国产一级a片免费看高清,亚洲熟女中文字幕在线视频,黄三级高清在线播放,免费黄色视频在线看

摘自航空學(xué)報(bào)公眾號(hào)

• 研究背景

• 低空無(wú)人機(jī)交通管理介紹

• 低空無(wú)人機(jī)交通管理的關(guān)鍵技術(shù)

• 低空無(wú)人機(jī)交通管理的相關(guān)科學(xué)問題

• 總結(jié)與展望

近年來(lái)，以多旋翼飛行器為典型代表的民用無(wú)人機(jī)發(fā)展迅猛。民用無(wú)人機(jī)應(yīng)用面非常廣泛（圖1），相關(guān)的應(yīng)用包括物流、醫(yī)療、執(zhí)法行動(dòng)、新聞收集、天氣監(jiān)測(cè)以及地面交通評(píng)估等。根據(jù)中國(guó)民航局2019年第一季度無(wú)人機(jī)云數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：運(yùn)行高度在120米以下的無(wú)人機(jī)占96.5%，1000 m以下的無(wú)人機(jī)占據(jù)99.9%。然而，大量無(wú)序飛行的低空無(wú)人機(jī)運(yùn)行會(huì)對(duì)地面設(shè)施、公共安全、空中載人飛行器等帶來(lái)危害。為了保證安全，民用無(wú)人機(jī)與民航飛行器一樣，飛行過程必須接受全程管理。無(wú)人機(jī)空中交通管理系統(tǒng)目的是保持無(wú)人機(jī)與空中其他飛行器(如：無(wú)人機(jī)、有人機(jī)、氣球等)的安全間隔，并提供一個(gè)高效和有序的交通流量控制方法。

圖 1. 低空空域

傳統(tǒng)民航空中交通管理不能適應(yīng)未來(lái)數(shù)以百萬(wàn)架的無(wú)人機(jī)。這是因?yàn)榈涂湛沼颦h(huán)境(圖1所示)、無(wú)人機(jī)交通網(wǎng)絡(luò)特性，以及低空通訊、導(dǎo)航和監(jiān)視系統(tǒng)等，都與目前高空民航存在大量差異。傳統(tǒng)的民航空中交通系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)依賴政府力量，而管理方式依靠空中交通管制員和飛行員之間的語(yǔ)音通信以及雷達(dá)探測(cè)。即使依賴人的參與，傳統(tǒng)的民航空中交通管理依舊十分復(fù)雜。與傳統(tǒng)的民航相比，由于無(wú)人機(jī)的數(shù)量龐大，在很小區(qū)域內(nèi)可以隨時(shí)擴(kuò)展到數(shù)千架，并共享有限的空域，所以無(wú)法使用像傳統(tǒng)民航交通管理系統(tǒng)這樣的集中通過管制員的方式來(lái)進(jìn)行負(fù)載預(yù)測(cè)和分配。因?yàn)闊o(wú)人機(jī)的預(yù)期交通密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)前民航空中交通管理系統(tǒng)的能力，所以我們必須考慮基于大規(guī)模并行計(jì)算的分布式解決方案，管理會(huì)更具挑戰(zhàn)性。另外，民航空中交通系統(tǒng)還在進(jìn)行平臺(tái)化和信息化升級(jí)，下一代航空運(yùn)輸網(wǎng)還處于過渡期，自動(dòng)化系統(tǒng)等級(jí)升級(jí)過程較長(zhǎng)且困難重重。除此之外，針對(duì)低空無(wú)人機(jī)交通的基礎(chǔ)設(shè)施都需要面向低空，而低空空域受到低空障礙物等影響。因此，通信組網(wǎng)復(fù)雜度、導(dǎo)航可靠性、監(jiān)視手段也需要更新?lián)Q代。與鐵路和公路相比，鐵路網(wǎng)可以認(rèn)為是一維空間，公路網(wǎng)是受限二維空間，而無(wú)人機(jī)運(yùn)行的空域是三維空間，所以無(wú)人機(jī)在避障方面更加靈活。與此同時(shí)，其墜毀對(duì)地面也帶來(lái)了安全的隱患。因此，必須合理規(guī)劃空域，并基于低空航路網(wǎng)設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)的空中交通管制算法，以確保實(shí)現(xiàn)安全的空中交通管制。

