항공교통관리시스템

항공교통관리시스템

ATM의 개요 1) ATM(Air Traffic Management) ATM 시스템이란 "항공기를 비행계획에 따라 이륙시켜 안전을 유지하면서 그들이 원하는 최적운항경로로 목적지에 정해진 시간에 무사히 착륙시키기 위해 존재한다. 즉, 항공교통의 안전과 능률성의 확보가 ATM 시스템이 존재하는 최대의 목적이라 할 수 있다. 그러나 항공기의 증가와 함께 점차 문제가 되고 있는 현존 시스템의 결함사항을 평가해 보면 항법시설의 미비와 지역항법 루트 시스템의 부족, 수직 및 수평분리의 부적정, 항공기 항법장비의 불충분 운항관리상의 결함, 착륙지원장비의 부족 등, ATM 시스템 자체가 항로의 부적정을 초래하고 있으며, 지상과 공중에서 항공기의 지연을 유발하게하고 때로는 최적항로로 부터의 항공기 이탈을 불가피하게 하고있다.   따라서, 새로운 기술과 절차를 이용한 항공교통관리 시스템의 혁신은 항공교통수요 증가와 함께 매우 시급한 현실이 되었다. 2) ATM 시스템의 구성요소 및 임무 ATM 시스템은 항공기의 전체적인 운항기간 동안 야기되는 안전문제의 처리와 능률적인 기동을 지원하기 위해 Air Part(탑재 시스템)와 Ground System(지상 시스템)으로 구성된다. 가. Air Part (탑재 시스템) B747-400기종의 조종석 내부 ATM의 목적달성을 위해 지상 시스템(Ground Part)과 상호연계되는 항공기의 각개 기능별 능력으로 구성되는데, 예를 들면 항공전자장비와 운항관리시스템(FMS), 위치제어기능을 위한 항법시스템, 항공기 충돌방지시스템(TCAS)등을 말하며 공대공(Air to Air), 공대지(Air to Ground) 데이터링크 시스템들이 이를 지원한다. 나. Ground Part(지상 시스템) 1) 지상시스템은 항공교통업무(ATS : Air Traffic Service), 항공교통흐름관리 (ATFM : Air Traffic Flow Management) 및 공역관리(ASM : Air Space Magement)로 구성된다. 2) 지상시스템중 ATS는 다음과 같이 세분화된다. - 항공교통업무(ATS)는 교통관제(ATC : Air Traffic Control) - 비행정보 (FIS : Flight Information Service) - 수색 및 구조(AL : Alerting Service)로 이루어진다. 3) 지상시스템은 공대지(Air to Ground), 지대지(Ground to Ground)데이터 통신망을 통해 항공기에 대한 정보를 수신한다. 수신된 정보를 계산하고 의사 결정(Decision Making)을 한 다음 적절한 명령을 지대공(Ground to Air) 통신링크를 통해 항공기에 송출한다. 즉, 지상교통관리시스템의 주요기능은 비행계획과 비행위치와의 편차확인을 통한 분리기준의 확보, 적절한 시간분리와 공간분리를 통해 항공기의 운항순서와 통과시간을 결정(속도 및 지연도착 정보 포함)하여 안전하고 경제적인 최적의 운항경로를 항공기에 명령하는 일이다. 다. 지상시스템 구성요소의 업무분야 1) ATC : 항공기 운항지역에서 항공기간의 충돌과 항공기와 장애물간의 충돌을 사전에 예방시켜 줌과 동시에 항공기들의 운항상태를 촉진시키고 항공 교통의 질서를 유지 2) FIS : 안전하고 능률적인 운항을 지원하기 위한 관련정보의 제공이 주요목적 3) AL : 구조 및 수색작업이 요구되는 항공기가 있을 때 이를 관련기관에 통보하고 구조 및 수색작업을 지원 4) ATFM : 항공교통이 혼잡하거나 혼잡이 예상될 때 최적의 운항소통체재를 유지하며 ATC의 효율적인 목적 달성과 공역 및 공항지역의 수용능력을 최대한으로 신장시키고 항공기의 운항지연시간을 최소화시켜 준다. 5) ASM : 주어진 공역내에서 항공기의 운항시간을 배분하고 항공기간의 적절한 간격분리를 통해 제한된 공역을 최대한으로 활용코자 ATFM과 함께 ATC의 보조수단으로 사용된다.   