航空器運行所需空間的建立與應用

時間:2022-04-01 04:38:40

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航空器運行所需空間的建立與應用

摘要:為加強飛行沖突管理,提升空域使用效率,促進多種航空器融合運行的實現,本文在現有基于地表上下一定范圍空間權的基礎上,提出了航空器運行所需空間利用權的概念,分析了該權利的多維性、動態性以及協調性特征。通過引入航空器運行所需空間利用權保護區以及相關的保護區結構分類,本文描述了航空器運行所需空間利用權在實施過程中需要確定的空間范圍、空間權利優先級,并結合航空器運行所需空間利用權概念提出了優化后的飛行沖突管理流程。

關鍵詞:航空器運行所需空間利用權;保護區;飛行沖突管理;空域使用效率;融合運行

在物權法上,空間是指土地上下一定范圍的立體位置。對空間所享有的支配和利用的權利就是空間權[1]。傳統的空間權以地表上下的空中和地中空間一定范圍為客體,是基于權利人對于土地的使用權和建筑物的所有權或者使用權而存在,因而構成物權法中的用益物權[2]。這種情景下的空間利用權是僅針對土地表面之上或之下的空間而設立的權利,沒有涉及航空器等交通工具運行所需空間利用權的管理。對權利人所負責控制的航空器而言,為順利實施運行,也需要權利人享有相應的空間使用權利。如果能在傳統的空間權基礎上,建立航空器運行所需空間利用權的概念,將有助于相關權利關系的明確。在此概念基礎上建立相應的空間保護區,可以將該空間利用權的空間范圍進一步明確。

1背景和思路

當前的航空器運行正在或將要面臨以下瓶頸。引入新的概念,或將有效突破這些瓶頸。1.1飛行沖突管理。在目前傳統的空中交通管理模式下,并沒有空間利用權和相應保護區的概念。空中交通管理部門更多依靠間隔這一概念來防止飛行沖突。在管制空域內,管制員通過向航空器駕駛員提供管制指令來改變航空器的高度、速度及航向,以避免可能發生的飛行沖突。在非管制空域(如國外某些國家劃設的G類空域)內飛行時,管制單位不提供空中交通管制服務,飛行安全由飛行員自己負責[3],因此更多依賴航空器駕駛員自己的目視觀察以及駕駛操作來避免飛行沖突。伴隨航空器運行規模的增長,空域資源緊張的趨勢可能會加劇。僅僅依賴管制員或飛行員人工觀察飛機的狀態信息,繼而通過人與人的通信和人工操作來控制航空器之間的間隔,會難以應對高流量、復雜的空域環境。在不遠的將來,復雜空域系統對于間隔管理和沖突化解能力的更高要求,可能會超出傳統空中交通管理模式所能支撐的工作負荷的極限。航空器之間的間隔管理和沖突化解需要更多通過自動化系統完成。空間利用權和相應保護區概念的引入,為使用自動化方式解決空域中航空器之間探測和避讓的問題,提供了理論和法理依據。所有航空器之間潛在沖突的探測、處理工作,可以以各航空器的空間利用權保護區的數字化模型為基礎進行計算、分析和決策。借助航空器運行所需空間利用權概念,結合科學技術不斷發展的成果,可以形成探測與避讓能力的階段性發展思路,提升空管系統的飛行沖突管理能力(見表1)。1.2空域使用效率。傳統的空域管理是建立在航路、航線、高度層、間隔、管制區域一系列概念的基礎上。這些概念長期以來有力支撐了航空器的運行與安全,但面臨空中交通流量需求增長的挑戰,也存在空域管理方式相對靜態、空域利用效率有待提升等問題。空域管理應是動態和靈活的[4]。空間利用權和相應保護區概念的引入,可以從微觀角度定義航空器運行所需的空間和相應的權利,促進空域更加靈活使用。面對未來,航空器空間利用權保護區則是與航空器速度、機動性能、任務類別等多個因素相關,是動態變化的空間。按照此保護區范圍來確定航空器之間的間隔,可以實現更為精確的、動態的間隔管理。空域中的冗余空間將得到釋放,在實現同樣安全水平的條件下,空域使用效率可以得到提升,空域的容量也將得到大幅增加。1.3多種航空器融合運行。在傳統有人駕駛航空器之外,無人駕駛航空器已蓬勃興起。此外,一些傳統汽車企業也在研究飛行汽車,地面交通工具與空中交通工具也呈現融合趨勢。多種新型航空器出現的同時,例如無人駕駛航空器干擾航班起降,甚至干擾高鐵運行的事件也時有發生,更多種不同操作方式、不同性能的航空器進入到空域中運行。目前,為控制風險,國內無人機運行被要求在隔離空域飛行。相關規定要求,民用無人駕駛航空器飛行應當為其單獨劃設隔離空域[5]。空域資源還沒有完全對不同類型的航空器充分開放,有人駕駛航空器與無人駕駛航空器的融合運行還在探索之中。面向融合運行的需求,需要針對不同航空器的運行特征,從微觀角度進一步明確航空器運行所需的空間范圍以及權利級別。這將為各類航空器的安全高效運行提供新的解決方案,同時為從事國家或公共任務的航空器提供充分優先級別的運行空間。綜上所述,建立航空器運行所需空間利用權概念將有利于加強飛行沖突管理,提升空域使用效率,支撐多種航空器融合運行。

