空域是我国重要的战略资源。为保证我国国防、政治和经济安全，保障空中交通安全有序，加快飞行流速，满足各类空域用户的使用需求，符合国际通用规范，以及便于民航空中交通管理系统组织实施各类飞行活动，空域需要适时进行调整。日本近期完成了空域阶段性调整工作，对提升空中交通管理能力起到了极大的推动作用。我国正面临深化供给侧结构性改革、推动民航高质量发展的关键时期，面对即将到来的发展瓶颈，亟待对管制空域进行优化调整，同时，在国家综合立体交通网规划和智慧民航建设的大背景下，如何构建适合基于航迹运行（TBO）的空域成为业内探索的新领域。本文总结梳理日本民航的运行特征和发展困境，对其空域调整进行分析，通过对比我国民航发展特征提出空域调整建议。
日本民航基本情况及瓶颈分析
（一）日本民航基本情况
机场、机队空管规模方面，日本现对外公布的公共机场127个（含军民合用机场）；拥有各类在册民用航空器2866架，其中双发（含）以上飞机1670架；拥有空管从业人员4173人，其中管制2043人，情报576人。在空管保障规模方面，新冠疫情前，日本空管年保障旅客运输量为1.21亿人次（国际旅客2340万人次）；年保障各类飞行695万架次（区域365万架次，进近/塔台330万架次）。在空域划设方面，日本福冈飞行情报区面积约845万平方公里，其中，空中交通服务空域包括4个区域管制区，1个洋区管制空域（如图1所示），16个终端管制区，94个进近/塔台管制区，以及若干民用训练试飞空域和空中交通情报服务空域等；限制性空域包括：军航管制区、训练/试飞空域以及驻日美军限制区。
图1：日本飞行情报区及区域管制空域示意图
日本领土面积不足我国的4%，略小于我国四川省；其飞行情报区总面积与我国比值为0.78∶1，大致相当；机场密度（空域面积未包括水域）远超我国，比值高达1∶0.077；区域保障规模是我国成都区域的2倍，航班正常率和机场放行正常率常年保持在93%以上，高于我国的81.65%和84.96%。由此看出，日本国土狭小，机场密度高、航班密度大、陆地空域拥挤，但空中交通管理十分高效。
（二）发展瓶颈分析
追溯日本空域发展历程，一样面临诸多问题和挑战。早在十年前，日本基于本国大城市的扩张，新、扩建机场的建设，周边国家经济的增长，以及日本大力推行“旅游立国”政策等背景，对航空运输业务量作了中长期预测：2030年前后，日本区域航班量会达到460万架次，约是2010年的1.5倍；而日本空管保障能力也将在2025年达到天花板，届时，平均每天会有大约270架次航班受到地面流控（较2012年日均60架次提升4倍），平均延误时间在25分钟以上（2012年为8分钟）。这意味着，自2025年起，航班延误和取消将成为日本民航运行的常态。反观日本民航当年发展瓶颈的成因，很大程度是空域运行格局制约了空管保障能力的提升，以至于无法适应航空运输业的高速增长。
1.无法满足未来发展需求
日本飞行情报区航班量增速较快，特别是飞越和国际航班一直高于本土航班的增长。日本与周围9个飞行情报区相毗连，是往来北美、欧亚、澳洲以及太平洋诸国的空中航行必经之地，得天独厚的地缘优势使其成为名副其实的“东北亚十字路口”，飞越航班约占该飞行情报区航班量的41%。同时，日本是岛国也是旅游大国，航空运输是其与外界交流最主要的方式之一。2012至2019年期间，国际航班量占比达到35%，访日国际旅客数量连续8年高速增长，2019年更是达到3188万人次。此外，日本国民出行需求相当旺盛，人均出行次数是1.36次/年，本土航班量占比达到24%。根据预测分析，到2030年，日本飞越航班占比将提升至45%，国际航班维持在36%，基本不变，本土航班比重将下降到19%左右。
日本航空运输活动在呈现“需求大、增速快”这一特征的同时，其航班构成也在悄然转变：以“航程长、平飞多”为特点的飞越航班和国际航班正逐渐取代本土航班，成为日本空管运行保障的主要特征。
2.无法支撑安全高效运行
当时，日本的空域格局是制约空管保障能力提升的主要因素之一。首先，民航可用空域资源匮乏。日本军用空域环岛而设，使得本来狭小的空中交通服务空域更加局促，管制调配空间捉襟见肘，驻日美军在航线交汇的中部地区（横田、岩国等地）划设了限制区，隔断了往来飞越航班的直飞路径，限制了东京机场群（羽田/成田）的运行，受天气和军事活动影响容易造成扇区拥堵和超容，对空域容量和管制运行影响极大。其次，日本当时的空域配置和使用机制较为固化，管制区并排划设，航班会依次穿越，总体加重了管制单位间的协调负荷，降低空管处理航班的能力；而航路又以固定航路航线为主，由于无法分流，管制在大流量时只能靠空中盘旋或临时流控来确保安全，导致空域容量和运行效率难以提升（见图2）。
