空域资源优化配置及调整策略研究

黑妍茹，胡明华

（南京航空航天大学民航（飞行）学院，南京 210016）

空域资源优化配置及调整策略研究

黑妍茹，胡明华

（南京航空航天大学民航（飞行）学院，南京 210016）

近年来，不断增长的空中交通需求以及有限的空域资源之间的矛盾日益突出，尤其是在飞行量密集的多机场地区。在研究如空域灵活使用等国外空域管理方面的经典理论，以及已在实践应用层面取得的成果和经验的基础上，结合中国空域自身的条件及特点，从低空空域资源、军民航协调机制、多机场地区空域资源统筹三个方面作为切入点，提出了相应的空域资源配置及调整的构想，并详细阐述了实施的方法，得出了采用更科学优化和共享模式的空域资源使用方式才是解决中国空域紧缺的有效手段。

空域管理；空域灵活使用；军民航协调机制；空域资源

全球经济一体化促使航空业蓬勃发展，伴随飞行量的骤增，机场建设热正在全国范围内展开。根据《全国民用机场布局规划》[1]，为促进经济社会发展和对外开放的进一步深入，结合未来国家社会经济发展总体战略部署，国家将投入约1 400亿元人民币用于机场建设，“十一五”期间，全国将新增52个机场。仅长三角地区，现已拥有上海浦东、虹桥机场，南京禄口机场，杭州萧山机场等大小11个机场，预计到2020年，这一地区的民航机场将增至48个。

然而，从航空运输业系统运行的角度出发，作为整体系统中的硬件设施，单纯地增加机场及跑道，并不能带来交通容量的同比增长，事实是同一机场内以及相邻机场间，起降能力不能无限增加，空中交通容量的增加同样有限。这一方面受限于空管能力的水平，另一方面，还受到空域资源配置及规划管理等问题的制约。相对于人为因素的不确定性，空域的合理优化及调整策略显然更具实际意义。

国外对如何充分以及更加灵活的使用空域这一问题自20世纪50年代开始，进行了数十年的研究，“空管一体化”、“一个天空（SES）”、“空域灵活使用（FUA）”等方法与理念都取得了较多成果。在吸纳国外先进思想的同时，也需正视中国特殊国情下空域现状及其自身特点。本文结合目前中国空域管理水平和发展趋势，研究并提出了几种具有中国特色且合理有效的空域资源优化及配置方法。

1 空域资源配置及调整

近年来，空域作为资源的概念在经济学领域中受到广泛关注并得到进一步的拓展，其观点对于以空中交通管理技术理论为研究中心的“空管学派”有诸多启示。

空域资源限制凸显，表现在繁忙地区的狭小区域内分布过多的机场，航班流高度密集，而相对空域资源不变，造成空中航路拥挤、通航能力受到干扰、安全隐患及管制员工作负荷也随之增加。从经济学角度解读，这体现了空域作为资源的稀缺性[2]。

同时，空域具有提供效用和创造价值的经济性。因此，提高空域使用效率和提升空域容量的关键问题，是如何优化配置及调整空域资源。

1.1 平衡用户需求

空域管理是指依据既定空域结构条件，实现对空域的充分利用，以满足不同空域用户的需求。

显然，空域用户的使用需求是配置空域资源的基础，也是空域划设、调整及使用方案的设计出发点。以航空运输类型来划分，空域用户可分为军事航空（军用）、公共航空运输（定期商业航班）、通用航空（其它民用航空活动）。

1.1.1 释放低空空域资源

通用航空涵盖包括从事工农林渔和建筑业的作业飞行以及气象探测、抢险救灾、教育培训、商务飞行等社会、经济公共服务。

2007年，中国全行业通用航空完成作业飞行小时10.96万小时，如图1所示，比2006年增长19.2%，全行业在册通用飞机共457架；2008年全年作业飞行量达到12.26万h，比2007年增长12%，通用飞机在册总数为898架，通用航空机场70个，临时起降点329个。根据中国民航部门预测，预计2010全年通用航空作业飞行时间将达到约14万h。尽管与美国、加拿大、澳大利亚等国土面积相当的通航发达国家相比，中国通用航空的整体规模不大，如飞机保有量、飞行小时数以及通用机场数量都远低于这些国家，但未来发展前景不容置疑。

