空中交通管理
创建日期 星期四 03 一月 2019
AT31 空中交通管理
ATM空中交通管制复习总结-李璐君
首先列写一定会考的问题。 （30道选择题）选择题一定会考的问题：雷达间隔，尾流间隔，垂直间隔，中低空等待时间等数据，告警的几个阶段。 （8道简答题）简答题一定会考的问题。 1.空域的管理职能。（背诵） 2.四维轨迹的优势。 3.如何降低尾流间隔标准。 4.影响机场容量的因素。 5.空域为什么要扇区化？ 6.为什么划分空域等级? 7.航路规划的战术、战略以及预战术层面的解决方法。 8.机场容量的评估方法。（影响容量的因素） 9.影响垂直间隔的因素。 10.进一步缩小垂直间隔应考虑哪些因素。 11.空中交通管制许可的内容有哪些？ 12.如何确定等待航线（最低安全高度）。 13.SESAR概念（未来发展规划） 接下来针对老师在课上所画的知识点进行总结（考试用英文答题，因此以中英文形式进行总结，尽量简洁明了）。
RNP:所需导航性能 PBN:基于性能的导航 RNAV:区域导航
### 第一章绪论（ATM）
[1]Air Traffic（空中交通）特点：没有固定的实际路径，三维（3 dimensional），运行更快，不能停止，存在速度范围限制（speed range），通道化（channelized），分配各个飞行高度层（Flight levels），需要ATC来保持间隔（larger separation），需要进行流量管理（ATCFM：Air traffic control flow management） [2]GAT(General Air Traffic): all flights conducted in accordance with the rules and procedures of ICAO and/or the national civil aviation regulations and legislation.(所有飞行均按照国际民航组织的规则和程序和/或国家民航法规和立法进行)例如：军用飞行。（Military flight） OAT(Operational Air Traffic):encompasses all flights which do not comply with the provisions stated for GAT and for which rules and procedures have been specified by appropriate national authorities.(试飞) [3]ATM概念：通过各方合作（in collaboration with all parties），对空中交通（air traffic）和空域（airspace）进行管理。 ATM由空中（air part）和地面部分（ground part）组成。 The ATM system is a system that provides air traffic management through the collaborative integration of humans, information, technology, facilities and services, supported by air, ground and/or space-based communications, navigation and surveillance.（需要背下来） [4]ATM的目的：使航空公司（aircraft operators）能在不影响安全的情况下，以最少的限制，达到预定的出发和抵达时间（planned times of departure and arrival），并遵守他们所喜爱的飞行路线（flight profiles）。（经济角度考虑） [5]ATM的组成：空域管理（Airspace management），容量和流量管理(Air Traffic Capacity & Flow Management)，空中交通服务(Air Traffic Services) [6]ATM信息管理（图片背诵，简要介绍）：Airline Operation Center(航空公司运营中心),天气信息（Weather Service）,军方信息（Military）将信息传输给信息管理平台（Information Management）,然后平台会将处理后的信息传输给空域管理（Airspace Management）,流量管理（Flow Management），交通管理（Traffic Management）,间隔管理（Seperation Management）,最后通过航空器监视系统（Surveillance）将飞机信息共享到前面所有的平台。
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[7]广域信息管理SWIM（System-Wide Information Management）（可能会考概念）： SWIM网络将是一个基于IP的数据传输网络（data transport network），使用经过验证的信息通信技术（proven information communication technology）。它将以连接所有ATM合作伙伴的地面/地面通信网络取代目前的点对点数据系统（point to point data systems）;ANSP(空中导航服务商)、机场和空域用户，包括军方。飞机将成为网络中的旅行节点（travelling nodes），由新的高容量空地数据链连接（air/ground data link）。 优点：每个成员（Partner）都是信息的消费者(Consumer)和生产者(Producer)，信息共享速率快，可以迅速做出最有利的决策，并可以将自己的决策输入到SWIM信息网中，达到决策信息的即时共享（决策信息一般指参考商务轨迹）。 [8]参考商务轨迹（Reference Business Trajectory）：空域用户其飞行意图的直接表示。 控制到场时间（Controlled Time of Arrival）:飞机到达指定机场附近的限制时间 [9]ATM基础设施（ATM Infrastructures非常重要）： 通信(Communication): Air-GND(空地通信): HF（高频）/VHF（甚高频）/Satellite, voice/data link（数据链） GND-GND（地地通信）：Aeronautical fixed telecommunication network (AFTN)（航空固定通信网），Telephone, Internet, Satellite 导航(Navigation): Ground-based(地基): VOR(VHF omnidirectional range)甚高频全向信标台:判断飞机是否对准信标台。 DME（Disatance measuring equipment）测距仪：测量飞机到测距仪间的距离。
