推进民航自主运行所需关键技术及其部署方案

doi:10.7527/S1000-6893.2025.31998

Abstract

Abstract:

Autonomous operation of civil aviation is a new mode of future Air Traffic Management （ATM）， where the onboard pilot is the central decision-maker supported by precise situation awareness， reliable decision-making support， and an advanced ATM system. The promotion of autonomous operations in civil aviation aims to overcome the limitations of airspace capacity and efficiency， reduce the workload of air traffic controllers， and enhance the merit of the flight. This paper systematically defines the concept and characteristics of the autonomous operation mode. Based on the current development of China’s civil aviation industry and global trends in ATM reforms， it outlines the key technologies needed to implement autonomous operations， such as situational awareness， decision-making support， and safety interval maintenance. Furthermore， we propose the necessary infrastructure for both onboard and ground-based systems， and a development plan for promoting autonomous operation， considering the existing ATM system. Finally， to meet the future high-density and high-volume aviation transport demands， comprehensive and systematic reforms in ATM systems of civil aviation is imperative. With continuous innovations in air traffic operation systems， advanced intelligent algorithms for decision-making support， and communication capabilities， autonomous operations are expected to become a platform for deploying and integrating multiple advanced technologies， ultimately leading to a significant breakthrough in air traffic capabilities in China and around the world.

Key words: air traffic management, air traffic control, autonomous operation mode, trajectory-based operation, free-route airspace

CLC Number:

Jinlun ZHOU, Honghai ZHANG, Wenqing LI. Key technologies and deployment routes for advancing autonomous operations in civil aviation[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(22): 331998.

Figures/Tables 17

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Summary of references

领域与要素		贡献/技术概要	文献	所属机构（年份）
自主运行概念体系	首次提出“自由飞行”运行理念	在航空器具备自主通信、导航能力前提下，飞行员可以选择合适的航迹实施飞行任务	［23］	美国航空无线电技术委员会（1995）
	发布美国《国家航路程序》	在高度层FL390以上，离机场370 km以外的空域允许航空公司自行决定航路并递交飞行计划，地面管制仅对航路上的飞机实施监视和必要的干预	［25］	美国联邦航空局（1995）
	提出“自由航路空域” 概念	放松部分欧洲空域内民航空中交通管制，允许航空公司/飞行员在特定空域内自主选择飞行路线	［26-27］	欧洲航行安全组织（2001）
	设计“自由飞行”的安全空中交通管理运行概念	提出了自由飞行场景下的空中交通管理与人为因素安全运行保障流程设计及其验证方法	［24］	荷兰国家航空航天实验室（2002）
	提出“基于航迹运行概念”	提出以飞行全过程精细四维航迹为核心进行信息交互，形成多方一致态势认知并进行各类协同决策	［29］	国际民航组织（2005）
	提出中国民航TBO实施进程与改革方案	针对中国民航运行发展现状，诠释了TBO的运行内涵与发展需求，制定了空管、航司、机场多方协同的TBO发展路线	［30］	中国民用航空局（2020）
世界空管运行改革趋势	提出“ASBU”航空运输系统组块升级计划	定义一系列航空运输升级区块，每个区块代表着相应技术、程序和管理方面的升级，分多个阶段逐步引入新技术与新运行理念，推动空中交通管理的智能化和全球协调	［14，29］	国际民航组织（2012）
	提出中国民航空管现代化战略	围绕ASBU主线，引入先进的技术和管理手段，建设更加智能化、自动化、高效、安全、环保的空中交通管理体系，以支持中国民航事业的长远发展	［15］	中国民用航空局（2016）
	提出中国“四强空管” 战略	系统性提出“四强空管”战略，明确“强安全”“强效率”“强智慧”“强协同”的中国空管目标导向与发展规划	［16-17］	中国民用航空局（2018）
	提出“十四五”民用航空发展规划	中国在“十四五”规划（2021-2025）期间，推动中国民用航空事业的高质量发展，进一步提升航空运输的服务能力、创新能力、安全性及可持续发展能力	［18］	中国民用航空局（2021）
	提出较完善的“自由航路空域”运行概念以及实施规划方案	于1999年首次提出《单一欧洲天空》SESAR计划，并于2024年7月发布最新《自由航路空域实施计划进程表》，计划于2030年前全面完成欧洲空域范围内传统管制空域到自由航路空域改革	［26-27］	欧洲航行安全组织（2024）
	发布更为完善的“Next Gen”美国国家空域系统升级计划	2004年FAA首次提出《新一代航空运输系统计划》（Next Gen），并于2025年1月发布其最新版本。Next Gen旨在通过先进的通信导航监视技术和空管系统改善美国的空域运行效率和安全性，其近期发布版本强调了对“基于航迹运行”的应用实施	［25，119］	美国联邦航空局（2025）
	制定欧洲FRA实施的具体阶段步骤	计划按照“明确需求效益”“空域规划管理”“运行文件公开”“周期迭代优化”四步走实施欧洲自由航路空域改革	［28］	欧洲航行安全组织（2024）
推进自主运行相关支持技术	空域态势感知	基于脑电图分析管制员工作负荷并结合空中交通管制运行环境分析各种场景下的安全态势	［49］	香港理工大学（2023）
	空域态势感知	采用控制意图理解（CIU）和飞行轨迹预测（FTP）方法分析空中交通管制过程中的综合运行态势	［50］	四川大学（2024）
	自主运行航空器安全间隔保持	提出航空器在自主运行模式下的安全间隔保持方法，在保障安全运行同时提升空域使用效率	［21］	北京航空航天大学（2022）
	航空器航迹规划（启发式算法）	提出一种在基于四维航迹运行模式下，考虑航迹意图与航迹不确定性的冲突解脱算法	［60］	哈尔滨工业大学（2018）
	航空器航迹规划（人工智能）	采用深度强化学习架构解决动态气象规避区环境以及多航空器实时冲突解脱问题	［57］	南京航空航天大学（2024）
	基于动力学模型的飞行控制	提出航空器姿态保持技术，在传感器部分失效的情况下依然能够进行安全的运行姿态保持	［67］	代尔夫特理工大学（2022）
	基于人机交互的自主引导控制	提出一种决策支持系统，为空管人员和飞行员应对繁重的工作负荷和复杂的空域情况时提供可靠的决策支持	［72］	西英格兰大学（2024）
	自主安全间隔保持	提出基于深度强化学习模型的空域航空器协同冲突解脱与安全间隔保持方法	［80］	北京航空航天大学（2021）
	自主安全间隔保持	提出一种基于MPC的随机风场下航空器纵向自主间隔控制方法	［84］	南京航空航天大学（2024）
自主运行系统部署方案	自主运行相关硬件支持系统	提出针对民用飞机自主运行功能的硬件适配方案，及其对应装置、计算机设备及存储介质	［109］	中国商用飞机有限责任公司（2023）
自主运行系统部署方案	自主运行相关软件支持系统	提出一种空管广域信息管理系统体系结构设计方案	［103］	中国民航大学（2022）
自主运行管理流程设计	基于四维航迹的空地协商决策	提出一种自主运行模式下四维航迹空地协商决策流程设计方案	［117］	中国航空无线电电子研究所（2018）
自主运行管理流程设计	自主运行模式空地协商决策	提出一种面向航空器自主运行的空地四维航迹协商系统架构	［118］	中国电子科技集团第二十八研究所（2024）

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References 119

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