与中国航空市场

基于性能的导航（PBN）与中国航空市场

孟锐征¹　贾　佳¹

（1．上海飞机设计研究院市场研究中心，上海　201210）

摘要：本文论述基于性能的导航（PBN）的概念、作用、优势及国际民航组织对基于性能的导航的规划前景。挖掘中国航空市场面临的问题，通过基于性能的导航解决相关问题，以及PBN在中国航空市场的应用及发展前景。本文通过对中国航空市场环境及其未来发展、PBN技术的益处、中国PBN实施规划等的分析，以前瞻性眼光为中国商飞的C919飞机及未来机型满足市场需求及环境要求做初步探索。

关键词：基于性能的导航；国际民航组织；区域导航；所需导航性能

RESEARCHING ABOUT PBN IN CHINA AVIATION MARKETING

Meng Ruizheng¹ Jia Jia¹

(1.Marketing Research Center,Shanghai Aircraft Design and Research Institute,Shanghai 201210)

Abstract:This paper discusses upon the concept,effect and advantage of PBN,the planning foreground from ICAO,the problem China aviation marketing face up to,the application and future development of PBN in China.Through the research to the environment and it's future development of China aviation marketing,the benefit of PBN technique,the implement planning of PBN in China,takes the first step explore for COMAC C919aircraft and future aircrafts to meet the requirement of marketing and environment.

Key words:PBN;ICAO;RNAV;RNP

0　引言

中国地势呈阶梯状分布，地形复杂多样，山区面积广大。同时我国也是拥有高原机场数量最多的国家。加上中国经济快速发展，民航客运量持续稳定增长，迫切需要提高飞行运行安全，改善航班的正常率，扩大交通流量，增加空域容量。使用航行新技术——基于性能的导航（Performance Based Navigation，PBN）是解决上述问题的一条重要途径。

PBN是国际民航组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）在整合各国区域导航（Area navigation，RNAV）和所需导航性能（Required Navigation Performance，RNP）运行实践和技术标准的基础上，提出的一种新形式运行概念。它将航空器的机载设备能力与卫星导航及其他先进技术结合起来，涵盖了从航路、终端区到进近着陆的所有飞行阶段，提供了更加精确、安全的飞行方法和更加高效的空中交通管理模式。

1　PBN的概念、作用及优势

在航空飞行中，传统导航是利用地面导航台信号，通过向台或背台飞行实现对航空器的引导，航路划设和终端区飞行程序受地面导航台布局和设备种类的制约。

PBN是指在相应的导航基础设施条件下，航空器在制定的空域内或者沿航路、仪表飞行程序飞行时，对系统精确性、完好性、可用性、连续性以及功能等方面的性能要求。PBN的引入体现了航行方式从基于传感器导航到基于性能导航的转变。

PBN运行的三个基础要素是导航应用、导航规范和支持系统运行的导航设施。导航规范是在确定的空域范围内对航空器和飞行机组提出的一系列要求，它定义了实施PBN所需要的性能及具体功能要求，同时也确定了导航源和设备的选择方式。PBN包含两类基本导航规范：RNAV和RNP。

基于性能的导航概念包含三个基本的因素：导航规范、基础设施和导航应用。导航规范详细描述了沿着特定区域导航所需的性能要求，作为民航当局适航和运行批准的基础。基础设施是用于支持每种导航规范的导航基础设施（如星基系统或路基导航台）。导航应用是将导航规范和导航设施结合起来，在航路、终端区、进近或运行区域的实际应用，包括RNAV/RNP航路、标准仪表进离场程序、进近程序等。RNP导航规范具有机载性能监控和告警功能，RNAV则不具备。RNAV和RNP后面的数字代表导航精度值，例如RNP-1导航规范，要求在95%的飞行时间内，航空器位置必须满足标称航迹位置左右前后1nmile以内的精度值要求。

国际民航组织确定的导航规范、所需基础设施以及导航应用如下：

RNP-10——适用于海洋和偏远陆地空域。RNP-10无机载性能监视和告警功能要求，概念等同于RNAV-10，这是源于RNP-10名称已在国际上普遍使用。该导航规范不需要求任何路基导航设备，但需装有至少两套机载远程导航系统（IRS/FMS，INS，GPS）。在地面导航、通信和监视设备可用的情况下，RNP-10允许的最低航路横向间隔标准为50nmile。目前RNP-10已应用于我国三亚情报区。

