民航飞机航线为什么鲜有走直线的?

太原到杭州的航线,在空中是走不规则折线的,貌似沿着大城市走的。又不中间停留,为什么不走直线呢?
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张水

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飞机航线不走直线有很多原因:


1. 地球是圆的,地图是平的。

一般而言,距离超过400公里时,地球表面两点的最短距离,投影到地图上就和直线有了明显区别,在这种情况下,选择直航时,飞机在地图上的投影就是一条曲线。这个差别在长距离才会显得很明显。

早期来说,为了导航方便,一般采取等角航线,即测量出出发地和目的地之间的磁角夹角,然后只要保持飞机航线恒定就可以到达目的地了,此时航迹在地图上的投影就是一条直线。但是随着导航技术发展,就开始采用大圆航线,而大圆航线在地图上的投影就是曲线了。
参考下图,地图上的Great Circle Route(大圆航线)看似曲线,实际上的距离要比直线的Rhumb Line(等角航线)短得多。 更详细的数学解释可以参考:
Great circle





2. 导航技术限定,飞机只能向台或背台飞行。

目前最成熟的导航技术是IR(惯性导航)和VOR/DME(指向台)导航技术,这两种技术叠加可以保证飞机导航精度达到RNAV2,即在航行全过程中,95%以上的时间里定位精度在2海里以内,而VOR的一个缺点是依赖于导航台,且飞机只有在航向面向或背向VOR台时才能获得比较高的精度,因此飞机的航迹本质上就是从一个VOR台飞向另一个VOR台,在距离VOR台约10海里左右开始转向像一个VOR台继续飞行。

借用别人的一张图说明,十字星标就是不同的VOR台,粉红色的线就是飞机的轨迹,由于导航台的数量限制,飞机只能采取曲线飞行。





有人会问GPS呢?GPS直到第三代系统开始投入,约2005-2009年,才可能在全球范围内达到RNAV2精度。对此,国际民航组织从2008年开始,逐步开始对基于GPS导航的导航设备开始论证使用,目前在欧美大陆,通过认证的飞机已经可以开始实行PBN导航,即不依赖VOR台的自由设计航线,中国大陆规划在2013年开始,2016年全面在民航采取PBN导航。


3. 地形/气象/空管限制,某些区域必须绕行。

这个应该很好理解,比如山峰、雷雨云、禁飞区之类,就不多说了。


4. 适航规章限定,主要是ETOPS规定。

这个是由于早期飞机发动机可靠性不足引入的规定,当时双发飞机很容易在飞行过程中出现单发失效,此时会对飞行性能造成严重影响,同时也给飞行员带来额外的负担,因此规定飞机的全航路中,任何一点到最近的备降机场的距离不得超过60分钟的航程,以便在飞行员疲劳或飞机结构受损到不可接受前,飞机能够着陆。当然,现在随着发动机可靠性提升,ETOPS限制普遍提升到了120分钟,下一代的380和787都在申请150分钟的ETOPS限制。详见
双发延程飞行

这个限制主要体现在跨洋和北极航线上,内陆航线与各航空公司实力有关,对于长距离航线,有实力的航空公司可能会沿路各个机场都签有保障协议,此时ETOPS只在穿越沙漠和高原是有所影响。实力不足的航空公司则无法和所有机场签协议,只能选择性的挑选,就有可能受到一定的限制。

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2014.12.24更新
关于第二条,很多业内也说了,十字星不是VOR台,他的标准名字是
Waypoint,为了省去解释为何在要在航路点之间直线飞行,我就简单描述为导航台了,便于业外理解。

Waypoint 在航空业早期,实际上就是地上一个明显的地形/标志物等,又叫地标,飞行员就是靠目视对准地标飞来保证自己航路正确的。
随着无线导航技术发展,VOR台就成为主要的Waypoint了。
进一步的,随着GPS的应用,Waypoint理论上可以随机选取地球表面任一位置设置,只需要对该处进行GPS校准即可,这也就是RNAV的航路点设定来源了。

在PBN运行前,飞机只能以直线在航路点直接飞行,因为:
1. 只要在航路点确认高度符合要求,在两点之间的直线上飞行,一定没有触地风险;
2. 沿航路飞行,空管只需要监控飞机的速度和顺序,就可以保证没有碰撞风险,加入偏置和单向高度层后,对飞也不存在碰撞风险。


因此,目前为止,飞机只允许在Waypoint之间的直线上飞行。未来普及PBN后,才可以不依赖Waypoint飞行。


PS:RNAV跟PBN的区别,业内了解就行了,我懒得展开了。

关于GPS精度,静止状态下GPS精度可以达到10米级别,经过校准的可以达到1米甚至更低,飞机在停机坪上做导航校准时,可以达到分米级别。
但是在高速运动状态下,一方面精度降低,另一方面就必须考虑系统延迟了:如果飞控计算机晚了一秒获得位置信息,或者操作指令晚了一秒,位置可就差了几百米了。
匿名用户

匿名用户

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@张水 老师说的已经很全面了,我来详细说一下大圆航线和等角航线。


宏观上来说,这是大圆航线(Great Circle Route
)和等角航线(Rhumb Line
)的线路之争。



1. 令人纠结的投影



地球是圆的,地图却是平的,如何调和三维球面与二维地图平面的矛盾呢?