目前實(shí)施科學(xué)的低空無(wú)人機(jī)空中交通管理已經(jīng)成為各航空發(fā)達(dá)國(guó)家的共同選擇。盡管每個(gè)地區(qū)使用的術(shù)語(yǔ)和組織略有不同，但是無(wú)人機(jī)交通管理系統(tǒng)在世界各地發(fā)展的基本原理和方法非常相似，比如：美國(guó)提出的UTM(Unmanned Aircraft System Traffic Management)，歐盟提出的U-Space，以及中國(guó)提出的UOM(UAS Operation Management，圖2)。這些框架不依賴于集中控制，而是使用分布式授權(quán)的原則。該框架是一種網(wǎng)絡(luò)化的服務(wù)集合，它們結(jié)合在一起并基于共同規(guī)則彼此相通。它是為了將來(lái)的應(yīng)用而建立的，能夠隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)需求的成熟而保持相關(guān)性。

在無(wú)人機(jī)交通管理的實(shí)施路線上，目前無(wú)人機(jī)空管系統(tǒng)的研發(fā)在各國(guó)均正處于起步階段。預(yù)計(jì)從2020年開始貨物運(yùn)輸、到邊遠(yuǎn)地區(qū)載人，到2030年左右開始進(jìn)行城市區(qū)域試驗(yàn)。為此，波音、空客、霍尼韋爾和貝爾等傳統(tǒng)航空巨頭以及Uber等新興世界級(jí)影響力的企業(yè)紛紛加入。

相比民航飛行器的交通管理技術(shù)，低空無(wú)人機(jī)交通關(guān)鍵技術(shù)亟待突破。

空域一般被定義為地球表面以上的可供飛行器飛行的空氣空間，即可航空間。我們建議以無(wú)人機(jī)類型、作業(yè)任務(wù)和場(chǎng)景來(lái)劃分飛行高度層：1)超低空航路空域，90-120m高度層用于輕小型及以下無(wú)人機(jī)物流配送，設(shè)計(jì)最后一公里航路網(wǎng)，主要是多旋翼無(wú)人機(jī)作業(yè)，而60-90m高度層用于保護(hù)。當(dāng)然特殊場(chǎng)景可依據(jù)作業(yè)任務(wù)、所需通信性能和定位能力，可以設(shè)計(jì)40-50m高度層用于地面巡檢，如交通車輛巡檢、警用治安巡檢等，60-80m高度層用于房屋、基站、橋梁巡檢等。2)近低空航路網(wǎng)空域，150-270m，設(shè)計(jì)末端航路網(wǎng)，供混合翼無(wú)人機(jī)等高速前飛的無(wú)人機(jī)使用。進(jìn)一步可分為兩層，用于物流配送和載人運(yùn)輸。3)低空航路網(wǎng)空域，300~1000m，暫不做建議?？沼蚪M織的目的是如何結(jié)構(gòu)化空域以最大限度地提高通行能力。目前通用的構(gòu)建空域環(huán)境研究采用網(wǎng)格法(Grid)建立低空無(wú)人機(jī)低空飛行空域環(huán)境。進(jìn)一步，基于網(wǎng)格化的表示，可以對(duì)空域進(jìn)一步進(jìn)行航路規(guī)劃，即在該連通圖上尋找從起始網(wǎng)格到終點(diǎn)網(wǎng)格的規(guī)避障礙物的最優(yōu)路徑。這樣一來(lái)，空域的結(jié)構(gòu)類似于城市的道路網(wǎng)絡(luò)。無(wú)人機(jī)只能進(jìn)入以下三個(gè)區(qū)域：與道路起類似作用的航路、由至少兩條直線航路形成的交叉口以及節(jié)點(diǎn)。進(jìn)一步，基于設(shè)置的空域和航路網(wǎng)，進(jìn)行容量設(shè)計(jì)和評(píng)估。這方面的難點(diǎn)主要在于空域運(yùn)行的動(dòng)態(tài)性、空域結(jié)構(gòu)復(fù)雜、無(wú)人機(jī)在空域的分布不均及飛行規(guī)則各異。

