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民用无人机关键技术发展及管理策略
宋扬、袁影
2017-11-06  来源:

 

摘要:民用无人机目前已在个人消费市场以及航拍、植保、能源等专业市场创造了巨大的经济效益。本文分析了其技术发展趋势、管理技术路线和策略,特别是无人机管理策略方面,部分国家已制定了比较详细的法律法规,我国也需要加强此方面的研究和探索。

关键词:无人机技术发展无人机管理策略民用无人机

  1  目前管理重点为民用消费级无人机

  中国民用航空局对无人机的定义:无人机,是由控制站管理的航空器,也称远程驾驶航空器。近年来,我国民用无人机产业发展迅猛,在消费级无人机领域占据全球领先优势。不过随着无人机产业的蓬勃发展,屡屡发生的“黑飞”事件也带来了巨大的安全隐患,需进一步加强管理。

  按照用途,无人机可分为军用无人机和民用无人机,而民用无人机分为专业级和消费级。按照起飞重量,无人机可分为大型、中型、小型和微型无人机。从飞行方式角度,可分为固定翼、直升机和多旋翼。军用无人机由军队负责管理,民用专业级无人机一般由其行业部门负责管理,因此本文所讨论的主要为民用消费级无人机,一般为小型或微型无人机,飞行方式为多旋翼。

  2  无人机关键技术快速发展,应用日趋广泛

  目前无人机技术发展迅速,主要集中在动力、控制、交互及应用等方面。

  2.1  动力技术需要新的技术革命

  无人机采用的动力技术主要有电池、汽油、混合动力和地面供电等几种方式。主流的无人机主要采用锂聚合物电池作为主要动力,续航能力通常在20分钟至30分钟,续航能力是制约无人机发展的重大障碍。目前研究较多的是新型电池技术,其中燃料电池因保持了全电动架构的简单性等优点,同时充分利用了高能量密度的燃料,对无人机更具吸引力。2016年,深圳的无人机制造厂商科比特航空,发布了全球首款产品化的氢燃料电池无人机—HYDrone1800,续航时间长达273分钟。此外,石墨烯、铝空气电池、纳米电池是电池技术的研究方向,也可以应用在无人机上。

  2.2  人工智能技术将引领无人机技术发展方向

  人工智能技术对无人机的发展有着核心的引用导向。无人机将向路径规划自动飞行、具有决策功能的智能控制等方面发展。智能控制涉及到环境感知与规避,包含了探测、通信和感知,信息融合、共享、环境自适应,需要很多人工智能技术来解决。大疆公司2016年发布的Mavic可以精准定位、导航、规划路线,从而可在多种智能飞行模式下自主导航,在最快36公里/小时的飞行状态中能够实现智能避障。

  2.3  交互技术可明显提升用户体验

  无人机目前主要通过遥控器进行飞行控制,需要一定的训练。为简化对操作人员的要求,提升用户体验,手势交互是一种人机交互的趋势。2017年5月24日,大疆公司发布的“晓”Spark尝试了用一种简单、快捷的手势交互控制方式,只需挥挥手就能实现近距离控制飞行器、拍照、让飞行器回到身边并在掌上降落等一系列操作,让航拍变得更简单。

  2.4  无人机作为平台在多个领域创新应用

  无人机作为空中移动的传感器节点,能够在大地测绘、气象探测、交通监管、物流运输、个人消费等领域广泛应用。大疆今年上半年发布的M200系列飞行平台,内含双IMU、气压计、指南针、GPS等20个传感器,可广泛应用于航拍数据收集、巡检等行业应用。无人机也可作为基站的载体,今年8月,四川移动在光缆损毁、基站中断的九寨沟紧急升空使用无人机高空基站,迅速打通了方圆30多平方公里受灾区域的移动通信信号。

  3  各国探索利用新技术和法律加强民用无人机管理

  民用无人机飞行系统相对不稳定带来了较为严重的安全隐患,同时由于体积小,速度快,飞行高度高,增加了管理难度。

  3.1  国外综合利用多种技术手段开展监管

  国外无人机管理技术主要是利用无人机制造商自身的管理平台,或声、光、电无人机管制设备。

  为了符合美国联邦航空局(FAA)的要求,2016年大疆推出Geospatial Environment Online系统,可在线不断更新禁飞限制信息,实现对其生产的无人机地理安全禁飞功能。可确保在安全执法,公共事件,火警事件发生时能够防止大疆生产的无人机进入禁飞区域。

