空中管型航路研究综述*

叶博嘉 薛奥林 田 勇 万莉莉 董云龙

(南京航空航天大学民航学院1) 南京 211106) (中国民用航空华东地区空中交通管理局2) 上海 200335)

0 引 言

随着先进的通信、导航和监视技术日臻成熟，全球空中交通管理(air traffic management，ATM)领域正酝酿着根本性的变革.先进的卫星技术引领着空中航行系统由陆基通信、监视和导航系统向星基通信、导航和监视系统过渡，为ATM新概念的提出和完善提供了机遇与挑战[1].管型航路是一种面向未来空中航行系统的新型空域，是由多股平行、近距航道构成的一种高空、高速“管道型”动态航路，可容纳高密度交通流，并具有占据空域少，柔性可变和动态激活/关闭等新特征.航空器采用基于数据链的通信、基于性能的导航(performance based navigation，PBN)和广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance-broadcast，ADS-B)等先进技术，在航路中实施基于航迹的运行(trajectory-based operations，TBO)和自主间隔管理，可有效突破当前最为棘手的管制员工作负荷瓶颈，并能降低空中交通复杂性，在保障航空运行安全的同时提升空域容量利用率.在突发性拥堵产生时，管型航路还能灵活的调整其空间位置和结构，动态激活或关闭，具备快速缓解空域拥堵、减少航班延误和避让危险区域的能力.

本文系统介绍了管型高密度柔性航路的研究背景和发展现状；重点阐述了其运行概念、物理结构、运行模式、网络布局和效能评估方面的关键技术和研究进展；归纳了管型航路下一步发展面临的难题和挑战，并提出了未来需重点拓展的研究方向.

1 管型航路运行概念研究

21世纪初，欧洲航行安全组织发布的技术报告表明，空中交通运行分布具有显著的聚集特性，“自由飞行”概念并不适于提升未来空域运行效能，全球新航行系统的研究焦点重新转向了基于航路的空域规划与管理.一种新颖的“管型航路”运行概念被逐渐提出、建立和完善起来，并成为了欧美等航空发达国家下一代空中交通系统升级计划的重要组成.管型航路的运行概念融合了动态超级扇区(dynamic airspace super sectors，DASS)、大容量管型扇区(high-volume tube-shape sectors，HTS)、空中高速路(freeways)、自主间隔走廊(self-separation corridors，SSC)和动态多轨航路(dynamic multi-track airway，DMA)等多种新型空域的原型概念.

DASS原型概念由美国乔治梅森大学的Alipio等[2-3]提出，是一种能“洞穿”现有管制空域的细长带状航路，见图1，其运行概念涉及空域结构、运行需求、系统组成和网络布局等，主要内容包括：DASS系统采用同向、单一高度层的设计和运行方式，与传统扇区相互隔离，仅允许获批准航空器进入；航空器需具备基于性能的通信、导航和监视能力，实施自主间隔管理和冲突避让；航路网络可根据天气和交通流变化动态调整，避让恶劣天气.DASS设计理念新颖，首次提出完全基于航路的空域设计和运行方案，打破了传统基于扇区划分和管制员指挥的管理方式，为提出管型航路概念奠定了良好基础.

图1 DASS结构

HTS原型概念由美国联邦航空局(FAA)下属CASTR实验室的Yousefi等[4]提出，以缓解繁忙城市对之间的空中拥堵为主要目标，是一种可容纳多股平行交通流的管道型空域，其运行概念涉及物理结构、航空器性能需求和网络布局三方面，主要内容包括：HTS系统采用类似地面高速路的水平多股、平行结构来提升空域容量，设计专属的出/入匝道、超越道和脱离道，并与传统扇区相隔离运行；基于已有航路，构建多组可同时服务一个或多个繁忙机场的HTS网络.HTS采用多股平行航路结构提升空域运行容量，初步设计了基于大型繁忙机场的网络结构，为后续提出管型航路大容量、高密度的重要特征提供了崭新思路.

Freeways原型是一种细长的长方体空域，其运行概念借鉴了HTS系统和“双重空域”思想，包括物理结构和空间布局两方面.在多股平行航路结构的基础上，划设出多个可选的飞行高度层，每次激活一个使用；设计出一种新型航路交叉结构，可实现与现有空域的交互运行；提出一种以距离环和交通流走向为依据的航路设计方法，以航路可服务的最大交通量为目标构建横跨欧洲的新型空域系统.Freeways系统在动态配置航路高度和复杂结构设计方面展开了全新的探索，为理清新型空域与现有扇区交互关系和新型管理机制提供了重要参考.

