空中交通管制系統助力送貨無人機

許林玉/編譯

空中交通管制系統助力送貨無人機

許林玉/編譯

●工程師們正在思考如何使無人機在視野之外飛行。

就在2013年圣誕節前不久，亞馬遜發布了一段視頻，介紹了亞馬遜將利用小型無人機將包裹快速送達目的地的計劃。一些評論員稱，這只是一個宣傳噱頭。但在2014年，當谷歌透露被其稱作翼項目（Project Wing）的無人機快遞服務時，這個概念開始變得不再那么遙不可及。2016年初，敦豪速遞公司（DHL）實際上已經將無人機納入了其物流網絡，盡管受到的限制頗多，如將包裹運送至在冬季難以驅車到達的德國的一座山頂。

美國航空航天局（NASA）航空運輸系統高級工程師帕里馬爾·科帕德卡(Parimal Kopardekar)說：“數家嚴肅對待此事的企業涉足該領域之后，發展速度就開始加快了。”科帕德卡一直在研究如何將這些嗡嗡作響的小玩意兒納入標準尺寸飛機空中交通管制系統中。“我們需要適應無人機。”

2016年8月，美國聯邦航空管理局(FAA)頒布了小型無人機法規Part 107。只要小型無人機不在非參與者上空，公司就可以在白天（或在黃昏）并在飛行員的視線之內使用小型無人機。

2016年9月于拉斯維加斯舉行的國際無人機大會上，FAA負責人邁克爾·韋爾塔(Michael Huerta)解釋說：“FAA正在起草規則，允許無人機在隨機旁觀者（非參與者）頭頂飛過。”對于一些申請者，FAA已經放棄小型無人機法規的某些條款。他還透露，FAA計劃頒布于2016年底開始生效的擬議法規。今年，FAA的無人機法規會更加寬松。他說：“我們也在考慮允許人們在視線之外使用無人機。”此舉將開啟使用小型無人機運送包裹的大門。

當然，當你開始讓無人機在看不見的地方飛行時，必須把握好技術，確保它們不會撞上任何東西或傷害任何人。盡管如何做到這些細節仍有待敲定，但想法從不缺乏。

位于北卡羅來納州羅利市的PrecisionHawk公司就是迎接這一挑戰的企業之一。針對是否允許小型無人機在操作人員的視線之外飛行，僅有兩家公司獲得了FAA的豁免權，PrecisionHawk便是其中之一。然而，對于這類飛機，FAA切實要求派出空中觀察員，注意避讓標準尺寸飛機。

不過，這一豁免權增加了公司無人機的運行范圍，從你能看見多遠的小型飛行器（通常為1千米或更少）到你能看見多遠的標準尺寸飛機（6至7千米）。來自PrecisionHawk的托馬斯·胡安(Thomas Haun)指出，該豁免權不允許“從A地至B地直線距離達320千米的飛行。”盡管如此，法規之外所允許的“更廣泛的區域”仍然讓他備受鼓舞。PrecisionHawk的工程師們獲得了部分豁免權，因為該公司創建了一個系統，可幫助無人機飛行員安全地操縱他們無法直接看到的無人機。

當然，避免與標準尺寸飛機相撞是首要任務。但更典型的危險要司空見慣得多，如撞上一棵樹或一堵墻。為了避免發生此類事故，PrecisionHawk使用衛星圖像來創建詳細的地形模型，其分辨率足以捕捉到每棵樹和每幢建筑的高度。因為有新的衛星圖像可供利用，該公司的系統會不斷更新模型。飛行計劃軟件，甚至無人機上的自動駕駛儀，都可以利用這些信息來避讓障礙物。

PrecisionHawk還制定了一種機制，無人機操作人員可通過設在標準尺寸飛機上的威瑞森(Verizon)蜂窩網絡獲取更新信息——這些信息與空中交通管制員掌握的信息一致。PrecisionHawk的無人機能夠通過同一無線網絡報告它們所在的位置，所以空中交通管制員和飛行員理論上應該知道這些飛機在什么地方。“我們提供的產品主要是軟件和數據，”LATAS（低空交通和空域安全）系統的創造者泰勒·柯林斯(Taylor Collins)介紹說，“我們希望每一架無人機上都搭載LATAS系統。”

隨訂隨取：亞馬遜正在測試一種混合式無人機，它能夠垂直起飛和著陸，又能像飛機一樣飛往目的地，這種無人機在將來可加快包裹送達消費者的速度

獲得豁免權的公司數量：177個公司可白天操控，2個公司可在視線之外操控

PrecisionHawk的系統所模擬的策略越來越多地被用于管理標準尺寸飛機，那些飛機也因此能夠利用GPS或一些其他形式的衛星導航確定它們的位置，并通過無線電廣播將信息播放給其他人。這種形式的空中交通管理設備被稱為ADS-B（廣播式自動相關監視），到2020年將被強制安裝在美國的大多數飛機上。

盡管將小型無人機納入即將實施的ADS-B管理體制看上去極為明智，但鑒于無人機數量眾多而且還在不斷增加——根據FAA的報告，僅在美國每年就銷售約200萬架——這樣做很容易使該系統癱瘓。由于這一數字增長太快，制定獨立的無人機交通管理方案似乎勢在必行。

美國航空航天局、谷歌和亞馬遜都一直在思考這樣一個系統應該包含什么。雖然它們構想的概念在很多方面有所不同，但在將無人機限制在離地面數百千米之內和與機場完全分開的地方（也就是說，限制在空中標準尺寸飛機很少飛入的空域）等方面，它們都是相似的。

2016年10月，美國航空航天局和各行業合作伙伴在內華達州里諾市的一座機場內進行試驗，旨在幫助建立無人機交通管理系統的詳細技術要求——一個能夠實現2013年亞馬遜視頻中描述的送貨方式的系統。因此，無論這是否只是宣傳的噱頭，未來也許都會是這個樣子。胡安表示：“實際上，我們認為未來近在咫尺。”

[資料來源：IEEE Spectrum][責任編輯：絲絲]

本文作者大衛·施耐德(David Schneider)，高級編輯，擁有哥倫比亞大學地質學博士學位。在加入IEEE Spectrum雜志前曾效力于《科學美國人》和《美國科學家》。在此前的工作中，他從事的是地球物理研究，專注于計算，經常在博客上發表有關無人機的內容，還經常為IEEE Spectrum雜志的“親力親為”專欄撰文。