如圖3，無(wú)人機(jī)飛行管理主要包括如下內(nèi)容。1) 在基于空域管理和航路網(wǎng)規(guī)劃時(shí)設(shè)定安全邊界和間隔?？梢哉J(rèn)為在飛行區(qū)域和飛行航路上進(jìn)行事先的限制。這里還包括動(dòng)態(tài)設(shè)置禁飛區(qū)隔離空域中的無(wú)人機(jī)等。2)評(píng)估和審批飛行計(jì)劃，調(diào)整起飛授權(quán)放飛時(shí)間和降落授權(quán)。在計(jì)劃申報(bào)階段，通過與飛行計(jì)劃申報(bào)相結(jié)合，預(yù)估未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的空域容量，對(duì)飛行計(jì)劃進(jìn)行審批和授權(quán)，即飛行計(jì)劃容量控制。另外，在起飛階段(考慮機(jī)場(chǎng)與航路)，通過計(jì)算當(dāng)前運(yùn)行容量，對(duì)放飛申請(qǐng)進(jìn)行授權(quán)，即起飛授權(quán)容量控制。飛行計(jì)劃包括無(wú)人機(jī)的飛行航線，可以是人為設(shè)定的，也可以是起飛前航線進(jìn)行自動(dòng)規(guī)劃。除此之外，還包括在降落階段(考慮機(jī)場(chǎng)容量)，對(duì)降落申請(qǐng)進(jìn)行授權(quán)。3)流量管理：動(dòng)態(tài)航線規(guī)劃和飛行速度控制，使空中無(wú)人機(jī)之間保持一定的安全間隔。在運(yùn)行階段，結(jié)合多種異常情況，包括交通管制、異常天氣、障礙物等產(chǎn)生的實(shí)時(shí)沖突，或者根據(jù)航路和機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行容量，進(jìn)而觸發(fā)流量管理。這個(gè)時(shí)候沖突預(yù)計(jì)發(fā)生的時(shí)間較長(zhǎng)(比如分鐘級(jí)別)，通過動(dòng)態(tài)航線規(guī)劃和飛行速度控制修正來(lái)消除沖突。4)碰撞避讓控制：調(diào)整飛行速度和飛行方向進(jìn)行障礙(危險(xiǎn)物)避讓。這個(gè)時(shí)候沖突預(yù)計(jì)發(fā)生的時(shí)間較短(比如秒級(jí)別)，碰撞即將發(fā)生。這時(shí)對(duì)于無(wú)人機(jī)可以采用邊緣計(jì)算技術(shù)，地面管控系統(tǒng)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)避障控制，也可以通過機(jī)載V2V系統(tǒng)廣播碰撞信息，無(wú)人機(jī)進(jìn)行自主避障控制。由此以上的技術(shù)有些來(lái)源于傳統(tǒng)民航，有些技術(shù)是新增，如：動(dòng)態(tài)電子圍欄等?，F(xiàn)有民航技術(shù)的演進(jìn)也已把時(shí)間因素作為重要研究課題，但是高空的交通管理遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有低空復(fù)雜，并且低空管理面臨環(huán)境變化更頻繁，考慮因素更多。

無(wú)人機(jī)的運(yùn)行安全性問題與有人機(jī)相比存在著諸多的差異。有人機(jī)考慮失效后果對(duì)自身機(jī)組人員和乘客的影響，但無(wú)人機(jī)是“人機(jī)分離”，本身沒有機(jī)組人員和乘客，因此主要考慮其對(duì)空中其它載人飛行器和地面人員的影響。因此，同一架無(wú)人機(jī)在人口密集區(qū)和荒野失效，其后果是完全不同的，因此對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)安全性指標(biāo)應(yīng)有區(qū)別。傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法在應(yīng)用于大規(guī)模、高度自動(dòng)化的無(wú)人操作時(shí)存在問題。針對(duì)以上特點(diǎn)和問題，在確定無(wú)人機(jī)安全性指標(biāo)要求時(shí)，并不是像確定有人機(jī)的安全性指標(biāo)要求那樣，僅僅只針對(duì)飛行器本身事故損失率的可接受程度提出安全性指標(biāo)；而是提出了“等效安全水平(Equivalent Level Of Safety，ELOS) ”的原則，并基于此原則來(lái)導(dǎo)出無(wú)人機(jī)的安全性指標(biāo)要求。針對(duì)無(wú)人機(jī)，無(wú)人系統(tǒng)聯(lián)合規(guī)則制定機(jī)構(gòu) (Joint Authorities for Rulemaking on Unmanned Systems, JARUS)發(fā)布特許運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 (Specific Operations Risk Assessment, SORA)指導(dǎo)材料。2019年2月1日，民航局飛標(biāo)司、適航司和空管辦聯(lián)合下發(fā)了咨詢通告《特定類無(wú)人機(jī)試運(yùn)行管理規(guī)程》(AC-92-1)。SORA評(píng)估方法對(duì)運(yùn)行中的可能出現(xiàn)地面風(fēng)險(xiǎn)和空中風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，依據(jù)質(zhì)量、動(dòng)能等的范圍進(jìn)行分級(jí)。因此，還需要進(jìn)一步考慮定量評(píng)估。它可以在保持安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)大批量飛行計(jì)劃處理的自動(dòng)化。針對(duì)低空無(wú)人機(jī)交通，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的挑戰(zhàn)在于盡可能準(zhǔn)確且及時(shí)地反映當(dāng)前的風(fēng)險(xiǎn)。這一點(diǎn)對(duì)目前無(wú)人機(jī)來(lái)說非常重要，它直接決定了空域的使用，進(jìn)一步?jīng)Q定了無(wú)人機(jī)在相同空域下的密度等。