RNAV-5——适用于陆地航路，属于RNAV和传统ATS航路的过渡和混合。导航源可以为GNSS，DME/DME，VOR/DME，INS/IRS，VOR，一般要求有雷达覆盖和直接话音通信。该规范应用于欧洲、日本、中东等地区。

RNAV-1/2——主要用于有雷达监视和直接陆空通信的陆地航路和终端区飞行，RNAV-1导航规范适用于航路和终端区进离场程序，RNAV-2适用于航路。导航源为GNSS，DME/DME，DME/DME/IRU。目前，我国北京、广州、天津等机场RNAV进离场程序属于RNAV-1。

RNP-4——应用于海洋和偏远地区。要求有话音通信或CPDLC以及ADS-C，以支持30nmile最低航路间隔标准。使用GNSS的RAIM功能来保障完好性。该规范最早应用于太平洋地区，我国L888航路属于RNP-4。

RNP-2——该导航规范ICAO仍在制定中。

RNP-1——包括基本RNP-1和高级RNP-1。基本RNP-1适用于航路和终端区，该导航规范旨在建立低到中等交通密度且无雷达覆盖区域的航路和终端区程序。GNSS是基本RNP-1主要的导航源，使用GNSS的RAIM功能来保障完好性。使用基于区域导航系统的DME/DME导航则需要严格的安全评估。高级RNP-1规范ICAO仍在制定中。

RNP APCH——包括RNP进近程序，以及直线进近阶段RNAV（基于GNSS）进近程序，精度值一般为0．3。GNSS是RNP进近程序的主要导航源，程序设计时需要考虑由于卫星失效或机载监视和告警功能丧失导致失去RNP进近能力的可接受性。复飞航段可以是RNAV或传统导航程序。该导航规范不包括相关的通信和监视要求。

RNP AR APCH——特殊授权RNP进近程序。特点是进近程序、航空器和机组需要得到局方特殊批准。一般用于地形复杂、空域受限且使用该类程序能够取得明显效果的机场，精度值一般在0．3至0．1之间。RNP AR APCH只允许使用GNSS作为导航源，应对实际能够达到的RNP精度进行预测。该规范不包括相关的通信和监视要求。目前，我国拉萨、林芝、丽江等机场已应用此导航规范。

PBN有以下作用及优势：

（1）精确地引导航空器，提高飞行运行安全性；

（2）提供垂直引导，实施连续稳定的下降程序，减少可控飞行撞地（CFIT）的风险；

（3）改善全天候运行水平，提高航班正常性，保障地形复杂机场运行的安全；

（4）实现灵活和优化的飞行航径，增加飞机业载，减少飞行时间，节省燃油；

（5）规避噪声敏感区，减少排放，提高环保水平；

（6）实施平行航路，增加终端区内进、离场航线定位点，提高交通流量；

（7）缩小航空器横向和纵向间隔，增大空域容量；

（8）减少陆空话音通信和雷达引导需求，降低飞行员和管制员的工作负荷；

（9）减少导航基础设施投资和运行成本，提高整体运行的经济效益。

2　中国航空市场现状和运行环境存在的问题

随着中国经济快速发展，中国民航客运量持续稳定增长。自2006年起，中国已成为世界第二大航空运输市场。2010年，完成运输总周转量538亿吨公里、旅客运输量2．68亿人、货邮运输量563万吨，运输机队总量达到1 597架，运输机场达到175个，五年新增33个，覆盖全国91%的经济总量、76%的人口和70%的县级行政单元。旅客吞吐量超过1 000万人次的机场数量翻番，达到16个，首都机场客运和浦东机场货运位列世界第二和第三名。空管设施建设加快，飞行高度层垂直间隔缩小，管制能力提高，2010年保障起降605万架次。中国商飞市场预测：中国在2011～2030年当中新机交付量将达4 684架，2030年机队规模将达到5 367架。