ATM의 운영 1) 항법과 착륙(Navigation and Landing) 터미널, 항공로상 그리고 대양지역에서 계기운항규칙(IFR : Instrument Flight Rule)에 따른 주요 보고시스템은 위성항행시스템(GNSS)이다.    GNSS는 소요레벨의 신뢰성, 전파의 질, 가용성 등을 확보하기 위해 적당한 수요의 인공위성과 감시시설이 필요하다. 비정밀접근 또는 가능하다면 CAT-I에 근접한 정밀접근의 수행이 GNSS에 의해서도 수행될 수 있으리라 희망하는데 이때는 위성시설에 의해 제공되는 거리정보의 정확성을 보정해 줄 지상장비가 필요하다.  또한 CAT-I, II, III 등급의 접근과 착륙은 ILS에 의해 제공되며 RNAV(Area Navigation)과 Time-Referenced Navigation(4D RNAV)이 대부분의 항공기들에 의해 통상적으로 이용된다. 2) 통신(Communications) 특정지역에서는 기존의 HF통신이 계속 사용될 수도 있다. 마찬가지로 VHF 음성 및 데이터 통신도 계속 사용되며 머지않아 위성통신이 대양과 대륙지역에서 광범위하게 사용될 예정이다. 또한 공대지 데이터링크가 ATM 운용에 전면적으로 이용되는데 즉, 지상과 항공기 탑재시스템이 데이터 전송을 위한 고도의 통합매체(High-Integrity Media)를 이룬다. OSI(Open System Interconnection)는 개방형 상호접속 방식이 서로 상이한 시스템간의 상호 호환성을 최대한 보장한다. 3) 감시(Surveillance) 감시기능은 자동항행감시시스템(ADS)과 2차 감시레이다모드 S (SSR Mode S)에 의해 수행된다.ADS는 항공기에 탑재된 시스템에서 얻어진 항공기의 위치정보와 운항관련 데이터들을 데이터링크 통신망을 통해 지상에 보고하며 ADS의 출현으로 공역에서의 항공기 운항과 관련된 실시간 감시가 가능하며 조종사가 직접 위치보고를 할 수 밖에 없었던 모든 지역에서의 ADS의 사용은 물론이고 교통혼잡지역이나 터미널 지역에서도 ADS는 SSR의 보조역할을 수행하게 되며 지상의 ATM 관련 시스템은 주로 2차 감시레이더(SSR)에 의존하고 1차 감시레이더의 역할은 점차 감소하게 될 것이다. 4) 기상(Meteorology) ATM의 질은 항공교통관리 계획이 효율성과 변화하는 상황에의 즉각적인 적응력에 의해 좌우된다. 시스템이 사용할 수 있는 정보의 질이 가장 중요한데 그 중에서도 항공기 운항지역의 환경에 대한 정보가 시발점이 되는 것이다. 개선된 기상탐지기와 기상현상에 대해 때를 놓치지 않고 신뢰성 있게 예고하고 전달할 수 있는 기상자료들의 통합과 전송체제가 새로운 ATM 시스템의 주요 부분이다. 또한, 최신의 도플러 레이더 시스템이 회전 안테나와 Phased Array 기술을 채택하여 기상탐지 기능을 최대한 높혀 주게 될 것이다. 그리고, 실시간의 기상관측 결과가 항공기로부터 데이터링크를 통해 지상에 전송되며 기사의 관측결과는 지상시설의 관측결과와 통합되어 좀 더 명확하고 광범위한 기상정보를 현시 가능케 한다.    