美国NEXTGEN建设的现状与未来发展

摘要：该文主要分析了NEXTGEN发展的现状和未来发展，通过阐述ADS-B、PBN、SWIM、NNEW等先进技术和程序，使我们看到了NEXTGEN给我们带来的好处和提供的巨大利益，如减少了航班延误情况，节省燃油并降低飞机尾气排放量，提供了更好的旅行体验等，使得美国航空操作更安全，更高效。

关键词：NEXTGEN建设 ADS-B PBN SWIM NNEW

中图分类号：F293.3文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）03（b）-0202-02

随着社会的发展，航空运输在人们的生活中越来越重要，最为根本的是航空运输驱动了整个国家的经济，连接整个社会、运输重要和高价值的货物、在整个经济内包括最大的行业旅游业创造工作机会等等，实际上所有的行业都从民航业中受益。民航已成为美国经济整体的一个部分，是经济增长的一个关键催化剂，对生活品质有很大的影响力。航空运输在技术、政策和程序等方面有许多问题需要去解决和改进，而NEXTGEN的建设就是为了去改善这些问题。了解美国NEXTGEN建设的现状与未来发展，将更好的有助于我们去满足国家的发展和人民的需求。

1 美国NEXTGEN建设的现状

随着NEXTGEN的不断完善，美国对其的建设也在一步步进行中。在2012年，联邦航空局已经旨在加快装备新一代系统的速率，通过减少混合操作的时间来加强新一代系统福利的传播并且激励对新一代系统的装备。NEXTGEN建设在2013年保持着持续增长的势头，特别是PBN，ADS-B等的应用。2013年1月，一个新的计划在向前迈进，航路自动化现代化（ERAM）连续运行在七个航路空中交通管制中心--新墨西哥州的阿尔伯克基，丹佛，洛杉矶，明尼阿波利斯，奥克兰，加利福尼亚州，盐湖城和西雅图。20个航路空中交通管制中的13个已经获得了初步的操作能力，并在2013年第一季度新增3个。在2012年，美国联邦航空局已经开始开发先进的ERAM软件将使系统支持新一代航空运输系统，一旦所有20个中心完美运行ERAM，该机构将进行出国路线规划的开发。

1.1 基于性能的导航（PBN）

PBN是国际民航组织（ICAO）在整合各国区域导航（RNAV）和所需导航性能（RNP）运行实践和技术标准的基础上，提出的一种新型运行概念。其是建设新一代航空运输系统的核心技术之一。它将飞机先进的机载设备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。

PBN精确地引导航空器，提高飞行运行安全性；提供垂直引导，实施连续稳定的下降程序，减少可控撞地的风险；改善全天候运行，提高航班正常性，保障地形复杂机场运行的安全；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；避开噪音敏感区，减少排放，提高环保水平；通过实施平行航路和增加终端区内进、离场航线定位点，提高交通流量；缩小航空器间横向和纵向间隔，增大空域容量；减少地空通信和雷达引导需求，便于指挥，降低飞行员和管制员的工作负荷；减少导航基础设施投资和运行成本，提高运行的整体经济效益。

在飞机上升阶段，对飞机进行流线型出发管理，RNAV和RNP从不同的跑道上增加了离港路径，增加了离港容量；在飞机平飞有效巡航阶段，RNAV、RNP和RVSM利用减少分离要求来增加空域容量；在飞机降落到机场的阶段，对飞机进行流线抵达管理，RNAV和RNP允许增加精确的跑道路径，为飞机减少了能源的消耗，控制了尾气的排放。

2013年联邦航空局快速主动实施基于性能的导航（PBN）程序和空域的改进。在休斯敦，得克萨斯州北部和华盛顿特区这三个地区完成他们的计划，并进入实施阶段。基于性能的导航扩展，新一代系统的实施主体从一开始，到2012年持续增长。2013年5月，美国联邦航空局推出PBN仪表板，一个基于网络的工具，它提供RNAV和RNP机场过程中的NAS上部署和使用数据[1]。此操作信息，将支持当前的的PBN性能和分析，帮助开发新的程序。