SSC原型[5]是一种双股近距平行管道型航路，其运行概念以完善航空器自主间隔运行管理为主要目标.SSC系统提出通过基于时间的管理方式实现空航空公司运控中心、机组成员和管制员间的信息协调；采用尾随间隔的方式实现航空器自主间隔管理，并在特殊情况发生时允许航空器自动退出.SSC系统为梳理高密度交通流和完善自主间隔管理特征提供了技术支撑.

DMA原型旨在不增加管制员工作负荷的情况下，大幅提升空域系统容量，是一种动态多层、多轨的新型航路.DMA改进了各类新型空域概念的核心内容，提出的运行概念包括：设计多层、多股、近距平行航路以容纳高密度、大流量交通流；提出速度指定模式和速度独立模式两种航空器运行模式；根据每日的运行需要确定最优的飞行航迹并避让恶劣天气.DMA系统融合了各种新型空域概念的成熟思想，并对各种特征进行了详细分析，技术报告的发布标志着管型航路原型概念的基本成熟.

为保障美国航空业的可持续发展，适应未来2～3倍于当前的交通增长量，美国国会授权成立联合规划和发展办公室(JPDO)，展开了下一代航空运输系统的升级计划，并正式提出建立管型航路系统：一种狭长的可容纳高密度交通流的辅助型航路，与传统空域相隔离运行，使用先进的通信、导航和监视等新技术，仅允许获批准的航空器进入，其主要特征如下： ①可容纳多股(平行)高密度交通流；②航空器在航路中实施自主间隔管理；③可根据天气灵活改变形状和位置并根据需要动态激活/关闭.

至此，管型航路的主要运行概念框架已正式确定，后续研究开始围绕着管型航路的物理结构、运行模式、网络布局和效能分析等方向不断深入.

2 物理结构与运行模式研究

管型航路物理结构与运行模式研究旨在保障高密度交通流安全、有序高效的运行.以航道层次架构来区分，管型航路物理结构的研究可分为基于单层次和多层次航道的研究.航空器在管型航路中的运行模式研究则可划分为速度指定模式和速度独立模式.

2.1 基于单层次物理结构与运行模式

管型航路早期设计与研究以单层次物理结构为主，从水平方向拓展传统航路，并设计相对应的运行模式.文献[2]提出了一种由1股主航道和2股辅道组成的静态单层、单向结构，总宽度为13 mile，高度为2 000 ft，见图1.其中，航路中心为主航道，主航道两侧各1.5 mile为辅道.航空器通常在主航道运行，当后方航空器需超越前方航空器时，前方航空器需切入左侧辅道，后方航空器切入右侧辅道，并在超越完成后各自飞回主航道.航空器与外界空域保持5 mile的侧向间隔和1 000 ft的垂直间隔，机动超越时两航空器间保持3 mile的横向间隔.在此单层结构和运行模式下，航空器运行效率提高，但航路容量绝对值的提升有限.

为进一步拓展管型航路容量，图2为一种动态可扩展的单层次、双向运行结构.该航路结构的横截面为矩形，包括多股可扩展的航道，各股航道属于等同关系.在内侧航道(例如：L1航道)的右侧，航路可根据需要不断拓展航道；在内侧航道左侧，则部署反向运行的管型航路，不同方向航路之间需保持20～30 n mile的横向间隔，以保障单层双向结构的安全运行.该航路的进出口结构设计较为复杂：进口在航路运行下方，由多股平行于航路的进入道和单股垂直于进入道的连接道组成；出口在管型航路上方，由多股平行于航路的脱离道和单股垂直于航路的汇聚道组成.此动态结构可进一步扩充航路容量，然而空中交通运行复杂性也在明显的增加.

