数字化、智能化、5G和北斗：中国空管&民航领域的未来发展

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来源：国际航空

作者：颜思铭

9月15日召开的空管技术交流会上谈出了哪些干货？

2020年，疫情对全球经济造成巨大冲击，民航业作为我国经济的支柱产业，也面临前所未有的严峻局面。但是，国内疫情形势不断向好，各行各业逐渐复苏。未来，随着国家诸多政策红利的逐步释放，民航业也将迎来新的发展契机。

在此背景下，2020（第二届）民航空中交通管理科学技术交流会于9月15日-16日在北京召开。

北京理工大学校长、中国工程院院士张军为论坛致开幕辞。中国民用航空局空中交通管理局及各地方分局、国际组织、科研院所、网络通讯、技术服务等共计90多家单位，260余位嘉宾齐聚本次会议，共促空管高质量发展。

数字化空域系统

国家空域技术重点实验室主任、中国工程院院士陈志杰对数字化空域系统技术发展及应用进行了介绍。陈志杰表示，随着近年来数字化科技渗入各产业链，借助数字化技术重塑未来的国家空域系统是很有必要的。数字化技术有助于建立全新的空中交通管理模式，也有助于实现空域精细化管理和资源的优质配置。

随着飞机技术的进步、无人机等新型飞行器陆续投入运营，航天发射和邻近空间飞行器发射升空需求的增加，以及我国空军和民航对空域资源需求的增长，当前的空域组织形态和运行方式已经难以适应新的形势，因此需要在体制、模式和技术革新上进行大量的准备工作。

因此，陈志杰认为数字化空管可能是比较基础的技术模式，而可实现对空域的可视化分析、可度量处理、可计算决策，将是我国下一步研究的重点。

数字空域有几项核心关键技术，首先是建立空域的离散空间的建模技术体系和数字编码体系，目前的计算能力为开展百万级受控和非受控空域使用者的优化配置提供了可能。

第二是空域优化配置模型算法，需要找到一套计算模型来解决空域配置、交通路径等在离散的数字网格空间内的搜索和组合优化的问题。

第三就是数字网格空域精细管理和协同控制方法，在控制层面对航班或飞行器在空域网络里的运动进行控制，也就是把空域从连续性转换到在数字网格空间里面的离散性，采用概率预测数值计算方法，为大规模对象的协同控制提供可能性。

对于我国空管下一步的发展，陈志杰院士建议立足于国防与经济社会全方位需求来构建数字化空域系统，因此需要打破传统的空管的架构限制，紧跟国家空中设施的发展来制定发展策略。具体操作层面则要尽快制定数字化空域系统发展规划，以之为抓手，在军民空管方面实现深度融合。

国家空域技术重点实验室主任、中国工程院院士陈志杰。

智慧空管

中国民航局空中交通管理局领导李其国在智慧空管未来发展道路方面提出了几点建议。

李其国总结说，过去5年我国在空管安全水平、高空管运行效率、空管科技投入产出等方面取得显著成就。5年里，事故征候和不安全事件次数年均最少，年均保障航班飞行从700万架次增长到超过1000万架次，2019年日航班量高峰达到了1.8万架次；航班正常率从2015年的68%提升到2019年的82%；空管基础设施建设总投资达到212亿元，高度重视空管设备国产化和技术自主可控，设备国产化率不断提升，基本实现全种类设备国产化。

围绕智慧空管建设，李其国提出三点建议。

一是共同做好空管十四五发展规划，特别是智慧空管规划与技术创新应用。目前空管局正在组织联合空管系统内外专家和团队研究编制十四五规划和科技创新规划，做好十四五智慧空管发展规划的同时，为协同创新提供可操作的指导意见。

二是共同构建智慧空管的基本框架。智慧空管应当至少包括智慧安全、智慧运行、智慧服务、智慧设施、智慧信息、智慧协同、智慧管理等重点内容，其核心是以技术创新引领空管高质量发展，以技术应用来增强空管保障能力，以协同创新来提高创新效果效率。

三是共同提高协同创新的质量。从十四五发展需求来看，空管与业界的协同创新还有很大的扩展深度广度和提升空间。希望院校围绕空管基础理论、基础技术与前沿技术等方面加强研究，取得更多支撑成果。

中国民航局空中交通管理局领导李其国。

5G+航空

中国移动通信集团交通行业拓展部总经理严茂胜讲解了5G技术在航空领域应用前景。在严茂胜看来，中国的5G技术发展很快，而且未来将以行业应用为主。而在航空领域，基于5G的ATG（air to ground）技术为空中互联网的建立可以提供很有前景的解决方案。而且在疫情之后，飞机的联网可能对5G的需求更迫切，大家对经济、安全、高效需求也会比之前更迫切。

