無人機交通預測未來商業空中交通

可以肯定的是，無人機將引領未來的空中交通。低空飛行的無人機可以用于外送披薩和遞送包裹，而高空飛行的全自主駕駛飛機可用于執行一些支撐性的任務，例如，監測空氣質量、繪制洪水分布圖及收集新聞，甚至可能像空中的士一樣作為乘客在短途旅游期間的便捷交通工具。目前，無人機已開始用于上述部分用途，而在開展這些活動前還需要獲得監管機構的特別許可。但是，監管機構尚未明確相關的所有有關無人機飛行的詳細技術及政策要求，以確保在維護空域安全的同時能夠讓每位乘客乘坐的無人機按時起飛。換句話說，大型無人機應能像其他民用飛機一樣按照航空運輸體系中的現行規則執行飛行任務。這就需要對用于此類無人機的傳感器和通信制定新的技術規范。

▲為了在山火發生初期進行早期探測，此圖展示了無人機較為可行的飛行路線。Intelligent Automation公司（IAI）通過燃燒概率數據確定了哪類飛行對山火探測有幫助，然后據此繪制了可行的飛行路線

美國國家航空航天局(NASA)艾姆斯研究中心一個團隊的隊長埃里克·穆勒（Eric Mueller）說：“我們希望擁有一名訓練有素的飛行員以特定方式操作無人機，這是因為他們了解空中交通系統的規則。”其所領導的團隊曾與美國聯邦航空管理局（FAA）及其他機構合作，研究如何減少將無人機引入國家領空時遇到的技術障礙。埃里克·穆勒（Eric Mueller）還說：“我們必須量化此預期行為，然后將其轉化為對相關電子產品的要求?！本唧w而言，該團隊的研究重點是無人機如何探測并避讓空域中的物體——對于機上有飛行員負責監視其正前方天空的飛機而言，這種能力稱為“見避能力”。穆勒（Mueller）說：“我們不能只是簡單地構建一個系統，然后操作無人機到處飛，看看它是否會撞人、撞到什么人，然后說，‘我想這個系統還不夠好’”。

該團隊選擇通過模擬仿真來了解空域。穆勒說：“我們對成千上萬次飛機之間的相互作用進行了模擬；還模擬了擬建的偵測與回避系統的性能，看看它是否滿足FAA及相關組織已經制定的安全要求。”研究人員已掌握了有助于其模擬的大量空中交通現狀信息。但是，研究人員還需要獲得有關無人機軌跡和飛行計劃的真實信息，用于與現有空中交通數據形成對照。這就成了一個“雞與蛋”的問題：為了幫助FAA制定良好的無人機法規，NASA需要獲得無人機飛行數據，但是在法規出臺之前，并沒有可用的真實數據。

為此，穆勒（Mueller）就技術轉讓與Intelligent Automation公司（IAI）空中交通管理研發總監弗雷德·維蘭德（Fred Wieland）開展了合作。IAI公司是一家位于馬里蘭州羅克維爾市的技術開發公司。2012年，NASA通過Ames簽訂的小型企業創新研究計劃（SBIR）合同，資助IAI公司開展了有關未來無人機交通的研究；期間，該研究還獲得了弗吉尼亞理工學院暨州立大學的幫助。當時，穆勒（Mueller）是NASA的技術代表。

無人機研究的困難在于如何使預測數據可信?！霸趧傞_始的時候，我們也很困惑，” 維蘭德（Wieland）承認，“我們從哪里得到這些數據？人們憑什么相信我們？”IAI公司團隊首先查看了先前確定的可能由無人機執行的任務，然后與幾十名相關領域的學科專家進行了交流，了解各專家所在領域中無人機可能開展的自主飛行情況。維蘭德（Wieland）說，其研究團隊本來料想這些民用機構和其他企業對使用無人機能做什么并不感興趣。“但出乎我們意料的是，實際情況并不是這樣?！?事實上，IAI公司聯系的每一家機構都有專人為未來無人機飛行制定后勤計劃。同時，這些機構還設立了相關辦公室來監管無人機的運營。“這些機構了解無人機將在哪里飛行，何時飛行，以及無人機的飛行高度和飛行路徑”，維蘭德（Wieland）說。“讓我們感到意外的是，我們的研究工作變得非常順利?！币坏㊣AI公司證明其作出的預測可能會變為現實，公司就會收到SBIR第二階段的資金，以繼續建立其可能的飛行數據庫。最后，公司會有更多的專項資金用于實現其最終產品的商業化。

