欧洲空域改革取得哪些新进展

□ 陈艳彦 潘卫军/文

2004年欧盟委员会为实现欧洲空域组织一体化、管理一体化和监管一体化制定了一揽子政策法规，颁布了SES（欧洲单一天空政策）法案，15年以来已经历经了从SES I、SESII到SES2+的三个演变发展。2018年，欧控组织（Eurocontrol）保障航班量达到1100万架次，年同比增长了3.8%，但也遭遇了十年以来最严重的航班延误，航班空中延误时长与2017年相比增长了105%，每个航班的空中延误平均时长达1.73分钟，与SES的目标年效率指标（至2020年航班平均延误时间缩短至0.5分钟）相比存在很大差距，促使欧盟反思和评估。

我们利用在德国汉堡培训的时机，研读了《关于欧洲未来空域架构的建议》、《未来空域架构过渡计划》和《欧洲空中交通管理（ATM）总体规划》最新研究报告，并进行了系统梳理，从欧洲空域改革新方向、应用新技术、过渡新方法等方面开展分析，结合我国空域改革的实际情况，提出我国空域改革的意见建议。

欧洲空域改革的新方向

欧洲空域改革的演变趋势是利用现代技术将管制服务从本地基础设施中剥离，同时利用数据资源丰富且安全保障的互联生态系统逐步提高协作和自动化水平，以此实现欧洲单一天空系统的远大构想。欧洲将在充分尊重成员国领空权的前提下建立动态空域系统，并从全欧航空网络的角度优化空域构架和资源配置，提高机场连通性，优化欧洲主要交通流量，向可信用户提供数据服务和先进的空中交通管制工具，从而实现高效安全的运行协作。

SESAR（欧洲单一天空ATM研究计划）的空域改革策略包括基于数字化的信息共享、系统集成及虚拟化和涵盖有人/无人机在内的所有载运工具融合运行等。总结来说呈现出三个显著特征：

（一）空域管理数字化

当前我们正处于数据驱动的社会，如今90%的数据量都是在过去的两年时间里产生的，且数字化革命已经触及到航空业，航司和机场已经开始推广应用大量的人工智能、大数据、云计算等技术。但与此同时，空域运行依赖的主要技术还源于五十年代，如地基雷达监视系统、基于甚高频的陆空通话方式、地基导航等等，与数字化时代发展相比显得格格不入，且欧洲空管系统仍然依靠管制员在固定划分扇区进行对空指挥来管理流量，无法按需动态调整以适应实时流量需求。为此欧洲提出了空域管理数字化的理念来解决这一困境。

面向服务的体系结构是空域管理数字化的基础。SESAR提出利用现代技术将管制服务从本地基础设施中剥离，在面向服务的体系结构基础上开展数字化转型，重新集成的服务能够提高灵活性、可扩展性和弹性，可以支持动态配置扇区和调整空域容量的目标。

欧洲空域架构研究的中

长期目标是将空域运行从以扇区为中心转变为以飞行/流量为中心的管理模式。通过采用广域通信技术，以飞行为中心的区域甚至可能比单个甚高频频率的覆盖范围更大；通过信息共享，实现基于航迹的运行（TBO），最后实现面向服务的空中交通管理。

（二）空域服务虚拟化

空域服务虚拟化是相对于传统的管制扇区服务和机场塔台空域服务而言，空域数字化转型完成后，管制服务和数据服务与空管基础设施实现了地理解耦，解除管制员只能为当地管制扇区或机场塔台服务的限制，实现了无缝的空中交通服务。

构建虚拟中心是空域服务虚拟化的重要抓手。在SESAR2020研究计划中，将虚拟中心定义为一个或多个空中交通服务单位使用空管数据服务提供商（ADSP）提供的数据服务。该概念使得管制服务与空管数据服务实现了地理解耦。通过服务接口协议，ADSP将整合来自多个国家的航班信息、天气、监视和航空信息，支持空管数据服务实现异地的无缝备份。一个管制单位可以使用多个ADSP的数据服务，或者一个ADSP也可以服务多个管制单位，使得跨越国家边界的空管服务成为可能，且不同扇区、不同管制中心之间的容灾备份也可轻松实现。