过去几年我国民航服务能力仍显不足，发展中不平衡、不协调、不持续的问题依然存在。航班正常率下降、航班平均延误时间增加的问题尤为突出。长期以来，民航发展的基本矛盾是供给能力难以满足快速增长的市场需求。中国民航的快速发展也面临诸多挑战，主要问题之一是空域受限和机场容量饱和。快速增长的交通流量导致空中交通拥堵。由于地面及空域资源紧张，一些机场的运行已经接近饱和状态，如北京首都国际机场，每日起降飞机数量已经接近1 400架次，同时，各类航空器飞行任务的增长，使本来有限的空域资源变得更加拥挤，现有运行概念和技术手段不能完全满足交通流量快速增长的需求。

我国国土幅员辽阔，高原和山区占了很大的比例。近年来，我国在建和拟建的高原机场数量逐渐增多，同时越来越多的航空公司已经加入或申请加入高原机场运行。同时中国航空市场也存在特殊机场多的情况，特殊机场是指机场区域飞行环境复杂、机场保障条件不足，为保证飞行安全，需要采取特别应对措施的机场。我国目前特殊机场中，海拔2 438m（8 000ft）以上的高高原机场有9个，海拔1 500m（4 922 ft）2 438m（8 000ft）以下的一般高原机场有14个，还有更多的高原和复杂机场正在建设中。受地形和地理条件的影响，这些机场和区域的传统路基导航设施难以满足运行需要，且投资巨大，维护成本高。2010年中国民用机场标高统计及中国高原机场分布如图1，图2所示。

图1　2010年中国民用机场标高统计

图2　中国高原机场分布（红色高高原、黄色一般高原）

3　PBN在中国市场环境的应用

为解决日益显现的西部高原机场飞行困难和东部地区空域拥挤问题，中国民航总局在有高原机场代表性的拉萨机场进行RNP试验，之后将其用于林芝机场，进而在全国其他地形和空域复杂机场推广。

拉萨/贡嘎机场是西藏地区的门户机场，位于雅鲁藏布江河谷，海拔高度为3 563m。机场周围高山林立，东端地形较好，西端地形复杂。由于运行标准高，拉萨机场实际处于目视飞行状态，不能开放夜航。民航总局与波音公司合作，选择国航西南公司B757-200作为试验机型，于2005年4月成功地在拉萨机场进行了首次RNP试飞。通过西南管理局的运行合格审定后，国航于2006年3月成为国内首家具有RNP运行资格的航空公司，并在拉萨机场日常航班运行中使用RNP技术。

林芝/米林机场位于雅鲁藏布江河谷地带，海拔2 949m，周围几乎都是4 000m以上的高山。飞机起降只能在狭窄弯曲的河谷中进行，航道距离峡谷两侧山体最窄处不到2km。加上该机场多低云天气，风向多变并伴有风切变等湍流，每天14点至18点时段风速可高达30m/s，所以飞机只能在上午飞行。飞机下降进近过程中机载近地告警系统可能随时触发。相比于拉萨机场，林芝机场山更高，河更弯，谷更窄，风更急。林芝机场因其特有的高原地形地貌和恶劣多变的气象条件，被认为是中国民航迄今为止运行最困难的机场。为保障林芝机场的顺利开航，民航总局、西南管理局组织国航西南公司于2006年7月使用B757-200成功进行了RNP飞行程序试飞，并于同年9月正式通航林芝。林芝机场的RNP程序充分利用了雅鲁藏布江和其支流尼洋河的河谷地形，淋漓尽致地发挥了RNP保护区小、航迹灵活的优势。

在林芝机场开航前，九寨机场曾被认为是中国民航最难飞的机场。该机场标高3 448m，坐落在群山环抱之中。北端有高大的山体，在北向风超标时，航班不能起飞和着陆，进而引发后续航班大面积连锁延误。另外九寨机场建在连续山腰上，有七条冲沟横穿场区，现有跑道3370m，再加长跑道成本太高。另一方面，在机场两端安装ILS需做大量场地平整，且航向台与跑道入口要保持250m以上的距离，反而需要内移跑道入口，缩短可用着陆距离。使用RNP技术可以非常很有效地解决向北起飞和着陆的问题，提高机场的运行正常性。2007年2月，国航在九寨机场完成了RNP试飞。