ILS（Instrument landing system）仪表着陆系统：帮助飞机降落到机场上。 GNSS(Global Navigation Satellite System)全球飞行导航系统：全球定位
监视(Surveillance)
Radar：雷达：主动监视飞机 PSR：Primary Surveillance Radar SSR: Secondary Surveillance Radar ADS（Automatic Dependent Surveillance）：自动相关监视系统：飞机自己将飞行信息（速度，位置等）发送到ADS，被动监视飞机。（比如说马航的ADS-B被人为关闭）
[10]ATM系统在中国的组织机构（军民协调：了解吧，或许考一道选择题，图片里是笔记）：
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[11]安全，容量和效率是空管的挑战。
### 第二章空域管理（Air Space management（ASM））
[1]空域管理的目标：空域利用率最大化（Maximization of airspace utilization） ASM的具体目标是在给定的空域内，通过动态时间共享（dynamic time-sharing）划分空域，最大限度地利用现有空域（temporary reserved airspace）使所有有关各方，即商业航空运输、军事航空运输和通用航空，随时获得空域资源。 [2]空域用户（Airspace user）:航空公司，军方，警方/海关，通航。 [3]空域管理的职能（会考）： 1.收集和评估空域使用需求（collection and evaluation） 2.规划和分配空域（planning and allocation） 3.激活或关闭空域（activation or de-activation） 4.实时传播空域使用信息（dissemination of detailed information）。 [4]三种特殊用途空域(SUA: Special Use Airspace)（会考）：禁区（Prohibited Area），限制区（Restricted Area）和危险区（Danger Area） [5]定期航班的空域类型（Airspace for Commercial Flights）： Airways and Air-routes (AWY)：航线和航路 Terminal Control Areas (TMA)：终端区 Aerodrome Control Zones (CTZ)：机场管制地带 [6]空域又可以分为：1.管制空域（Controlled Airspace）： 管制空域又分为：管制区（Control Area）和管制扇区(Control Sector) 关于此部分有一个简答题：空域管理为神马要扇区化（Sectorization）？ 答案：空域扇区的合理划分不仅能改善空域结构，保证飞行的安全以及效率，而且能使有限的空间容量得到充分利用。 设置空管扇区的目的是为了将管制区的工作量（workload）分配至两个或者两个以上的管制席位（control seats），减轻(alleviate)单一管制席位的工作负担或者减少陆空通信频率拥挤（Air/GND communication frequency congestion）。 2.非管制空域(Uncontrolled Airspace) [7]空管单位（ATCU: Air traffic control unit） 区域管制中心：Area/Airway Control Center(对应航线和航路) 终端管制中心（进近管制使）：Terminal/Approach Control（对应终端区） 塔台管制使: Tower Control（对应机场管制地带） [8]空域等级划分（必考）： 关于此部分有一个简答题：为甚么要进行空域的等级划分？ 答案：不同类型的空域的控制级别（Degree of control），航行规则(Rules)，空管服务(Service)以及设备要求(Equipage Requirements)不同，因此需要对空域进行等级划分。 航行规则：目视飞行规则（IFR: Instrument Fly Rules）和仪表飞行规则(VFR: Visual Fly Rules) 各个国家空域划分等级的方式不同，都遵循：控制空域比非控制空域级别更高，高空空域（需要ATC的许可）比低空空域级别更高。（简单了解） 中国的简单空域等级划分（中国的空域实际并没有分级别，仅简简单单地按照高度进行划分，因此中国的空域等级划分还有待改进，可能会出一个简答题）： A：High level airspace B：Medium and low level airspace C: Terminal control area D: Tower control zone
### 第三章 空域的灵活使用（FUA: Flexible Use of Airspace）
[1]空域灵活使用的概念：空域不再被分离为军用或民用空域，而应当视为一个连续体（should be considered as one continuum）并灵活使用（used flexibly）。空域隔离（airspace segregation）应是临时的（temporary nature），任何的空域划分都是基于特定时刻（a specific time period）的实际用途（based on real usage）的。因此空域的灵活使用是基于空域的临时分配和使用的（temporary allocation and utilization.）。 [2]空域结构包括（了解）： a)Conditional Routes (CDRs), 条件航路 b)Temporary Reserved Areas (TRAs),临时预留区域 c)Temporary Segregated areas (TSAs), 临时隔离区域 d)Cross-Border Areas (CBAs) 穿越边界区域 e)Prior Co-ordination Airspace (PCA) 预先协调区域 f)Reduced Co-ordination Airspace (RCA) procedures.（降低协调空域程序） [3]FUA的ASM等级（简答题） 一级：战略（Strategic）：国家层面： 1.由一个高等级的军民航（joint civil and military）都可负责的国家机构（national body）来制定国家空域管理政策（formulates the national ASM policy）和战略规划工作（strategic planning work）。 2.在第一级的战略层面，要规定二三级的工作结构（determine the working structures for ASM Levels 2 and 3），并给与他们最低权限（give them the agreed minimum authority）来执行任务。 3.为了进一步提高使用效率，国家要定期对空域和航路的结构进行定期审查和改进（will conduct a periodic review of national airspace and route structures）。 二级：预战术（Pre-Tactical）： 空域管理单元AMC：Air Space Management Cell来负责 空域的日常管理（day-to-day management）和临时分配（temporary allocation）空域,即收集和分析所有的空域请求，并决定每天的空域分配（AMCs collect and analyze all airspace requests and decide the daily airspace allocation）。 AUP（空域使用计划） –》 UUPS（更新的空域使用计划） 三级：战术(Tactical) 实时激活，停用或者实时分配空域（real-time activation, deactivation or real-time reallocation of the airspace）来解决空域问题或交通状况，可以优化空域使用，减少对空域隔离的需要。
### 第四章 空中交通流量容量管理（ATFCM: Air Traffic Flow & Capacity Management）
[1]目的：平衡需求和容量。 [2]空中交通拥堵（Congestion）的主要原因： 1. 由于公众的假期模式和旅行习惯(Vacation patterns and travel habits)，某些时段的流量会累积。
2. 管制系统间的容量差异。
3. 未能及时将交通流量需求通知管制单位。
4. 缺乏先进的技术和程序去处理应急问题并兼顾安全性和经济性。
[3]ATFCM的职能：1.收集所有设施，系统和机场的信息。
2.收集和分析所有数据。 3.确定预期的交通需求。 4.尽可能的与有关部门协调，提高ATC的能力。
[4]流量管理程序 第一步 战略规划（提前2到6个月）： 1.给特定时间和地点安排足够的容量。 2.重新规划某些交通流。 3.酌情安排或者重新安排航班( as appropriate.)。 第二步 预战术规划（提前一天）： 1.某些交通流又可能会被重新安排。 2.可以和一些专门的卸荷路线(off-load route)进行协调。 3.公布ATFM信息。 第三步 战术实施（当天）： 1.执行商定的战术措施。(Implement agreed tactical measures) 2.监视空中交通的发展状况,以确保ATFM措施应用有预期的效果。(Monitor air traffic developments to ensure that ATFM measures are applied to the desired effect.) 3.采取或者启动补救行动当延误被报告出来的时候（Take or initiate remedial action when delays are reported） [5]机场容量评估 影响因素：1.Airspace complexity
2.Environment 3.Seperation(最大的短板) 4.Weather 5.Demand：（例如飞机的跑道占用时间属于需求） 6.Runways 7.Aerodrome design 评估机场容量的方法：
Analytic models Time-space analysis Queuing models (deterministic and stochastic) Simulation-based models Monte Carlo Simulation Continuous simulation models Discrete-event simulation models [6]影响空域容量(En-route capacity)的因素： 1.Traffic complexity 2.Separation standards 3.Weather 4.ATM Factors（冲突管理，扇区大小等） 5.Airspace design 6.ATM system availability [7]影响扇区容量的主要因素：管制员的工作负荷。
### 第五章 空中交通流量容量管理（ATFCM:Air Traffic Flow & Capacity Management）
[1]General rules: [2] 1. Protection of persons（不能飞城市密集区，城镇，居住区，露天集会区） and property
2. Cruising levels（巡航高度层）（高度层分配）
过度高度层（transition level）：3600m 过渡高度（transition altitude）：3000m RVSM(Reduced Vertical Seperation Minimum):缩小的垂直间隔标准 西双东单：每隔300M一个高度层 600 -》8400 300m 8900 -》12500 300m 12500 -》14900 600m（由于空气稀薄，高度表精度降低，300m间隔不安全） 如果单位是英尺，便是每隔1000英尺一个高度层。 11100英尺-》25000英尺 影响最小垂直间隔的因素：高度表精度（ Accuracy of altimeters），飞机保持高度的能力（Level keeping capability），垂直气流（Vertical currents） 为什么要分配高度层？ To reduce conflict and maintain order；Regulated with directions and flight levels； Safe, orderly, expeditious! 3. Dropping or spraying：飞机上扔东西
