未来的新型交通方式 | 无人机交通系统

-作者：张磊 -

2020-08-11

编者按：无人机(UAV)作为一种新型的交通运输方式，具有飞行器体积小、环境适应性强、调度灵活、需远程或自动控制、安全管控等级高等特点，其交通管理系统对监测、识别、控制、协调等能力要求较高。

从最早美国亚马逊(amazon)提出的无人机快递系统(AMAZON Prime Air), 到美国NASA提出的无人机交通管理系统 (UTM)、欧洲无人机管理系统U-space、中国民航制定的民用无人机管理系统UOMS和日本UTM协会JUTM等，无人机交通运输已经成为了当前交通领域的研究热点。

本文旨在综合国内外研究与报道，介绍未来无人机交通管理系统的基本构成与交通领域研究方向。

图一：NASA Unmanned Aircraft System (UAS) Traffic Management (UTM)

无人机交通管理系统的基本架构

UTM基本架构与控制级别

现阶段无论是NASA UTM还是欧洲 U-space的基本架构均有两个部分：云端管理端和地面服务端。具体细分包含：国家空管数据管理、国家空管系统、飞行情报管理系统、支持数据服务商、无人机服务商、无人机实际运营方。

根据责任划分，主要分为国家管理与企业私人管理两方面。同时，根据逐步发展的条件，将UTM控制级别分为4级：

1.0多视距内运行：基于无人机通讯接口和管理系统的网络化运行，通过地面基站、卫星通讯实现无人机与管理中心的信息共享。

2.0多超视距运行（非城市地区）：在乡村地区实现超视距飞行意图分享，在较远的距离上实现无人机飞行协调，同时实现不同地区地理围栏约束无人机飞行。

3.0多超视距运行（城乡结合部、机场附近）：在城乡结合部或机场等较复杂区域，实现常态超视距运行，远距离无人机飞行协调，同时实现空中V2V防撞（机对机防撞），并保障规避静态障碍物。

4.0城市复杂超视距：在城市复杂环境实现超视距运行、精确引导，准确跟踪和定位，实现规避动态障碍，并具有处理大规模突发事件的能力。

2020年，NASA UTM已经经过测试将控制级别提升至2-3之间。现有的无人机管理系统已经完成了大范围导航、探测、规避、起降的测试，其中包括对大城市和复杂空域的测试。同时，完成了UTM控制系统的原型程序开发。

UTM配套建设与统一航空管理系统

无人机管理系统本身需要政府投资建设地面通讯、雷达、管理控制、数据中心等单元，保证整套系统的统一与安全；具体实施主要依托行业自主开发与部署。这一模式实际上同时保证了宏观调控与市场经济活力。图二为UTM系统架构图，主要包含国家航空管理、无人机市场运营和公共管理部门三个责任方。

图二：NASA UTM 系统结构

无人机交通管理系统现阶段主要建设方向包括两方面：

一是建设符合无人机特征的配套基础设施，为保证无人机监控、日常运行、信息共享、通讯、管理、协调、广播、限制等需求，需要建设地面监控设施、通讯设施、保障设施，如地面雷达、无人机起降点等;

二是与现有的航空管理系统进行对接，构建一个统一的航空器管理系统，用于保障无人机与传统航空器（飞机、直升机等）的安全协调，保证在不改变传统航空器驾驶习惯的前提下，使无人机与传统航空器能够安全运行。

在混和航空器管理系统中，主要包含两个方向：特定地点多种航空器飞行协调（如机场、城市中心）和空域划分（如不同高度飞行不同种类飞行器和管制区域划分）。

图三为空域划分，蓝色为混合空管空域（机场、城市附近），紫色为传统航空器飞行高度，浅蓝色为无人机飞行高度。