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浅谈未来AIM中的障碍物数据集公布

发表时间：2021/6/16 来源：《探索科学》2021年5月作者：崔光豪

[导读] 航空情报服务为民用航空运输提供 7x24 的航空数据和信息，是空中交通管理核心业务之一。根据国际民航组织对航空情报业务发展要求，未来十年航空情报专业将完成航空情报服务（AIS）向航空情报管理（AIM）过渡，中国民航将建立基于航空情报交换模型（AIXM）的中国民航航空情报数据库和全球航空情报数据库，提供数字化航空数据和信息，为提高航空运营的安全水平和运行效率做出贡献。

北京市空管局情报中心崔光豪 100020

航空情报服务为民用航空运输提供 7x24 的航空数据和信息，是空中交通管理核心业务之一。根据国际民航组织对航空情报业务发展要求，未来十年航空情报专业将完成航空情报服务（AIS）向航空情报管理（AIM）过渡，中国民航将建立基于航空情报交换模型（AIXM）的中国民航航空情报数据库和全球航空情报数据库，提供数字化航空数据和信息，为提高航空运营的安全水平和运行效率做出贡献。
随着航空运输运行环境的复杂化，航空情报用户为了实现更高的安全目标、提高运行效率，对接受的航空情报服务也提出了新的需求，这也正是AIS向AIM过渡的根本原因。近年来，航空情报用户正在减少纸质产品需求量，转向使用电子化产品（如EFB），随着AIM系统架设完成，未来将会建立更多的电子化的数据集产品，包括航空资料汇编数据集、仪表飞行程序数据集、地形数据集、障碍物数据集以及机场地图数据集。
根据中国民航航空情报管理数据指南[ 中国民航航空情报管理AIM实施指南（IB-TM-2018-01）]目前对外公布的地形和障碍物数据与国际民航组织之间的要求有较大脱节，我国尚未根据国际民航组织的要求公布障碍物数据集，因此建立一套符合国际民航组织要求的障碍物数据集，更好地为航空情报用户服务，显得尤为的迫切和关键。本文将基于国际民航组织的相关文件和规章，浅谈如何对建立航空情报障碍物数据集。
关键词：航空情报管理；障碍物；障碍物数据集
        1．障碍物的定义
        根据ICAO的《空中航行服务程序-航空情报管理》（PANS-AIM，DOC10066）将障碍物定义如下：
        一切固定（无论是临时还是永久）和活动的物体，或是这些物体的一部分，它们：位于供航空器地面活动地区上；或延伸到为保护飞行中的航空器而规定的限制面以上；或位于那些规定限制面之外且被评定为对空中航行有危险的。
        同时规范中也给出了地形的定义：包含地球表面自然出现的特征，如：山峦、丘陵、山脉、峡谷、水域、永久性冰体和积雪，但不包括障碍物。
        但是在《目视和仪表飞行程序设计》（DOC8168）中给出的定义却不太相同，定义重要障碍物（Significant obstacle）如下：
        任何地形、永久的或临时的人工固定物体，对临近或周围特征有垂直意义，并考虑会对执行该类运行设计程序的飞机形成潜在的安全危险。
        两个规范的主要差别在于障碍物中是否包含地形特征，根据DOC10066的定义，障碍物和地形应完全分开的，此规范中对于障碍物的定义是从保护航空器和空中导航的需求的角度而建立的，而DOC8168定义主要从飞行程序设计过程中要在航空器与地形和障碍物之间预留足够的安全裕度角度进行考虑。地形障碍物的采集周期性较长，一般情况下地形信息在有限的时间周期内不会发生较大的变化，然而障碍物的采集周期相比之下就很短，机场净空范围内时常会有新的障碍物设立，考虑到地形和障碍物采集的周期性的差异和未来的AIM产品的结构，因此本文主要根据DOC10066的定义对障碍物进行讨论
        2.障碍物收集面
        现阶段在中国民航国内航空资料汇编中障碍物的公布主要分为两个范围：半径15km内主要障碍物和半径15km-50km的主要障碍物，主要从飞行程序的超障要求，机场障碍物限制面范围，以及电磁环境影响等角度进行评估。随着飞行技术和航空无线电技术的发展，ICAO颁布了新的障碍物公布范围要求[ 国际民航组织工作附件15航空情报服务]，公布范围规定如下：
        1区：一个国家的全部领土
        关于1 区内地面上100 米或以上的每个障碍物的数据
        2区：机场周围区域，终端区域
        2a 区：由跑道地带加上任何现有净空道组成的一个围绕跑道的长方形区域；
        2b 区：自 2a 区的末端每侧呈 15％扇面向离场方向延伸 10 km长度的一个区域（2b 区障碍物收集面的坡度为1.2 ％。地面之上高度低于3 m的障碍物不必收集）。
        2c 区：自 2a 区和 2b 区的外面延伸至距离 2a 区边界不超过 10 km的区域；（2c区障碍物收集面的坡度为1.2%，2c 区地面之上高度低于15 m不需要收集数据的障碍物除外）。
        2d 区：自 2a 区、2b 区和 2c 区的外面从机场基准点向外延伸 45 km距离或延伸至现有航站管制区边界的区域（TMA）（取较小值者），（2d区的障碍物收集面的高度位于地面上方100m。
        具体每个区域的示意图如下：