根据豪客比奇公司的估计，如图2所示，中国通用航空需求量将以每年20%的速度增长，到2015年，通用飞机总数达到2 800架；根据美国贸易发展署、中国美国商会和中国民航局的估测，到2015年中国将需要1 997架作业通用飞机和1 415架培训及私人飞机，复合增长率21%；根据中国民航总局的估测到2020年通用航空机对规模总数将达到1万架，复合增长率22%。

而以上高速增长的前提条件是，关键的基础设施、空域的可用性和有利的运行环境能够得到保证。三个因素中，低空空域的开放程度和运行管理最为关键。多年来，中国的空域分类问题始终被列为航行缺陷，根据国家空管部门的“十一五”规划，中国空域分类将在2010年完成，这也意味着低空空域将逐步开放。

以此为基础，中国的低空空域资源应具有这样的规划目标：

1）最大程度保证通用航空活动的灵活性。在确保公共运输航空、军事航空使用空域的同时，考察通用航空需求分布时段，尽可能多地将低空空域资源释放给通用航空使用，减少类似不定时公务航空为避开民航运输高峰，在主要繁忙机场只能选择凌晨00∶00点至06∶00点起降的局限。

2）最大程度保证通用航空活动的时效性。设立专门的低空飞行管理机构，提供完善详实的低空飞行信息服务的基础资料，如目视航图及相关补充资料，建立信息数据的收集、校准、更新和发布机制，划设低空监视空域和报告空域，针对性的简化飞行任务和计划审批程序。

3）最大程度减轻管制员对通用航空提供服务的工作负荷。在低空空域应用空管新技术，采用定点式布防低空一次雷达，建设无源探测系统等手段，提高对低空空域使用的安全监控能力；采用地空通信组网技术提高对低空管制空域的通信覆盖能力；继续推进广播式自动相关监视（ADS-B）在通用航空领域的应用。以减轻管制工作负荷为原则，结合空域分类中低空管制要求，对非管制空域提供飞行情报服务和告警服务，创造用户和管理者宽松的双向运行空间。

1.1.2 军民航协调机制

尽管低空空域资源的释放，将有效缓解空域资源紧张的状况，但空域拥塞的根本原因并未解决。

中国的航路航线网络形成于20世纪70年代，曾满足了一定时期军民航用户使用空域的需求。但在近十几年来，相对于以空军为主体的空域管理陈旧的空管体制构架以及基于原有空域结构的局部修补式调整和优化的是：中国航空运输总周转量年均两位数的高速增长。

以军航为主导的协调机制和空域结构调整的不彻底性，两方面都体现同一个问题，即空军在空域使用上拥有的绝对话语权。空军兼有空域管理者和使用者的双重身份，这意味着在军民航空域需求出现矛盾以及民航希望推进新的航路网络规划时，以空域资源利用最大化出发实施空域资源再分配的公正性将很难得到保证。

空域灵活使用概念及技术[3]是目前国外航空发达国家积极推进和实施的一项计划，旨在通过消除军民航对空域的控制权，将空域看作一个连续的整体，采取空域三级管理，采用灵活空域结构和程序实现最有效地使用空域。

根据中国近年军民航使用空域的协调情况，可以看到一种趋势，即固定航线划设越来越少，临时航线日渐增多，有数据显示，中国军民航在2009年新辟临时航线35条，全国临时航线总数达到77条，总距离26 700 km，全年约21.5万架次航班使用临时航线，缩短空中飞行距离约8 650 000 km。军航其自身多变化的空域需求，使得释放临时性空域正逐渐成为主流，而这正符合基于划设临时航线的空域灵活使用机制的构想。