航路管制服务虚拟化提供动态扇区配置能力。通过数字化、虚拟化技术的应用，各国在名义上控制本国领土内的空中交通，但管制员可以在各空管中心的不同扇区之间进行灵活调配，使得整个欧洲地区具有高度互操作性（见图2）。各扇区和扇区组将进行重新设计或重新配置，以最大限度地支撑交通流量，保证航路空域、终端空域及其相应机场之间的连通性。各国可以动态配置扇区，并根据交通的实际需求和资源可用性动态调整空域容量。通过灵活和无缝的军民合作进行空域管理，最大限度地减少军事活动对航线网络的影响。

塔台管制服务虚拟化提供远程塔台管制能力。通过数字化、虚拟化技术可以将多个塔台所承担的塔台管制任务集中在一个远程塔台中心内运行，采用远程高清数字摄像机、气象传感器、音视频接入和其他相关设备实时采集机场和交通运行信息，能够将所管制机场场面、气象、交通等实时（信息传递的延误时间以毫秒计算）情况投影在远程塔台中心的环绕屏幕上，使得一个远程塔台可以监控并引导指挥一个乃至多个机场，为机场提供包括进近引导、场面监视、签派许可等全面的机场空中交通管制服务。

2015年第一个完全符合国际民航组织要求的远程塔台获得批准并在瑞典投入运行，同年度德国核准Saarbrucken机场进行远程遥控塔台运行。2016年爱尔兰正式使用全世界第一个多重远程塔台，控制中心设在首都的都柏林机场，由一位管制员同时远程遥控距离150公里与200公里外的2个机场。2018年，立陶宛空中导航服务商（ON）、德国宇航中心在布伦瑞克对多重远程塔台进行了第二阶段的验证。此次验证中，由1名管制员同时为3个机场提供空中交通管制服务。

由于不需要新建或少建塔台等空管工程，且管制员实现了集中部署，使得远程塔台具有明显的低成本和便捷性，特别适用于那些航班量有限，或是交通不便、开放时间有限、流量较小的机场，也可作为枢纽机场的应急备案。欧洲预期远程塔台是未来空中管制的趋势，将会大幅改变目前管制运作模式，可以实现安全与效率的平衡。

表1：远程塔台与传统塔台比较

（三）服务对象多元化

新技术革命是空域服务对象多元化的重要推手。在人工智能等全新技术革命为主的第四次工业革命浪潮中，无人机应运而生并蓬勃发展，成为先进生产力的重要载体，并逐步融入国家空域系统。民用无人机已经进入了以娱乐飞行为主向各行业生产工具载体转变的新时期，其涉及的应用已远远超出民航的传统领域，包括无人机的运行数量、起飞全重、应用场景、运行风险等要素正在发生深刻变革。根据最新的预测，商用无人机市场将大幅增长，预计到2020年全球无人机市场规模在精细农业领域将增长42%，媒体和娱乐领域将增长26%，基础设施检查和监测领域将增长36%，休闲活动方面则增长30%。

应对大流量、高离散的运行是全球民航面临的核心挑战。未来天空中，将出现几十万架有人机和无人机同时运行，蓬勃发展的无人机市场需求呼唤具备前瞻性、高度自动化和强连接性的技术和手段出台。为了让无人机安全可靠地与现有的飞机和其他飞行器融合运行，欧洲航空安全局（EASA）于2019年6月11日在其官网上发布了“欧洲无人机通用法规”，该法规内容包括“议会授权规章（欧盟）2019/945”（关于无人驾驶飞机系统和无人驾驶飞机系统的第三国运营人）和“议会实施规章（欧盟）2019/947”（关于无人驾驶飞机运行的规则和程序）。这些规章规范了无人机在欧盟内的自由飞行，并为欧盟内的无人机相关行业创造公平的竞争环境。

欧洲空域改革的新技术运用

新一代技术革命正在促进航空业形成新的价值链和生态圈，体现出强连接，高效率和高性能的特点。新技术的生命周期正在不断加速，环境要求对运行压力的影响越来越大，航空业需要适应生态系统建设的新要求。欧洲空域改革利用的动态空域管理、以飞行为中心的管理、基于航迹运行、基于性能的CNS服务、无人机空域管理等新技术，使得空管系统更具弹性和可扩展性，促进了空中交通管理资源的最佳利用。