광범위한 기상관측 자료들은 최신형의 기상자료 처리시스템에 의해 처리되며 장·단기 기상자료로써 데이터베이스화하여 항공관련 전 기관에 제공하게 된다. 따라서, 장래의 터미널 지역과 공항지역의 항공교통관리 시스템의 질은 활용가능한 기상자료의 질과 신뢰성에 달려 있으며 앞으로의 과제는 기상탐색 장비의 성능개발과 자료전파의 방법을 개선하는 일이다. 그리고 최선의 기상자료를 선택하고 조합하는 일도 매우 중요하며 현재 운항중인 항공기들은 IRS(Inertial Reference System)와 데이터링크 통신시스템을 탑재하고 있다. 이러한 시스템을 탑재한 항공기들은 운항지역의 기상환경을 즉각적으로 자동전송해 줄 수 있고 요란, 잡음, 마찰계수가 떨어진 활주로상에서의 활주가능거리 등의 정보까지도 즉각적으로 제공해 줄 수 있다. 따라서 미래의 시스템은 항공기가 제공하는 모든 데이터들을 지상에서 수집된 주변환경 정보와 함께 선택적으로 이용할 수 있게 된다. 5) 비행계획의 사용 미래의 ATM 시스템하에서는 계기운항규칙(IFR : Instrument Flight Rule)에 의해 운항시 현시점 운항계획(Current Flight Plan)에 기초를 두며 이들 운항계획은 사용자와 ATM 시스템간의 협상결과에 따르는데 사용자는 기상자료, 시스템의 혼잡과 지연상태, 관련공항과 시설들의 운용상태 등 광범위한 정보를 제공받는데 운항계획은 적용될 ATM의 관련 제한사항속에서 사용자가 선호하는 최적운항경로를 말한다. 6) 대양지역에서의 운용 국제항공수요는 국내항공수요의 신장율을 앞지르고 있다. 대양지역에서의 항공기 운항은 새로운 기술들을 사용함으로서 다가오는 10년간 커다란 변혁을 겪게 될 것이다. 대양지역에서의 ATM 상황은 사용자(항공기)에게 유리한 운항경로를 최대한 제공해 주는 방향으로 발전해 나간다.   미래 대양지역의 ATM 운용은 ADS가 광범위하게 사용되고, 위성을 이용한 데이터링크 통신의 사용과 GNSS의 사용, 그리고 항공기상시스템의 성능향상 및 데이터링크에 의해 지상 ATM 자동화시스템과 탑재운항관리 컴퓨터시스템의 통합이 실현된다. 모든 새로운 기술과 운용방법은 유연성 있는 항로설정과 기상 및 교통상황 변화에 따르는 항로의 동적인 수정작업을 가능케 한다. 7) 항로 및 터미널 운용 운항관리과정은 관련 모든 자원의 수용력에 대한 판단과 터미널지역, 항로상의 교통수용상태를 모니터하여 어느 특정지역에 과도한 교통혼잡상태가 유발되지 않도록 조정한다. 전술적 관리과정은 비행계획과의 일치여부를 확인하기 위해 항공기의 움직임을 모니터하고 분리기준의 위반이나 특별사용 공역 내로의 무단침입 등의 문제를 확인하고 해결한다.   정확한 위치의 확인과 탑재 운항관리 컴퓨터와 ATM 데이터링크의 인터페이스 등이 사용자가 선호하는 능률적이고 경제적인 운항궤적을 보장해 주는 요소들이다. 장래에는 터미널과 항로용 ATM의 자동화 기능이 터미널 지역의 입출항 항공기에 대한 교통소통을 원활케 해 주기 위해 통합된다.    또 기상정보 및 공항과 운용시설의 상태들에 대한 정보를 제공해 주기 위해 데이터링크가 사용된다. 8) 공항운용 공항수용력 증가가 미래 ATM 시스템의 주요 목표가 된다. 미래 ATM 시스템의 디자인은 공항수용력 증대를 위해 새로운 기술과 장비 및 절차를 이용하여 항공교통 처리량을 증대시키고 운항구조를 개선하여 항공기 운항의 효율성을 증가시킬 예정이다. 