RNP在前述三个机场的应用，以事实证明了RNP的巨大价值和发展潜力。

4　中国航空市场环境未来规划

城市化布局和形态更趋完善。“十二五”末我国城镇化率过半，初步形成以大城市为依托、以中小城市为重点的城市群，大中小城市和小城镇协调发展，促进经济增长和市场空间由东向西、由南向北拓展。人口分布由分散到集中，将促使经济社会结构和生产生活方式发生深刻转变，城乡社会结构呈现新格局。机场辐射人口增加，潜在市场扩大，有利于航空运输大通道的形成。

到2015年，运输机场数量将达到230个以上，保障起降架次将达到1 040万架次，到2015年，全国运输机场总数达到230个以上，覆盖全国94%的经济总量、83%的人口和81%的县级行政单元。到2020年，运输总周转量预计将达到1400亿吨公里以上，旅客运输量超过7亿人次，旅客周转量在国家综合交通运输体系中所占比重到达25%以上。民航航线网络将继续扩大，民用运输机场数量达到244个。新增机场97个，其中西北机场群布局规划机场总数50个，其中新增加天水、陇南、玉树、喀纳斯等26个，在北方（华北、东北）、华东、中南、西南、西北五大区域机场群中是增加最多的，以满足西北地区经济社会发展需要，促进中国—中亚地区贸易发展，以及为少数民族地区发展和旅游资源开发提供航空保障。

中国民航局“十二·五”规划中提出，重点缓解大型机场容量饱和问题和积极发展支线机场；重点提高空域使用效率和加大新技术应用力度；重点是提高航班正常率和国际竞争力；提高空中导航能力。优化导航台站的网络布局，建设全国范围测距仪（DME）网络，支持基于性能导航（PBN）运行方式。建设终端区导航设施，支持所需导航性能和区域导航（RNP/RNAV）运行。建设具备多种进近能力和多样进近方式的导航设施。研究提高特殊机场和高高原机场的导航能力。

高铁在未来将覆盖我国的大部分民航市场区域，但是中国的西部高原和山区，高铁不能到达的地区，航空运输方式仍有不可替代的优势。

中国民航局规划将在2010年底前全面建立PBN飞行程序设计能力和航路规划能力，为航空运营人和机场设计PBN飞行程序，提供飞行程序验证以及质量控制，开展飞行程序设计和审查人员的在职培训。所有具备资质并获得批准的运营人都可使用这些新的航路和程序。

5　中国民航局PBN实施规划

近期规划在航路方面：根据空中运输需求、监视和通信能力、管制员工作负荷以及机队设备配备情况，在部分海洋和西部地区航路，有选择地应用RNAV-10和RNP-4导航规范。对于部分繁忙航路，根据通信和监视覆盖情况，有选择地应用RNAV-2、RNAV-5导航规范，以实现较小的航路间隔，提高空域利用率。依照PBN导航规范重新调整已有的RNAV/RNP航路。

近期规划在终端区方面：在有雷达覆盖的终端区，利用GNSS和路基导航设备，应用RNAV-1导航规范。首先从国际机场和繁忙机场开始实施，允许PBN和传统运行并存。到2012年，全国30%的机场终端区实施RNAV运行，全部国际机场实施RNAV。在部分无雷达覆盖或无适当地面导航设施的机场终端区，有选择地使用GNSS导航实施基本RNP-1标准仪表进离场程序。

近期规划在进近方面：所有新建机场及部分现有机场将使用基于GNSS的RNP APCH程序。配套实施基于Baro-VNAV的APV，作为主用程序或ILS精密进近的备份程序。对于某些地形复杂和空域受限机场，在运行需要时，使用RNP AR进近程序。到2012年，全国30%机场仪表跑道具有RNP进近能力。在某些特定机场强制实施RNP APCH进近或RNP AR进近程序。在此阶段，为不具备相应设备能力的航空器保留传统导航设备和传统飞行程序。

中期规划在航路方面：在海洋和西部地区航路使用RNP-4导航规范，实现更小的横向和纵向间隔（例如，基于ADS-C和CPDLC的30NM×30NM）。随着RNAV-2和RNP-2航间隔标准的建立，东部陆地繁忙空域将继续增加RNAV/RNP航路，并开辟RNAV/RNP平行航路。在GNSS或者DME/DME充分覆盖的航路，将继续使用RNAV-2导航规范。部分繁忙航路和没有雷达覆盖的航路将使用RNP-2导航规范。

