中國民航無人機云系統分析

柏藝琴

近年來，民用無人機的生產和應用在國內外蓬勃發展，無人機的應用領域不斷擴大，其在個人娛樂、資源勘查、海洋監測、航空攝影測量、農林業監視等領域，都顯示出巨大的潛力。隨著大數據、云計算、移動互聯網等信息技術與無人機技術的相互融合，民用無人機產業鏈已從“垂直進步”走向“水平進步”，通過開拓不同的應用領域，無人機帶動了一系列“無人機+”類型的新興產業的發展，推動了國民經濟的發展。因此在國務院制定的《中國制造2025》規劃中明確指出：推進無人機產業化快速發展是我國下一階段產業升級的重點工作。

當前，我國的無人機行業已經進入了高速發展階段。據中國民航局數據顯示，截至2017年12月31日，我國民用無人機駕駛員合格證總數為24407個，而無人機駕駛員合格證按季度增長的統計則更是可以看出我國無人機行業發展的迅猛趨勢，如圖1。

值得注意的是在這2.4萬余名無人機駕駛員中，獲得多旋翼駕駛員合格證的有20833名，這表明雖然目前大型貨運無人機和載人無人機已經試飛成功、并且產生了巨大的社會影響，但是低空、慢速、輕小型無人機仍然是我國民用無人機的絕大多數。如何對數量眾多并且還在快速增加的低慢小型無人機進行實時監控，是我國民航無人機管理領域的重點工作之一。與其他航空器一樣，無人機并不是獨立運行的，必須依靠無人機平臺提供的空管（ATM）及其他服務，因此對無人機平臺進行有效管理就成了無人機管理工作的主要抓手。

為了滿足無人機行業發展的需要，2015年民航局飛行標準司發布了《輕小無人機運行規定（試行）》，其中對無人機平臺運營商的資格和標準做了詳細說明，民航局依據該咨詢通告對無人機平臺運營商進行審定和批準。

無人機云系統概念的提出

無人機云是輕小型民用無人機運行動態數據庫系統，用于向無人機用戶提供航行服務、氣象服務等，同時民用無人機將運行數據上傳至無人機云端，以便民航監管方和其他相關部門對無人機進行實時監控。2017年10月，由飛行標準司提出，中國民航科學技術研究院負責編寫，多家無人機和通信技術公司參與起草、標準制定及最終審定工作的中國民用航空行業標準《無人機云系統接口數據規范》（MH/T 2009-2017）正式發布，這項標準已于2017年12月1日起開始實施。規范首次規定了輕小型民用無人機系統與無人機云系統之間的傳輸數據要求、數據加密要求、編碼規則和性能要求。同時在該標準中還明確指出，無人機系統和無人機云系統之間應按照要求的標準數據接口進行雙向通信，通信內容應包含注冊信息，動態信息，數據類型，差異數據等。未來，無人機不需要增加硬件，只需在通信模塊直接兼容云接口標準即可接入云系統。無人機用戶可以自行選擇接入任何一個云系統。

目前的無人機云系統的主要功能包括：

用戶注冊管理：對提交系統注冊信息的無人機用戶及企業信息（個人身份證、營業執照、地址、聯系方式等）審核，審核通過的用戶注冊為系統合法用戶，每次登錄系統均需進行身份認證。

用戶無人機注冊管理：系統無人機用戶在平臺統一注冊自己無人機，全國注冊號唯一，可追溯。注冊信息包括無人機型號、飛控設備號、類別以及相關技術參數。

飛行數據實時上報：平臺注冊的無人機飛行過程中實時上報自身的飛行數據到系統。

全國無人機實時監控：對平臺注冊的全國各地無人機實時監視，包括計劃飛行區域、實際飛行區域、飛行軌跡、執行的飛行任務、飛行航跡等數據。

飛行計劃快速報備：每次飛行前無人機用戶提前報備飛行計劃，系統進行計劃預審，如果存在違規情況，則提示用戶;緊急情況用戶可快速申請臨時飛行計劃報批。

飛行計劃報批：用戶申請飛行計劃后，監管單位可實時接收并進行審批，審批結果系統自動通知申報人。

無人機信息實時監視：對每一架飛行中無人機的所屬擁有人、飛行員及證照、位置、高度和速度、飛行任務、計劃飛行時間段等數據實時監視和顯示。

禁飛區數據、無人機圍欄數據查看及數據實時動態更新：無人機用戶從系統中可查看全國最新禁飛區數據（限制區、機場等），飛行前可及時了解哪些區域可以飛行;相關監管單位可及時繪制禁飛區域，并更新系統地圖數據。

飛行記錄回放。

無人機保險服務：與保險公司合作推出無人機第三者保險服務產品和相關無人機保險產品。

此外，還有一些無人機云系統實現了與空軍、公安等管理部門系統對接，實現協調管理或分區域管理。。

由此可見，無人機云系統目前具有的功能囊括了無人機注冊、飛行計劃申報、運行監控等任務，可以滿足無人機運行的實際需要。

無人機云數據交換平臺

如前所述，無人機可以選擇不同的無人機云服務商，因此為了實現注冊于各家云系統的無人機互相可見，2017年，飛標司通過安全能力建設項目，委托中國民航科學技術研究院對各個無人機云之間的數據交換進行研究，開發了“無人機云數據交換平臺”，實現了多家無人機云系統的實時數據交換和共享，實現了同一空域下注冊無人機互相可見，進而保障飛行運行安全。其中2017年無人機云數據交換平臺月數據交換量如圖2所示。無人機云數據交換平臺還可擴展，與通航運行監視系統共享數據，目前已有北大荒通航公司的飛行監視系統和湖北低空監視系統接入該平臺。這些通航運行監視系統的實際運行，驗證了無人機在融合空域中與通航飛機共同安全飛行的技術方案，充分表明無人機與通航飛機互相感知是可行的。無人機云數據交換平臺在不另行增加成本的基礎上，有效保障了無人機之間或無人機與通航飛機之間的飛行安全。