1.2 自动相关监视-广播（ADS-B）

ADS-B作为美国NEXTGEN核心部分之一是利用GPS和广域增强系统技术，在国家空域系统（NAS）的地面雷达跟踪飞机的新一代的继任者，它主要实施空对空监视，以网状、多点对多点方式完成数据双向通信。ADS-B功能的完成是通过机载ADS-B通信设备广播式发出来自机载信息处理单元收集到的导航信息，接收其他飞机和地面的广播信息后经过处理送给机舱综合信息显示器。机舱综合信息显示器根据收集的其他飞机和地面的ADS-B信息、机载雷达信息、导航信息后给飞行员提供飞机周围的态势信息和其他附加信息。

ADS-B主要的优势在于提供空对空的监视；提供监控远程或荒凉的地区，目前还没有与雷达覆盖；提供实时交通和航空信息在驾驶舱内；允许减少在出发和到达时间间隔和更好的可预见性；支持常见的间隔标准，横向和纵向的空域中的所有类；提高了航空公司的能力来管理交通和机群；提高空中交通管制员的计划远远提前抵港及离港的能力；减少国家空域系统运作所需的基础设施的成本。在场面监视、终端区监视、航路监视、空-空监视都以ADS-B为主要监视手段。ADS-B在地面监视上的应用有航路监视、终端区监视、无雷达覆盖区监视、机场场面监视、为其他地面设备提供飞机数据。

ADS-B在空-空监视上的应用：增强的场面交通状态获取、增强的飞行进程交通状态获取、增强的目视“看到-避让”、增强的连续目视进近、增强的排队和汇聚、洋区的尾随飞行程序、增强的交叉和穿越飞行。ADS-B计划也在继续稳步部署地面站，截至2月，美国联邦航空局已安装了超过500个自动相关监视-广播（ADS-B）地面站，其中445个运作，提供交通和天气信息给适当装备的飞机，要求ADS-B装备到2020年飞机飞行能力受限的空域和容量受限机场等。数万名通用航空飞机已经配备了广域增强系统（WAAS）接收机，大大提高了GPS信号的可用性，准确性和完整性。在2013年3月，美国联邦航空局在超过1500个机场实行了支持WAAS-LPV程序。NEXTGEN改进了超过1500个机场在低能见度的条件下的进入权限[1]。

在2012年年底，美国联邦航空局推出为期一年的试运作的系统，旨在消除潜在的不足其体现在大西洋互操作性倡议中。从NEXTGEN开始，美国联邦航空局设置了一个高优先级，用于与其他政府机构和国际组织在制定和实施空中交通管理（ATM）中共同进步。

1.3 系统广域信息管理（SWIM）

SWIM作为NextGen的组合方案的重要部分，可以确保所有利益相关者可以相互沟通，信息共享。它是基于IT基础构架的国家空域系统（NAS）所必需的信息共享系统，作为一个技术推动者，能提供互操作性，并鼓励信息和服务的可重用性。

SWIM系统之间的信息交流是以面向服务的构架（SOA）为基础。SOA作为一种架构方法，它将应用程序的服务通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来，这使得构建在各种这样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。SOA的构架可重复使用技术和信息，以简化操作并提高业务灵活性[2]。

美国目前正在实施SOA治理，以确保数据在服务提供商和消费者之间实现信息共享。最终目标是提供服务的重用和消除传统组织界限。美国近期在努力实现其重复功能，它的好处是使企业具有更大的灵活性，以适应不断变化的业务需求。因此，确保互操作性和重用是SWIM的主要目标。

1.4 NextGen的网络天线服务（NNEW）

NNEW通过多部门的努力，为国家空域系统的用户提供快捷、准确、符合成本效益和实时的气象信息。NextGen通过常见的气象数据的共享，加强安全和支持协作决策。

NNEW是提供FAA的四维天气立方体（4-D WX数据立方体）的基础设施的一部分。4-D WX数据立方体将提供常见的，普及的航空气象数据。所有类别的天气用户将及时获得所有改善、准确的天气信息支持决策，同时加强安全。