图2：日本扇区超容情况预测示意图
3.技术保障设施受限
日本过去所使用的空管传统设施难以满足管制运行需求。一方面，日本土地资源稀缺，山地占其陆地总面积的70％，又以火山居多，使得传统设施布局不仅要考虑山地对信号的影响，还要考虑设备的安全性，导致设备布局受限。同时，日本飞行情报区95%是洋区空域，传统装备信号无法覆盖，只能依托卫星设施提供服务，但运行要求较高限制了洋区空域容量的提升。例如，运行范围须在FL290以上，且航空器之间须保持最小2000英尺（约600米）的垂直间隔（RVSM空域仅为1000英尺）等，而卫星信号易受干扰也给跨洋飞行安全带来隐患。另一方面，管制与飞行之间依靠无线电语音通信，且关系为“一对多”，在繁忙扇区容易波道拥挤出现信息传递失真、“错忘漏”，进而发生偏离指令等危害安全的情况。
为确保空域容量能适应航班量的高速增长，保证管制扇区流量和容量的均衡，有效降低管制单位间的协调负荷，破解航路阻滞和航班延误的发展困境，日本迫切需要调整空域结构，以满足航空运输业的健康发展。
日本空域调整计划介绍
为了更好地发挥航空运输业对经济的支撑作用，日本希望从过去空域范围固定、配置机制僵化、流量措施临时等低效能和战术级的运行模式向TBO运行模式转变。通过在“提高可预测性”“共享协同决策信息”“实施基于性能的运行”“卫星导航覆盖飞行全阶段”“提高空地态势感知”“大限度发挥人机能力”以及“繁忙空域/机场实施高密度运行”等方面的革新，实现灵活高效的空中交通管理。鉴于空域格局是管制运行的基础，直接影响航空运输业的发展，日本于2014年启动空域调整计划。
（一）空域调整方案
日本空域调整的思路是：将空域总体分为上下两层，上层整合为1个高高度空域，主要负责为巡航阶段的航班提供管制服务；下层为低高度空域，将原来4个管制区合并为2个，主要负责为在日本境内机场起降的航班提供管制服务（见图3） 。
图3：日本区域管制区调整思路
方案分为两个阶段（见图4）：
图4：日本区域管制区调整方案
第一阶段为2014年-2022年，完成对西部空域的调整（已完成），包括：划设神户区域管制区，撤销那霸区域管制区，将原那霸空域划入神户管制区；再以FL335高度层（约10200米）为界，将整个西部空域拆分为上下两层，上层高高度空域为福冈区域管制区，由福冈区域管制中心统一管理；下层低高度空域为神户区域管制区，由神户区域管制中心管理；东部空域保持不变。
第二阶段为2022年至2025年，完成对东部空域的调整。包括：撤销札幌区域管制区，将原札幌所辖空域并入东京区域管制区；再以FL335高度层为界，将东京区域管制区拆分为上下两层，上层空域划入福冈区域管制区；下层空域为东京区域管制区。
届时，福冈区域管制中心将管辖日本全境FL335以上空域；东京区域管制中心和神户区域管制中心将分别管辖日本东、西部低高度区域管制空域。
（二）空域调整配套设施建设
日本空域调整计划并不止于对空域范围的改变，为进一步提升空域容量和运行效率，适应TBO的运行，还配套建设了基础设施作支撑。2005年，日本将空中交通流量管理中心（ATFMC）升级为集空域管理（ASM）、流量管理（ATFM）和洋区空中交通服务（ATS）三大功能为一体，且高度协同的核心机构——空中交通管理中心（ATMC）。
在空域管理方面，ATMC组织空域用户、管制单位以及军航，统筹实施较为先进的三级空域管理（战略级、预战术级和战术级），包括参与亚太地区及本国空域政策的制定；组织对各类空域进行评估和配置；组织设计、发布和调整灵活飞行路径等，如直飞航路（DCT）、用户首选航路（UPR）和条件航路等（见图5） 。
图5：空域灵活使用示意图
在流量管理方面，ATMC与管制、机场、境内外航空公司以及其他运行参与方，通过流量管理系统和空中交通管理平台（ATM Workstation）共享实时运行数据，统筹管理周围飞行情报区的跨境航班和国内航班，提升了对TBO运行中“时间维度”的掌控。此外，流量管理系统还具备强大的航班流量、扇区容量的预测分析功能，有利于管制单位在飞行全阶段实施包括更改航路、地面等待在内的流量策略，不但使空域资源利用率得到了极大的提升，更有效降低了管制负荷，还满足了空域用户对航路的偏好需求（见图6） 。