在上述两种具有代表性的单层次物理结构基础上，文献[6]则改进了单层、单向结构，提出一种近距离平行航道构建方式，即采用偏离原航路中心左右各1.5 n mile构建两股完全相同的航道，航空器在两股航道中各自运行，并自主保持安全间隔.Hoffman等[6]提出单层、单向四股航道平行结构，并为航空器设计了基于指定速度的平行编队飞行和梯形编队飞行方式，可增强航空器在管型航路中的态势感知能力.Wang等[7-8]对单层、双向结构匝口进行了设计，并对航空器在航路中的跟驰现象进行了研究和建模.Takeichi等[9-10]提出一种基于速度控制的分布式控制算法，改进了航空器在近距离平行航道中的运行细则.

总体来说，在单层结构中，管型航路容量利用率与传统航路相比有了明显提升，航道也具备动态扩展能力.然而，随着航道数量增加和交通密度的持续增大时，同高度层中交通流的运行风险呈非线性快速增长.尤其是设计了逆向、交叉交通流的结构，在导航和监视系统出现故障时，潜在风险非常大.

图2 Freeway结构示意图

2.2 基于多层次物理结构与运行模式

多层次物理结构的研究是在对管型航路特征充分认可的情况下展开，旨在全面完善和发展这种新颖的空域概念.文献[8]提出了一种多层、多股、双向结构，见图3.在同高度层设置多股平行航道的基础上，设计逆向航路与顺向航路成对出现，但部署在相邻的高度层以保障逆向运行的安全.航路可用飞行高度层设在FL300～FL390，并可根据需要激活使用2,4个或更多高度层，见图4.

图3 动态多轨航路结构

图4 DMA高度层设计方案

在运行方面，该多层航路采用速度指定模式或速度独立模式.速度指定模式是指各航道均有指定的速度，见图5，航空器需根据其最佳巡航速度选择速度相近的航道，并与前方航空器保持安全间隔等速飞行.各航道可以根据交通流混合比动态分配指定速度，以提升航路容量利用率.速度独立运行模式是指将航道划分为主航道和辅道，航空器可按最佳巡航速度在主航道运行，当其速度快于前方航空器时，可借助辅道完成超越.图6为由2股主航道和3股辅道组成的速度独立运行航道.多层、多股、双向结构可有效提升空域容量及其利用率，并降低同层逆向交通流的潜在运行风险.然而，该结构占据了较大的物理空间，航路交叉时复杂度非常高，与机场终端区融合难度也较大，航路在遇到恶劣天气时的灵活性也不够.

图5 指定速度运行模式

图6 速度独立DMA运行模式

Yousefi等[11]则结合区域导航的Q-航路设计了一种双层、双股、单向管型航路结构，见图7.航路以双层、同向的平行Q-航路作为基本结构单元.水平方向上，航道中心线间隔8 n mile，距航路边缘4 n mile；垂直方向上，两层航道间隔1 000 ft，距航路边缘有300 ft缓冲.当两条管型航路交叉时，航路交叉区域将产生结构变换，两条航路分别向上、向下拓展，通过高度层变换保障了安全，又不占用额外的高度层，完成交叉后即可恢复原状，见图8.该结构占据物理空间小并具有较强的灵活性，在提升空域容量及其利用率的同时，有效的解决了管型航路交叉时产生的复杂度和运行风险问题，具有较好的应用前景.

图7 基于Q-航路的管型航路结构

图8 管型航路交叉结构及航空器运行

其它关于多层管型航路结构和运行模式的研究还包括：Guichard等[12]将管型航路部署在多个不连续高度层的多层结构，以避免高度层的颠簸，但进出管型航路时的复杂度较高.Xue等[13]使用三个相邻高度层构建出两个运行层和一个超越层的多层双向可超越结构，当航空器需要超越时则上升/下降到中间高层运行，在超越完成后飞回原高度层，运行上具备良好的效率，但占据的高度层较多.Wing等[14]则针对航空器自主间隔管理和运行的规则、程序和系统需求展开了深入的研究和分析.总体来说，多层结构可保障管型航路运行安全性的前提下提升容量，却以增加运行复杂度和降低航路灵活性为代价，如何能平衡好各项指标的关系应作为后续研究的关键问题.

3 管型航路网络布局研究

管型航路网络布局研究旨在确保在保障管型航路中航空器安全和高效运行时，充分满足各地区的飞行需求.根据管型航路网络设计视角的不同，现有研究主要可划分为基于城市对飞行班次的网络布局方法、基于机场群聚类的网络布局方法和基于空中交通流密度聚类的网络布局方法三大类.