中期规划在终端区方面：到2016年，在全部机场终端区实施RNAV-1或RNP-1运行。根据运行需求，在部分机场强制使用RNAV-1或RNP-1。在PBN和传统运行并存期间，将对应PBN的航空器提出优先权。

中期规划在进近方面：推广使用具有Baro-VNAV的RNP APCH进近程序。到2016年，全部机场仪表跑道具有RNP进近能力。在有运行需求的机场推广使用RNP AR进近程序。计划引入GNSS及其路基增强设备的着陆功能（如GLS），向高性能进近和着陆过渡。同时考虑使用“北斗”导航系统提供导航服务，进行相关试验。

远期规划将在航路、终端区和进近等所有飞行阶段将以PBN运行为主，逐步从混合运行过渡到完全的PBN运行。航路运行中，将根据导航能力分隔交通流，对导航性能较好的航空器提供优先航路权。使用PBN技术重新规划整体航路结构，将传统航路全面过渡到PBN航路。终端区将全面推广PBN运行。预计GNSS及其增强系统将具备精密进近能力，中国民航计划根据运行价值和商业效益推广使用GLS进近。GNSS将成为PBN运行的主要导航设施，中国民航将在多边合作基础上使用GNSS，包括考虑使用“北斗”卫星导航系统。PBN将与其他先进保障系统整合，如结合ADS-B监视技术和星基数据链通信系统来增强运行能力，实现与CNS/ATM的协同发展。

从民航局的近、中、远期规划可以看出，PBN实施的决心和具体周期进度。PBN在中国的普及应用是必然。同时实施PBN也是民航发展全球化战略的一部分。

国际民航组织也希望各缔约国在2009年完成PBN实施计划，并在2016年之前，可以达到以全球一致和协调的方式过渡到PBN运行。

6　PBN技术与其相关新技术融合及未来发展

PBN运行相对传统运行的变革主要体现在导航方面，但通信和监视技术的革新，将会使PBN运行获得更多效益。

随着通信技术的进步将会逐步使用数字数据通信，部分国家的地区已经开始实施甚高频数据链（VDL）和卫星通信（SATCOM），支持航空公司运行通信（AOC）和空中交通服务（ATS）。

PBN与其他新技术的结合可以可充分发挥其优势。例如与自动相关监视（ADS-B）、数据链通信（CPDLC）、四维航径预测（4DT）、卫星着陆系统（GLS）等的配合使用，可以使得航空器得到严密的监控，进一步提高运行的安全性，增大交通流量，使得高原机场的航行保障能力得到根本提高。

7　总结

综上所述，国际民航组织对全球范围的PBN发展有长远的规划，并不断改进，中国民航局对PBN也有近期、中期和长期的规划，可见PBN技术是必然的发展趋势，因此研究相关国内国际环境现状、发展形势是十分必要的。

民航局近期规划到2012年，中期到2016年，远期未详细规划。民航局“十二·五”规划是2011～2015年的5年规划。飞机型号研制周期十年左右，ARJ项目2002年4月立项，至今已历时近十年尚未取得适航证，C919项目从2008年立项到2016年交付目标计划历时8年多时间，A380从2000年正式立项到2006年取证，但在2000之前已经经过6年的论证。B787项目从2004年项目启动到2011年9月交付也经历近8年时间。飞机交付客户后还要考虑20～30年的服役期中满足市场运行环境要求，市场研究必须从国内民航规划，及发展趋势中摸索方向，尤其是新技术应用方面，还要兼顾国际民航组织规划，从而总结航空市场整体发展形势，提出新机型相关市场需求，提供满足客户需要的、满足市场要求的、并适应未来发展的新机型。

参考文献

［1］AC-121-21．航空承运人高原机场运行管理规定［S］．中国民用航空总局飞行标准司，2007．

［2］彼得·贝罗巴巴等．全球航空业［M］．赵维善，译．上海：上海交通大学出版社，2010．

［3］保罗·克拉克．大飞机选购策略［M］．邵龙，译．北京：航空工业出版社，2009．

［4］中国民用航空局．中国民航基于性能的导航实施路线图［G］．2009年10月．