곡선접근(Curved Approach)의 사용은 현재 적용되고 있는 착륙시스템의 직선적중앙접근(Centerline Approach)에 의해 야기되는 제한사항들을 상당히 완화해 줄 전망이다.    어떤 상황에서는 위에 언급한 사항들이 인접 공항간의 착륙운항 갈등을 해소시켜 줄 수도 있다. 그리고 그들 새로운 착륙접근절차는 공항운영상 소음회피지역의 운영에 크게 기여하게 될 것이다. 760M(2,500ft)정도 떨어진 병렬활주로에의 개별적인 IFR 접근은 고속 데이터통신이 가능한 2차 감시레이더(SSR)와 향상된 관제사 감시 디스플레이 시스템을 이용한다. 그 결과 병렬활주로상에서의 계기기상상태(IMC : Instrument Meteorological Condition)의 운항을 가능케 하여 항공기 처리량을 증가시킨다. 또 그러한 관제유도능력은 근접 병렬활주로의 건설을 촉진시켜 토지의 효율적 이용을 증가시켜 줄 것이다. 자동화기기들은 항공교통관제면에서 병렬 및 컨버징 활주로(Converging Runway)에의 착륙 효율성을 증가시켜 준다. 데이터링크가 이륙 및 유도로 진입허가 발부에 사용되어 항공기로 하여금 할당된 유도로로 안전하게 진입하게 함은 물론, 이상이 있을 경우 조종사에게 경보까지도 발할 수 있게 된다.    즉, 조종사는 공항지역 교통상황과 기상상황을 데이터링크를 발송할 수 있게 되며, 조종사는 공항지역 교통상황과 기상상황을 데이터링크를 통해 신속 정확하게 입수할 수 있어 안전레벨을 크게 향상시킨다. 또 한편 데이터링크는 현재 사용되고 있는 무선통신에 의해 야기되는 통신소통의 작업부담과 통신오류를 크게 줄여준다. 계기기상조건(IMC)하에서 단일활주로 운용시 도착항공기에 제공되는 Metering, Sequencing, Spacing의 기능이 향상되어 항공기 처리량을 단일활주로 시계기상상태(VMC : Visual Meteorolical Condition)로까지 올려줄 수 있게 된다. 3개의 활주로와 4개 활주로 등 복수 활주로에의 개별적 IFR 운항도 통상적인 것이 된다. 향후전망 1) 항법과 착륙(Navigation and Landing) 터미널, 항공로상 그리고 대양지역에서 계기운항규칙(IFR : Instrument Flight Rule)에 따른 주요 보고시스템은 위성항행시스템(GNSS)이다. GNSS는 소요레벨의 신뢰성, 전파의 질, 가용성 등을 확보하기 위해 적당한 수요의 인공위성과 감시시설이 필요하다. 비정밀접근 또는 가능하다면 CAT-I에 근접한 정밀접근의 수행이 GNSS에 의해서도 수행될 수 있으리라 희망하는데 이때는 위성시설에 의해 제공되는 거리정보의 정확성을 보정해 줄 지상장비가 필요하다. 또한 CAT-I, II, III 등급의 접근과 착륙은 ILS에 의해 제공되며 RNAV(Area Navigation)과 Time-Referenced Navigation(4D RNAV)이 대부분의 항공기들에 의해 통상적으로 이용된다. 2) 통신(Communications) 특정지역에서는 기존의 HF통신이 계속 사용될 수도 있다. 마찬가지로 VHF 음성 및 데이터 통신도 계속 사용되며 머지않아 위성통신이 대양과 대륙지역에서 광범위하게 사용될 예정이다. 