RNP运行在蓉－拉航线上的优势研究

张 序，陈 琳，姚 果，胡宏毅

(1.中国国际航空股份有限公司运行控制中心西南分控中心，四川 成都 610202;2.中国民航大学，天津 300300;)

我国西部的青藏高原平均海拔在4000米以上，被誉为“世界屋脊”，其险峻的地理环境曾是国际民航界公认的“空中禁区”，经过中国民航几代人的不懈努力陆续开辟了几十条连接青藏高原至全国各地乃至世界各地的航线，架起了一座座空中桥梁，为青藏高原的发展插上了腾飞的翅膀。尽管在过去几十年里，中国民航依靠飞行人员精湛的技术、机务人员精心的维护和运行人员细心的保障，在成都－拉萨等高原航线上保持了良好的安全飞行记录。由于高原机场地理条件复杂，增加了航空公司的运行难度，安全存在一定风险;频繁的航班延误、返航、备降甚至取消、减载，使航空公司蒙受了大量的的经济损失。为了更有效地保证高原飞行安全、提高经济效益，新航行技术－RNP逐步进入人们的视野。2005年民航局与中国国际航空股份有限公司、波音公司以及Naverus公司合作，在拉萨/贡嘎机场使用B757－200型飞机成功地完成了RNP AR试飞，为中国民航以后在高原机场实施RNP运行奠定了坚实的基础。迄今为止，已经有多家航空公司使用多种机型，包括 A330、A319、B757、B737 等，在高原复杂机场实施RNP AR运行。

1 高原运行的特点

高原机场海拔高，空气密度和大气压力小，地形复杂，太阳辐射和背阳地形受热不均匀，使高原运行具备下列特点:相同的起飞、着陆重量，飞机的真空速要比平原大，飞机机动性和加减速所需的时间和距离都明显增加;高原机场发动机推力减小，空气动力变差，飞机的爬升和越障能力变差，同时增加了操纵难度;高原机场气象复杂多变，经常出现大风，风速、风向变化也很大，极易形成乱流、颠簸和风切变;高原机场往往又是地形复杂机场，机场周围净空条件差，导航设施设置困难，导致飞机起降、复飞操作难度大;由于受地形的遮蔽和反射，机场甚高频全向信标台/测距仪(VOR/DME)作用距离、覆盖范围较小，指示不稳定，仪表着陆系统(ILS)在某些方位会有假信号产生。由于高原机场存在诸多困难，飞行员在高原机场飞行易产生畏惧心理。

2 RNP程序介绍及运行意义

2.1 RNP 介绍

RNP(Required navigation performance)指在一个特定的空域中对导航性能精度、完整性和联系性需求的一种描述。RNP不是驾驶舱的新硬件，也不是新的助航设备，它是以性能为基准，不取决于某一特定设备，在确定的空域内运行所必需的位置精确性的一个声明。［1］在实际应用中常以RNPX出现，X表示在95%的时间内的导航精度，单位为海里，如图1所示。

图1 RNP示意图

RNP是一个特定空域的支持手段，在特定的RNP空域，通信、导航、监视、空中交通管理是不可缺少的因素。根据RNP的定义，ICAO在不断地探索和实践中，制定了大量的指导性的文件和手册，清晰地描述了RNP空域的通信、导航、空中交通管理规范。在现有的RNP空域内，航路上可以实施RNP4/2/1，在终端区可以实施RNP APCH(RNP进近)和RNP AR APCH(要求授权的RNP进近)。

2.2 RNP技术的优势

在高原地区，主要采用RNP AR运行，RNP技术是怎样保证航空器的安全水平的呢?按照RNP AR导航规范要求，使用飞行管理计算机，采用卫星作为导航源，飞机上有可靠的监视和告警设备加上灵活的RNP AR飞行程序设计，改善了高原运行的困难状况。首先，RNP技术主要是充分发挥飞机性能和空域资源，在终端可依靠VNAV提供垂直引导，从而降低可控飞行撞地危险。其次RNP程序设计中的平行评估区域有别于传统程序梯形的保护区，尤其是在终端区运行，能达到RNP0.1的精度，有效地缩小保护区和障碍物评估区，避开了传统程序中需要考虑的障碍物，降低了运行标准，提高了安全性，同时增加了有效载量。再次，RNP程序设计了更安全的非正常程序，当发动机失效时，在FMC中选择RNP非正常程序可以取代为机组增加工作负荷的所有复杂的导航步骤，使机组集中于飞行操作。最后，预载的RNP进近和离场比传统程序更容易、更直接，消除ILS信号失真:仪表着陆系统(ILS)下滑道会受到临时障碍物影响而严重失真，比如，滑行的飞机乃至ILS接收机附近的雪堆等的影响。基于卫星的RNP AR不受这些地基干扰。