Towing：拖拽其它飞行器 Parachute descents：紧急（降落伞）降落 Acrobatic flight：（特技飞行） Formation flights：编队飞行 Unmanned free balloons：无人控制气球 Prohibited areas and restricted areas：限制区或禁区 飞机起落航线的五边：upwind,crosswind,downwind,base,final 不包括机坪的机场区域：Maneuvering Area 包括机坪的机场区域：Mouvement Area [3]Flight plan（飞行计划）:向空中交通服务单位提供飞行信息。 [4]FPS: Flight Progress Strips（飞行进程单）：帮助空管员识别冲突，可视化空中交通状态，记录飞行许可（clearance）和指令（instruction） [5]Air traffic control clearance（空中交通管制许可）： 1.授权（authorization）飞机在ATCU指定的条件下飞行。 2.许可应在操作飞行器之前得到(Prior to operating a controlled flight)（没有许可不得改变飞机的现有状态）。 3.应当提交飞行计划(Submission of a flight plan)来获得这种许可。 [6]许可的内容（必考）： 1.aircraft identification;（航空器识别） 2.clearance limit, normally destination aerodrome;（许可限制，正常指目的地机场） 3.designator （代号）of the assigned SID (Standard instrument departure(标准仪表离场)), if applicable; 4.initial level, except when this element is included in the SID description; 5.allocated SSR code;（分配应答机编码） 6.any other necessary instructions or information not contained in the SID description, e.g. instructions relating to change of frequency. [7]Adherence to flight plan（遵守飞行计划） 无意中没有遵守飞行计划，若偏离航线，则返回；若TAS偏离5%，通知ATC；若预计到达偏差超过3min，通知ATC。 [8]Position report(位置报告):每一个受管制的航班（Controlled flight）在到达强制报告点(designated compulsory reporting point)的时候要向ATCU报告时间和高度。 [9]VFR(目视飞行规则): VMC（目视气象条件，Visual meteorological Conditions）:距离云端边界1500m，300m一个飞行高度层，可视距离5km 飞行高度层：FL从10500开始，和民航飞机相差500英尺。 [10]IFR（仪表飞行规则）： Minimum levels（最低飞行高度） 1.over high terrain or in mountainous areas （高海拔地区）600m/8km（垂直间隔/ML（最低安全高度）） 2.Elsewhere: 300 m/8km
### 第六章 空中交通服务（Air Traffic Services）
[1]ATS包括 [2]ATC(空中交通管制服务)：1.防止飞机之间的冲突2.负责飞机之间在机场活动区域(the maneuvering area)的冲突和避障3.加快和维持空中交通秩序(expedite and maintain an orderly AIR traffic flow) FIS（飞行情报服务）（Flight Information Service）:为飞行提供建议(advice)和情报(infromation) Alerting Service（告警服务）:一般飞机失事的时候会用到。对需要搜寻营救(in need of search and rescue aid)的航空器，通知和协助有关部门(appropriate organization)。 [3]Visual Separation（目视间隔）：see and avoid IFR separation (non-radar)（非雷达仪表间隔）： 飞行在同高同轨迹同速度，间隔10min； 如果要紧跟前一架飞机改变高度层，间隔15分钟。 如果迎面有一驾飞机要穿越（迎面飞机所在的高度层）高度层，间隔10+10=20min 如果估计两架飞机已经在水平面上相交（垂直高度不同），那么要再过10min才能穿越高度层。 航路相交，间隔为15min。 VOR间隔：15度 NDB间隔：30度 DME间隔：20km Radar Separation（雷达间隔）（必考）：
进近区域6km 管制区域10km
Wake turbulence separation：
Heavy:>=136000kg Medium:7000->13600kg Light:<=7000kg
尾流间隔是影响跑道容量最大的短板。
影响尾流间隔的因素：