如果直接展开球面,那么必然会发生断裂或者褶皱,大家掰过橘子吧?就是那个道理。

投影,就是解决这个问题的关键。

于是乎各路英雄都来尝试解决把地球拍扁的这一难题。


1.1 大航海时代的1569年,一位
比利时的地图学家创立了一种以他名字命名的经典的投影方法:
墨卡托投影(Mercator Projection 或称:麦卡托投影)


用这种方式做出来的世界地图长这个样子:




水手,船长们都惊呆了好吗?

横平竖直的经纬度啊!!!
地图上的方位角不用变啊!!!
地图上两点一画沿着那条直线一直开就行了啊!!!
在那个没有GPS,没有岸基导航系统,只能用罗盘还有六分仪解决导航问题的年代,有一份方便使用的航海图,就是大家的生命线啊!!!

于是乎,它火了!

这种在地图上两点之间画直线规划出来的航线,因为航行方向与经度夹角确定且不变,被称为等角航线。

但是等等...似乎哪里有点问题?

你们不觉得这个地图的两极很奇怪吗?
本来极点应该是一个点的,怎么被拖成一个长条了呢?同理,高纬度地区也被放大了很多。



南极洲:我好好的长成一个圆形你把我拉成条子是几个意思?
地图君:怪我咯?


墨卡托投影的最大问题就是
高纬度地区的严重失真

为了解决这个问题,地图学家们前仆后继,再后来的几百年里又折腾出了几种投影方法:


1.2 桑生投影(Sanson Projection):





法国的尼古拉斯·桑生 于 1762 年创立。
纬线平行间距相等,中央经线为直线,其它经线为正弦曲线且成轴对称分布于中央经线左右。
适用于沿着赤道和中央经线分布的地区,
如南美洲,非洲。



1.3 哈默投影(Hammer Projection):









由美国地理学家哈默 于1872年创立。

由双半球地图合并而来,更加接近于真实球面,但并未摆脱近大远小的视觉变形。



1.4 古德投影(Goode Projection)









由美国的地理学家古德于1923年创立。

又称分瓣投影,还原度最高,但会断裂。

但这几种方法,不但在
绘图地域上有局限性,而且
经纬度是曲线,对于航海家和后来的飞行员来说,在茫茫大海或者天空中导航,需要时刻计算并且调整航向,可谓是
极不方便,也很危险所以
绝大多数航图到今天仍然是
根据墨卡托投影制成的


2. 大圆航线与等角航线



在几何课上我们学过一条公理:两点之间,线段最短。
但这是平面。在球面上可不是这样。


球面上两点间的所有弧线中,弧线对应的半径越大,弧的弯曲程度越小,就越趋近于直线,距离也就越短。

打个比方,你拿一个乒乓球,你会觉得它的表面是弧的,但远眺地平线的时候,你就会觉得它是一条直线。

一个球可以切出很多圆,就像纬度线,但
球大圆(→_→)球半径所在的圆是最大的,球大圆上面的弧线是两点之间最短的弧线,而用这种方式规划的航线,就叫做大圆航线。



除了赤道和经度线,一般情况下球大圆都不符合东南西北的正方位,人才会觉得在地图上绕了远路,但这恰恰才是机组抄的近路。



航线的航角是根据GPS显示的,但在飞机上的GPS是通过显示航向和经度的夹角来提示坐标的,领航员要确定后续航向,计算航速来指导驾驶员。




大圆航线距离短,但导航相当麻烦。
等角航线距离较长,但导航简单,操作最简。


举个例子:




从北京到旧金山的CA983航班,如果使用两点一线的等角航线的话,也就是沿北纬40°飞行,距离是10248km,而使用图上的大圆航线只需要9084km。
大圆航线要比等角航线短1164km,能省十多吨燃油,在地图上看起来就是一条曲线。
但从拉萨到北京,大圆航线只短了12km,两者基本重合,大圆航线的优势并没有体现,使用等角航线导航方便,所以用的是等角航线,你看,这不就是一条直线了嘛。



至于地形/气象/空管限制,ETOPS,导航技术等,请参见 @张水老师 的答案。

子小三

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高票的几个答案非常好
成功的回答了为什么美国飞机不走直线的原因
天朝的飞机不走直线的原因就一个
那就是申请航线的同事跟airforce的大爷们交流不到位
结果咱们的航线就是这样的