3 基于RNP的“蓉－拉”航线分析

3.1 航线运行分析

3.1.1 签派放行评估

由于RNP AR的运行依靠卫星定位，卫星的导航精度是否达到要求是能否签派放行的一个关键因素。以下为某公司的卫星导航精度预测值:

卫星预测值的使用类似签派员评估天气预报，如预测值显示精度不满足运行要求，可采取延误航班，避开失效时段。

3.1.2 高原航线RNP AR对MEL的限制要求

对具有RNP AR运行资质的航空器，编写专门的最低设备清单(MEL)条款，在签派放行时，需查阅相关MEL条款和RNP AR进近图上的相关设备项。

3.3 RNP运行与传统程序运行的对比

3.3.1 航班正常率的提高

(1)航班正常率的概念

正常航班:符合以下条件之一的航班为正常航班。

1)在班期时刻表公布的离站时间后15分钟(北京、浦东、广州以及境外机场30分钟，虹桥、成都、深圳机场25分钟，昆明机场20分钟)之内正常起飞未发生返航、改航和备降等不正常情况的航班;

2)在班期时刻表公布的到达时间前后10分钟之内落地的航班。

航班正常率=正常航班数÷公司计划航班数× 100%［3］

(2)RNP程序对蓉－拉航线正常率的影响

下面我们通过国航2006－2011年在拉萨进港航班的正常率情况(见表1)来分析RNP程序实施以后对航班正常率的影响。

表1 国航2006年－2011年拉萨进港航班的正常率

现用SPSS软件对该公司2006年－2011年拉萨进港航班的正常率进行曲线拟合，以年份为变量，正常率为因变量，得到曲线回归分析表如图2所示。要找寻的是拟合度最高的曲线，因此在R Square一列中找到最高值为0.996，该值所对应的为Cubic(三次多项式模型)，其模型为在图3拟合曲线图中找到以Cubic(三次多项式模型)拟合的曲线，横轴的点即为年份，1代表2006年，2代表2007年，以此类推……竖轴的值为航班正常率。从拟合曲线图可以看出，航班正常率在06年－11年整体呈现先下降后上升的趋势，下面我们来分析它的成因。

某公司是自2007年6月以来在蓉－拉航线实施的RNP程序。然而在实施RNP程序以后，航班量减少了，航班正常率并没有立即提升，而是呈现先下降再升高的趋势。主要原因有:1)航班量的下降主要是由于越来越多的航空公司加入到了该航线的运营中，不再是一家独大的局势。2)在实施RNP程序之前，相关部门对于高原航线的管理不严，与运行有关的人员安全意识不强，以至当标准处于边缘化甚至低于标准的情况下，盲目放行，盲目飞行，强行着陆，甚至发生过飞行员在能见度不高的情况下将滑行道(旧跑道)视为落地跑道将飞机落下。随着民航局对高原运行逐渐规范以后，为保障飞行安全，严格规定天气不达标绝对不能强行落地，该备降就备降，因此而造成航班的正常率有所下降。

同时我们可以用SPSS软件去推算2012年的正常率，根据图3曲线回归分析表中的相关参数可以得出:y=0.554+0.169 ×7 －0.08 ×7 ×7+0.008 ×7×7×7=0.561，即根据曲线拟合可以预测2012年该公司拉萨进港航班的正常率可以达到56.1%。

RNP运行强调各个有关方面的有机结合，包括航空器适航认证、飞行机组训练(地面理论和模拟机)、签派员训练、空中交通管制人员的训练、模拟机验证、实际飞行验证、运行质量的监控等诸多方面，任何一点的疏忽都有可能影响到RNP运行的整体安全水平。