4-D WX数据立方体的气象数据包括：在各种数据库内公布的FAA的天气数据，国家海洋和大气管理局（NOAA），国防部（DOD），以及商业（CV）的气象资料供应商提供的天气数据。在4-DWX数据立方体内并提供用户所需的单位和坐标系统中的数据，可通过注册/公布的数据来查找和检索所需的资料库。数据的转化将采用不同的标准，并提供用户所需的单位和坐标系统中的数据[2]。

目前4-D的天气数据立方体的发展已退居美国联邦航空局（FAA）和国家气象局（NWS）。输入是美国联邦航空局资助的程序，它的存在是建立FAA的立方体部分和履行以上所述的传播需求。此外，立方体通过提供改进的预测和意见将成为一个整合的推动者。

2 美国NEXTGEN未来发展

美国NEXTGEN未来发展对于航空界来说至关重要。在未来，我们将体验到NEXTGEN在飞行的所有阶段上提供的便利，包括提高安全性，提高功能效率，提供更好的环境性能以减少噪音和排放的影响等。实时的数据共享将成为NEXTGEN未来发展的基石。美国未来发展的重点之一将是将NEXTGEN更加广泛的功能提供给商业需求和航空运营商，为它们提供更多的利益，促使NEXTGEN更广泛的装备。

未来美国的发展计划将包括：ADS-B在驾驶舱的应用；场面活动地图汇聚与贱哥；平行跑道进近；缩小贱哥的平行运行；集成气象信息，提高预测性；低能见度运行；改进非雷达区域交通服务；RNAV/RNP；交通管理支持；场面交通管理系统；打城市间RNR/NAVP航路交通服务等。

美国将初步实现包括从一个单一的权威来源到飞行运营中心的分配，并且将在2015年使得国家空域系统（NAS）可用。交通态势感知警报（TSAA）飞行测试也将于2013年春季完成，通过它在未来将会减少空中相撞的几率。技术标准规定介绍TSAA设备建设的要求，将在2014年春天发行。空中交通管制（ATC）自动化改进，出发/到达综合能力，将最大限度地提高跑道的使用，以提高抵港及离港效率。在2014年美国将开始部署这个工具，这将使塔台管制员能够分配在头顶上离港飞机交通流间隙。美国同时预计在2014年引入改进的图形湍流指导功能，提供飞行规划者在各级飞行中的动荡预测，包括山波动荡，当强风流向山区对其向上施压等。一个在阿拉斯加空中交通预测飞机结冰潜能的功能将在2015年公布，国家能见度预报预计在2016年可用。这些天气工具最初将通过美国国家海洋和大气管理局提供给NAS用户通过基于Web的航空数字数据服务门户。从2016年开始，NEXTGEN的共同支持服务的天气（CSS-WX）将通过全系统信息管理使用的气象信息通过各种FAA空管规划工具传播，通过NEXTGEN的天气处理器（NWP）航空气象信息生成新的类别。

NEXTGEN未来将从各种技术、系统和管理方面来完善飞行的方方面面，为公众提供更好的飞行体验，为运营商创造更大的利益。这将是我们把20世纪的系统和技术让位给21世纪的转折点。

3 结语

尽管NEXTGEN的发展为我们提供了巨大的利益，但仍然有许多技术、系统和管理方面的难题需要去解决，只有在不断的改进中去学习、创新、总结，才能使NEXTGEN更快更好的发展，为航空界美好的明天奠定基础。

参考文献

[1]Federal Aviation Administration.NextGen Implementation Plan.America：FAA，2013.

[2]程擎，朱代武.新一代空中交通管理系统[M].成都：西南交通大学出版社，2013：18-19.

[3]Cheng Qing，Zhu Daiwu.A new generation ofair traffic management system[M].chengdu：Southwest jiaotong university Press，2013.

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