또한 공대지 데이터링크가 ATM 운용에 전면적으로 이용되는데 즉, 지상과 항공기 탑재시스템이 데이터 전송을 위한 고도의 통합매체(High-Integrity Media)를 이룬다. OSI(Open System Interconnection)는 개방형 상호접속 방식이 서로 상이한 시스템간의 상호 호환성을 최대한 보장한다. 3) 감시(Surveillance) 감시기능은 자동항행감시시스템(ADS)과 2차 감시레이다모드 S (SSR Mode S)에 의해 수행된다. ADS는 항공기에 탑재된 시스템에서 얻어진 항공기의 위치정보와 운항관련 데이터들을 데이터링크 통신망을 통해 지상에 보고하며 ADS의 출현으로 공역에서의 항공기 운항과 관련된 실시간 감시가 가능하며 조종사가 직접 위치보고를 할 수 밖에 없었던 모든 지역에서의 ADS의 사용은 물론이고 교통혼잡지역이나 터미널 지역에서도 ADS는 SSR의 보조역할을 수행하게 되며 지상의 ATM 관련 시스템은 주로 2차 감시레이더(SSR)에 의존하고 1차 감시레이더의 역할은 점차 감소하게 될 것이다. 4) 기상(Meteorology) ATM의 질은 항공교통관리 계획이 효율성과 변화하는 상황에의 즉각적인 적응력에 의해 좌우된다. 시스템이 사용할 수 있는 정보의 질이 가장 중요한데 그 중에서도 항공기 운항지역의 환경에 대한 정보가 시발점이 되는 것이다. 개선된 기상탐지기와 기상현상에 대해 때를 놓치지 않고 신뢰성 있게 예고하고 전달할 수 있는 기상자료들의 통합과 전송체제가 새로운 ATM 시스템의 주요 부분이다. 또한, 최신의 도플러 레이더 시스템이 회전 안테나와 Phased Array 기술을 채택하여 기상탐지 기능을 최대한 높혀 주게 될 것이다. 그리고, 실시간의 기상관측 결과가 항공기로부터 데이터링크를 통해 지상에 전송되며 기사의 관측결과는 지상시설의 관측결과와 통합되어 좀 더 명확하고 광범위한 기상정보를 현시 가능케 한다.    광범위한 기상관측 자료들은 최신형의 기상자료 처리시스템에 의해 처리되며 장·단기 기상자료로써 데이터베이스화하여 항공관련 전 기관에 제공하게 된다. 따라서, 장래의 터미널 지역과 공항지역의 항공교통관리 시스템의 질은 활용가능한 기상자료의 질과 신뢰성에 달려 있으며 앞으로의 과제는 기상탐색 장비의 성능개발과 자료전파의 방법을 개선하는 일이다. 그리고 최선의 기상자료를 선택하고 조합하는 일도 매우 중요하며 현재 운항중인 항공기들은 IRS(Inertial Reference System)와 데이터링크 통신시스템을 탑재하고 있다. 이러한 시스템을 탑재한 항공기들은 운항지역의 기상환경을 즉각적으로 자동전송해 줄 수 있고 요란, 잡음, 마찰계수가 떨어진 활주로상에서의 활주가능거리 등의 정보까지도 즉각적으로 제공해 줄 수 있다. 따라서 미래의 시스템은 항공기가 제공하는 모든 데이터들을 지상에서 수집된 주변환경 정보와 함께 선택적으로 이용할 수 있게 된다. 5) 비행계획의 사용 미래의 ATM 시스템하에서는 계기운항규칙(IFR : Instrument Flight Rule)에 의해 운항시 현시점 운항계획(Current Flight Plan)에 기초를 두며 이들 운항계획은 사용자와 ATM 시스템간의 협상결과에 따르는데 사용자는 기상자료, 시스템의 혼잡과 지연상태, 관련공항과 시설들의 운용상태 등 광범위한 정보를 제공받는데 운항계획은 적용될 ATM의 관련 제한사항속에서 사용자가 선호하는 최적운항경로를 말한다. 6) 대양지역에서의 운용 국제항공수요는 국내항공수요의 신장율을 앞지르고 있다. 대양지역에서의 항공기 운항은 새로운 기술들을 사용함으로서 다가오는 10년간 커다란 변혁을 겪게 될 것이다. 대양지역에서의 ATM 상황은 사용자(항공기)에게 유리한 운항경로를 최대한 제공해 주는 방향으로 발전해 나간다.    