因此，虽然在实施RNP的前几年，航班正常率有所下降了，但是航班的安全得到了全面的保障，在保证安全的前提下逐步提高了航班正常率，减少航班延误，提升航空公司运营效率。除公布的航路外，还可根据需要采用随机航路，即不依赖地基导航设备而沿希望的航路飞行，提高了航路选择的灵活性，避免了主干航路的拥挤。自2005年蓉－拉航线验证RNP技术以后，使多年来飞机只能单向起飞的拉萨机场具各双向起降和夜航飞行的能力，并极大地提高航空公司在拉萨机场运营的飞行安全水平和航班正点率，为航空公司赢得了利润，同时提高了机场的利用率，从而提高机场的运行效益，更好地保证飞行安全。

图2 曲线回归分析表

图3 拟合曲线图

3.3.2 返航、备降航班的减少

运行控制中心在放行成都－拉萨航线时，备降场一般选择为成都，即返航。多年来，由于复杂地形限制以及恶劣多变的天气，导致蓉－拉航线极易发生备降、返航，给旅客的出行带来了极大不便，使航空公司蒙受了巨大的经济损失。某航空公司仅2004年3月份成都－拉萨航班，由于天气原因返航、备降80多架次，直接经济损失高达数千万元人民币。［4］

表2 国航在拉萨/贡嘎机场运行常规程序和RNP程序的标准

从表2(国航在拉萨/贡嘎机场运行常规程序和RNP程序标准)RNP程序降低了拉萨机场的落地标准。采用RNP程序在27跑道的落地时，决断高为场压高971英尺(约300米)，比常规程序的决断高低了近一倍，大大降低了因云而造成飞机无法对准跑道的复飞和返航、备降。综上所述，实施RNP程序大大降低了起、降天气标准，降低决断高度有效减少备降、返航的发生，提高航班正点率，而且在减小飞行员工作负荷的同时提高了飞行的安全性和精确度。

3.3.3 西向的 RNP AR 运行

拉萨机场东端净空稍好，西端较差，因此受地形和地面导航设备的限制，拉萨09号跑道进近和27号跑道起飞标准较高，在出现东风时易伴随扬沙，能见度较低，造成航班备降。RNP程序实施后，拉萨09L跑道落地标准和27R跑道起飞标准均降低，大大提高了机场的正常性。

RNP程序在地形复杂、环境恶劣的拉萨机场起着重要的作用。RNP能使具备精密导航能力的飞机在复杂的天气和地形条件下起降，使飞机在下降过程中能够有效避开障碍物和不利地形，这样就能够大幅减少天气原因导致的航班延误率及返航率，提高高原机场的航空客、货运输能力及运行效率，为航空公司和机场带来更好的经济效益。

3.3.4 夜航实现，航班容量增加

2005年4月21日国航西南分公司一架波音757－200在拉萨贡嘎机场成功完成了首次RNP夜航飞行，使得40余年来只能单向起飞的拉萨机场具备了双向起降和夜航飞行的能力。拉萨机场的夜航是基于RNP的运行，不具备此条件的航空器只能在日出时刻后，日落时刻前起降。考虑到返航等因素时日落前起降时刻的限制由各航空公司根据各自的运行标准自行制定和掌握。在实施RNP程序之前，某公司是按照“日落前100分钟”来执行的，即最晚的航班时刻是日落前100分钟。［5］该规范虽然保障了飞行安全，但在经济效益方面来看，限制了航空公司航班时刻的安排，对旅客出行造成了极大的不便。在实施RNP程序后，该公司取消了参考“日落前100分钟”的标准，在实现了拉萨机场全天候运行的同时，增加了航班时刻，扩大了航班容量，方便了旅客出行。

3.3.5 减轻管制员和飞行员的工作负荷

随着西部地区经济的飞速发展，对航空运输的需求大幅增加，拉萨机场作为连接西藏与各大城市的枢纽机场，飞行密度必然增加，加以空域资源有限，传统的程序管制手段已经不能满足需求。同时，传统的进离场航路需要管制员进行大量的思维活动，调配飞机避开潜在的飞行冲突，并且需要大量的陆空通话，这无疑给管制员带来巨大的工作负荷。RNP程序结合相关的垂直引导，可以降低终端排序难度。通过RNP程序设计，可以在进离场的某些必要的航路点上限定飞行器的高度、速度，根据不同航向划定不同的平行进离场程序，并且使之在正常运行上有一定的时间间隔。飞行员只需按照进离场图上航路点的特殊限定飞行，就可以避免冲突。管制员只要监控飞行器的偏离状态和选择适当的进离场路径即可。这样可以在很大程度上减少飞行员的雷达引导需求，简化飞行程序。另外，由于高原机场存在以上诸多困难，再加上飞机在高原机场飞行操纵难度加大、机动性能较差，飞行员在高原机场飞行易产生畏惧心理。［6］

