對無人機低空交通管理系統(tǒng)的分析

摘要：無人機在低空領(lǐng)域飛行是低空領(lǐng)域改革的重點，也是促進低空領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要手段。本文對低空交通管理系統(tǒng)進行了簡單的概述，進一步分析了無人機低空交通的管理系統(tǒng)，旨在滿足我國對空間數(shù)據(jù)急速增長的要求，推動社會空間技術(shù)和交通管理系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無人機;低空空域;交通管理系統(tǒng)

前言：隨著無人機領(lǐng)域?qū)m(xù)航時間、飛行水平的要求的逐漸增加，無人機低空交通管理系統(tǒng)成為我國研究的重要課題。低空交通管理系統(tǒng)旨在確保無人機能夠在城市上區(qū)1000m的領(lǐng)域內(nèi)飛行，對我國初步設(shè)計并完成無人機軟件的開發(fā)具有重要意義。

1、低空交通管理系統(tǒng)概述

電池技術(shù)以及電力推進技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，無人機技術(shù)逐漸成熟，無人機性能也顯著提升，但是隨著無人機數(shù)量的不斷增加，其導(dǎo)致的安全事故也在上升。因此，應(yīng)加強對無人機的低空管理。通常來說，低空主要指的是離地高度1000米以下的空域，為了保證安全，無人機需要受到有關(guān)部門的管理。當(dāng)前民航飛行器的管理模式已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前無人機的發(fā)展，首先，由于低空無人機數(shù)量龐大，高達數(shù)百萬，因此加大了管理難度。其次，現(xiàn)階段民航的管理方式以及相應(yīng)的技術(shù)手段較為落后，難以將其應(yīng)用在低空領(lǐng)域，這主要是由于低空的交通管理對帶寬的要求較高，但是當(dāng)前民航的航空管理仍舊使用的是傳統(tǒng)的窄帶信息通信技術(shù)，導(dǎo)致無法對無人機進行實時監(jiān)測。最后，缺少信息獲取的方式，不能幫助無人機避開障礙物，無法保障無人機駕駛的安全性?？偠灾陙砦覈C布了與民用無人機駕駛相關(guān)的管理規(guī)定，通過利用現(xiàn)代信息技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，令低空管理朝著智能化與自動化的方向發(fā)展。

2、無人機低空交通管理系統(tǒng)

低空無人機在空中發(fā)生碰撞會造成嚴重的飛機事故，因此判斷無人機進入防撞區(qū)域和隔離區(qū)域是無人機低空交通管理系統(tǒng)的重要組成部分。此外，感知避讓技術(shù)和沖突技術(shù)決定了無人機是否能夠安全飛行的重要技術(shù)，也是評價無人機研究水平的重要指標。目前，正在研究無人飛行器和低空交通管理系統(tǒng)的國家超過32個，種類多達300種，我國也正在加快該項技術(shù)的研究。

2.1關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1感知避讓技術(shù)

無人機空中預(yù)警防撞系統(tǒng)（TCAS）、自動監(jiān)視系統(tǒng)（ADS-B）和防撞控制系統(tǒng)（ACASX）是無人機感知避讓系統(tǒng)的重要組成部分。其中TCAS最開始裝在小型有人飛機上，隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，預(yù)警防撞系統(tǒng)已經(jīng)不再適用于非合作式感知避讓技術(shù)中，主要是因為與非合作式感知避讓系統(tǒng)中的傳感器存在沖突。自動監(jiān)視系統(tǒng)相對于預(yù)警防撞系統(tǒng)是一項較先進的技術(shù)，主要由數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)傳輸通路和數(shù)據(jù)處理三部分組成，廣泛應(yīng)用于各種無人機的防撞系統(tǒng)中，有效降低了大部分無人機發(fā)生相撞的概率。防撞控制系統(tǒng)是由西方發(fā)達國家航空公司共同研究出的一種防撞系統(tǒng)，具體分為三部分：ACASX X、ACASX Xa、ACASX Xu。非合作式的感知避讓技術(shù)主要是通過雷達、傳感器以及紅外線來感知無人機在飛行時周圍的狀況，并能夠幫助無人機主動避讓在空中飛行的鳥類以及其他飛行生物[1]。

2.1.2沖突技術(shù)