與現有ATM的結合

為降低無人機飛行干擾航班正常運行的風險，提高無人機沖突數據報告的規范化程度，優化監管部門及時采取風險緩解措施的決策流程，201 7年7月19日，民航局飛標司簽發了“關于飛行機組報告無人機沖突風險的通知”（局發明電[2017]2158號），并制作了“無人機報告表”供飛行機組使用，作為無人機位置信息獲取途徑的重要補充。另一方面，也在將無人機云系統與現有ATM融合，以避免無人機干擾航班正常運行。

無人機通過聯網，特別是接人手機通信常用的蜂窩網絡，可實現無人機通過智能手機進行便捷實名登記，并通過蜂窩網絡輔助定位校驗GPS位置的可信度，防止GPS不準或者造假。因此，4G/5G網絡的使用為。因此，提供了可靠的數據傳輸，并通過加密認證技術實現了整體業務安全等，達到無人機飛行“事前可預警、事中可管控、事后可追蹤”。

實踐證明，大帶寬、低時延、高可靠的通信技術，可以支撐未來空中低空無人機智能交通管理系統與現有民航ATM體系的融合，兩者結合可以實現高效有序的低空和超低空交通管理，使無人機在合法的前提下安全、有序、自由的飛行。

我國無人機云系統現狀

在國內，無人機云系統的應用已有兩年的歷史，主要使用對象是7kg以上無人機，現已取得了良好的示范作用。截至2018年2月28日，民航局飛行標準司共批準了5家無人機云系統提供商，具體如表1。

而且這些云系統均已實現了對無人機的實時監控，包括位置、速度、高度、航向等運行數據，無人機和無人機駕駛員的注冊登記，飛行計劃的在線申報、航行氣象服務、航空保險購買等以及對侵入電子圍欄的無人機具有報警功能。

無人機云系統經批準后，各家云服務提供商積極吸引無人機用戶加入云系統，表2是在各家云系統上注冊的無人機注冊數量。

大多數無人機云服務提供商也建立了相應的質量管理體系，并根據ICAO9859文件《安全管理手冊》初步建立了安全管理手冊。

民航無人機云系統的數據挖掘研究

目前無人機云服務商已經積累了大量的無人機動態信息。這些信息是數據挖掘的基礎。通過定向的數據分析，可以準確地了解目前我國無人機運行的基本狀況，并且可以針對特定的應用進行有針對性的數據挖掘。

例如，《無人機云系統接口數據規范》（MH/T 2009-2017）中要求輕小型無人機向云平臺發送的實時運行數據包括經緯度、高度、時間、地速、航向、定位精度等信息。從統計可以看出，在實際運行過程中絕大多數的無人機飛行速度在5m/s，即絕大多數的無人機作業為低速運行如圖3所示。

圖4顯示的是2017年國內無人機的實時運行區域分布圖，由圖可知我國大部分無人機的飛行區域與各地經濟較為發達的地區基本重合。這一信息可供無人機維修、無人機飛行員服務等方面的經濟投資參考。

當然，以上兩個事例采用的條件較為寬松，如果需要也可以按專項需求進行分析，例如針對農用無人機的速度可以單獨研究，為相關企業的研發提供支持;再如，如果要開發一省的無人機市場，則可以只針對該省的無人機運行數量進行分析，從而發現商機。

中國民航無人機云系統的國際推廣

2015年9月6-17日，無人系統規則制定聯合體（ JARUS）在北京舉辦2015年第二次全體會議，中國民用航空局飛行標準司首次參加JARUS全體工作組會議，在會上介紹了無人機云系統，并在會上現場演示了無人機云系統對于無人機的運行監視情況。來自美國、法國、歐洲航空安全局（EASA）的代表對無人機云概念非常贊同，并針對細節進行了詳細的提問和討論。我國使用無人機云系統實現輕小無人機監視，在國際上處于領先地位。2016年法國和意大利的兩家公司參考了我國無人機云系統的技術方案，也研發了類似的無人機監視系統，并在JARUS 2016全體會議上進行了展示。

2017年9月19-21日，飛標司派員參加了國際民航組織（ICAO）在蒙特利爾舉辦的第二屆遠程駕駛航空器系統研討會。本次大會飛標司代表介紹了中國民用無人機管理現狀，特別向與會各國代表介紹了我國無人機云系統的發展狀況和應用情況。與會代表一致認為，我國的方案是優選方法，各國可以借鑒。據了解，目前EASA、美國的無人機交通管理系統（UTM）等解決方案中的無人機實時數據管理部分與我國的無人機云與通航及ATM相結合的方案非常類似。

盡管無人機云系統在發展過程中，也產生過附加硬件、監督權力歸屬等各種討論，但現今無人機云系統作為我國民航創新的技術方案，現已得到了國際的認可和國內的應用，已成為了無人機工業標準，未來隨著5G通信、無線基站定位等技術發展，無人機云系統將最大程度地抑制無人機黑飛、無人機與民航飛機互相干擾等問題，而普通用戶也將由此大大簡化無人機注冊、空域申請等流程。