中國民航無人機云系統(tǒng)分析

柏藝琴

近年來，民用無人機的生產(chǎn)和應(yīng)用在國內(nèi)外蓬勃發(fā)展，無人機的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，其在個人娛樂、資源勘查、海洋監(jiān)測、航空攝影測量、農(nóng)林業(yè)監(jiān)視等領(lǐng)域，都顯示出巨大的潛力。隨著大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)與無人機技術(shù)的相互融合，民用無人機產(chǎn)業(yè)鏈已從“垂直進步”走向“水平進步”，通過開拓不同的應(yīng)用領(lǐng)域，無人機帶動了一系列“無人機+”類型的新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動了國民經(jīng)濟的發(fā)展。因此在國務(wù)院制定的《中國制造2025》規(guī)劃中明確指出：推進無人機產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展是我國下一階段產(chǎn)業(yè)升級的重點工作。

當前，我國的無人機行業(yè)已經(jīng)進入了高速發(fā)展階段。據(jù)中國民航局數(shù)據(jù)顯示，截至2017年12月31日，我國民用無人機駕駛員合格證總數(shù)為24407個，而無人機駕駛員合格證按季度增長的統(tǒng)計則更是可以看出我國無人機行業(yè)發(fā)展的迅猛趨勢，如圖1。

值得注意的是在這2.4萬余名無人機駕駛員中，獲得多旋翼駕駛員合格證的有20833名，這表明雖然目前大型貨運無人機和載人無人機已經(jīng)試飛成功、并且產(chǎn)生了巨大的社會影響，但是低空、慢速、輕小型無人機仍然是我國民用無人機的絕大多數(shù)。如何對數(shù)量眾多并且還在快速增加的低慢小型無人機進行實時監(jiān)控，是我國民航無人機管理領(lǐng)域的重點工作之一。與其他航空器一樣，無人機并不是獨立運行的，必須依靠無人機平臺提供的空管（ATM）及其他服務(wù)，因此對無人機平臺進行有效管理就成了無人機管理工作的主要抓手。

為了滿足無人機行業(yè)發(fā)展的需要，2015年民航局飛行標準司發(fā)布了《輕小無人機運行規(guī)定（試行）》，其中對無人機平臺運營商的資格和標準做了詳細說明，民航局依據(jù)該咨詢通告對無人機平臺運營商進行審定和批準。

無人機云系統(tǒng)概念的提出

無人機云是輕小型民用無人機運行動態(tài)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用于向無人機用戶提供航行服務(wù)、氣象服務(wù)等，同時民用無人機將運行數(shù)據(jù)上傳至無人機云端，以便民航監(jiān)管方和其他相關(guān)部門對無人機進行實時監(jiān)控。2017年10月，由飛行標準司提出，中國民航科學技術(shù)研究院負責編寫，多家無人機和通信技術(shù)公司參與起草、標準制定及最終審定工作的中國民用航空行業(yè)標準《無人機云系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)規(guī)范》（MH/T 2009-2017）正式發(fā)布，這項標準已于2017年12月1日起開始實施。規(guī)范首次規(guī)定了輕小型民用無人機系統(tǒng)與無人機云系統(tǒng)之間的傳輸數(shù)據(jù)要求、數(shù)據(jù)加密要求、編碼規(guī)則和性能要求。同時在該標準中還明確指出，無人機系統(tǒng)和無人機云系統(tǒng)之間應(yīng)按照要求的標準數(shù)據(jù)接口進行雙向通信，通信內(nèi)容應(yīng)包含注冊信息，動態(tài)信息，數(shù)據(jù)類型，差異數(shù)據(jù)等。未來，無人機不需要增加硬件，只需在通信模塊直接兼容云接口標準即可接入云系統(tǒng)。無人機用戶可以自行選擇接入任何一個云系統(tǒng)。

目前的無人機云系統(tǒng)的主要功能包括：

用戶注冊管理：對提交系統(tǒng)注冊信息的無人機用戶及企業(yè)信息（個人身份證、營業(yè)執(zhí)照、地址、聯(lián)系方式等）審核，審核通過的用戶注冊為系統(tǒng)合法用戶，每次登錄系統(tǒng)均需進行身份認證。

用戶無人機注冊管理：系統(tǒng)無人機用戶在平臺統(tǒng)一注冊自己無人機，全國注冊號唯一，可追溯。注冊信息包括無人機型號、飛控設(shè)備號、類別以及相關(guān)技術(shù)參數(shù)。

飛行數(shù)據(jù)實時上報：平臺注冊的無人機飛行過程中實時上報自身的飛行數(shù)據(jù)到系統(tǒng)。

全國無人機實時監(jiān)控：對平臺注冊的全國各地無人機實時監(jiān)視，包括計劃飛行區(qū)域、實際飛行區(qū)域、飛行軌跡、執(zhí)行的飛行任務(wù)、飛行航跡等數(shù)據(jù)。

