要的業(yè)務(wù)變革”所需的解決方案，并且解決方案需要在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)和同步實(shí)施。部署工作由“連接歐洲基金”（CEF）項(xiàng)目提供資金，目的是在歐洲范圍內(nèi)進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。按照最初的設(shè)想，SESAR項(xiàng)目應(yīng)遵循從定義到部署的線性路線。如今，空中交通管理現(xiàn)代化需要持續(xù)的生命周期。SESAR聯(lián)合執(zhí)行體負(fù)責(zé)開展研發(fā)活動(dòng)并更新總體規(guī)劃以應(yīng)對不斷變化的外部條件或出現(xiàn)的新挑戰(zhàn)。每隔幾年，管理者就會(huì)征求各航空利益相關(guān)方的意見，以期找出差距，在此基礎(chǔ)上確定研究和創(chuàng)新需求并調(diào)整部署戰(zhàn)略。在總體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，SESAR聯(lián)合執(zhí)行體開展研究、開發(fā)和驗(yàn)證活動(dòng)，SESAR部署管理方負(fù)責(zé)組織實(shí)施通用項(xiàng)目。最新的第四版總體規(guī)劃考慮到了交通量的穩(wěn)步增長、日益嚴(yán)重的環(huán)境問題以及新興的新型航空器。迄今為止，SESAR聯(lián)合執(zhí)行體的工作計(jì)劃已成功驗(yàn)證了63個(gè)空中交通管理解決方案，還有79個(gè)解決方案正在準(zhǔn)備中并將在未來幾年內(nèi)交付。這些解決方案包括：成熟化未來概念的關(guān)鍵推動(dòng)因素，如遠(yuǎn)程塔臺(tái)、分離時(shí)間和延期到達(dá)管理[進(jìn)港排序輔助決策系統(tǒng)（AMAN）；以及虛擬中心、改進(jìn)的航空氣象（MET）信息和完整廣域信息管理（SWIM）。每一個(gè)解決方案都涉及業(yè)務(wù)、安全、性能、人的行為等方面以及標(biāo)準(zhǔn)化材料。SESAR解決方案已應(yīng)用在歐洲的300多個(gè)地點(diǎn)，而共同項(xiàng)目的實(shí)施工作也正在繼續(xù)進(jìn)行。盡管如此，在部署策略方面仍有改善的空間，歐洲審計(jì)院報(bào)告指出：“我們認(rèn)為，歐盟以共同項(xiàng)目形式進(jìn)行的管理干預(yù)可以帶來附加價(jià)值。但我們也發(fā)現(xiàn)，歐盟提供的空中交通管理現(xiàn)代化資金在很大程度上是不必要的，資金的管理也存在著一些問題?！痹搱?bào)告認(rèn)可了及時(shí)、協(xié)調(diào)、同步部署解決方案對現(xiàn)代化的價(jià)值，但也指出，資金的管理需要專注于轉(zhuǎn)型解決方案而不是局部改進(jìn)。三、歐洲空中交通管理現(xiàn)代化的未來發(fā)展最新的總體規(guī)劃列出了三大挑戰(zhàn)：一是交通流需求與現(xiàn)有空中交通管理空域容量不匹配；二是亟需更加嚴(yán)肅地對待環(huán)境問題；三是空間領(lǐng)域中新參與者的增多。在管理日益增加的各類空中交通容量方面，歐洲的空中交通管理基礎(chǔ)設(shè)施容量已經(jīng)達(dá)到了極限。據(jù)預(yù)測，在未來17年內(nèi)，常規(guī)航空運(yùn)輸量將增加50%，而累計(jì)延誤的風(fēng)險(xiǎn)將達(dá)到目前的15倍。這種增長引發(fā)了人們對于環(huán)境和健康的擔(dān)憂，而這也是歐盟在《歐洲綠色新政》中做出的承諾。從本質(zhì)而言，空中交通管理在減少航空排放方面的措施是有限的。憑借充足的空域容量和靈活性，可使飛機(jī)安全地飛行在環(huán)境優(yōu)化的軌跡上，從而減少排放。此外，新型航空器，如極低空無人機(jī)、軍用中高空長航時(shí)無人機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)空中巴士、超高空（FL600+）作業(yè)飛機(jī)、下一代超聲速飛機(jī)和電推進(jìn)飛機(jī)等，都需要考慮到，并將其納入傳統(tǒng)的空中交通管理中來。基于這些挑戰(zhàn)，管理者提出了“關(guān)于歐洲空域未來結(jié)構(gòu)的建議”（即AAS）。這一提案以SESAR空中交通管理解決方案（記錄于總體方案）為基礎(chǔ)，與一項(xiàng)新的目標(biāo)結(jié)合。根據(jù)該目標(biāo)，未來將采用轉(zhuǎn)型技術(shù)并加快使用數(shù)字化技術(shù)，以增強(qiáng)自動(dòng)化和虛擬化。未來的研究項(xiàng)目也需要指向更高的目標(biāo)。需要克服各國空中交通管理系統(tǒng)帶來的困難和不足，并建立新的、以服務(wù)為導(dǎo)向的空中交通管理架構(gòu)。二者有何區(qū)別？目前，各個(gè)ANSP都擁有航空服務(wù)所需的所有需求，即通信、導(dǎo)航、監(jiān)視、空中交通和空中交通管理數(shù)據(jù)服務(wù)，這些服務(wù)都緊密地集成在了傳統(tǒng)的空中交通管理系統(tǒng)中。這些系統(tǒng)通過不同的空中交通管理接口標(biāo)準(zhǔn)連接，導(dǎo)致其交互操作性有限、維護(hù)成本高并難以實(shí)現(xiàn)新系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。在以服務(wù)為導(dǎo)向的架構(gòu)中，這些緊密集成的服務(wù)將分解為獨(dú)立運(yùn)行的服務(wù)，并可以在任何地方運(yùn)行。借助于數(shù)字手段，可以將信息服務(wù)的提供與執(zhí)行信息服務(wù)的物理硬件彼此分離，從而實(shí)現(xiàn)空中交通管理服務(wù)的虛擬化。虛擬中心這一概念較為靈活。一個(gè)虛擬中心可由一個(gè)或多個(gè)空中交通服務(wù)裝置（目前的ANSP）組成。這些裝置使用一個(gè)或多個(gè)空中交通管理數(shù)據(jù)服務(wù)提供商遠(yuǎn)程提供的空中交通管理數(shù)據(jù)服務(wù)。由此，可以在任何位置上提供空中航行服務(wù)而不受國家領(lǐng)域的限制。如要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究的重點(diǎn)必須放在虛擬架構(gòu)的少數(shù)突破性技術(shù)上。需要著力研究監(jiān)管問題，包括允許成員國在其領(lǐng)空內(nèi)靈活改變對空中航行服務(wù)的責(zé)任；高度自動(dòng)化系統(tǒng)的認(rèn)證和批準(zhǔn)；管制員培訓(xùn)和認(rèn)證的變革；轉(zhuǎn)型后空中交通管理系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)監(jiān)管方面的變革。新的架構(gòu)是一種框架。為了實(shí)現(xiàn)這一架構(gòu)，需要各個(gè)組織高度協(xié)調(diào)，并執(zhí)行共同商定的服務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施原則。架構(gòu)一旦建立，將允許系統(tǒng)的不同部分根據(jù)當(dāng)?shù)匦枨笠圆煌乃俣劝l(fā)展，同時(shí)保持網(wǎng)絡(luò)層面上的整體一致性。截至撰寫本文時(shí)，全球空中交通管理價(jià)值鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)——航空公司、