《探索空中交通管理（ATM）的边界：2020-2022年SESAR探索性研究成果汇总》2022最新76页报告，SESAR项目

SESAR创新管道

数字欧洲天空利用最新的数字技术（"SESAR解决方案"）来提高空中交通管理的自动化水平、网络安全数据共享和连接性，并实现其基础设施的虚拟化和所有类型空域的空中交通服务供应，包括极低和高空作业。在这样做的过程中，这些技术使系统变得更加可扩展和灵活，同时建立对中断、交通需求变化和航空器多样性的复原力。这些属性都是以智能和可持续的方式使系统面向未来的关键。为了实现数字欧洲天空，SESAR研究和创新计划被设计为一个创新管道，由探索性研究、工业研究和验证以及非常大规模的演示器组成，在那里，想法被转化为有形的解决方案。研究在欧洲各地的50多个试验台进行（模拟平台、商业航班、专用机场试验台和空中交通控制中心），验证概念和候选解决方案。

探索地平线之外的世界

通过其探索性研究，SESAR 3 JU的目光超越了目前的研究和开发，以及2020年欧洲ATM总体规划中已经确定的内容。其目的是研究新的想法、概念和技术，同时也挑战关于空中交通管理和航空价值链的预想概念。通过推进有前景的研究想法并将其嵌入更广泛的工作计划中，SESAR 3 JU正在帮助欧洲的航空业适应数字时代，并保持其全球竞争优势。指导SESAR探索性研究活动的主要原则是：

汇集欧洲最聪明的头脑，进行好奇心驱动的研究，以便找到 "跳出盒子 "的非常规想法、概念、方法和技术，应对当前和未来的ATM挑战。
考虑来自非ATM领域的创新和技术，如汽车、机器人或系统工程，以及其他对安全至关重要的行业。
延伸或超越总体规划中确定的ATM的新概念，并将技术推进到所需的成熟度，以纳入SESAR的工业研究活动范围。

这本出版物里有什么?

在以前的探索性研究项目（见附件1）的基础上，在2020年的提案征集（ER4）之后，SESAR JU在欧盟地平线2020研究和创新计划的框架内，选择并启动了41个项目，资金总额为5800万欧元，以及一个知识转移网络（2017 - 2022）。这些项目共汇集了182个组织，包括私营公司、研究组织、中小型企业和公共机构。总共有来自欧洲各地的1000多名专家参加了这些项目，其中超过40%是女性。

关键主题

这些项目涉及空中交通管理的各个方面，反映了航空业内外的新趋势和发展。以下是这些项目所涉及的关键主题的简要介绍。

自动化和数字化

自动化已经彻底改变了许多行业；想想自动驾驶汽车、医疗诊断和语音识别。现在轮到空中交通管理(ATM)了! 基于人工智能的自动化，包括机器学习，能够从新的数据中学习，检测出人类无法检测的模式，并同时考虑成千上万的变量，以达成一个解决方案。项目从许多方面考察了自动化和使用人工智能的解决方案。例如，AISA项目评估了将人工态势感知系统整合到团队态势感知中的可行性，用于在途作业。而HAAWAII项目开发了一个新的语音识别架构，基于机器学习来支持空中交通管制员。许多项目解决了确保人工智能驱动的解决方案可解释、透明和值得信赖的挑战，如MAHALO、TAPAS和ARTIMATION，同时保护机器学习应用中使用的私人数据集以鼓励数据共享（AICHAIN）。更多细节见第12页。

经济性

改善空中交通管理的经济可持续性是SESAR创新的一个核心重点。在这一最新的研究浪潮中，项目研究了业务的经济性，特别是关于航班交换和优先权的问题。例如，不同航空公司之间的航班交换目前是有限的，因为围绕着航班成本结构的保密性，可能会因为任何原因而有所不同，从为乘客提供转机航班或机组成员的工作时间限制。通过使用区块链技术和安全的多方计算，SlotMachine项目着眼于扩展现有的用户驱动的优先级程序（UDPP）SESAR解决方案，以允许更灵活的航班顺序，而不需要披露任何机密信息。同时，BEACON项目探讨了不同的方法来评估飞行优先级解决方案及其潜在的成本降低。最终，SESAR的目标是加速创新技术的吸收：在这方面，ITACA项目开发了一套新的方法和工具，能够对旨在扩大ATM内新技术吸收的政策和法规进行严格的全面评估。更多详情见第19页。

未来ATM架构

数字欧洲天空的愿景是在欧洲的空域中容纳所有类型的航空器，包括用于极低和高空作业。为了支持这一愿景，ECHO项目为更高的空域（大约60,000英尺以上）制定了一个操作概念，这部分空域正在容纳越来越多的飞行器，包括长续航气球、高空平台站（HAPS）、超音速和高超音速飞机。更多细节见第22页。中、低空空域也是大量项目的重点（详见U型空间和遥控飞机系统）。