飛行計劃快速報備：每次飛行前無人機用戶提前報備飛行計劃，系統(tǒng)進行計劃預(yù)審，如果存在違規(guī)情況，則提示用戶;緊急情況用戶可快速申請臨時飛行計劃報批。

飛行計劃報批：用戶申請飛行計劃后，監(jiān)管單位可實時接收并進行審批，審批結(jié)果系統(tǒng)自動通知申報人。

無人機信息實時監(jiān)視：對每一架飛行中無人機的所屬擁有人、飛行員及證照、位置、高度和速度、飛行任務(wù)、計劃飛行時間段等數(shù)據(jù)實時監(jiān)視和顯示。

禁飛區(qū)數(shù)據(jù)、無人機圍欄數(shù)據(jù)查看及數(shù)據(jù)實時動態(tài)更新：無人機用戶從系統(tǒng)中可查看全國最新禁飛區(qū)數(shù)據(jù)（限制區(qū)、機場等），飛行前可及時了解哪些區(qū)域可以飛行;相關(guān)監(jiān)管單位可及時繪制禁飛區(qū)域，并更新系統(tǒng)地圖數(shù)據(jù)。

飛行記錄回放。

無人機保險服務(wù)：與保險公司合作推出無人機第三者保險服務(wù)產(chǎn)品和相關(guān)無人機保險產(chǎn)品。

此外，還有一些無人機云系統(tǒng)實現(xiàn)了與空軍、公安等管理部門系統(tǒng)對接，實現(xiàn)協(xié)調(diào)管理或分區(qū)域管理。。

由此可見，無人機云系統(tǒng)目前具有的功能囊括了無人機注冊、飛行計劃申報、運行監(jiān)控等任務(wù)，可以滿足無人機運行的實際需要。

無人機云數(shù)據(jù)交換平臺

如前所述，無人機可以選擇不同的無人機云服務(wù)商，因此為了實現(xiàn)注冊于各家云系統(tǒng)的無人機互相可見，2017年，飛標司通過安全能力建設(shè)項目，委托中國民航科學技術(shù)研究院對各個無人機云之間的數(shù)據(jù)交換進行研究，開發(fā)了“無人機云數(shù)據(jù)交換平臺”，實現(xiàn)了多家無人機云系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)交換和共享，實現(xiàn)了同一空域下注冊無人機互相可見，進而保障飛行運行安全。其中2017年無人機云數(shù)據(jù)交換平臺月數(shù)據(jù)交換量如圖2所示。無人機云數(shù)據(jù)交換平臺還可擴展，與通航運行監(jiān)視系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)，目前已有北大荒通航公司的飛行監(jiān)視系統(tǒng)和湖北低空監(jiān)視系統(tǒng)接入該平臺。這些通航運行監(jiān)視系統(tǒng)的實際運行，驗證了無人機在融合空域中與通航飛機共同安全飛行的技術(shù)方案，充分表明無人機與通航飛機互相感知是可行的。無人機云數(shù)據(jù)交換平臺在不另行增加成本的基礎(chǔ)上，有效保障了無人機之間或無人機與通航飛機之間的飛行安全。

與現(xiàn)有ATM的結(jié)合

為降低無人機飛行干擾航班正常運行的風險，提高無人機沖突數(shù)據(jù)報告的規(guī)范化程度，優(yōu)化監(jiān)管部門及時采取風險緩解措施的決策流程，201 7年7月19日，民航局飛標司簽發(fā)了“關(guān)于飛行機組報告無人機沖突風險的通知”（局發(fā)明電[2017]2158號），并制作了“無人機報告表”供飛行機組使用，作為無人機位置信息獲取途徑的重要補充。另一方面，也在將無人機云系統(tǒng)與現(xiàn)有ATM融合，以避免無人機干擾航班正常運行。

無人機通過聯(lián)網(wǎng)，特別是接人手機通信常用的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)無人機通過智能手機進行便捷實名登記，并通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)輔助定位校驗GPS位置的可信度，防止GPS不準或者造假。因此，4G/5G網(wǎng)絡(luò)的使用為。因此，提供了可靠的數(shù)據(jù)傳輸，并通過加密認證技術(shù)實現(xiàn)了整體業(yè)務(wù)安全等，達到無人機飛行“事前可預(yù)警、事中可管控、事后可追蹤”。

實踐證明，大帶寬、低時延、高可靠的通信技術(shù)，可以支撐未來空中低空無人機智能交通管理系統(tǒng)與現(xiàn)有民航ATM體系的融合，兩者結(jié)合可以實現(xiàn)高效有序的低空和超低空交通管理，使無人機在合法的前提下安全、有序、自由的飛行。