3.1 基于城市对飞行班次的网络布局方法

基于城市对飞行班次的网络布局方法是最早提出的较直观的布局方法.从分析城市对之间的航班飞行班次入手，选择航班飞行需求较大的城市对航线为基础，设计和优化管型航路网络.

文献[11-12]对美国各城市对的单日飞行班次进行统计，首次提出在城市对飞行班次较大的机场之间设置管型网络的布局方法.文献[13]对美国本土1周航班飞行班次进行分析，表明高达33%的航班量在10%的城市对之间运行，由此提出以这些城市对间的航路为基础，设计管型航路网络.文献[14]采用美国本土1年的飞行班次数据，以城市对距离和飞行班次为指标设计包括25条航路的管型航路网，见图9.

图9 基于25个城市对飞行班次的管型网络

基于城市对飞行班次网络布局方法的实质为对繁忙城市对的识别，易于理解，但所能服务的航班量较小，且先前研究中尚未对城市对间飞行班次的阈值进行分析，以确定覆盖交通量与航路数目的平衡点，设计出高效的航路网.

3.2 基于机场群聚类的网络布局方法

基于机场群聚类的网络布局方法通过对繁忙机场进行聚类为机场群，并选取航路节点，设计管型航路网络，以提升管型航路可服务的空域范围和航班数量，图10为基于机场聚类方法生成的符合中国空域结构的管型航路网络.

图10 中国地区基于25个机场群聚类中心的管型航路网络

文献[14]提出以欧洲各国的国际机场为中心，150海里为半径划设距离环，并以服务机场最多为目标，设计出可服务欧洲2/3以上国际航班的管型航路网络.Sridhar等[15]提出选取美国交通量最大的250个机场，分别采用区域增长法和加权近似分类法对各机场进行聚类，以聚类中心为管型航路节点设计管型航路网络，再结合狄洛尼三角剖分优化设计管型网络，研究表明当生成18个聚类中心时效果最好，两种管型航路网络可分别服务55.43%和99.05%的航班总量，航班直达服务率为17%.

Kotecha等[16]认为管型网络的节点过多会造成航路交叉造成复杂性过大，基于Dijkstra算法简化航路节点，以额外飞行距离、航路角度和进/出口点为约束条件，对初步管型航路网络进行优化调整.Sridhar等[17]基于网络流成本的方法，对基于机场群聚类的管型网络运行效率进行优化.以管型航路利用率、额外飞行时间作为为关键的目标函数，采用CPLEX软件求解所建立的混合整数规划模型，优化后的网络在总长度减少约1/2的条件下，交通瞬间占用率提升了约2倍.王莉莉等[18]以中国机场吞吐量、度中心性和地域重要为考虑因素，提出一种基于Floyd算法和角度限制的网络优化设计方法.Colon等[19]从图论的视角出发，提出一种基于Voronoi图的管型网优化方法，基于国际航空协会提供的东亚国际机场起降架次，构建的35条管型网络可以服务67个机场间约82.8%的航班量.

基于机场群聚类的网络布局方法有效提升了服务范围，增大了网络覆盖交通量，但如何合理的选取初始机场数量，以及最优的聚类数目成为该方法的关键问题，直接影响到最终网络的规模大小，再者，该方法构建的网络还是相对静态，只是满足了管型航路运行概念中的大容量特征.

3.3 基于空中交通密度聚类的网络布局方法

基于交通密度聚类的网络布局方法空中交通流进行分析和聚类，构建满足空中交通实际运行需求的管型航路网路，设计良好的网络还能与气象信息相结合，实现管型航路网柔性的调整和动态激活与关闭.

Sheth等[20]提出一种基于航班密度的管型航路网设计方法，将美国本土空域划分相同大小网格，统计网格中的航班数量并选取数量较大网格，将航班的起止机场进行分类，其后选取最繁忙的50个机场对作为起止节点，构建管型航路网络.Xue等[21]提出了一种基于Hough变换的管型航路网络布局方法.基于Hough方法对航空器的大圆航迹转换为Hough空间中的点，通过网格聚类方法选择Hough空间中密度最大的60个聚类中心构建管型航路网并基于遗传算法对网络进行优化.