圖 3 空中交通控制流程框圖

交通本身就是一個(gè)很大的學(xué)科。與大部分交通不同的是，低空無(wú)人機(jī)交通具有無(wú)人(大部分上可以認(rèn)為無(wú)人駕駛)、三維空間運(yùn)行，以及集中式和分布式控制并行等特性，相關(guān)的問題數(shù)不勝數(shù)。總體來(lái)分，可以分為：風(fēng)險(xiǎn)等總體指標(biāo)如何分解？相關(guān)分解指標(biāo)如何設(shè)計(jì)？進(jìn)一步，如何進(jìn)行評(píng)估？以及如何進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化？下面從宏觀角度闡述相關(guān)七個(gè)科學(xué)問題（不僅限于這七個(gè)）。

1)等效安全水平風(fēng)險(xiǎn)與各個(gè)分系統(tǒng)性能及人為差錯(cuò)之間的關(guān)系是什么? 

2)風(fēng)險(xiǎn)、空域容量、飛行經(jīng)濟(jì)性、噪聲污染、天氣情況與無(wú)人機(jī)航路網(wǎng)之間的關(guān)系是什么? 

3)如何設(shè)計(jì)CNS系統(tǒng)能可靠地達(dá)到給定風(fēng)險(xiǎn)要求? 

4)給定航路網(wǎng)和飛行任務(wù)，交通控制方式與給定碰撞風(fēng)險(xiǎn)之間有何種關(guān)系? 

5)不確定(網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化或者無(wú)人機(jī)速度發(fā)生改變)、航路網(wǎng)、交通控制方式三者需要滿足何種規(guī)律能保證交通網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定? 

6)如何進(jìn)行可行且準(zhǔn)確的離線和在線的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估? 7)無(wú)人機(jī)空中交通系統(tǒng)遵循何種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)?

民用無(wú)人機(jī)特別是以多旋翼飛行器為典型代表的無(wú)人機(jī)發(fā)展迅猛。為了保證安全，民用無(wú)人機(jī)與民航飛行器一樣，飛行過程必須接受全程管理。無(wú)人機(jī)空中交通管理系統(tǒng)目的是保持無(wú)人機(jī)與空中其他飛行器(如：無(wú)人機(jī)、有人機(jī)、氣球等)的安全間隔，并提供一個(gè)高效和有序的交通流量控制方法。無(wú)人機(jī)交通網(wǎng)與傳統(tǒng)民航網(wǎng)、公路網(wǎng)、鐵路網(wǎng)等之間存在一定差異，具有一定的特殊性。目前，沒有現(xiàn)成的交通控制管理方式能夠直接沿用，無(wú)人機(jī)空管系統(tǒng)的研發(fā)在各國(guó)均正處于起步階段。無(wú)人機(jī)交通管理功能主要包括空域管理、飛行管理和風(fēng)險(xiǎn)管理。針對(duì)這些管理，低空無(wú)人機(jī)交通需要攻克多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。以上的關(guān)鍵技術(shù)是相互耦合的：

(1)風(fēng)險(xiǎn)、空域容量、飛行經(jīng)濟(jì)性與無(wú)人機(jī)航路網(wǎng)之間存在緊密關(guān)系；

(2)通信、導(dǎo)航和監(jiān)視系統(tǒng)的性能指標(biāo)與風(fēng)險(xiǎn)息息相關(guān)；

(3)給定航路網(wǎng)和飛行任務(wù)，交通控制方式?jīng)Q定著碰撞風(fēng)險(xiǎn)；

(4)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化或者無(wú)人機(jī)速度發(fā)生改變等情況下，某種交通控制方式下的航路網(wǎng)可能不穩(wěn)定。

最終，為了走向真正應(yīng)用，需要對(duì)設(shè)備和流程等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

在技術(shù)開發(fā)的同時(shí)，低空無(wú)人機(jī)交通的發(fā)展還需要公眾接受、法律法規(guī)制定和相關(guān)人才培養(yǎng)等等基礎(chǔ)條件?？梢灶A(yù)見，由于各方面的推進(jìn)節(jié)奏不一致，前進(jìn)的道路曲折。雖然這樣，只有堅(jiān)定發(fā)展低空無(wú)人機(jī)交通，控制風(fēng)險(xiǎn)，民用無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)才能夠健康有序地向前發(fā)展。無(wú)人機(jī)交通管理技術(shù)的研發(fā)與落地，不僅能夠滿足不斷增長(zhǎng)的無(wú)人機(jī)行業(yè)應(yīng)用需求，亦可作為有人飛行器自動(dòng)化演進(jìn)的重要技術(shù)途徑，實(shí)現(xiàn)航空業(yè)的快速發(fā)展，成為我國(guó)進(jìn)入航空強(qiáng)國(guó)的重要途徑。