（一）动态空域管理技术

动态空域管理的目的是通过增加空管单位职责范围内空域结构和管理的颗粒度和灵活性，改善民用和军用用户空域容量。通过技术和程序的集成，使得管制单位可根据需求动态修改扇区。

当前由于受经验和技能的限制，管制员只能在有限数量的扇区中安全工作，SESAR正在致力于通过提高自动化系统的支持来克服该限制，系统可以对管制员的相关知识进行智能补充，使管制员通过智能工具辅助与特定系统一起执勤，而与交付管制服务的地理区域无关。图3说明了传统情况下由一个区管中心静态管制的扇区，以及在空域容量动态管理理念下的两种潜在结构。在新理念指导下动态划分的Dx和Dy扇区结构内，区管中心1和区管中心2共同负责扇区S04、S07和S08的管理工作，该概念为扇区开放提供了更广泛的选择。

扇区融合和管理集中化是动态扇区管理技术应用的重要体现。为了改善服务多个近距离机场的终端航路和空中交通管制扇区的设计与管理，SESAR引入了两个或多个终端空域结构的融合，称为终端空域系统（TAS），如业务要求需要，终端空域系统可跨国界运行。马斯特里赫特高空空域管制中心（MUAC）及其合作伙伴加入了功能性空域区欧洲中枢（FABEC）。FABEC的目标是对6国空域实施融合管理，从而提高空域的运行效率。

（二）以飞行为中心的管理技术

以飞行为中心的概念将管制员的责任从管制一片空域变为管制沿各自航迹飞行的多个航空器（如图4）。多个管制员共同分担空域中以飞行为中心的航迹管理责任。

进入空域的飞机根据预先建立的逻辑（例如飞行交互、交通流量或复杂性）分配给工作量最小的管制员，从而实现更均衡的工作量分配。如果与虚拟化技术集成，将允许以飞行为中心的分布式管制员团队为空域提供更高效率的保障服务。

（三）基于航迹运行（TBO）技术

通过基于航迹运行技术的实现，改变空中交通运行现状，特别是提高交通的整体可预测性，有利于航空公司和空中交通管理运行效率的提高。SESAR中TBO目标主要通过三个阶段来逐步完成，具体如下：阶段1是“基于时间的运行”，目标是形成一个同步的欧洲空中交通管理系统；阶段2是“基于航迹的运行”，目标是形成一个基于航迹的空管系统，航迹运行各方通过网络共享4D航迹信息；阶段3是“基于性能的运行”，建成欧洲高性能、全覆盖并以网络为中心的空地无缝链接的空管系统。2019年，欧洲开展了对i4D运行的大规模演示验证，基于航迹运行工作已取得实际性进展。

（四）基于性能和面向服务的CNS技术

CNS底层基础设施和集成信息服务解耦后，可以逐步实现基于性能的CNS服务，用户只需定义技术特征，无须关心技术如何实现，高效支撑了SESAR各个运行概念的实现。

空地互操作性解决方案可支持新的多链路空对地通信环境，利用扩展的预测剖面（EPP）可以将机载航迹传输至地面系统，从而确保空中和地面预测的一致性，并提高管制员所使用的冲突检测和决策工具的性能。全系统信息管理系统（SWIM）利用通信网络和计算机技术，在全系统范围内实现飞行、流量、航行情报、航空气象等信息的共享，并保证信息的安全，是营造空管协同信息环境、实现四维航迹信息全生命周期管理的关键。目前，欧洲空管在这方面的投入与建设进度是全球领先的。

地面互操作性解决方案将允许管制员在相邻单元之间进行静默协调。通过这种方式，所有相关的空中交通管制单位始终保持同一飞行视图，支持跨境无缝运行，甚至是跨境自由航线运行。

（五）无人机空域管理技术

SESAR公布了两项将无人机整合到空域的重要工作计划，其中之一是无人机空域运行管理措施（U-space），对无人机服务和监管框架方面的需求进行了概述，另一个是将无人机整合到运行空域的实施路线图。