我國無人機云系統(tǒng)現(xiàn)狀

在國內(nèi)，無人機云系統(tǒng)的應(yīng)用已有兩年的歷史，主要使用對象是7kg以上無人機，現(xiàn)已取得了良好的示范作用。截至2018年2月28日，民航局飛行標準司共批準了5家無人機云系統(tǒng)提供商，具體如表1。

而且這些云系統(tǒng)均已實現(xiàn)了對無人機的實時監(jiān)控，包括位置、速度、高度、航向等運行數(shù)據(jù)，無人機和無人機駕駛員的注冊登記，飛行計劃的在線申報、航行氣象服務(wù)、航空保險購買等以及對侵入電子圍欄的無人機具有報警功能。

無人機云系統(tǒng)經(jīng)批準后，各家云服務(wù)提供商積極吸引無人機用戶加入云系統(tǒng)，表2是在各家云系統(tǒng)上注冊的無人機注冊數(shù)量。

大多數(shù)無人機云服務(wù)提供商也建立了相應(yīng)的質(zhì)量管理體系，并根據(jù)ICAO9859文件《安全管理手冊》初步建立了安全管理手冊。

民航無人機云系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘研究

目前無人機云服務(wù)商已經(jīng)積累了大量的無人機動態(tài)信息。這些信息是數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)。通過定向的數(shù)據(jù)分析，可以準確地了解目前我國無人機運行的基本狀況，并且可以針對特定的應(yīng)用進行有針對性的數(shù)據(jù)挖掘。

例如，《無人機云系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)規(guī)范》（MH/T 2009-2017）中要求輕小型無人機向云平臺發(fā)送的實時運行數(shù)據(jù)包括經(jīng)緯度、高度、時間、地速、航向、定位精度等信息。從統(tǒng)計可以看出，在實際運行過程中絕大多數(shù)的無人機飛行速度在5m/s，即絕大多數(shù)的無人機作業(yè)為低速運行如圖3所示。

圖4顯示的是2017年國內(nèi)無人機的實時運行區(qū)域分布圖，由圖可知我國大部分無人機的飛行區(qū)域與各地經(jīng)濟較為發(fā)達的地區(qū)基本重合。這一信息可供無人機維修、無人機飛行員服務(wù)等方面的經(jīng)濟投資參考。

當然，以上兩個事例采用的條件較為寬松，如果需要也可以按專項需求進行分析，例如針對農(nóng)用無人機的速度可以單獨研究，為相關(guān)企業(yè)的研發(fā)提供支持;再如，如果要開發(fā)一省的無人機市場，則可以只針對該省的無人機運行數(shù)量進行分析，從而發(fā)現(xiàn)商機。

中國民航無人機云系統(tǒng)的國際推廣

2015年9月6-17日，無人系統(tǒng)規(guī)則制定聯(lián)合體（ JARUS）在北京舉辦2015年第二次全體會議，中國民用航空局飛行標準司首次參加JARUS全體工作組會議，在會上介紹了無人機云系統(tǒng)，并在會上現(xiàn)場演示了無人機云系統(tǒng)對于無人機的運行監(jiān)視情況。來自美國、法國、歐洲航空安全局（EASA）的代表對無人機云概念非常贊同，并針對細節(jié)進行了詳細的提問和討論。我國使用無人機云系統(tǒng)實現(xiàn)輕小無人機監(jiān)視，在國際上處于領(lǐng)先地位。2016年法國和意大利的兩家公司參考了我國無人機云系統(tǒng)的技術(shù)方案，也研發(fā)了類似的無人機監(jiān)視系統(tǒng)，并在JARUS 2016全體會議上進行了展示。

2017年9月19-21日，飛標司派員參加了國際民航組織（ICAO）在蒙特利爾舉辦的第二屆遠程駕駛航空器系統(tǒng)研討會。本次大會飛標司代表介紹了中國民用無人機管理現(xiàn)狀，特別向與會各國代表介紹了我國無人機云系統(tǒng)的發(fā)展狀況和應(yīng)用情況。與會代表一致認為，我國的方案是優(yōu)選方法，各國可以借鑒。據(jù)了解，目前EASA、美國的無人機交通管理系統(tǒng)（UTM）等解決方案中的無人機實時數(shù)據(jù)管理部分與我國的無人機云與通航及ATM相結(jié)合的方案非常類似。

盡管無人機云系統(tǒng)在發(fā)展過程中，也產(chǎn)生過附加硬件、監(jiān)督權(quán)力歸屬等各種討論，但現(xiàn)今無人機云系統(tǒng)作為我國民航創(chuàng)新的技術(shù)方案，現(xiàn)已得到了國際的認可和國內(nèi)的應(yīng)用，已成為了無人機工業(yè)標準，未來隨著5G通信、無線基站定位等技術(shù)發(fā)展，無人機云系統(tǒng)將最大程度地抑制無人機黑飛、無人機與民航飛機互相干擾等問題，而普通用戶也將由此大大簡化無人機注冊、空域申請等流程。