新工科背景下空域规划课程体系建设

夏庆军

（中国民航大学空管学院，天津 300300）

0 引言

“新工科”是由中国率先提出的，国内学者关于新工科主要有以下四个方面的论述：钟登华认为新工科以培养未来多元化、创新型卓越工程人才为目标[1]；顾佩华等认为新工科教育范式是基于融合创新范式框架建立新工科专业和改造现有专业[2]；叶民认为应将CDIO工程教育模式融入新工科中[3]；李志义认为新工科应当改进人才培养目标，优化知识结构并构建新课程体系[4]。国外关于“新工科”的研究较少，但国外也提出了与新工科类似的专业建设目标。例如，美国在专业设置方面，依据学生个人的兴趣和特长来设置，强调课程体系的重要性。美国在专业形成方面是“职业-课程-专业”的模式[5，6]。德国政府为了促进“工业4.0”计划的实施，德国各大学注重培养学生的综合工程实践能力[7，8]。国内外学者都认为培养学生的工程实践能力、优化知识结构并构建新课程体系是新工科的主要特点。

空域规划课程是交通运输专业重要的专业课，具有较强的综合性和实践性。但是如何构建空域规划课程体系的相关研究却没有开展。

1 课程体系的框架结构

空域规划课程包括理论和实践两部分。理论部分包括空域规划、传统飞行程序设计和PBN程序设计三部分，实践部分要用所学的理论知识完成机场传统设计和PBN程序设计。空域规划并不是一门孤立的课程，该课程与领航与导航、空中交通管制、航空情报服务、空管设备、航空气象和飞机性能工程等课程息息相关。在以往的教学中欠缺从课程体系的角度进行理论教学，从而使得学生实践能力不理想。因此，项目的研究对象除空域规划外，还包括上述课程。空域规划课程体系的框架结构如图1所示。

图1 空域规划课程体系的框架结构

2 空域规划与其他课程的衔接

空域规划课程的理论知识与领航与导航、飞机性能工程、航空气象、空管设备课程有很大的关联性，而航空情报服务中的标准仪表离场图、标准仪表进场图、标准仪表进近图是空域规划中飞行程序设计的直接结果。另外，空域规划的飞行程序设计必须要考虑空中交通管制中跑道运行模式、管制方式、飞行规则的限制。因此，构建新工科背景下空域规划课程体系能够引导学生增强上述课程的学习兴趣，进而提高学生学习的主动性。

2.1 空域规划与领航与导航衔接

空域规划需要选择合适的地形图，地图的选择要考虑地图投影方式和地图失真；规划飞行路线是空域规划的首要任务，绘制保护区是空域规划的难点，这两部分内容与领航与导航的导航设施有关。地基导航设施包括测距系统（DME）、测角系统（LOC、VOR、NDB）、指点标、下滑台等，与飞行程序设计相关的内容有方位角测量、定位方式、定位经度、向背台飞行等。GPS系统是民航中普遍使用的星基导航系统，GPS系统的定位原理、定位精度、星基增强系统（SBAS）、机载增强系统（ABAS）及地基增强系统（GBAS）等内容是PBN程序设计必备的预备知识。空域规划中障碍物评估需要确定飞机的飞行高度，飞行高度与领航与导航中的气压式高度表测高原理、无线电高度表测量原理、气压高度表的误差、气压高度表拨正程序、最低安全高度、飞行高度层配备等内容相关。

2.2 空域规划与航空情报服务的衔接

航空情报服务是空域规划设计结果的体现。在空域规划理论教学中要考虑航图制作的相关规范，因此需要分析航图制作规范与空域规划中飞行程序设计相关性。

航空情报服务与空域规划相关的内容包括：NAIP（中国民航国内航空资料汇编）AIP（中华人民共和国航空资料汇编）的区别、航路图/区域图/机场图的识读和使用、地形图和数字地图的识读和使用、机场障碍物A型图和机场细则的识读和使用。

2.3 空域规划与空中交通管制的衔接

空域规划中飞行程序设计必须考虑管制扇区划分、管制移交规则、管制手段等方面的影响，这些内容与管制课程有关。因此，构建空域规划课程体系需要分析管制课程与空域规划的衔接。空中交通管制与空域规划相关的内容包括中国民用航空空中交通管理规则（CCAR-93TM）、平行跑道运行模式、空中交通管理基本概念、管制间隔和方法、目视和仪表飞行基本要求、高度层的配备、程序管制的垂直/横向/纵向间隔要求、机场进近区域管制服务、进近和区域管制的范围和基本要求、雷达管制（雷达管制的要求、优势、二次雷达应答机编码等）。

2.4 空域规划与空管设备的衔接

通信、导航与监视是空域所具备的功能，熟悉该部分内容有助于学生理解PBN的概念。空中交通管制与空域规划相关的内容包括ADS-B技术IN和OUT功能特点、二次监视雷达工作原理、二次监视雷达的功能特点、TCAS的通信链路、S模式应答机的特点。

2.5 空域规划与航空气象的衔接

空域规划中真空速（TAS）计算、风的参数、机场选址、气压高度、着陆标准中能见度（VIS）或跑道视程（RVR）都与航空气象有关。因此，构建空域规划课程体系需要分析航空气象与空域规划的衔接。航空气象与空域规划相关的内容包括国际标准大气参数、环境气温对飞行高度的影响、典型的气象观测数据、典型气象观测设备的工作原理、风/云/雾的形成机理。

2.6 空域规划与飞机性能工程的衔接

机场规划需要计算跑道起飞长度，离场航迹和进近航迹要安全越障需要进行爬升梯度和下降梯度的计算，这些内容都与飞机性能工程有关。因此分析飞机性能工程与空域规划的衔接有利于学生深入理解空域规划的设计原理。飞机性能工程与空域规划相关的内容包括升力计算公式、起飞航迹、跑道/净空道/停止道的概念、跑道距离（可用起飞滑跑距离、可用起飞距离、可用加速停止距离）、起飞速度与距离和越障的性能要求、着陆和复飞的性能限制。

3 结语

构建新工科背景下空域规划与其他课程衔接的课程体系有助于培养学生的学习兴趣，加强学生对专业知识的理解和记忆。论文分析了领航与导航、空中交通管制、航空情报服务、空管设备、航空气象、飞机性能工程与空域规划的关系，并建立了空域规划课程体系的框架结构，并以内容的关联性为依据，分别分析了上述课程与空域规划内容的衔接关系，有助于建立空域规划课程体系。