  此外,还可以利用声、光、电无人机管制设备。2015年,英国研发出“反无人机防御系统(AUDS)”,拥有雷达探测和先进的跟踪能力,可以在6英里的范围侦测无人机,用红外摄像机追踪它,然后通过阻隔它与操作者之间的无线电信号来阻断它的飞行。2016年,德国电信推出了“无人机防御盾系统(DroneTracker)”,包括频率扫描仪、麦克风阵列、雷达设备和干扰设备,可以收集证据、实施保护措施并利用干扰功能来防御无人机。

  同时一些国家也在探索无人机交通工作系统,如谷歌、亚马逊等公司正在协助美国宇航局(NASA),开发无人机交通控制系统,防止无人机发生碰撞事故。新加坡民航局(CAAS)和南洋理工大学合作研究开发无人机交通管理系统,制定相应的交通规则,保证无人机相互之间留有足够的安全距离。

  3.2  无人机国外管理策略多为限制无人机飞行区域和时间

  1.美国

  2016年6月,美国联邦航空局(FAA)发布小型无人机管理规则最终版本Part 107,管理范围为重量25公斤以下的无人机,要求飞行全程都必须保持在操作人员的视线范围内,不得从人头顶上飞过,距机场必须至少8公里远,遇到飞机必须避让。通常情况下,飞行高度不得超过122米,时速不得超过161公里。无人机应在白天飞行,如果无人机装有防撞灯,也可以在日出前半小时或日落后半小时飞行。操作无人机的人年龄至少16岁,必须拥有遥控飞行员证书或者受拥有证书者的监督。此外,无人机操作者也可向政府申请放松一些限制,如在夜间飞行,只要证明其无人机在这种情况下依然可以安全飞行。

  2.英国

  英国航空法第166条第3款规定,小型无人机操作员必须保持时时刻刻能看见无人机,对无人机能够完全掌控,在飞行时应与其他飞行器、人群、车辆以及建筑保持一定距离,以免发生碰撞事故。无人机重量不得超过3.5千克。

  3.加拿大

  加拿大运输署官员宣布禁止无人机和模型飞机在阿尔伯达省麦克默里堡城市服务区域空域内1000英尺的高度飞行,主要是防止无人机和客机之间的冲突。

  4.日本

  日本2015年12月起实施的新《航空法》规定,无人机飞行时间为日出之后和日落之前;必须随时监视无人机以及周围的状况;必须要与人、建筑物等离开一定的距离;不得进入节假日、公开活动、展示会等群众集会的场所;不得携带易燃易爆物,或者其他容易伤害他们或者地面建筑物等物品;不得投放容易伤害他人或地面建筑物等物品。

  4  加强我国无人机管理的思考

  针对无人机的管理,要建立无人机制造-空域划设及监管-无人机登记、驾驶员管理、飞行管理和审批报备-非法飞行查处的闭环管理。其中重点是源头管理,并结合技术手段实现对无人机非法飞行行为的管理。同时需要及时跟踪国外无人机管理的发展情况,结合我国实际情况,从管理主体、模式、政策和技术路线等几个方面进一步开展研究。


 

  [作者简介]宋扬,硕士,2012年毕业于北京邮电大学。现就职于中国信息通信研究院无线电管理研究中心,主要研究方向为无线电管理、无人机管理等方面。联系地址:北京市西城区南礼士路甲3号。邮编100036。邮箱:songyang@caict.ac.cn。电话:010-68021584。

  袁影,硕士,2012年毕业于北京理工大学。现就职于中国信息通信研究院无线电管理研究中心,主要研究方向为无线电安全保障、非法设台(站)打击治理等方面。联系地址:北京市西城区南礼士路甲3号。邮编100036。邮箱:yuanying@caict.ac.cn。电话:010-68021606。




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