由此可见，中国有进一步开放空域并实现灵活使用的需求和能力。但制约其继续发展的是尚不健全的军民航协调机制。而在FUA概念中，衡量一个国家的军航和民航用户能否通过FUA概念安全、高效地使用空域，完全取决于它在ASM（Airspace Management）三个等级中的军/民航协调能力[4]。

对中国军民航协调机制的改革，首先要明确的是协调能力发挥的多少，最核心的是在军民航协作、互信观念渗透的情况下，空域信息共享方面的透明化和便捷化达到的程度。因此迫切需要搭建全国范围内军民航共享的空域管理信息平台，统一收集、处理和监督各种用户的空域使用信息。以此为基础，军航和民航用户合作使用空域的具体细节才能得以展开和实现。

其次，对于国家空域管理权限，在今年空域分类实施后，预计中国也将在开放、公平与互利的空域管理原则上，明确并建立空域的统一管制体系，如军民航各类运输飞行很可能采用统一的国际民航组织标准。考虑到军事航空的需要及地位，在不能将国家空域的管理权限完全转交给政府的阶段或情况下，为保证空域管理权限的公平性应增强民航空域管理机构协同军航决策的权力，起到平衡或制约军航对航路航线调整等空域使用和管理上的绝对控制权。

另外，依托现有的军民航三级协调机制的框架，完成三级管理从松散联系型到紧密合作型的转变。其中，战略和预战术层面，通过进一步制定或者修订完善相关法律、法规及标准，能够从宏观上保证空军、海军、民航局三方利益及协调机制的顺利推进。战术层面应着重于军民航实时对空域协调的能力，如有效应对军事、通用航空使用空域调整计划或应急空域使用需求，以及流量控制时发生大面积延误等情况。

根据EUROCONTROL空域灵活使用在各成员国执行情况的最新报告，由于经济效益及操作实施等多方面原因，空域的灵活使用主要集中在战略和预战术层，而忽略了战术层对空域实时的动态管理，因此尽管飞行效率有所提高，但军民航在空域的分时复用领域还未积累经验。这说明，达到透明及高效的空域信息共享网络及高度密切合作的军民协调机制并非易事，需要组织领导、军民配合、信息联网、经费支持等各方面的建设支持，为此，建议在中国构建空域灵活使用机制的过程中，在机制、技术和手段得到保障的条件下，分阶段分步骤监督并评估改革效果。

1.2 基于机场布局的空域资源配置

中国机场体系初步形成以北京、上海、广州为主的三大区域机场群体，机场区域分布的数量、规模和密度与中国区域经济、社会发展水平和地理格局相适应，这也促使中国民航运输网以基于机场空间布局的中枢轮辐式与城市对相结合的方式形成[5]。由于三大区域机场系统承担全国约70%以上的飞行量，所以此类多跑道多机场繁忙区域在空域资源分配与利用上的竞争性具有一定典型性。

以珠三角地区为例，如图3所示，珠海和澳门，深圳和香港，机场间的直线距离很短，整个区域内五大机场的跑道密集，同时跑道方位相互交错，飞行程序相互交织，升降地带重叠，存在穿越情况，同时运行时矛盾非常突出，其直接影响是潜在飞行冲突和管制压力随之增加。

区域多机场空域使用的特点可概括为：多机场系统空域内飞行量密集；各机场独立发展受空域、环境、资源等刚性约束条件制约作用明显；机场的分布状况及密集程度，严重影响各机场相对空域的使用率。

对应于三大区域机场群的空域结构，多以各机场在一定时期内的飞行量及机场定位为依据分别划设，在经过几十年的经济发展及区域建设之后，尤其是当前机场体系初具规模的情况下，原有空域结构的限制及与机场发展不相匹配的空域配置等都已显露，这也是中国其他飞行繁忙地区机场同样存在的问题，因此有必要借助科学的仿真手段，进行空域评估，以此为依据重新规划空域或进一步优化调整空域结构。