图6：流量与容量平衡措施示意图
（三）空管技术布局
日本为空域实施TBO运行作了一系列的技术布局，重点利用日本自主研发的卫星系统与机载设备和其他新技术结合，提升飞行全阶段的运行服务能力，使空域运行向“性能化”方向提升。
在导航方面，围绕基于性能的导航（PBN），提高TBO运行中经度、纬度和高度的导航精度，确保航迹的稳定性和可预测性。如将各类航路的运行规范从区域导航或所需性能导航（RNAV5/RNP4）提升至RNP 2；在终端区实施多种高精度、灵活化的进离场程序，如连续爬升/下降（CCO/CDO）等，以及精密进近程序，如地基/星基增强系统与仪表着陆系统的结合（GBAS/SBAS+ILS）等；此外还为小型航空器划设空间点程序（PinS）等。
在通信监视方面，日本主要使用契约式自动相关监视/管制员与飞行员数据链通信（ADS-C/CPDLC）技术实施基于性能的通信监视服务，使洋区水平间隔缩减为30海里，可用空域上限提升FL410；在推广基于ADS-C的上升下降程序（CDP）后，跨洋航班能够从原来30海里的穿越间隔缩减至15-25海里，有利于航空器选择最佳高度层；在陆地空域，管制员通过CPDLC可以同时向多个机组发送和处理非紧迫性的指令或申请，降低了语音通信波道的拥堵，提升了信息传递的准确性和管制保障水平。
中日空域情况对比分析
（一）面临形势
2019年，中国民航日均航班1.6万架次，塔台起降航班1077万架次，规模是日本的3倍；区域航班1951万架次，是日本的5.3倍。无论是规模还是增速，我国总体都要高于日本，尽管经济全球化遭遇逆流，大国博弈更加激烈，局部冲突呈现持久化以及疫情延续等影响，给航空运输业带来严峻考验，但我国内航线需求潜能仍在。同时，机场、机队和空管已成规模，一旦条件允许航班量会极快恢复。
根据“十四五”民航发展规划和智慧民航建设路线图的发展目标，我国航班起降规模将在2025年和2030年分别达到1700万架次和2300万架次。随着我国世界级机场群建设的全面推进，以及中小机场数量和规模的迅猛发展，将加大航空公司对空域和时刻等资源的需求。同时，低空空域改革力度的加大，促使更多新型空域用户进入空域系统，对空域灵活使用、管制保障能力、差异化服务等提出更高要求，而空域结构正是保证一切航空活动的前提和基础。面对疫情之后即将到来的容量瓶颈，我国亟待对空域结构进行调整。
（二）航班构成
中日两国航班量都呈现持续高速增长的态势，但相较日本“航程长、平飞多”的特点，我国航班则呈现“航程较短、穿插频繁”的特征。
在航班构成方面，疫情前我国飞行情报区主要以国内航班为主，占比达75%；其次是国际及港澳台地区航班，占18%；飞越航班占比最少，仅有7%。从飞行时长上看，航程在2小时以内的航班占比接近70%；其次是航程在2-3小时的航班，超过30%；最后是航程在3小时以上的航班，不足10%。受疫情、俄乌冲突和其他国际环境的影响，我国国际、地区和飞越航班骤然萎缩，目前已不足一成。未来即使疫情消退，我国的航班构成在复杂的国际环境下也很难颠覆疫情前的结构。
在高度层利用方面，我国RVSM空域中，8400至10100米的6个高度层利用最为充分，时长总和占空域总时长的73%以上，且单个高度层利用时长占比都超过10%。其中，9800、9200和9500米3个高度层利用率最高，时长占比分别高达13.9%、13.7%和11.9%；在航班平均飞行时长上，依次为41分钟/架次、33分钟/架次和32分钟/架次。由此看出，我国航班集中在10100米以下的高度层，运行呈现出“航程较短、升降频繁”的特征。
在流量分布方面，我国航空运输活动分布并不均衡，航班起降集中分布在胡焕庸线以东地区，华东和中南地区之和超过全国总量半数以上，常年占比分别在28%和24%上下。其中，京津冀、长三角、粤港澳和成渝等国家区域发展战略所覆盖的机场，航班起降量之和占全国总量的45%，呈现“四极”分布的特征；同时，以四极为主的机场群对飞航班量超过全国航班总数的12%，使得相关航路流量不断攀升，常年处于高位运行。
