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導航數據庫 讓飛行更安全

時間:2014年05月21日   來源:

中國民航正在大力推廣的PBN技術(基于性能的導航),是未來航空運輸系統的關鍵。而實施PBN技術的前提和基礎是機載導航數據庫。機載導航數據庫是保障機載導航性能的關鍵因素。前不久,記者從中國民航科學技術研究院獲悉,航科院目前已初步具備了導航數據的編碼和航空數據的管理能力,完成了國內部分機場程序的導航數據編碼工作。

機載導航數據庫——飛機的中樞神經

在航科院航行新技術研究所,工程師王冠宇向記者展示了空客A320模擬機的飛行界面。在飛行界面上,布滿了錯綜復雜的點和線?!帮w機能沿著預設的飛行路徑自動飛行,依賴存儲在飛機飛行管理計算機(FMC)中的導航數據庫?!蓖豕谟钫f。

和汽車在地面上行駛可以依賴導航一樣,飛機的機載導航數據庫也能引導飛機按著預定的航線飛行。不過,與汽車導航儀器不同的是,儲存在FMC中的導航數據庫不需要飛行員手動操作,就能引導飛機按照預定的路徑飛行?!皩Ш綌祿煜喈斢陲w機的中樞神經,包含航路、導航臺、航路點、機場、進離場程序等航行運行的核心數據,其準確度和精確度關系到整個飛行安全?!焙叫行录夹g研究所所長何運成說。

“傳統程序飛行可以不依賴導航數據庫,但是PBN程序飛行必須依賴?!蓖豕谟钫f。更先進的導航性能對數據庫有更高的要求,導航數據中經緯度出現0.1分的誤差,就可能導致飛行中幾百米的誤差。PBN所需要的飛行精確度比傳統程序要高,因此手動操作輸入數據是無法實現的。

在PBN技術中,通過編碼,一張張紙質航圖變成了機載設備可以識別的數據。該數據能精確到百分秒位。因此,在裝有機載導航數據庫的飛機上,飛行員不需要手動輸入各種數據,他們從飛行的操作者變為了監控者,在大大減輕工作負荷的同時,也減少了人為操作失誤的可能性,提高了飛行安全性。

盡管對于傳統程序飛行來說,機載設備可以滿足用人工輸入各種數據的要求,但是PBN推行是全球民航的大勢所趨?!翱梢灶A見,在未來的航行系統中,航空運行對導航數據的依賴度將越來越高,導航數據對飛行的安全和效益將會有更為直接與重要的影響?!焙芜\成說。

打破導航數據服務壟斷——迫在眉睫

盡管導航數據庫如此重要,但是目前世界上僅有少數公司能提供導航數據服務。國際上提供導航數據服務的公司主要有兩類,一類是導航數據供應商,負責收集民用航行資料,將其通過驗證編碼轉為ARINC424標準導航數據格式(這是一種導航數據行業標準);另一類是機載航電設備生產商,負責將符合ARINC424格式的導航數據格式轉換為其機載航電設備可使用的專用導航數據格式。

由于我國在導航數據核心技術方面的研究起步較晚,目前,國內航空公司的波音、空客飛機運營商的機載導航數據服務,基本上都被波音公司的子公司杰普遜公司所壟斷。

這種情況對我國航空運輸的發展造成了諸多不利影響。何運成說,一方面,國外數據使用成本高昂。杰普遜公司作為為中國航空運營商提供導航數據的唯一服務商,向國內的航空運營商收取高額的服務費,國內航空公司用于購買導航數據的服務費每年高達幾千萬元。隨著我國民航機隊的不斷擴張,數據服務費用還會不斷提高;另一方面,導航數據是國產大飛機和機載航電設備進行科研試驗的基礎數據。如果只依賴國外供應商提供的導航數據,將嚴重掣肘國產大飛機核心設備產品的自主發展。