昨晚临时起意拍的
昨晚临时起意拍的
当然还有更令人发指的航线
赞多我就继续拍

------分割线-------
居然这么快过百赞了
这是昨天上班数据库里调出的航路
长沙飞厦门方向,专门去广州绕个圈圈



为了绕这个弯弯,737大概一吨多油的样子,时间么,大概多耗20分钟
为了绕这个弯弯,737大概一吨多油的样子,时间么,大概多耗20分钟
各位想想每天多少架飞机在天朝上空白白耗油兜着玩
前面答案里所说的ETOPS
跟这个完全没关系
这里是中国机场最密集的华中和华南

徐诺一

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这里完全可以换一种问法:为什么天朝一下暴雨就不能飞,延班;而东南亚一些旅游岛国天天有暴雨而飞机照样飞?
怒答: 军用占了95%还多的领空,而十多亿人用的民航只有不到5%的领域可以飞;所以在浩大的天空,十多亿人只能拥挤在一条狭长的航道上;如果这条狭长的航道上有雨,而旁边晴得亮眼,也没法,只能停飞;同理,所谓的航空管制根本原因也在这儿。
PS:现在航班延误动不动就去骂空姐或是地勤,其实真是骂错了。如果天空的道路宽一点,至于吗?

chifung cheung

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国内航线上面有专业人士说了。
国际线是因为双发动机的客机得满足ETOPS,为了安全得沿着城市走,紧急情况下有地方降落。

双发延程飞行
匿名用户

匿名用户

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很多走直线的啊,上飞机前给同事打个电话,一般就可以了

进离港也可以走直线,只是一般要管制同意,不同意直飞,一般是飞机多,或者是太懒了,懒得监控了(非程序航路)

航路也可以飞直线,就国内这段什么E什么S都不是问题,管制问飞行员愿不愿意直飞,他们哪有不愿意的

同事有连乘、赶下一班飞机的,起飞晚30分钟,航路直飞+西风带 都可以追回来的

没事别瞎黑空军老大哥

luoyi

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走的大圆航线吧 地球是圆的,地面是曲面,地面上两点间的最短距离是条弧线,这条曲线投影到地图这个经过各种变形啊改正啊等等的处理后的平面上不是直线

当然这只是理论 实际上航线的确定还有很多因素吧
匿名用户

匿名用户

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实在是忍不住要出来纠正一下,想不到天朝人民对民机飞行计划设计如此禁锢思维,实在对中国通用航空领域发展捏一把汗。 民用飞机特别是通航的飞行计划当然是可以是直线的,特别是在Enroute (飞行阶段 101: Terminal, Enroute, Approach),在现代FMS (飞行管理系统)里面有一个专门的键叫做 DIRECT-TO ,翻译不好听的就可以叫做直达, FAA甚至要求DT的功能必须能一键实现。。。 这也是全世界最通用的从A点飞到B点的VFR飞行计划。 但是,由于地理、空域、导航站、Airway (不知道国内叫什么?)、机场、天气、航空公司、个人喜好、飞行安全等各方面的原因,人们就开始设计各种具体的飞行路线,所以这是我为啥要出来澄清一下事实,因为上面大部分回答归咎为外围因素不能走直线,其实走不走直线是人设计的,当然这个人必须要有一点的导航技能而且熟知飞机的性能、地理、天气、和空管、或者空军审批等, 比如我刚刚设计了一个从北京到徐州飞行路线 (好玩而已,毫无意义啊),很多就是直线的当然很多不是直线。简单解释一下我的路线: 我就采用了先使用PEK (Guanzhuang) VOR导航站 航向110为第一leg, 然后直飞滨海机场 ,然后再使用BYK (大王庄)VOR导航站,插入Airway A593,一条大直线等等。 中国所有的机场代号以Z开始的 (蓝色圆圈), 绿色的线条带有数字的就是Airways,W的是高空, V开始的低空,这些就像空中高速公路,以1000 ft 垂直分离, 那些粉红色就是NDB导航站点, 蓝色三角是Aiways上的Waypoint。

这里有没有空军或者航管人员,这种飞行计划能被批准吧?


@ym xu 忘记了这里很多人都是飞行员,通常都飞IFR , 不错谢谢提醒,加上了RW36L CDY11D Departure Procedure (离场图? 谁第一个翻译的?)ZBAA 有近百个 Departure Procedure, 我还真佩服飞行员兄弟们,都得记着? 看来天朝的飞行路线设计真的很奇特!!








马破长安

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飞机在天上飞,也得像道路交通一样,沿着严格划定好的航线。一方面能获得地面引航、备降机场等,另一方面也便于规范空中交通,防止安全事故。

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