China civil air traffic management efficiency improvement: Based on the view of four dimensional trajectory operation concept

Abstract

This study investigates the major challenges faced by China’s air traffic management system amid rapidly growing demand, constrained airspace resources, and persistent efficiency bottlenecks, and examines the natural evolution toward four dimensional (4D) Trajectory Based Operations. Drawing on international and domestic practices as well as recent technological advances, the study develops a comprehensive cost–benefit assessment framework that incorporates the full lifecycle economic, social, and environmental impacts of 4D operations. Using Monte Carlo simulations to test the sensitivity of key variables, the results demonstrate the feasibility of implementing 4D Trajectory Based Operations within China’s operational context. Meanwhile, the research establishes an evaluation indicator system covering operational effectiveness, organizational impacts, implementation challenges, and improvement needs. By integrating the Analytic Hierarchy Process (AHP) and a fuzzy comprehensive evaluation approach with surveys, interviews, and representative case studies, the study achieves a quantitative assessment of implementation outcomes and identifies critical bottlenecks. In addition, it proposes a phased and differentiated implementation pathway for 4D Trajectory Based Operations in China, together with coordinated optimization strategies across technology, organizational structures, and policy mechanisms. The findings provide theoretical support, quantitative evidence, and practical implementation guidance for the modernization of China’s air traffic management, offering meaningful solutions to capacity constraints, operational efficiency improvement, and enhanced system resilience.

Este estudo aborda os principais desafios na gestão do tráfego aéreo na China causados pelo aumento da procura, pelo espaço aéreo limitado e pelos gargalos de eficiência, e perspetiva a natural evolução para operações de trajetória quadridimensional. Com base numa revisão sistemática das práticas internacionais e nacionais e da evolução tecnológica relacionada com as operações de trajetória quadridimensional, o estudo desenvolve um quadro de avaliação de custos-benefícios do ciclo de vida completo que abrange benefícios económicos, sociais e ambientais, e aplica a simulação de Monte Carlo para testar a sensibilidade das variáveis-chave, demonstrando assim a viabilidade das operações de trajetória quadridimensional no contexto chinês. Ao mesmo tempo, o estudo constrói um conjunto de indicadores que refletem a eficácia operacional, o impacto organizacional, os desafios de implementação e as necessidades de melhoria. Ao integrar o processo analítico hierárquico e o método de avaliação abrangente difusa com questionários, entrevistas e estudos de casos típicos, o estudo alcança uma avaliação quantitativa dos resultados da implementação e a identificação de gargalos críticos. Além disso, propõe um caminho de implementação faseado e diferenciado para operações de trajetória 4D na aviação civil da China, juntamente com estratégias coordenadas para otimização tecnológica, organizacional e política. As conclusões dão suporte teórico, evidências quantitativas e orientação de implementação para a modernização da gestão do tráfego aéreo da China e oferecem valor prático para lidar com restrições de capacidade, melhorar a eficiência operacional e aumentar a resiliência do setor.