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导航数据库 让飞行更安全

时间:2014年05月21日   来源:澳门新浦京8455com

中国民航正在大力推广的PBN技术(基于性能的导航),是未来航空运输系统的关键。而实施PBN技术的前提和基础是机载导航数据库。机载导航数据库是保障机载导航性能的关键因素。前不久,记者从中国民航科学技术研究院获悉,航科院目前已初步具备了导航数据的编码和航空数据的管理能力,完成了国内部分机场程序的导航数据编码工作。

机载导航数据库——飞机的中枢神经

在航科院航行新技术研究所,工程师王冠宇向记者展示了空客A320模拟机的飞行界面。在飞行界面上,布满了错综复杂的点和线。“飞机能沿着预设的飞行路径自动飞行,依赖存储在飞机飞行管理计算机(FMC)中的导航数据库。”王冠宇说。

和汽车在地面上行驶可以依赖导航一样,飞机的机载导航数据库也能引导飞机按着预定的航线飞行。不过,与汽车导航仪器不同的是,储存在FMC中的导航数据库不需要飞行员手动操作,就能引导飞机按照预定的路径飞行。“导航数据库相当于飞机的中枢神经,包含航路、导航台、航路点、机场、进离场程序等航行运行的核心数据,其准确度和精确度关系到整个飞行安全。”航行新技术研究所所长何运成说。

“传统程序飞行可以不依赖导航数据库,但是PBN程序飞行必须依赖。”王冠宇说。更先进的导航性能对数据库有更高的要求,导航数据中经纬度出现0.1分的误差,就可能导致飞行中几百米的误差。PBN所需要的飞行精确度比传统程序要高,因此手动操作输入数据是无法实现的。

在PBN技术中,通过编码,一张张纸质航图变成了机载设备可以识别的数据。该数据能精确到百分秒位。因此,在装有机载导航数据库的飞机上,飞行员不需要手动输入各种数据,他们从飞行的操作者变为了监控者,在大大减轻工作负荷的同时,也减少了人为操作失误的可能性,提高了飞行安全性。

尽管对于传统程序飞行来说,机载设备可以满足用人工输入各种数据的要求,但是PBN推行是全球民航的大势所趋。“可以预见,在未来的航行系统中,航空运行对导航数据的依赖度将越来越高,导航数据对飞行的安全和效益将会有更为直接与重要的影响。”何运成说。

打破导航数据服务垄断——迫在眉睫

尽管导航数据库如此重要,但是目前世界上仅有少数公司能提供导航数据服务。国际上提供导航数据服务的公司主要有两类,一类是导航数据供应商,负责收集民用航行资料,将其通过验证编码转为ARINC424标准导航数据格式(这是一种导航数据行业标准);另一类是机载航电设备生产商,负责将符合ARINC424格式的导航数据格式转换为其机载航电设备可使用的专用导航数据格式。

由于我国在导航数据核心技术方面的研究起步较晚,目前,国内航空公司的波音、空客飞机运营商的机载导航数据服务,基本上都被波音公司的子公司杰普逊公司所垄断。

这种情况对我国航空运输的发展造成了诸多不利影响。何运成说,一方面,国外数据使用成本高昂。杰普逊公司作为为中国航空运营商提供导航数据的唯一服务商,向国内的航空运营商收取高额的服务费,国内航空公司用于购买导航数据的服务费每年高达几千万元。随着我国民航机队的不断扩张,数据服务费用还会不断提高;另一方面,导航数据是国产大飞机和机载航电设备进行科研试验的基础数据。如果只依赖国外供应商提供的导航数据,将严重掣肘国产大飞机核心设备产品的自主发展。

“除此之外,航行资料涉及国家秘密与安全,向外方提供保密的航空数据,直接威胁到国家基础信息安全”。据了解,为了保障航空运输的正常运行,航空公司不得不向外方提供未公开的航空数据。一方面要保护国家信息安全;另一方面是民航实际运行的迫切需要。“尽快打破国外公司对导航数据服务的垄断,迫在眉睫。”何运成说。

提供导航数据库服务——大有可为

全球民航推行PBN是大势所趋,为航空公司提供导航数据服务大有可为。其实,在导航数据服务研究方面,航科院已经取得了一些成绩。

从2005年开始,航行新技术研究所就开始承担国内大量机场的传统飞行程序以及单发程序的设计工作。在此基础上,航行新技术研究所自主开发了航空数据的管理系统和导航数据编码与校验系统,实现了对航空数据的自动化管理。目前,他们已完全具备基于ARINC424规范的导航数据编码能力,并完成了国内部分机场程序的导航数据编码工作。

在今年2月初,受厦航委托,研究所为其提供了导航数据库校验服务。国际上通用的导航数据库的更新周期是28天,这次导航数据库的公布日正好是在春节期间,为此,航行新技术研究所的工程师连大年初二也在加班,只为不耽误厦航的导航数据更新。

何运成说:“我们已经为国航、南航、深航、厦航、河北航、联航、重庆航等航空公司提供导航数据库的编码和校验服务,正逐步与杰普逊公司形成竞争局面,打破国际上的导航数据服务垄断。”

除了具备PBN公共程序的导航数据编码能力外,目前航行新技术研究所已具备了全面的传统程序、RNP AR程序、单发程序的设计和导航数据编码能力。

今年,航行新技术研究所还承接了国家的机载导航数据库项目,针对国产大飞机运行对导航数据的实际需求,以突破导航数据编码和管理关键技术为目标,重点研究电子航行资料管理技术、导航数据编码校验技术、导航数据管理和质量管理技术等关键技术。“我们的目标是,依托国内航空公司和国产飞机供应方,实现民用航空导航数据的自主化应用验证和运营实践示范。同时,在此基础上,建立航空数据的处理标准,形成拥有自主知识产权的导航数据生产服务的能力,取代国外导航数据生产公司为国产民机的研发提供数据支持。”何运成信心满满地说。

相关链接:

国际导航数据技术发展方向

民用航空导航数据应用关键技术都集中在欧美国家。这些国家制定和发布了导航数据相关标准和行业规范,把握着导航数据应用技术的发展方向。

目前,国际航空界已制定了较为成熟的机载导航数据标准,这些技术标准包括数据处理和应用标准、航空数据处理和应用规范,主要包括RTCA/DO-200A《航空数据处理标准》和RTCA/DO-201A《航空信息标准》。其中,《航空数据处理标准》是根据航空应用中对导航、地形、障碍物等航空数据信息的需求,制定处理机载导航、飞行线路规划、地形提示告警、飞行仿真以及其他航空应用所需的航空数据的最低标准,以明确数据生产、修订应用和评估的质量保证与管理规范。

考虑到机载设备的数据需求、性能需求和操作约束等,美国和欧洲正在分头各自研究,努力在ARINC424数据模型的基础上建立新型的机载导航数据库标准。该标准应用UML模型描述机载导航数据库,除了包含ARINC424规定的数据之外,还增加地形数据、障碍物数据等,同时支持飞行实时数据等动态信息。该标准还建立嵌入式机载导航数据交换模型(BXML),实现机载设备之间的导航数据转换和共享。充分考虑到现行的导航数据ARINC424标准和开放式的导航数据标准,下一代的导航数据标准将会集成两种标准的特点,以ARINC424A发布,成为下一代导航数据的技术规范。