环境和气象

空中交通管理的数字化转型只是减少航空业环境影响所需的多种途径之一。环境是本出版物中大量项目的重点。FlyATME4E的部分研究评估了小规模的飞行绕行如何有助于避免形成持久性的涡旋和氮氧化物引起的影响。一些项目侧重于减少航空在特定飞行阶段对环境的影响。AEON项目就是这种情况，该项目为绿色滑行技术、Taxibots、 wheeltugs、e-taxi和单引擎出租车的整合制定了操作概念。同时，DYNCAT项目展示了在优化4D轨迹时如何考虑到环境因素，使终端操纵区（TMA）的操作更安全、更有成本效益和更具环境可持续性。ATM经常处理破坏性天气，但随着气候的变化，这种事件可能会变得更加频繁和极端。反过来，不可预测的天气模式又进一步加剧了这种情况，因为飞机无法飞行其最环保的轨迹。这一挑战是几个项目的重点，包括START、ISOBAR、FMP-Met、SINOPTICA和CREATE，这些项目研究了不同的解决方案来解决气象不确定性和可预测性。更多细节见第25页。

性能和网络管理

改善ATM性能的所有领域是数字欧洲天空研究和创新计划的核心。这一优先事项也是NOSTROMO项目的重点，该项目开发了一种新的主动学习元模型方法来评估SESAR解决方案的潜在性能优势。同时，SIMBAD项目开发并评估了一套机器学习方法，旨在提高大规模ATM微观模拟模型的能力，以支持网络层面的性能评估。当可用的空域容量与空中交通需求不匹配时，性能就会受到阻碍。容量必须提前数月计划，而且在短时间内根据需求调整容量的选择有限，而需求本身是可变的。网络管理员的作用是协调这种需求-容量平衡（DCB）过程，但在提高整个系统的性能方面只有有限的选择。CADENZA项目分析了不同的概念方案，以改善目前网络管理员的DCB过程，使其更加以网络为中心。更多细节见第34页。

机场运行

每个航班的起点和终点都是机场，这使得机场成为航空网络中的重要节点。正是由于这个原因，SESAR 3 JU利用技术的进步，帮助将机场运行完全纳入网络，并提高机场运行性能。在这个最新的探索性研究组合中，有两个项目专门针对机场运行：ASPRID项目定义了一个运行概念和系统架构，以保护机场运行免受无人机的入侵。该项目确定了技术、程序、法规和标准，以帮助更好地防止无人机入侵，并尽可能快速有效地从任何干扰中恢复。同时，AEON项目为绿色滑行技术、Taxibots、 wheeltugs、e-taxi和单引擎出租车的整合制定了运行概念。这包括开发一种算法，以纳入机场协作决策（A-CDM），评估最适合每个航班的滑行技术。更多细节见第38页。

通信、导航和监视

欧洲的空中交通管理利用不同技术和网络的CNS基础设施的拼凑，这是很昂贵和低效的。SESAR的研究人员正在研究一个更加综合和频谱有效的CNS概念，利用地面和卫星系统，以及数字技术的进步。FACT项目就是这种情况，该项目研究了蜂窝网络的潜在用途，如4G和5G，作为空中交通管理（ATM）和U-space环境中现有CNS技术的补充。同时，NewSense项目评估了创新的低成本传感器，在ATMS之外广泛使用，用于机场地面监控。这些传感器包括一个基于5G信号的监控解决方案和一个用人工智能（AI）增强的毫米波（mmWave）雷达。通信是SINAPSE项目的重点，该项目设计了人工智能应用程序来检测和解决传输错误和网络安全威胁。更多详情见第41页。

多样性

旅行者从A地到B地从未有如此多的交通方式可供选择。但这些方式的组合能提供最快速、最实惠、最可靠和最绿色的旅行选择，特别是对于涉及航空旅行的旅程？Modus、TRANSIT、X-TEAM D2D和SYN+AIR项目研究了促进门到门无缝多式联运的不同方面，包括未来的驱动力、数据共享和性能指标。预计到机场的作用，IMHOTEP项目开发了一个操作概念和一套数据分析方法、预测模型和决策支持工具，以实现机场和地面运输利益相关者之间的信息共享、共同情况意识和实时合作决策。更多细节见第45页。

安全和复原力

近年来，安全科学不断进步，认识到今天的 "系统"，如ATM，被描述为 "社会技术 "和固有的复杂性，经常协调相互竞争和变化的系统目标和性能变量。FARO项目研究了系统在应对不可预见的事件和挑战时的适应能力，以期对出现的系统进行建模。它设计了一个框架，利用自然语言处理（NLP）并考虑到竞争的ATM目标之间的相互依存关系，来量化安全水平并确定弹性策略。机器学习技术有能力分析大量不同的数据（通常来自不同的来源）以提取模式。这种隐藏的知识可以用来识别安全风险或性能低下，从而为控制人员的决策提供支持。SafeOPS研究了人工智能解决方案如何能够实现安全应用，创造一个主动的、数据驱动的安全方法，能够实时预测潜在危险。更确切地说，SafeOPS开发了一个人工智能解决方案，以警告空中交通管制员发生绕行的情况。更多细节见第51页。

U-space和遥控飞机系统（RPAS）

U-space是欧洲为无人机和无人驾驶飞行器进入空域提供的有利框架，是几个项目的研究重点，解决了一些重要的问题，如安全分离（USEPE，BUBBLES），消除冲突和动态容量管理（Metropolis II），平衡需求和容量（DACUS）和所有空域用户的共同高度参考（ICARUS）。其他项目研究了大型遥控飞机，为飞行D至G级空域的车辆设计了一个保持清洁（RWC）的功能（URClearED），以及在仪表飞行规则（IFR）下将RPAS全面整合到终端操纵区（TMA）和机场环境中的操作概念（INVIRCAT）。该项目还包括SAFELAND，一个致力于评估转向单人驾驶操作的可行性的项目。更多细节见第54页。