U-space是无人机空域管理的核心。U-space不是独立的空域，而是一组新服务和特定程序，包括注册、电子识别、地理围栏、飞行批准和追踪等，可以支持大量无人机的安全、高效访问，能够确保无人机在所有运行环境和所有类型的空域中的平稳运行。它满足了支持所有类型任务的需求，并且可能涉及所有无人机用户和无人机类别。U-space也是一个高度自动化的系统。无人机运行有大流量、高离散的特征，如果没有自动化支持将难以实施管理，迫切需要利用人工智能、大数据、物联网等先进技术来解决高密度运行与冲突检测等方面的管理问题。另外地理感知技术取代了之前“地理围栏”（Geo-fencing）的技术，可以积极预防无人机进入禁区，并配备了反黑客技术。

无人机运行需要解决的关键领域包括：

1.运行概念：为U-space建立运行概念（CONOPs），该项目研究了欧洲的无人机管理，特别是解决在机场和管制空域附近的无人机运行，以及在管制和非管制空域之间转换。

2.数据链：设计一种融合蜂窝网络和卫星网络的混合架构（DroC2om），确保使用U-space服务的无人机可靠运行。

3.无人机信息管理：研究如何开发一个基于云端的无服务器环境（IMPETUS/ DREAMS），该环境可以对不同业务类型的多个用户进行响应，包括与有人驾驶航空器的管理系统整合。

4.地面技术：了解U-space运行性能方面的需求并确定能够满足需求的各类技术，包括与有人驾驶航空器的交互（TERRA）以及U-space的追踪和监视服务（CLASS），目标有效融合现有的技术以构建无人机交通管理的核心功能。

（六）FRA自由航路空域技术

经过近几年欧洲自由航路空域（Free Route Airspace FRA）项目的实施，给空域用户提供了更多选择和更灵活环境，使其能够应对更加快速的交通流变化，促进节能减排和提升航班整体效率等方面成效显著。

基于传统导航方式和空域管理方式下的空中可用航路数量稀少(图6左侧所示为德国1956年空中航路)，FRA项目通过取消自由航路空域内固定空中交通服务航路，空域用户可在指定进出点之间自由选择飞行路线，可用航路航线数量成几何级数方式增加（如图6右侧所示）。目前，欧控范围内德国等10多个国家和地区已基本实现了全空域、全天候自由航路飞行。

欧洲空域改革过渡的新方法

SESAR未来展望是打造一个数字化的欧洲天空，即“自动化+互联化”。但在实现这一伟大目标的过程中无疑会面临很多挑战：一是飞行流量越来越大，预计2035年需支撑1600万架次仪表飞行以及庞大复杂的无人飞行需求；二是高度自动化的航空器，如单机组运行、城市飞行汽车、货运无人机等；三是前所未有的复杂场景，航空器种类越来越多，运行环境越来越复杂。总而言之，空管系统会发生巨大变革，将具备更高的自动化和更强的兼容性。因此SESAR拟定了3个五年计划以及落实3项改革措施来实现2020年至2035年的发展和平稳过渡。

（一）SESAR空域改革3个五年过渡计划

SESAR提出在3个五年期间实现欧洲单一天空系统的渐进式过渡战略，目的在于逐步增加容量，同时保持安全性，提高飞行效率并减少对环境的影响，这3个五年计划为：

到2025年，实施空域重新配置和颁布相应的法规来支持空域改革。

到2030年，通过推出虚拟化技术和动态空域配置来实施下一代SESAR技术，并逐步引入更高水平的自动化系统。新结构应支持在整个网络中共享资源（包括数据），支持灵活、无缝的民用/军用协作，从而为所有空域用户提供更具可扩展性和弹性的服务。

到2035年，空管网络从基于准时性的系统发展为基于网络可预测性的系统，该系统可以安全有效地管理1600万个航班（与2017年相比增加50%）。

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（二）SESAR空域改革过渡的三个方法

方法1：启动空域重构项目，通过基于现有成熟的运营概念和技术，如自由航路空域（FRA）、先进灵活使用空域（AFUA）、合作交通管理和动态分区等，有效识别和化解当前欧洲空域冲突热点（见图7），实现最优的空域重构。

