空中交通管理中全球定位系統應用
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1全球定位系統特點分析
全球定位系統（GPS）是一種以衛星及通訊發展為基礎的無線電導航系統，由GPS星座、地面監控系統和GPS信號接收機三部分組成。在全球范圍內任何位置，不管是任何天氣條件，都可以24小時不間斷地獲得GPS定位到的準確的幾何圖像。全球定位系統的衛星分布和運轉的軌道與地球相距約11000海里,通過GPS信號接收機就可以獲得傳回用戶設備的導航信息。全球定位系統有著相比于以往的雷達定位系統更加高精度、全天候、自動化和高速度的優勢，因此被廣泛應用于諸如交通、航空、測繪、勘察等多領域多學科。雖然全球定位系統最初的設計目標是作為軍用，但當它研制成功之后，人們在實際應用中發現了這個早期軍用系統的專屬產品其實在民用領域同樣能發揮巨大的作用，人們甚至可以在日常生活中使用全球定位系統進行導航。
民用航空的空中交通管理，顧名思義是為了對民用航空所進行的飛機飛行活動提供飛行支持和維護，同時由于民用航空的逐漸發達，空中交通管理還會對空中交通流量進行和陸地類似的交通秩序維護。總而言之，空中交通管理是為了保證民用航空有序飛行和旅客安全到達目的地的一系列管理措施。空中交通管理主要分為三類，分別是空中交通服務管理、空中交通流量管理和空域管理。
2.1空中交通服務管理
空中交通服務管理應該提供的服務有：空中交通管制服務、飛行信息服務和危險警告服務。空中交通管制服務的主要目標是防止航空飛機在飛行過程中和其他飛機相撞，同時要防止飛機在機場或附近空域內與其他飛機或障礙物相撞，保證空中飛行活動的安全和良好的交通秩序。飛行信息服務可以為處于起飛、飛行、降落狀態的飛機提供實時的飛行信息，并適當地提出一些操作性高的可避開危險和加速飛機飛行的建議。危險警告服務主要是為了解決飛機飛行中遇到問題需要救援的問題，幫助定位待救援飛機的位置和所遇到的情況，協助搜救工作。
2.2空中交通流量管理
空中交通流量管理（ATFM）可以監控空中交通的當前情況，管理的目標是幫助飛行中的飛機之間進行高效的溝通，科學地預測和控制交通流量，在保證所有航線、空域的交通流量不超過航空運輸局規定的最大安全容量的前提下，盡可能地加大交通流量。提高空中交通管理的能力可以幫助空管部門更加有效地利用空域和地面等多種資源。
2.3空域管理
空域的劃分應在國家安全和飛行需要的基礎上，結合空中交通管理和通信、全球定位系統、地面基礎設施及機場周邊環境等進行。我國空中交通管理發展的目標是由國家使用先進的空中交管系統進行統一的空域管理。
3全球定位系統在空中交通管理中的應用
3.1全球定位系統幫助維護空中交通秩序
城市的陸地有縱橫交錯的公路、高架橋等，公路有交通規則才能確保車輛行駛的安全。而空中的各種航線更為復雜，不僅有平面間隔還有垂直間隔。飛機在飛行中相比陸地車輛更容易受到自然環境諸如氣流和氣壓的影響，因此需要一套航空適用的更加嚴格縝密的交通規則。飛機的大小和性能決定了它可被允許飛行的高度。小型飛機的活動范圍在3000米以下，大中型飛機可以活動在3000米高空以上。1000到7000米之間屬于中空飛行，7000到12000米之間屬于高空飛行，更高的距離屬于平流層飛行。不同飛機，不同的高空距離時飛機之間的垂直間隔都在交通秩序規范之內，而實際飛行中具體如何確保飛機都遵守了這些交通規則，就需要全球定位系統的幫助，讓空域中所有飛機之間實時的精確間隔都在空中交通管理的監測之內。
3.2安裝全球定位系統有效縮短航線成本
隨著我國民用航空業的迅速發展，大多數民航公司都開始安裝全球定位系統來達到有效縮短航線總體成本的目標。在空中交通管理系統中應用全球定位系統對于航程較短的航線和直達航線的成本改進效果尤為明顯。全球定位系統可以大幅地減少飛機在高空中原有的大部分多余的盤旋，用合理的小程序間隔指揮引導飛機少繞彎路到達目標。
3.3全球定位系統與數據傳輸相結合的ADS系統
在海洋上、地面HF無線電通信和雷達都無法覆蓋的區域，飛機要想與地面空中交管系統取得聯系，離不開全球定位系統的協助。這是全球定位系統在空中交通管理中的另一應用。因為全球定位系統是在任何地方都可以獲得定位信號的，因此在這些情況下它依然能全面地控制飛機的飛行。當飛機飛過無線電和雷達無法覆蓋的區域上空時，以前的方法是增大飛行程序間隔，因此飛機必須遵循較遠的安全航線，雖然確保了飛行安全也增加了航線的成本。而全球定位系統與數據傳輸數據相結合的ADS系統，使空中交通管理中心不再依靠地面警戒雷達來控制飛機，這樣空中交通管理的指揮就不再是不確定或者未知的，ADS系統會將正在海洋上空飛行的飛機的位置準確地反映給空管中心，表現為飛機把自身定位自動匯報給地面而不再需要加大航線距離來飛過未知區域。
3.4民用計算機衛星通信系統正逐步發展
我國通過對比和研究全球定位系統的特點，正在自主研制和開通一系列民用計算機衛星通信系統。目前民航總局的衛星數據通信網已大幅度覆蓋全國重要省份和城市，尤其是客運量較大的主要通航城市，未來這一通信網還會繼續擴大面積，使空中交通管理更加高效。我國民用航空業結合自身的實際發展需求，將全球定位系統最大化地利用起來，提高了空中交通管理的效率，保證了民用航空的安全性，同時也促進了空中交通管理的發展。總而言之，全球定位系統在空中交通管理中的應用是我國民用航空發展過程中必不可少的需求，全球定位系統的應用使得民用航空技術更加完善，空中交通管理系統更加高效，確保了空中交通更加暢通和安全，這對于我國在公路、鐵路、港口、運河和勘探導航等其他領域有著重要的指導意義。
作者：朱星磊 單位：民航華北空管局北京區域管制中心