针对区域多机场系统的空域划设应从机场布局出发，需体现区域整体性特征，内部再进行飞行流梳理，统筹兼顾区域及内部机场间的需求。围绕机场布局出发的全面协作模式的空域资源优化和配置需考虑几个方面：

一是明确各机场间的定位和分工，分析空域容量评估数据，进行区域内多机场空域结构优化和调整，充分协调并保证区域内各机场较高的相对空域使用率，规划或调整航路航线，体现核心机场对干、支线航空运输协调发展的合理引导作用。

二是有效配置空域资源以充分发挥区域多机场群的整体优势和作用，形成具备区域乃至全球竞争力的综合枢纽。同时，与区域外其他相邻空域流畅衔接，保证航空客货进出区域的快速流动，增大空域容量。

总之，定位于区域多跑道多机场区域的全面协作空域模式，强调形成紧密协作和良性竞争的格局，在与军航规划有效衔接的情况下，将分散空域资源进行一体化配置，以提升空域利用率和空域容量。

2 结语

空域资源的有限性及使用价值已在国内外民航界形成广泛共识，相关的课题研究大体分两类，一类集中在区域扇区如何划分，如动态扇区合并及拆分问题，此类研究多关注空域资源划分后的合理性，即管制员能否在调整后的扇区内保障航空器安全的问题，具有一定的局限性。另外一类即EUROCONTROL和美国积极推进的FUA理念，但由于其具有鲜明的适用范围及条件，还未能在其它国家和地区实施。因此，适于中国空域环境及民航特点的空域资源整体规划及优化配置问题长期以来并未形成清晰思路。

本文立足于中国国情，分析研究了中国空域自身特点以及目前面临的问题，首次在充分空域资源研究方面宏观与微观结合，从释放未利用的低空空域、完善阻碍空域灵活使用的军民航协调机制、基于机场布局的空域结构再优化三个方面详细阐述了如何提高空域使用率，提出了相应的调整策略和实施方法。以使有效空域资源发挥更大效用。其中，低空空域资源的开放问题与2010年国家空管委确定完成的中国空域分类目标挂钩，未来几年有望看到低空空域开放后在充分使用空域资源方面带来的成效。

[1] 中国民用航空总局.全国民用机场布局规划[G].2007.

[2] 刘 军，米传民.空域资源的经济学分析[J].商业时代，2008（5）：100-101，107.

[3] 徐肖豪，王莉莉.完善国家空域资源利用政策的建议[J].综合运输，2007（6）：28-30.

[4] EUROCONTROL.European Organisation for the Safety of Air Navigation，Directorate of Civil-Military ATM Coordination[G].2007.

[5] 杨 光.基于重大事件的空域结构调整辅助决策系统研究[D].南京，南京航空航天大学，2008.

Studies on Optimization of Resource Allocation and Airspace Structure Adjustment

HEI Yan-ru，HU Ming-hua
（The Graduate School College of Civil Aviation， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 210016， China）

Recent years， the contradiction between the air traffic requirement and the limited airspace becomes more and more conspicuous，especially in the multi-airport region where the most air traffic flow congregated.Based on the international advanced techniques in the field of utilization of airspace such as FUA （flexible use of airspace） and domestic situation， the paper states three methods： low altitude airspace management reform，army-civilian coordination strategy and airspace structure adjustment in the multi-airport region，in order to exploit the current airspace resources effectively and reasonably.

airspace management； flexible use of airspace； civil/Military coordination； airspace resource

V355

A

1674－5590（2011）02－0001－04

2010-09-25；

2010-12-28 基金项目：国家863高技术计划项目（2006AA12A105）

黑妍茹（1985—），女，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐人，硕士研究生，研究方向为空中交通系统规划管理与仿真研究.

（责任编辑：李 侃）