2概念和特征

本文將“航空器運行所需空間利用權”的概念定義為:為保證航空器運行安全和效率,權利人對特定空間所享有的排他的利用權。空間利用權根據航空器的運行需求而設置,并隨航空器移動而移動,處在相對動態的變化狀態;此利用權是在運行空間管理部門允許該航空器按照飛行計劃和相關管理要求運行的條件下,權利人對航空器運行所需空間享有的利用權。此空間利用權的權利人是使用該空間的航空器的實際運行控制人,可以是法人或者是自然人。航空器運行所需空間利用權具有如下特征:多維性:航空器運行所需空間利用權既包含空間維度也包含時間維度。該物權既需要確定航空器運行所需的三維空間范圍,也需要明確所需的時間長度。動態性:由于運行中的航空器是處于運動狀態之中,因此航空器運行所需空間利用權是伴隨航空器運行而不斷變化的空域空間和時間范圍。當航空器處于一段時間的懸停等狀態時,航空器的所需空間利用權處于相對靜態的狀態;當航空器處于持續運動狀態時,該航空器的所需空間利用權則處于相對動態的狀態,并且其大小與形狀與運動的速度、加速度等矢量相關。協調性:航空器運行所需空間利用權是圍繞航空器運行性質來確定的權利。國家航空器運行、公共航空運輸、通用航空、無人機飛行等不同運行性質擁有不同的空間利用權需求,當權利需求發生沖突時,需要建立相應的物權分配機制與沖突協調解決機制。