미래 대양지역의 ATM 운용은 ADS가 광범위하게 사용되고, 위성을 이용한 데이터링크 통신의 사용과 GNSS의 사용, 그리고 항공기상시스템의 성능향상 및 데이터링크에 의해 지상 ATM 자동화시스템과 탑재운항관리 컴퓨터시스템의 통합이 실현된다. 모든 새로운 기술과 운용방법은 유연성 있는 항로설정과 기상 및 교통상황 변화에 따르는 항로의 동적인 수정작업을 가능케 한다. 7) 항로 및 터미널 운용 운항관리과정은 관련 모든 자원의 수용력에 대한 판단과 터미널지역, 항로상의 교통수용상태를 모니터하여 어느 특정지역에 과도한 교통혼잡상태가 유발되지 않도록 조정한다. 전술적 관리과정은 비행계획과의 일치여부를 확인하기 위해 항공기의 움직임을 모니터하고 분리기준의 위반이나 특별사용 공역 내로의 무단침입 등의 문제를 확인하고 해결한다.   정확한 위치의 확인과 탑재 운항관리 컴퓨터와 ATM 데이터링크의 인터페이스 등이 사용자가 선호하는 능률적이고 경제적인 운항궤적을 보장해 주는 요소들이다. 장래에는 터미널과 항로용 ATM의 자동화 기능이 터미널 지역의 입출항 항공기에 대한 교통소통을 원활케 해 주기 위해 통합된다. 또 기상정보 및 공항과 운용시설의 상태들에 대한 정보를 제공해 주기 위해 데이터링크가 사용된다. 8) 공항운용 공항수용력 증가가 미래 ATM 시스템의 주요 목표가 된다. 미래 ATM 시스템의 디자인은 공항수용력 증대를 위해 새로운 기술과 장비 및 절차를 이용하여 항공교통 처리량을 증대시키고 운항구조를 개선하여 항공기 운항의 효율성을 증가시킬 예정이다. 곡선접근(Curved Approach)의 사용은 현재 적용되고 있는 착륙시스템의 직선적중앙접근(Centerline Approach)에 의해 야기되는 제한사항들을 상당히 완화해 줄 전망이다.    어떤 상황에서는 위에 언급한 사항들이 인접 공항간의 착륙운항 갈등을 해소시켜 줄 수도 있다. 그리고 그들 새로운 착륙접근절차는 공항운영상 소음회피지역의 운영에 크게 기여하게 될 것이다. 760M(2,500ft)정도 떨어진 병렬활주로에의 개별적인 IFR 접근은 고속 데이터통신이 가능한 2차 감시레이더(SSR)와 향상된 관제사 감시 디스플레이 시스템을 이용한다. 그 결과 병렬활주로상에서의 계기기상상태(IMC : Instrument Meteorological Condition)의 운항을 가능케 하여 항공기 처리량을 증가시킨다. 또 그러한 관제유도능력은 근접 병렬활주로의 건설을 촉진시켜 토지의 효율적 이용을 증가시켜 줄 것이다. 자동화기기들은 항공교통관제면에서 병렬 및 컨버징 활주로(Converging Runway)에의 착륙 효율성을 증가시켜 준다. 데이터링크가 이륙 및 유도로 진입허가 발부에 사용되어 항공기로 하여금 할당된 유도로로 안전하게 진입하게 함은 물론, 이상이 있을 경우 조종사에게 경보까지도 발할 수 있게 된다.    즉, 조종사는 공항지역 교통상황과 기상상황을 데이터링크를 발송할 수 있게 되며, 조종사는 공항지역 교통상황과 기상상황을 데이터링크를 통해 신속 정확하게 입수할 수 있어 안전레벨을 크게 향상시킨다. 또 한편 데이터링크는 현재 사용되고 있는 무선통신에 의해 야기되는 통신소통의 작업부담과 통신오류를 크게 줄여준다. 계기기상조건(IMC)하에서 단일활주로 운용시 도착항공기에 제공되는 Metering, Sequencing, Spacing의 기능이 향상되어 항공기 처리량을 단일활주로 시계기상상태(VMC : Visual Meteorolical Condition)로까지 올려줄 수 있게 된다. 3개의 활주로와 4개 활주로 등 복수 활주로에의 개별적 IFR 운항도 통상적인 것이 된다.