1.2.2　研究进展

2012年11月，在第12届全球空中航行大会上，国际民用航空组织积极开展以基于航迹运行为核心的下一代航空运输系统和飞行管理系统的研制与升级，在《全球空中航行容量与效率计划》（第9750号文件）中正式推出了酝酿已久的“航空系统组块升级计划”（Aviation System Block Upgrade，ASBU），作为2013—2028年全球空中航行发展的战略规划。

ASBU将国际民用航空组织发布的第9854号文件所提出的新航行系统的愿景和运行概念转化成具体的、操作性更强的组块（Block）及模块（Module）。在ASBU中，关于TBO的发展路线主要体现在“高效的飞行航迹”这一性能改进领域，涉及基于航迹的运行、连续下降运行、连续爬升运行、遥控驾驶航空器4个部分。其中，基于航迹的运行是指采用先进概念和技术，支持基于四维航迹（纬度、经度、高度、时间）和速度的运行，以增强全球空管决策能力，其强调的重点是为地面自动化系统整合所有飞行信息，以获得最准确的航迹模型。

目前，欧盟和美国，欧盟和中国都开展了基于四维航迹预测的TBO具体项目。美国在掌握和实施基于四维航迹预测的多项关键技术的基础上，又提出了下一代航空运输系统（Next Generation Air Transportation System，NextGen）。欧盟提出了单一欧洲天空计划（Single European Sky ATM Research，SESAR）。这些项目已实现的效果和4D-TBO的愿景对目前航空运输问题的解决有着很好的借鉴作用。

1）美国的NextGen计划

为了满足预计的2025年航空需求，美国于2003年提出了下一代航空运输系统，简称NextGen。NextGen将美国航空运输系统的所有元素，包括空域、设备、服务、工作人员、程序等都整合起来，使如今的美国国家空域系统全面转变为一个更加安全、可靠、高效且环境友好的系统。NextGen把TBO作为核心技术，把基于飞行许可（Clearance-Based）运行转变为基于航迹运行，通过允许减少安全间隔，把基于航空飞行规则的运行转变为基于性能的运行，同时利用先进的四维天气多维数据集，把及时和准确的天气信息整合到基于航迹运行的过程中，改善决策，提高航迹预测的精度，使飞机根据商定的航迹飞行，从而精确管理飞机的当前和未来位置，把保证飞机之间安全间隔的任务由空管部门负责转变为由飞行机组负责等，提高空中交通管制系统容量和安全水平，从而达到使飞行更安全、高效和可预测的目的。

2011年11月30日—12月22日，美国联邦航空管理局（FAA）在西雅图塔科马国际机场，对配备了通用电气公司（GE）提供的U10.7飞行管理系统（FMS）的波音737NG型飞机进行了595次TBO飞行验证。验证飞行管理系统使用的要求到达时间（RTA）的能力。

在试验中，飞机在距离终端区200～300海里（1海里=1.852千米）范围内，由FMS根据地面发送预测风速、飞行限制等信息，计算出含有RTA窗口的四维航迹信息，并发送给地面空中交通管制系统，进行空地协商。

2016年，美国进行了关于使用空地广域信息管理（SWIM）共享四维航迹信息演示的相关研究；2019年5月启动了四维航迹运行演示工作。

2）欧洲的SESAR项目

随着欧洲航空运输量的增长，欧盟于1999年提出了SESAR，并在2009开始的第二阶段中提出了“单一欧洲天空”（SES）的目标：3倍于当前的容量、安全性能提高10倍，每次飞行对环境的冲击减少10%，以及减少一半的ATM成本。欧盟委员会和欧洲航天局于2004年联合启动了SESAR项目，将其作为核心项目为“单一欧洲天空”计划提供技术保障。