“除此之外,航行資料涉及國家秘密與安全,向外方提供保密的航空數據,直接威脅到國家基礎信息安全”。據了解,為了保障航空運輸的正常運行,航空公司不得不向外方提供未公開的航空數據。一方面要保護國家信息安全;另一方面是民航實際運行的迫切需要?!氨M快打破國外公司對導航數據服務的壟斷,迫在眉睫?!焙芜\成說。

提供導航數據庫服務——大有可為

全球民航推行PBN是大勢所趨,為航空公司提供導航數據服務大有可為。其實,在導航數據服務研究方面,航科院已經取得了一些成績。

從2005年開始,航行新技術研究所就開始承擔國內大量機場的傳統飛行程序以及單發程序的設計工作。在此基礎上,航行新技術研究所自主開發了航空數據的管理系統和導航數據編碼與校驗系統,實現了對航空數據的自動化管理。目前,他們已完全具備基于ARINC424規范的導航數據編碼能力,并完成了國內部分機場程序的導航數據編碼工作。

在今年2月初,受廈航委托,研究所為其提供了導航數據庫校驗服務。國際上通用的導航數據庫的更新周期是28天,這次導航數據庫的公布日正好是在春節期間,為此,航行新技術研究所的工程師連大年初二也在加班,只為不耽誤廈航的導航數據更新。

何運成說:“我們已經為國航、南航、深航、廈航、河北航、聯航、重慶航等航空公司提供導航數據庫的編碼和校驗服務,正逐步與杰普遜公司形成競爭局面,打破國際上的導航數據服務壟斷?!?

除了具備PBN公共程序的導航數據編碼能力外,目前航行新技術研究所已具備了全面的傳統程序、RNP AR程序、單發程序的設計和導航數據編碼能力。

今年,航行新技術研究所還承接了國家的機載導航數據庫項目,針對國產大飛機運行對導航數據的實際需求,以突破導航數據編碼和管理關鍵技術為目標,重點研究電子航行資料管理技術、導航數據編碼校驗技術、導航數據管理和質量管理技術等關鍵技術?!拔覀兊哪繕耸?,依托國內航空公司和國產飛機供應方,實現民用航空導航數據的自主化應用驗證和運營實踐示范。同時,在此基礎上,建立航空數據的處理標準,形成擁有自主知識產權的導航數據生產服務的能力,取代國外導航數據生產公司為國產民機的研發提供數據支持?!焙芜\成信心滿滿地說。

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國際導航數據技術發展方向

民用航空導航數據應用關鍵技術都集中在歐美國家。這些國家制定和發布了導航數據相關標準和行業規范,把握著導航數據應用技術的發展方向。

目前,國際航空界已制定了較為成熟的機載導航數據標準,這些技術標準包括數據處理和應用標準、航空數據處理和應用規范,主要包括RTCA/DO-200A《航空數據處理標準》和RTCA/DO-201A《航空信息標準》。其中,《航空數據處理標準》是根據航空應用中對導航、地形、障礙物等航空數據信息的需求,制定處理機載導航、飛行線路規劃、地形提示告警、飛行仿真以及其他航空應用所需的航空數據的最低標準,以明確數據生產、修訂應用和評估的質量保證與管理規范。

考慮到機載設備的數據需求、性能需求和操作約束等,美國和歐洲正在分頭各自研究,努力在ARINC424數據模型的基礎上建立新型的機載導航數據庫標準。該標準應用UML模型描述機載導航數據庫,除了包含ARINC424規定的數據之外,還增加地形數據、障礙物數據等,同時支持飛行實時數據等動態信息。該標準還建立嵌入式機載導航數據交換模型(BXML),實現機載設備之間的導航數據轉換和共享。充分考慮到現行的導航數據ARINC424標準和開放式的導航數據標準,下一代的導航數據標準將會集成兩種標準的特點,以ARINC424A發布,成為下一代導航數據的技術規范。

 


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