飞机高速联网的方案主要有高通量卫星和地面基站ATG这两种方式，而相比于4G的基站，在5G时代陆地上空的飞行采用ATG可以得到更大的带宽。对此严茂胜表示，中国移动进行过5G的ATG测试，其系统带宽能达到170Gbps，单架次能到500Mbps，而采用低轨道卫星和同步轨道卫星的单架次带宽分别只有10Mbps和2Mbps。因此如果飞机在陆地上飞行时，在有条件接到地面信号的情况下，ATG方案的性能最好，成本也低。而国内民航市场主要还是国内航线为主，因此ATG方案有条件成为国内航班上网的技术基础。

5G ATG技术与地球同步轨道卫星（GEO）和低轨道卫星（LEO）的带宽对比。

在ATG的基站方面，单个基站的覆盖半径最大达到300千米，即使在繁忙的空域和航段，单基站的覆盖半径也大于30~50千米的，所以覆盖一条航线并不需要太多的基站。据中国移动估计，如果以东密西疏的方式部署基站，对全国的航线进行覆盖大概需要500个基站。

此前在4G时代，基于4G的ATG方案目前已经进行了一些测试。在2014年，中国移动与民航局合作，在京蓉、京沪和京广三条航线部署了52个基站，在京蓉航线上测试飞行超过400架次，测试带宽达45Mbps。另外，2018年中国移动联合中国商飞在东营做了基于4G基站的航空互联网接入的首飞，并计划在2020年内完成基于5G的ATG的试飞。

另外，中国移动还和航空工业成都飞机设计研究所等单位合作，将5G基站安装在“翼龙”无人机上面，当无人机在5000多米高空飞行时，空中基站可以提供稳定的信号覆盖，覆盖面积达50多平方千米，单架无人机可提供通信的时间长达35小时。该技术可为孤岛、偏远等特殊地区提供全天候通信和数据传输，也可以在地震、洪水、火灾等大型自然灾害发生、本地基站损毁导致通信中断时也将发挥重要作用。

“翼龙”无人机可作为空中5G基站，为一定范围内的地区提供临时通信保障。

北斗系统的应用

中国民航局空管局技术中心副主任李欣对北斗系统在民航领域的应用进行了展望。空管技术的未来发展需要有自主知识产权的创新，这就为北斗系统在民航领域的应用打下了基础。李欣表示，中国民航是北斗系统走向世界服务全球的重要领域，推进北斗系统在中国民航领域应用对于中国民航和北斗系统本身都具有重要的战略意义。

对于中国民航来说，使用北斗系统在技术上提供了绝对安全的底线，从法理上与逻辑上彻底解决了中国民航使用卫星导航技术的安全风险。早在20世纪90年代初，中国民航也曾考虑过使用GPS系统进行导航，但由于GPS技术不可控，国内也不掌握核心技术，会带来很大的风险。

中国民航为进一步提高导航能力，也跟随国际民航组织的需求进行了双频多星座导航技术的研究，但此前没有北斗的时候，再多的星座也是别国系统，仍然无法解决技术风险问题。

北斗系统在民航中的应用可以为整个产业链的发展提供基础。

如果北斗系统在民航领域的应用形成了产业规模，那么就可以形成导航服务、机载航电与地面设备等闭环的产业链条。因此，这就要求我国要研发自己的航电设备和地面设备，因此，这对于国内产业链条的打通和发展有重要意义。

当然，在卫星导航方面，北斗系统是个后来者，而目前的卫星导航标准和体系已经十分完善，这就使后来的竞争者面临着巨大的阻力。例如，当年中国民航在引入卫星导航时，仅就基本系统向国外相关机构提出了500多项需要澄清或者需要协调的问题；而现在北斗系统在推广时，就同样的需求国外机构向我们提出2000多项问题。这说明，北斗系统本身还是有很多需要完善的地方，而且在向国外推广时也存在着很多非技术问题。

另外，北斗在民航领域的应用是一项长期战略，但这与民航市场发展的短期需求存在着一定的矛盾。当航空用户使用北斗系统时，其成本收益还不足，导致用户使用北斗的意愿不强烈。这也是北斗系统推进过程中一项很重要的现实问题。

目前，中国民航在北斗系统的应用方面进行了一些工作，例如在一架波音737-800上面进行了北斗定位追踪系统的飞行测试，国内很多通航飞机也开展了基于北斗的ADS-B IN/OUT的飞行试验。

新疆通航北斗和ADS-B OUTIN验证试飞圆满成功。（图片来源于网络）

总体看来，民航系统要服务北斗系统全球应用的价值大局，最终目标是构建以北斗为核心的GNSS技术应用体系，推动以星基定位、导航与授时技术为核心的新一代空中航行系统建设。

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