IAI公司

一家位于馬里蘭州羅克維爾市的技術開發公司。2012年，NASA通過Ames簽訂的小型企業創新研究計劃（SBIR）合同，資助IAI公司開展了有關未來無人機交通的研究；期間，該研究還獲得了弗吉尼亞理工學院

暨州立大學的幫助。

維蘭德（Wieland）及其同事們還研究了學術文獻和社會經濟數據，確定了19種廣泛的任務類型，如地圖繪制和邊境巡邏。他們還考慮了一些目前尚未執行過的任務，如按需提供的空中的士服務。不過，他們在此項研究中忽略了在2000英尺以下飛行的送貨無人機，以及業余愛好者的四軸飛行器，因為這類無人機和四軸飛行器不可能在機場附近以外的空域中遇到商用飛機。

IAI公司辨識出空域中出現的可能為無人機飛行的各種情況，且這樣的無人機飛行頻次高達每日26312次，并將這些飛行數據匯入目前每日27000～28000次的商業飛行數據中；這是空域飛行數據的重要補充。然后，IAI公司開始收集更多關于無人機飛行的信息，包括適用于無人機的機場類型，以及無人機系統（UAS）的飛行高度、軌跡和飛行路徑等。

“雖然已經有一些無人機系統 （UAS）的預測數據，”維蘭德（Wieland）說，“但是，這些往往都是針對未來無人機系統（UAS）制造能力或無人機機型的大概預測。據我所知，還沒有哪家機構像我們一樣，針對無人機系統的飛行情況，逐一統計、作出預測；目前，尚沒有見到此類預測。”

無人機很有可能會引領未來的空中交通，執行各類任務，包括包裹遞送、美食快遞、空氣質量監測、新聞收集及載客飛行。IAI公司開發的軟件有助于監管機構對未來無人機交通狀況作出相關預測并據此制定相關法規，用以規范無人機空中系統能夠安全平穩地運營。

在NASA，穆勒（Mueller）及其團隊能夠在其模擬仿真中應用IAI公司的數據?！拔覀儾⒉皇钦f未來會出現這些特定的飛行組合，”穆勒（Mueller）說，“相反，我們根據不同的任務組合研究了可能發生的各種情況。這樣，我們就可以看到在哪些地方安全指標會對不同任務類型的選擇較為敏感?！蹦吕眨∕ueller）的團隊在提交給FAA的數百頁文件中詳細敘述了對無人機的技術要求。穆勒（Mueller）說：“這份文件基本上可以作為制造商制造無人機系統的指導手冊。”

▲（CC BY 2.0）由維基百科的用戶Don McCullough提供

NASA和IAI公司都清楚，有關無人機飛行預測的海量數據還可用于其他商業目的，這也正是他們會選擇通過SBIR計劃提供資金的原因。IAI公司構建的界面使用戶能夠輕松篩選無人機類別、飛行高度、持續時間或其他任何數據。同時，該公司目前在其網站上將該無人機數據庫制作成名為“UAS-Max”的產品進行出售。IAI公司并沒有限定交通預測數據的日期，不僅如此，該公司的數據庫里還包括了無人機飛行法規制定之后幾年內可能出現的無人機飛行數據。從某種意義上來說，此項預測還正在進行中。不過，IAI公司已經對最初的飛行數據庫進行了一些更新。IAI公司沒有討論有關無人機數據庫的用戶或銷售，但維蘭德（Wieland）表示，無人機研究人員、空域安全監管機構及軍事組織對“UAS-Max”等數據產品很感興趣。他說，NASA仍然是該產品最大的政府類用戶。

這種預測工作還可以帶來其他好處，例如，通過執行數萬次安全飛行任務，幫助解決無人機飛行中的圖像問題。穆勒（Mueller）目前在NASA的另一個部門工作，從事未來城市出租車運輸系統的研究工作。“目前，一說起無人機，它大多數時候都與海外軍事行動或國內侵犯隱私活動聯系在一起”，穆勒（Mueller）說。“其實，無人機飛行數據將有助于展示無人機運營所帶來的許多潛在的公眾利益?！?/p>