Yousefi等[22]提出了一种基于速度矢量的管型航路网络优化设计方法.将航空器历史航迹离散化处理，并提出一种基于速度矢量距离的聚类方法，构建管型航路网络.采用建立滑动窗口框架，对航路元素中的中心线的坐标，航道数、航路激活时间等进行动态计算，实时改变管型航路走向，有效避免恶劣天气或利用高空风.Han等[23]对Xue的研究进行了改进，提出通过对航迹位置进行分类(国内/国际)，综合考虑每条航迹的权重，采用层次分析法进行聚类划分，以自由链接图模拟特殊使用空域，构建了中国的无冲突管型航路网.

基于空中交通密度的网络布局方法从航班实际航迹入手，能准确的识别空中交通的发展趋势，定位空中交通拥堵时空点，可体现管型航路柔性和动态性的特征.由于管型航路的特殊性，现有研究尚未提出系统的管型航路网络评价指标，应结合管型航路特性从效率、容量、经济、安全、环保等方面对其展开研究.

4 管型航路运行效能分析

效能分析是管型航路研究的重要方向，其目标是客观、准确地评估管型航路的关键运行特征，根据管型航路效能分析对象的不同，相关研究可划分为单条管型航路效能分析和管型航路网络效能分析.

4.1 单条管型航路效能分析

单条管型航路效能分析是指通过对单条管型航路的物理结构及航空器运行规则进行建模，采用人机环仿真或分析的方法度量管型航路的效能指标.现有研究主要从容量、风险和复杂度等方面展开.

管型航路容量是指单位时间内，航路可服务的最大航空器数量.Welch等[24]研究表明，航空器运行速度、飞行间隔和航道数量成为了决定管型航路容量的关键因素.在速度独立模式下，文献[14]指出，以3 min为航空器纵向间隔，包括五股航道的单层管型航路的最大容量应为100架次/h.文献[18]以5 n mile距离为最小纵向间隔，分别指定单股航道的巡航速度为492，476，460，444和428 kn，评估得出包括五股航道的管型航路最大容量为460架次/h.在速度独立模式下，准确评估航路容量较为困难.叶博嘉等[25]以双股的近距平行Q-航路为基础，结合航空器动力学模型和控制理论，提出一种可换道、超越的自主间隔管理的仿真模型，在以5 n mile为最小纵向间隔，管型航路最大容量为230架次/h.

管型航路风险是指航空器在管型航路中自主间隔管理时发生危险的概率.航空器在自主间隔管理下的运行风险主要通过人机环建模和蒙特卡洛仿真方法来研究.在管型航路中，文献[17]以短期冲突告警和侵入告警次数为指标，研究表明管型航路与传统扇区的风险水平近似，且构建管型航路也不会影响传统扇区的运行.Ye等[26-27]提出一种面向管型航路的航空器自主间隔管理方式，当航空器之间预计小于最小安全间隔时，可执行航道切换和航道脱离来避免风险.研究以航空器的换道概率和航道脱离概率为风险指标，通过蒙特卡洛仿真表明，管型航路的换道概率和航道脱离概率分别为0.31%和0.27%.Shortle等[28]采用分布式的间隔管控方法，基于动态事件树和可靠性图的方法，确定航空器的最终碰撞概率约为10-9次/h.Wang等[29]对管型航路的出入口运行及航空器在水平方向的汇聚进行了碰撞风险分析，表明当航空器地速为485 kn，航路中心水平间隔为13 n mile时，航空器满足国际民航组织提出的5×10-9次/h横向碰撞风险.

管型航路的复杂度主要是指航空器在管型航路中运行时的内在困难程度.文献[29]以航空器冲突解脱次数为复杂度指标，建立了一条涵盖3个高度层(顶端、底端的运行层和中间的超越层)的管型航路，设置了4股、8股和12股可选航道，对608架次航班进行仿真，实验表明在设置管型航路后，航路阶段复杂性降低了17.71%，但总体复杂度增加了9.14%.Bilimoria等[30]以动态密度为复杂性，建立一条由两股平行航道组成的管型航路，可选飞行高度层包括FL310～F330，研究发现管型航路对现有空域的影响随着高度层的增加呈非线性快速增长.张晨等[31]是采用基于连携性的交通复杂性测度指标，建立了基本管型空域模型和增强型管型空域模型，研究配置管型航路的必要性，实验结果表明，管型航路交通复杂性显著优于无约束空域结构的复杂性水平，非常适宜高密度交通区域的运行.