沖突技術(shù)的主要作用是判斷無人機飛行器的周圍是否存在安全隱患，具體的判斷方法包括概率與幾何分析法。其中，概率分析法是通過建立短期和中期飛行模型來預(yù)測無人機周圍是否存在沖突，但由于相關(guān)算法程序和計算量較大，在實際應(yīng)用過程中存在較多的限制因素。幾何分析法指的是利用與幾何有關(guān)的分子方法來建立飛行模型，普遍使用離散法，從飛行的開始時間每隔10秒鐘取一組飛行數(shù)據(jù)，與概率分析法相比，總體的計算量小，可廣泛應(yīng)用于實際的飛行中。

2.2系統(tǒng)組成

2.2.1 ITS體制

ITS體制是無人機低空交通管理系統(tǒng)常用的一種規(guī)避體制，可有效避免無人機在較低的空中領(lǐng)域發(fā)生安全事故。主要的感知層包括自動避讓、地理圍欄等，并結(jié)合安全技術(shù)共同服務(wù)于低空交通管理系統(tǒng)，保證無人機的智能化、自主化。

2.2.2導(dǎo)航系統(tǒng)

導(dǎo)航系統(tǒng)的主要功能是幫助無人機獲取自身的地理位置信息，并規(guī)避周圍的障礙物。涉及到的相關(guān)技術(shù)有雷達導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航等其中雷達導(dǎo)航并不適用于300m以下的低空領(lǐng)域，因此要根據(jù)實際需要合理選擇配有相應(yīng)技術(shù)的低空交通管理系統(tǒng)。

2.2.3.通信系統(tǒng)

低空無人機配有通信系統(tǒng)的目的是向地面數(shù)據(jù)收集機器傳輸在空中的交通信息以及檢測的地理環(huán)境信息，實現(xiàn)人與無人機之間的信息交換。配備的基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)包括4G/5G、AeroMACS、V2X、飛機專網(wǎng)等。當(dāng)飛機在300m以下的空中領(lǐng)域飛行時，可使用4G/5G網(wǎng)絡(luò)。

2.2.4.服務(wù)系統(tǒng)

無人機的服務(wù)系統(tǒng)主要包括空中交通服務(wù)和運營服務(wù)，兩方面的服務(wù)系統(tǒng)又具體分為多種系統(tǒng)。例如，在對地理進行測繪時，經(jīng)常采用無人機觀測地理數(shù)據(jù)，主要具有觀測范圍廣而全面、服務(wù)作用大、靈活性高、數(shù)據(jù)精準等特點。可實現(xiàn)對農(nóng)林資源開發(fā)、重大災(zāi)害預(yù)測、監(jiān)測城市變化等功能，在很大程度上幫助了政府部門獲得具有高精度的數(shù)據(jù)，并為日后的城市規(guī)劃奠定扎實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[2]。

2.2.5.監(jiān)視系統(tǒng)

低空交通管理系統(tǒng)中的監(jiān)視系統(tǒng)主要職能包括監(jiān)護其他系統(tǒng)在無人機運行時是否能夠正常使用，并能夠?qū)⒈O(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸回地面，為地面控制人員提供科學(xué)的無人機運行數(shù)據(jù)，并判斷是否需要立即收回?zé)o人機，避免無人機的損壞。監(jiān)視系統(tǒng)又分為主動監(jiān)視和被動監(jiān)視，民航飛行器使用的就是主動監(jiān)視系統(tǒng)。由于低空領(lǐng)域存在移動蜂窩網(wǎng)，建議采用C-V2X技術(shù)，ADS-B通信技術(shù)會使無人機產(chǎn)生較大的負荷，因此不建議使用。對于小型無人機來說，使用被動監(jiān)視系統(tǒng)，可保證其有效規(guī)避周圍的意外攻擊。無人機具體組成框架如圖1所示：

結(jié)論：綜上所述，低空交通管理系統(tǒng)為無人機提供了有效的安全保障，是無人機應(yīng)急保障服務(wù)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。我國正大力推進無人機低空運行技術(shù)的自主創(chuàng)新，切實為提高交通管理系統(tǒng)的服務(wù)保障功能提供有力的技術(shù)支持。低空無人機的廣泛使用，促進了有關(guān)部門對區(qū)域地理信息的實時掌握，推動了我國社會現(xiàn)代化建設(shè)的進程。

參考文獻：

[1]陳莉.基于低空無人機航攝系統(tǒng)試驗分析研究[J].國土資源導(dǎo)刊，2019，016（001）：25-29.

[2]楊榮幫，畢洪基.低空無人機航攝控制點布設(shè)及影像精度分析[J].北京測繪，2018，032（004）：399-404.

作者簡介：

李志明，中國民用飛行學(xué)院新津分院。