图1 障碍物收集面1区和2区
3区：与机场活动区相连、沿跑道边缘从跑道中心线向外水平延伸 90 m和从机场活动区其他各部分边缘向外延伸 50 m的区域。

图2 障碍物收集面3区
        4区：为II类或III类精密进近设置
        在II类或III类精密进近跑道上自跑道入口朝进近方向延伸 900 m长度、沿跑道中心延长线每侧延伸 60 m宽度的区域。

图3 障碍物收集面4区
        上述内容介绍了附件十五中给出的障碍物收集面的范围，对比现有飞行程序设计中经常使用的附件十四障碍物限制面的主要的差异如下
        a性质不同，附件十四限制面主要从保护机场净空角度出发，考虑航空器在终端区飞行的不同阶段的操作需求而建立的。附件十五障碍物收集面主要从障碍物采集，以及未来机载设备中障碍物可视化角度建立的限制面。
        b覆盖范围不同，附件十五障碍物收集面2区的范围要比附件十四限制面的范围更大，因此对于障碍物的收集要求更加的精细化；
        3.障碍物数据集的公布
        3.1障碍物数据集的数据属性
        障碍物数据集是在障碍物内涵基础上的延伸，本文章节2部分已经建立起障碍物收集面的范围，在上述限制面范围的障碍物都应在障碍物数据集中公布。障碍物数据集是一系列障碍物以及它的属性共同组成的集合，数据集是在确定障碍物范围的基础上进行数据属性的整合。
        1、障碍物的分类
        对于飞行驾驶来说障碍物的物体属性并不重要，至于障碍物是灯杆、铁塔还是烟筒对于飞行驾驶来说是冗余的信息，重要的属性是他的位置信息和高度信息，面向未来障碍物数据集的建立障碍物分为点型、线型和多边形。
        点型的障碍物主要包括：灯杆、避雷针、铁塔、塔台等；线型障碍物主要包括：高速公路、高压输电线等；多边形障碍物主要包括：各种类型的建筑物等。
        2、障碍物数据发布分辨率
        障碍物的数据公布要主要从坐标发布分辨率，和高度(高)发布分辨率以及数据完整性进行要求，具体见表1。

        可见障碍物所属区域随着机场航空器器机动区的接近数据精度的要求也在逐渐的提高。考虑到地理信息的保密性相关要求，在敏感地区的机场障碍物的公布可以考虑以机场基准点中心，按照距离机场的距离和磁方位进行公布。
        3、障碍物的其他属性
        a障碍物的标志
        障碍物列表需要简单说明障碍物标志的颜色和图案，通常使用两种强烈对比的颜色对障碍物进行标记，如白色/橙色或红色/白色，颜色可以改变，以确保最好的对比环境的障碍。
        b障碍物照明
        障碍物灯光是它的一个重要属性，每个灯光可能包含水平位置、高度、颜色、强度和类型(溢流或频闪)等信息。根据障碍的类型，一些属性可能是空的。例如，对于点类型的障碍物，障碍物灯光的水平位置可以保留为空，视为与障碍物的位置本身相同。然而某些情况下，一个障碍物上可能存在几个灯光，位于不同的海拔高度，应该在障碍物备注中补充说明多灯光类型的结构化描述。
        3.2未来AIM系统障碍物的公布
        参照发达国家的AIP中的资料，大部分已经按照国际民航组织附件十五的要求进行公布，主要将障碍物的公布分为2区和3区，4区的障碍物主要在II类和III类精密进近地形图中进行公布。未来中国民航航空资料汇编（NAIP）机场使用细则中也应该按照附件十五的要求的范围进行障碍物的公布。
        障碍物的属性应包括：障碍物名称、类型、位置、高度（高）、影响飞行程序的航段、标志灯光等信息进行公布。这不仅是对情报资料发布机构提出了形式上的变更需求，也是对机场原始资料和数据的采集和上报提出了新的要求，机场应对附件十五的要求进行深入的研究和掌握，以保证原始数据的及时、准确和完整。
        4结论
        依赖于高质量的障碍物数据集应用将为民用航空的发展提供重大的安全保障，同时嵌入式障碍物数据集的机载系统和空中交通管制单位对于障碍物数据集采集的标准提出了越来越高的要求，未来随着障碍物信息应用场景的日益增多，飞行人员和管制人员将极大地受益，飞行的安全性和效率将会大幅度提高。