其他与效能相关的研究还包括：Chen等[32]提出一种基于交通流的规划算法，设计出管型航路的位置、路径和使用时间等，研究表明管型航路可以有效减少航空器的离场延误和空中延误.Nakamura等[33]基于实际飞行数据对管型航路中航空器的运行效率分析，研究通过测试不同航空器机型、重量、高度和速度来设计管型航路，研究表明管型航路可有效降低航空器飞行油耗并减少空中交通延误.Chen等[34]对使用不同间隔标准下管型航路的运行效能进行了分析，研究采用仿真方法模拟了航空器在管型航路中的运行，并采用基于信息熵的多目标优化算法评估管型航路的吞吐量、运行风险、排放和延误.

4.2 管型航路网络效能分析

管型航路网络效能分析是指从多条或网络的视角评估管型航路的效能.文献[11-13]构建了11个飞行班次较大城市之间的管型航路网，并以服务航空器架次、管制员工作负荷、空域复杂性为指标，采用离散事件仿真方法对网络进行评估，研究表明当航班量增加137%时，管制员工作负荷增加量为109%，而空域复杂性则减少了38%.文献[28]分析了五种不同方法构建的管型航路网络，以管型航路网络瞬时占用率、交通总量占用率、航空器冲突次数、航路交叉角度和频率5个指标对管型航路网络进行效能分析，研究指出，良好设计的管型网络内应具备高占用率和低冲突率，并能同时减少管型航路外的冲突次数.文献[20]构建了包括13个城市和29条航路的管型网络，提出以额外飞行距离与正常飞行距离比(ε)为指标进行分析，研究表明管型航路网的利用率随ε的增加呈线性增长，当ε取0.4时网络利用率可达到33%.文献[23]基于FACET仿真平台，研究管型航路网在缓解因恶劣天气产生空中交通延误时的效果.以天气预测信息为动态约束条件，提出在8 h内构建15～27条管型航路网络的方案，仿真实验表明，当采用管型航路网络疏导空中交通拥堵时，平均可以减少12%地面延误，0.27%空中延误和9.6%延误成本.Homola等[35]采用“人机环”仿真的方法研究了管型航路网络的潜在效益和可行性.研究聘请了13名退休管制员和7名飞行学员参与，采用高密度交通流和最大交通量进行压力测试，将实验场景划分为无管型航路环境、管型航路专用环境和管型航路混用环境，实验表明在管型航路专用环境中，当仅允许装备了数据通信设备的航空器使用时，管型航路可获得最大的吞吐量和最小的管制员工作负荷.

5 结 论

综上所述，管型航路作为面向未来新航行系统的新型空域概念，其研究与发展方兴未艾.管型航路可有效突破管制员工作负荷瓶颈，降低空中交通复杂性，提升空域容量，并能在保障空域安全的情况下快速缓解空中交通拥堵，是未来空中交通管理领域的革新的重点之一.未来关于管型航路的研究与发展，作者认为应重点关注以下方面：

1) 管型航路与机场终端区联合运行模式研究 管型航路作为一种高空高速航路，具备超强的空中交通吞吐率.当高密度交通流达到达机场终端区时，必须安全、快速地落地才能充分发挥管型航路的最佳效能，而现有终端区结构和交通流运行模式尚无法支撑管型航路的应用.因此，管型航路与终端区联合运行模式研究，应成为未来重点关注的方向.

2) 管型航路网柔性特征研究 现有管型航路网研究的本质是重构交通流的空间布局，在交通量密集区域构建管型航路以缓解运行压力.然而，由于缺乏对动态气象信息的融合，构建出的管型航路网无法充分发挥其灵活性的优势.因此，如何有效的融合历史、实时和预测气象信息以展现管型航路柔性特征，应成为未来研究优先考虑的方向.

3) 管型航路的动态激活/关闭特征研究 管型航路的一个重要用途是快速缓解空中交通拥堵.然而，现有的研究缺乏对机场/航路关闭、恶劣天气、流量管控等实时信息的建模与分析，在突发性拥堵产生时，无法有针对性和选择性地激活/关闭管型航路，管型航路的运行成本和效益方面还有待提升和优化.因此，如何灵活高效的使用管型航路应成为未来研究改进和发展的方向.