SESAR明确了四维航迹运行的概念，提出了多个相关的概念和解决措施，包括首选航迹、受控飞越时间、受控到达时间、初始四维（initial 4D，i4D）航迹和全面四维航迹运行等。同时提出了基于四维航迹运行的航空器、地面空中交通管制系统应具备的能力，以及地空数据交换的标准化要求。i4D是一种全新的空中交通管制技术，通过传统的三维空间和第四维（时间）来确定航空器航迹。这一技术要求航空器具有将飞行数据传输到地面的功能和预测功能，可以使航空器与地面空中交通管制系统协调后，精确地按照预定航迹飞行。其核心特点是确保空中和地面航迹信息共享与同步，并通过使用飞行管理系统（FMS）中的要求到达时间（RTA）功能自动管理速度，在受控到达时间（Controlled Time of Arrival，CTA）范围内到达汇聚点，以此提高交通排序能力。SESAR还提出了扩展到场管理区边界（Extended Arrive Manager，E-AMAN）和基于时间的间隔（Time Based Separation，TBS）概念，前者是指通过扩大终端区管制范围至200海里，可以提前对到达飞机进行航迹预测，规划排序；后者是指针对最后进近和降落过程中，飞机保持的安全距离不能体现风的影响问题，将安全间隔由距离替换为时间间隔以适应风的变化，可以更加灵活可靠地管理间隔，降低终端区容量，提高进近降落的安全性。

SESAR中的TBO目标主要通过3个阶段逐步完成，具体如下。

阶段一“基于时间的运行”，聚焦飞行效率、可预测性和环境3个方面，目标是形成一个同步的欧洲空中交通管制系统。

阶段二“基于航迹的运行”，聚焦飞行效率、可预测性、环境和容量方面，目标是形成一个基于航迹的空中交通管制系统，参与航迹运行的各方通过网络中共享的四维航迹信息和用户自定义优先级功能，优化四维任务航迹。

阶段三“基于性能的运行”，建成欧洲高性能、完整的、以网络为中心、协同和无缝的空中/地面管控系统，实现基于全系统信息管理（SWIM）以及使用用户驱动的优先级过程（User Driven Prioritization Process，UDPP）的协同规划网络运行。

2012年2月10日，欧洲用空中客车A320客机和法国泰雷兹公司的飞行管理系统完成了首次i4D航迹运行；2014年3月，测试了从法国图卢兹到丹麦哥本哈根的i4D航迹运行，并于2015年4月利用飞往汉堡和图卢兹的多个航班，向地面下传扩展投射剖面（Extended Projection Profile，EPP），以验证空地数据共享效果。在四维航迹方面验证了i4D航迹概念，开发了具备i4D航迹能力的飞行管理系统（FMS）、空中交通服务组件（Air Traffic Service Unit，ATSU）和电子信息显示系统（Electronic Information System，EIS）原型。

2019年3月，在欧洲“SESAR 2020”研究技术框架下进行了大规模的仿真，验证了100架飞机同时执行i4D航迹运行的情况。

3）中国民用航空局关于TBO的项目

为了应对中国民航发展的机遇与挑战，中国民用航空局根据世界民航发展趋势，分别于2002年和2005年提出“民航强国”战略目标和新一代航空运输系统构想。2016年，中国向国际民用航空组织提交中国民航空管现代化战略（China Aviation ATM Modernization Strategy，CAAMS），提出将围绕安全、容量、效率和服务4个性能领域的目标推进CAAMS的实施。TBO作为CAAMS核心之一，成为使运行具有航迹规划的全局性、航迹运行的可预测性、航迹管控的精细化、飞行管制的数字化和协同化的技术手段，用于提升空中交通运行效能，降低管制工作负荷，有效保障飞行安全，提高飞行效率。

2017年10月，中国民用航空局专门成立了TBO工作组，负责开展TBO运行概念的研究与论证，组织和实施中国TBO相关试验验证工作，针对空管新概念、新技术提出中国的实施指南和绘制路线图。

2019年3月20日，中国民用航空局空中交通管理局与研发团队和空中客车公司在天津至广州的航线上，共同完成了中国首次i4D航迹运行试验。试验飞机由中国南方航空公司订购，在空中客车天津总装厂交付前经过改装并由机组人员负责试飞。该飞机配备了泰雷兹公司提供的i4D航迹运行航空电子设备，支持未来空中导航系统（FANS C）和RTA的功能。