Better secquencing considering the weight of the plane Better categorization Atmosphere condition detection Aerodrome Control: Five legs 可能会有简答题： 1.Under what circumstances can a departing aircraft be permitted to take off? A departing aircraft will not normally be permitted to commence take-off until the preceding departing aircraft has crossed the end of the runway-in-use or has started a turn or until all preceding landing aircraft are clear of the runway-in-use. 2.Under what circumstances can an arriving aircraft be permitted to land? A landing aircraft will not normally be permitted to cross the runway threshold on its final approach until the preceding departing aircraft has crossed the end of the runway-in-use, or has started a turn, or until all preceding landing aircraft are clear of the runway-in-use. Approach Control：计量(Metering)，汇流(Merging)，排序(Sequencing)，拉间隔(Spacing) [4]FIS:可以发出机场天气信息，导航设备信息，航路的天气信息，其它航空器的飞行状态信息等 飞行情报广播（可能考选择题）： OFIS: Operational Flight Information Service
ATIS: Automatic Terminal Information Service(自动终端情报服务) VOL MET: Meteorological information for aircraft in flight
[5]Alerting Service（选择题） Three phases： -Uncertainty phase（不明状况阶段） -Alert phase（告警阶段） -Distress phase（遇险阶段）
### 第七章 飞行程序设计（Flight Procedure Design）
[1]NDB(Non Directional Beacon),VOR(Very high frequency omnidirectional Range),ILS的精度（记数据）：±6.9度，±5.2度，±2.4度 [2]飞行程序设计需要考虑到的因素：适用机型（operable for all aircraft），避障(protected from obstacle )，飞机的性能(Aircraft performance)，地面导航设备(GNF: Ground navigation facilities)，环境 [3]进近程序的五个部分：Initial, Intermediate, Final, Missed Approach, Re-Enter Enroute Phase [4]精密进近和非精密进近的区别：精密进近既有垂直指引，也有水平指引，非精密进近只有水平指引。 [5]Decision height and decision altitude(精密进近的决断高度的确定): DH = The highest approach obstacle + OCH（超障余度:obatacle clearance height）+ Operation consideration DA = The highest approach obstacle + OCA（超障余度:obatacle clearance altitude）+ Operation consideration DA = DH + 平均海平面和机场的高度差（distance from mean sea level and threshold elevation） 直接记DH就行。 [6]Minimum descent height and minimum descent altitude(非精密进近的最低下降高度)： 决定方法同上。 [7]Reversal procedure（掉头程序）:1.45/180 procedure turn,80/260 procedure turn, Base turn and Racetrack turn(类似跑道转弯) [8]等待航线如何确定：1.GBN：地面导航台的类型。2.飞机当前的飞行方向决定等待航线的进入方式。3.最小扇区海拔（MSA：minimum sector altitude）的确定。 [9]QNH:修正海平面气压 QFE：机场场面气压 QNE: 标准海压。 起飞：QNH-转换高度层→QNE
### 第八章 未来的空管（Future ATM）
[1]全球ICAO ATM业务的七个组成部分: AOM— Airspace organization and management DCB— Demand/capacity balancing AO— Aerodrome operations TS— Traffic synchronization CM— Conflict management AUO— Airspace user operations ATM SDM — ATM service delivery management [2]SESAR的未来发展规划： 2009-2013：推广一些ATM办法（Rolling out best practices）。 2013-2017：准备基于轨迹的运行。（Based on trajectory） 2017-2020: 实施基于网络中心的轨迹运行模式。(implementing net-centric trajectory management) 2020-2025：在共享轨迹环境中达到自动化。(achieving net-centric trajectory management) 2025-future：先进的间隔模式并设计一种基于用户有利的完整4维轨迹管理。(extending advanced separation modes and accommodating full 4d trajectory management based on user preferred trajectories)