3.3.6 运行载量的提高

在航空器的各种重量中，最主要的是最大起飞重量，最大着陆重量和最大无油重量。飞机的最大业载取以下三者的最小值:最大无油重量减去飞机空重、飞机最大起飞重量减去飞机空重减去起飞油量、飞机的着陆重量减去飞机空重减去备份油量。由于拉萨机场周围存在高海拔障碍物，起飞要求的爬升梯度较高，同时由于高原大风的影响，跑道长度对起飞、着陆重量也有限制。在蓉－拉航线实施RNP程序以前，为满足越障要求，有的机型计算出来的油量甚至为负数，即表明无法加满足够飞抵目的地的油量。［7］在实施RNP程序后，运行载量有了明显的提高，某公司在蓉－拉航线的业载已经可以达到8055千克。业载的增加是航空公司经济效益提升的关键因素，基于RNP程序下，航空公司获得了更多的利润，同时也在蓉、拉两地客货运输以及贸易来往中扮演了重要的角色。

4 结论

在天气恶劣、地形复杂的蓉－拉航线上，RNP程序以其自身的优势完成了对传统程序的取代。相比传统程序，RNP程序的障碍物保护区域小;航线结构好，航迹设计灵活;可依靠机载设备在最后进近阶段提供垂直引导;一发失效返场程序的安全余度更高;安全评估和风险控制更加科学、全面。RNP程序在蓉－拉航线的运行意义重大，为我国在西部地区高原复杂机场实施RNP程序奠定了坚实的基础，同时完整的程序使蓉－拉航线的航班正常率得到了提高;返航、备降航班减少;运行载量得到了提高。在拉萨等西部地区高原复杂机场实施RNP程序，必将使航空公司最大限度地保障飞行安全，降低运营成本，增加经济效益，增加了航班时刻容量，提高了机场利用率，继而为西部大开发提供安全、顺畅的空中交通走廊。

尽管RNP AR技术具有明显的优势，但也不得不看到它存在的问题。(1)RNP AR程序完全依赖卫星定位、卫星通信及机载电子设备的完好性和可靠性，卫星都使用美国的GPS，从战略的角度上考虑，一旦GPS系统被恶意操控，RNP运行将受到严重的影响，值得欣慰的是我国自行研制的北斗导航卫星的成功发射，将成为今后RNP运行的重要保障。(2)由于RNP飞行轨迹固定，在航迹上若遇到雷雨等特殊天气现象，无法像传统程序那样进行绕飞，只能终止进近。(3)由于RNP的VNAV功能采用受温度影响气压式高度表提供数据，为避免下滑角过低或过高，设定了机场运行最低温度或最高温度。随着全球气候的变化，极端的高温或低温天气越来越多，可能会触及所运行机场的最低或最高温度，影响航班的运行正常性。(4)航空公司对航空器的改装，以及加装GPS定位系统等设备会提高航空公司运营成本。(5)基于RNP运行下的高原航线，需要对运行相关人员的资质进行重新认定和复训。(6)如何实现传统程序到RNP程序的过渡，尤其是管制手段等方面的过渡依然值得思考。

RNP程序在蓉－拉航线的运行既有其无可比拟的优势，又存在一定的局限性。因此，我们更应该科学的去认识和运用RNP程序，从优化设备以及培养专业人才入手，充分发挥RNP程序在高原航线的优势，为维护边疆稳定、促进西藏经济建设和民族团结做出贡献。

［1］胡慧玲.RNP和RNAV概念浅析［J］.空中交通管理，2007，(03).

［2］仲伟彤.RNP程序在拉萨机场的应用前景［J］.空中交通管理，2005，(05).

［3］吕小平.RNP/RNAV技术应用的效益分析［J］.中国民用航空，2008，(04).

［4］郑益军，辛杭.RNP进一步发展的必要性和可行性［J］.科技创新导报，2011，(19).

［5］中国国际航空公司运行标准部.特殊运行手册(高原运行)［S］.北京:中国国际航空公司，2008.12.

［6］倪育德，肖山.RNAV和RNP技术研究［J］.中国民用航空，2010，(04).

［7］魏光兴.RNP对我国民航运输的影响［J］.中国民用航空，2006，(06).