3權利的實施

航空器運行所需空間利用權的實施,需要建立具體的實施方案,通過引入空間利用權保護區概念可以分析解決實施過程中的問題。3.1空間利用權保護區。航空器運行所需空間利用權在空間上體現為圍繞運行中航空器的三維立體的保護空間,稱之為空間利用權保護區。參考現有大型運輸機所安裝的機載防撞系統(TCAS、ACAS)將飛機周圍空間劃分為不同區域的方法,空間利用權保護區的設計可以將空間分為3層(見圖1):感知空間、告警空間、避讓空間。保護區的最外層是航空器具備感知附近物體能力的區域,特別是能感知正在接近的入侵物體(如航空器),這為航空器的安全運行提供了感知周圍航空器等物體狀態的空間。在感知空間之內是告警空間,針對入侵并持續接近的物體,它為航空器提供了告警所需的空間。保護區的最內層為航空器為避免與侵入物體碰撞而采取避讓措施所需的避讓空間。在告警空間之內是避讓空間,避讓空間內航空器可以實施不同方式的避讓,例如通過航空器系統或空管系統的提示由駕駛員人工操作航空器實現避讓,或者由航空器的避撞系統或空管系統計算機的計算結果指令航空器自動駕駛實現避讓。避讓空間是航空器行使所需空域利用權的核心區域,權利人對此應享有排他的權利。當這一權利被侵犯時,航空器將面臨直接的安全風險,需要采取避讓措施才能緩解風險。告警空間和感知空間對該航空器不具有排他的屬性,但為航空器提供了感知其他入侵物體的能力范圍,也提供了面對其他接近物體的告警空間,是航空器行使所需空間利用權的分級保障。航空器所需空間利用權還體現在時間維度的授權上。上述保護區一般來說是伴隨航空器運動而實時發生位移的,相對微觀。但在一些特殊情況下,保護區的范圍是從更為宏觀的角度來設計的,呈相對靜態,不會伴隨航空器的位移而移動,而航空器在一段時間內的位移也不會超出保護區的范圍。在這種情況下,這類保護區需要有一個有效時間的設定。例如,對某些無人機運行有可能需要臨時占有一定空間來實施隔離運行,部分民航當局在其未來無人機空管系統運行概念中提出了無人機保留區(volumereservation)的概念,使用這個概念可以提前為某種無人機運行(如與公共安全、警用任務、應急響應有關的飛行任務)在某個空間范圍內預留相應時間段的單獨利用權[6],這也是空間利用權保護區的應用場景之一。不同航空器的空間利用權保護區范圍不同。對具體的每一架航空器而言,其空間利用權保護區大小取決于多方面的因素。影響空間利用權保護區范圍的因素有:航空器的導航精度、機動能力、尺寸、速度、加速度矢量、任務屬性(如有人駕駛還是無人駕駛、載人還是載貨、通用航空還是公共航空運輸等)等。3.2優先級的確定。當為不同航空器都建立了空間利用權保護區后,當航空器之間相互接近時,保護區之間有可能發生沖突。為解決沖突,應建立相應的避讓原則。這需要在不同航空器的空間利用權之間建立優先級規則。該優先級規則需要考慮多方面的因素,例如:飛行任務性質、航空器的載人數量、航空器的機動能力、航空器的應急迫降能力等。通常情況下,從事軍事、海關、警察任務的國家航空器,從事公共交通運輸任務、載人數量較多、機動能力較弱、應急迫降能力較弱的大型運輸類航空器的空間利用權優先級會更高。3.3飛行沖突管理流程的優化。飛行沖突管理從戰略沖突管理、間隔保障和避撞3個層面來開展[7]。戰略沖突管理通過空域的組織管理、需求和容量的平衡、交通流量同步實現。間隔保障是保持航空器與危險物之間適當間隔的戰術過程。避撞是在間隔保障模式受到破壞后用來避免沖突最終發生的功能。引入空間利用權保護區的概念可以在戰術層面在靈活使用空域資源的同時保障航空器所需的探測和避讓能力,提升整個運行系統沖突管理的能力,還將自下而上影響戰略層面管理沖突的理念和方法。未來的飛行沖突管理可以憑借數據從飛行計劃、運行實施、沖突化解幾個方面來開展。首先,在制訂飛行計劃的環節,通過對電子飛行計劃的大數據分析,實現對潛在飛行沖突的預測,并通過調整飛行計劃來避免沖突。其次,在飛行運行期間,由于任務改變或者其他原因造成未按照計劃實施而引發新的飛行沖突,則通過系統的自動分析提供飛行計劃的調整方案,由人工或系統決策并執行。最后,如果實際運行中發生了航空器之間的相互接近,借助空間利用權保護區的概念,結合探測技術,不僅可以實現對航空器沖突的告警,還可以根據沖突的緊急程度采取必要的避讓措施(見圖2);在特別緊急的情況下,優先級低的航空器(如小型無人駕駛航空器)甚至可以采取自降(自動降落)或自損(例如超出結構限制的機動動作、主動破壞機體結構等)的方式來避讓優先級高的航空器(如有人駕駛航空器)。在這樣的管理模式下,空域資源利用水平和精細化管理水平可以得到很大幅度的提升。

4結論

人類的活動正在以航空器為載體不斷向三維空間拓展。航空器運行所需空間利用權概念的提出,為研究協調不同用戶的空間使用權利關系提供了概念框架,并基于此概念框架將各種情景下空間利用權的權利關系進一步明確。在此基礎上建立航空器運行所需空間利用權保護區,則將為動態管理航空器運行所需的空間提供可量化方法。這些概念的應用對于提高空域使用的安全、容量和效率具有重要的前瞻意義。

參考文獻

[1]王利明.空間權:一種新型的財產權利[J].法律科學,2007(2):117-128.

[2]王立志.論空域權:以與空間權的比較為核心[J].法律科學,2017(4):130.

[3]全權,李剛,柏藝琴,等.低空無人機交通管理概覽與建議[J].航空學報,2020,41(1):4.

[4]中國民用航空局.民用無人駕駛航空器系統空中交通管理辦法:MD-TM-2016-004[A].2016.

[5]中國民用航空局.中國民航航空系統組塊升級(ASBU)發展與實施策略:IB-TM-2015-002[A].2015.

[6]FederalAviationAdministration.UnmannedAircraftSystemTrafficManagementConceptofOperations(V2)[A].2020.

[7]國際民航組織.全球空中交通管理運行概念:Doc9854[Z].2005.

作者:謝智輝 張宇 單位:1.中國民航管理干部學院 2.中國民航適航審定中心