方法2：依托成熟的SESAR解决方案，实施跨边界自由航路，以及空—地和地—地的数据连通。在2020年至2025年间，落实跨边界自由航路空域（包括国界/飞行情报区边界），并实施先进灵活使用空域计划。推进空地协同、地地协同和数据交换，以便能够协作管理空域和远程提供空中交通服务。

方法3：加快下一代SESAR技术和服务的市场化进程，通过虚拟化和允许数据在受信任用户之间自由流动，为欧洲天空的去碎片化（碎片整理）做好准备。加强与科研、标准和监管工作之间的联系，并通过“数字欧洲天空示范”网络加快工业化和市场化进程。

（三）空域重构过渡计划的多方协同

空域改革过渡需要利益相关方采取共同行动，并采取正确的顺序实现所设想的最终目标，由欧盟委员会负责监管。空域改革过渡计划路线图的总体逻辑框架如图8所示，其中两个核心支持因素包括空域重新配置及卓越运行方案和欧洲数字天空示范网络。

对我国空域改革的建议

中国与欧洲存在的许多问题是类似的，都面临着空域细碎、军民融合的阶段性问题和困难，都有运用智能化、网络化、大数据等新技术解决空域资源紧张的巨大需求，欧洲作为一体化空中交通管理体系的先行者，其成功经验和失败教训都对我国民航空域体制改革具有多方位的启示作用和借鉴意义。

（一）推进军民航空域融合，实现空域改革质量变革。欧控相关国家军民航需求复杂，但通过欧洲空域架构改革，采用先进的灵活使用空域策略，及时共享各自控制的没有使用的空域，实现了空域高效使用。当前，我国空域改革正处在关键期，我们可以借鉴德国空管的军民融合方式和平战结合的体制机制，采用预备役制度，建立动态空域分享体系，过渡到军民航管制员统一招聘，统一培训和统一管理，最后实现军民航共赢的目标。

（二）引入自由航路空域概念，实现空域改革效率变革。欧洲通过引入跨情报区和跨国境的自由航路空域概念，增加了空域灵活使用效率，优化了空域配置和运行协调，可以有效解决航班延误问题。当前我国虽然通过临时航线等方式在局部实现了灵活使用空域，但是军民航融合仍然不足，空域使用效率不高。建议我国空域管理改革分步实施，针对高空空域复杂度相对低的特点，首先实施高空以民航管制为主，再过渡到低空空域逐步移交给民航，并建立机制保证军方需要空域时能及时回收释放空域；我国在跨管制区边界的进出点相对固定而且移交高度也相对固定，不利于最优航路的选择，这也是国内在关键节点拥堵并导致大量延误的主要原因之一。建议借鉴欧洲实施的空域结构重构计划，也采取两步走策略，首先增加空域内固定空中交通服务航路数量，为每条固定航路提供两到三个备选航路和空域边界进出点的选择，待条件成熟后再过渡到引入类似欧洲的FRA概念。

（三）实施供给侧改革，实现空域改革动力变革。欧洲空域系统重构是针对难以解决的延误问题而提出的改革方案，其主要手段和技术都是首先使用现有技术，并找出最急迫的10个空域拥挤热点区域，有的放矢的进行空域结构探索性改革，待试点取得成果后再推广到整个欧洲区域。我国的空域精细化改革在三个地区已经进行试点，就是采用先在局部区域试点的办法，与欧洲空域改革异曲同工，要尽快推广到全国。

（四）加快实现空域数字化转型，提升空域保障能力。要加快空域数字化转型发展，加强基础设施建设，推动空地、地地数据共享，通过数字化运用、转型和融合发展，为自由航路和灵活使用空域提供支撑；通过合理的空域构型和高级动态空域管理技术推进动态容量管理；通过实施虚拟技术，建立空域扇区之间、管制中心之间的备份体系，推广远程塔台管制以及大型复杂机场地面运行的集中监控；开展无人机隔离空域运行试点，积极探索有人机和无人机空域融合运行研究，不断提高我国空域使用效率。