尽管中日两国航班构成占比不同，但高度层利用情况却极为相似，这为我国调整空域划设提供了更为科学的思路，“体量”决定规模，“构成”决定布局，布局的科学性影响着未来20年甚至更为久远的发展。因此，研究航班构成对我国空域划设工作尤为必要。
（三）空域结构
我国空域相较10年前的日本更为复杂，空域呈现“过度使用”与“闲置浪费”并存的情况。一方面，民航可用空域被限制在航路航线以及民用机场周遭空域之内，呈现出“条块分割”的特征，空管只能在有限的空域内靠挖潜来提升效率，极大限制了空域容量的提升。疫情前，上海、广州和北京区域管制区日均保障规模分别达到6400、6300和5900架次，已接近建设预期；日均流量最高的20个扇区中，在区间800架次以上的就有13个（一般400架次属繁忙扇区），尽管航班受疫情影响萎缩明显，但上海01、郑州02扇区在2021年的超容比仍在40%以上；HFE（骆岗）、LKO（龙口）、PAVTU和TOL（桐庐）等航路点，日均通行量常年超过1000架次，其中HFE在疫情前接近1700架次，民航挖潜已几近极限。另一方面，空白空域和特殊空域较多造成闲置浪费。我国未开发的空域约占全国空域面积的53%，空域资源开发程度较低；特殊空域261个，集中分布在飞行活动量最大的上海、中南和北京飞行情报区，占比分别达到28%、20%和18%，仅有少量空域在闲置时能被释放用以启动临时航线等措施，空域资源利用效率较低，而航班因避让限制空域会延长飞行距离，既不利于国家“双碳”战略的实施还增加了航空公司运行成本。我国航线平均非直线系数约1.14，即每个航班平均飞行距离比最优路线多14%的里程。
我国高空和中低空割裂且边界不齐，容易使管制运行矛盾同时存在于水平和垂直维度，分散了管制精力，加重了监控负荷，虽以“立交桥”的方式能缓解矛盾，但也限制了高度层的利用；同时，管制区数量多使空域资源碎片化，导致协同决策链条长，不利于跨区流量管理，同时协调关系复杂，在雷雨和特殊活动等情况下协调负荷还会成倍增加。此外，管制区之间空域环境和运行程序差异较大，给应急接管带来挑战。
日本空域调整对我国管制区划设的启示
日本空域发展历程和调整情况的经验对我国管制区划设启示如下：
（一）对区域管制区分类调整
为减少空域矛盾，降低管制负荷，提升空域容量，加速航班流动，应根据航班构成和分布等因素，对管制区施行分类调整，以达到平衡总体空域流量、整合上下层空域资源、简化协调对应关系等目的。例如将大型管制区中仅有高空结构的空域（这部分空域多含堵点）拆分出去，以“削峰填谷”的方式均衡总体流量。部分中低空管制区可与上方高空合并，不但使原来需要外部多家单位协调解决的运行矛盾，变为一家即可内部消化，还可使管制区边界平滑简洁，有利于管制监控范围的聚焦，此外，中低空与高空的合并也使管制单位拥有了应急接管大型管制区的能力。
（二）启动配套空管设施建设
在空域管理方面，为摆脱空域管理仅能在战略阶段发挥作用的现状，建议加快空域信息数字化的进程，并与流量管理深度结合，为TBO运行奠定空域数据的基础。在流量管理方面，为能够丰富空域灵活使用的措施和手段，须提升扇区容量评估和交通复杂度预测等功能的准确性，同时，推进空管网络化建设，促进空管各类运行系统间数据的融合，以便空地两侧所有运行参与方都能实时共享信息资源，为把控好TBO运行“时间维度”奠定基础。
（三）开展先进空域试验运行
为最大程度利用好空域这一战略资源，更好地服务经济建设和国防建设，建议加强空域灵活使用，如自由航路空域运行。将军民航不常用的空域作为自由航路空域（FRA）运行的试验空域；以典型城市对作试点，设计直飞航路（DCT）、临时预留空域（TRA）以及进/出入点、中间点等适合动态调整的空域结构；协同沿线所涉军民航单位，建立自由航路空域运行程序和协调机制；注重试验数据收集用于改善运行。在验证可行后再逐步将运行常态化和扩大化。
（四）统筹与新技术的衔接
《航空系统组块升级》（ASBU）围绕TBO的全面运行提供了系统性、可实施的技术路径，其中包括适合TBO运行的空域技术布局。鉴于智慧民航建设中智慧空管部分与TBO密切相关，建议在未来空域划设和调整工作，应当充分考虑空域格局与航行新技术的适配性，避免因技术滞后或不契合带来的资源浪费，如新型航路自动化系统的研发、地空数据链的布局等。（作者单位：民航局空管局）
来源：《空运商务》（月刊），作者：黄梵根
