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【通天塔之聊聊无人机】捌 航空管理

无人机的出现,对于现有的航空管理提出了新的问题和挑战。不过在具体介绍如何管理无人机之前,我们先来看看人们目前是如何管理头上这片天空的。


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  • 2016.11.29: 更新系列目录

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空域划分

说到管理,最先需要确定的就是规则和范围,不然大家有不同的理解,基本上很难达成一致。表现在空域管理中,最重要和最基础的部分就是空域的划分了。我们先来看看下图所示的美国空域划分的方法

我们可以看到,美国的空域分成了 ABCDEG 六类,表格中内容比较多和杂,这里简单介绍一下每一类的基本信息:

  • Class A: A 类空域指 18000 英尺(5490 米)以上的高度,是绝大多数客机巡航的区域,进入需要有 ATC(Air Traffic Control) Clearance 的保证(参考这里
  • Class B/C/D: BCD 三类空域指的不同繁忙程度的机场,流量越大的机场,所占据的空域和需要提供的服务越多,比方说 D 类机场甚至不需要强制要求雷达。
  • Class G: G 类空域是无管制空域,简单来说就是爱干嘛干嘛
  • Class E: 除了前面提到的几类,剩下的地方都属于 E 类空域

国际民航组织(ICAO) 对空域的划分要更细致一些,还有一种 F 类空域,具体如下图所示(来源

术语很多,还是来简单介绍下:

  • A 级:所有航空器都需要以仪表飞行(IFR),所有航空器由空管强制配备间隔
  • B 级:航空器可以仪表飞行(IFR),目视飞行(VFR)或者是特别目视飞行(SVFR)。所有航空器由空管强制配备间隔
  • C 级:航空器可以仪表飞行(IFR),目视飞行(VFR)或者是特别目视飞行(SVFR)飞行。所有航空器均需配备间隔,而目视飞行飞机由空管提供基本情报服务来避开其他目视飞行器
  • D 级:航空器可以仪表飞行(IFR),目视飞行(VFR)或者是特别目视飞行(SVFR)飞行。IFR 航空器需配备间隔;而目视飞行飞机由空管提供基本情报服务来避开全部航空器
  • E 级:航空器可以仪表飞行(IFR),目视飞行(VFR)或者是特别目视飞行(SVFR)飞行。IFR 航空器需配备间隔,而目视飞行飞机将会由空管提供基本情报服务来避开全部航空器,而且目视飞行不需要空管批准作飞行活动
  • F 级:航空器可以仪表飞行(IFR),目视飞行(VFR)飞行。飞行器不需要空管批准作飞行活动。只有仪表飞行的飞行器才会由空管提供基本情报服务来避开其他航机,目视飞行(VFR)可以不联络空管或者监听频道
  • G 级:航空器可以仪表飞行(IFR),目视飞行(VFR)飞行。飞行器不需要空管批准作飞行活动。所有航空器不会由空管提供间隔,需自行协调相互间的间隔。目视飞行(VFR)可以不联络空管或者监听频道

一个简单的图例如下所示(来源),这里并未标出 F 和 G 级空域,是因为在 ICAO 的定义中,F 及 G级空域均属非管制空域。在这些空域,空中交通管制员如非必要都不干预空域的运作,但是仍然会提供该空域的基本情报。但是因为信息和监控的能力限制,ATC 无法保证安全间隔,需要靠飞机上的机载防撞系统(TCAS)和飞行员来维持最基本的安全。

我们来结合上图把整个飞行过程串讲一遍:

  • 禁飞区和限飞区的优先级是最高的,必须遵守
  • 飞机在机场管制空域时,基本服从塔台的调度
  • 飞出机场管制空域后(也就是 BCD 三类空域),分为两种情况
    • 如果是仪表飞行(IFR),进入 E 和 A 级空域时,仍然受到雷达监控和 ATC 管制
    • 如果是目视飞行(VFR),不能进入 A 级空域(也就是大部分飞机巡航的高度),但是在 E 级空域中可以随便飞(虽然大多数人是愿意接受 ATC 监控以接受对应服务的)

而在 G 级空域里的小机场和飞机,基本是自生自灭了。基本依靠视觉、无线电和固定的航线来保证安全,不过因为灵活度比较大,基本没有太大的问题。

前面介绍了美国和 ICAO 的空域划分方法,其他国家和地区的分法基本也是类似的,这里唯一需要首先弄清楚的是:空域的管理权到底在哪个部门手上。比方说美国的所有空域都由 FAA 统一监管,而中国及世界上其他大部分国家,因为空防压力,所有的空域都由军队统一管理。不要小看这一点,后面很多工作的差异都可以追根溯源于此。

航线规划

空中不像地面有实际的马路,但并不意味着空域资源是无限的。最初因为技术限制,飞机基本上智能按照规定的航线飞(不然能见度低的时候,肯定要出事儿)。虽然技术已经有了长足的进步,但是由于历史、政治、军事等等的考虑,大部分飞机还是按照航线飞的。

有航线就肯定会堵车,汽车还可以关闭发动机在路上等,但是飞机在天上『等』的成本是非常高的,所以我们肯定是希望能尽快落地,如果明确知道不能按时落地,那就不如先不要起飞,在地上等。

为了保证飞行安全,在起飞前需要确认的东西有太多太多,从天气到航路到各个机场的情况,一旦任何一个环节拥堵,基本上就需要『流量控制』了。当然,除了客观因素限制,空域管理系统的数据覆盖和规划能力也是重中之重,国内目前缺少一个能够在全国范围内提供实时自动化数据整合并做出航线规划的权威机构,在调度策略的选择上,肯定也是趋于保守的(毕竟还是安全第一)。

随着高铁的快速发展,铁道部的系统水平也在快速提高,相信在航空管理上,随着权责的梳理和资源的逐步进行,动不动就要『流量控制』的日子会越来越少。

这里顺带提一句,航空管理中的飞机的定位与工作人员的沟通其实也是一个非常复杂且有不同解决方案的问题。比方说

中美欧差异

中国、美国和欧洲因为各自地理、政治、历史、军事的考虑,在航空管理上有相似之处,也有许多差异。这种差异体现在航空管理系统(以及接下来会介绍的无人机交通管理系统)中,就产生了不同的发展思路。这里简单列举一些异同

  • 政府组织
    • 中国:中国民用航空局(CAAC)
    • 欧洲:European Aviation Safety Agency(EASA)
    • 美国:Federal Aviation Administration(FAA)
  • 空域管理归属
    • 中国:空军统一管理,20% 的空域由民航局『代管』
    • 欧洲:跨国航线由 EASA 管理,国内的航线由本国航空机构管理
    • 美国:由 FAA 统一管理,军方在不属于军事空域中训练需要向 FAA 申请
  • 管理思路
    • 中国:所有上天的都需要走申报流程,不存在所谓的 G 级空域(目前属于睁一只眼闭一只眼的状态)
    • 欧洲:虽然有 EASA 统一管理,但是各成员国具体的执行比较灵活,差异性很大
    • 美国:G 级空域内的飞行不受限制,其他区域飞行需要走一定的申报流程

总结

很多系统历经年代发展,有许多不合理的设计。无人机的空管系统作为一个新鲜事物能够抛开历史包袱,在兼容现有的系统的前提下,为整个空域的精细划分与管理带来新的动力。

注意,本文中提到的所有内容都是针对与有人驾驶的飞行器的,下一篇文章我带大家了解无人机交通管理的相关知识。

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