NASA演示多輪無人機飛行以推動UTM概念

李悅霖

美國宇航局（NASA）無人交通管理（UTM）項目的實施結果表明，低空小型無人機的管理非常復雜。

2019年8月23日，NASA完成了在美國兩座城市的連續幾輪無人機飛行演示，使用UTM架構進行交通管理。城市環境中的技術能力等級4（TCL 4劂試代表了NASA工作的最后階段，推動UTM項目轉移到FAA。

具體的演示情況為，6月至7月在內華達州里諾市、8月在得克薩斯州科珀斯克里斯蒂市分別進行了10天的演示活動，無人機沒有撞上建筑物，也沒有傷到人群。但這次演示也揭示了管理低空無人機交通所面臨的挑戰。

NASA艾姆斯研究中心UTM項目經理羅恩·約翰遜說：“以前所有的技術能力等級測試都是在農村環境中進行的。我們預計諸如干擾、指揮與控制、GPS導航、城市峽谷中微天氣等問題都會帶來挑戰，其中一些已經被證實了。”

測試人員還發現無人機地面控制系統所使用的地形圖和海拔規格各不相同，有些地面控制系統以海拔為標準來測量離地距離，而參與演示的無人機服務提供商（uss）使用的標準是平均海平面。羅恩·約翰遜說，測試人員希望所有人都使用WGS84（世界大地測量系統1984），這是一種基于GPS的坐標參考系統。

他建議說：“這些不同的平臺之間沒有一個標準化的海拔參考系統，這是標準小組需要解決的一個挑戰。”

測試人員發現建筑物表面層和某些材料（例如鋼筋）會引起電磁干擾，從而影響無人機羅盤的性能。另外，辦公大樓里高密度存在的Wi-Fi路由器和其他射頻設備也可能會干擾無人機的指揮與控制頻率。

羅恩·約翰遜說：“有時候甚至取決于一天中的時間段。在里諾市，周末的時候一切都很好，但到了周一早上，大樓里擠滿了人，我們開始遇到這種干擾問題。”

里諾市的無人機演示活動由內華達州自主系統研究所（NIAS）進行管理，科珀斯克里斯蒂市的演示活動由孤星無人機卓越與創新中心（Lone Star）管理，這兩個管理單位都是FAA指定的無人機測試基地。兩個城市的市政當局積極參與了此次演示。

在這兩個城市中，有五家商業無人機服務提供商提供了UTM平臺，它們是GE航空AiRXOS、AirMap、ANRA技術、優步和Avision機器人公司。柯林斯航空和AGI公司參與了在科珀斯克里斯蒂市的工作。

共有10種類型的無人機在演示期間飛行，都是多旋翼飛機。在演示的場景中，測試人員將無人機飛出操作員的視線范圍，其中包括沿無人機飛行路線以菊花鏈方式鏈接目視觀察員，并申請了按FAA第107部的規定豁免。在里諾市，對從地面到屋頂、屋頂到地面以及屋頂到屋頂的起降都進行了廣泛的測試。

羅恩·約翰遜說，在里諾市，多達5架真實的車輛和15架模擬無人機“真正地裝載了UTM系統”。在一個場景中，測試人員啟動了“無人機數量預約”，類似于臨時飛行限制，要求無人機在特定時間撤離特定區域，返回它們的發射點、預定的著陸地點，或者在另一個地點縮短任務。在科珀斯克里斯蒂市，測試了在緊急情況下清除區域的優先信息。

在里諾市測試了RelmaTech公司提供的一種從地面遠程識別無人機的方法。在科珀斯克里斯蒂市測試了通過專用短距離通信進行的車對車交互。

參加演示的一部分無人機裝有FLARM，這是一種類似于自動相關監視廣播的空中防撞技術。

2018年，NASA開發的基于云的UTM飛行信息管理系統被移交給了FAA。2019夏，該系統參與了UTM試點計劃，在FAA指定的三個測試站點進行了應用：美國國家航空研究院（NIAS）、北達科他州的北平原無人機測試站點和弗吉尼亞理工大學中大西洋航空合作組織。

約翰遜指出，要使UTM成為現實，“國會有很多興趣，也有一些壓力”。他預計FAA將在一年內制定實施計劃，但計劃的關鍵在于FAA還未明確敲定的無人機遠程識別要求。

TCL 4的收尾宣告了NASA的UTM五年研究的終結。2013年至2014年，由現任NASA航空研究所所長帕里馬爾·科帕德卡領導的艾姆斯研究中心團隊構想了一種管理低空無人機交通的系統。2015年，UTM系統作為NASA“安全自主系統運營項目”下的一項技術挑戰而建立。

NASA的UTM計劃將于2020財年結束，計劃包括TCL演示和車輛技術測試，后者正由NASA在蘭利研究中心開展。但約翰遜相信無人機交通管理的研究還會繼續。

他指出：“還有一些問題。顯然，我們在TCL 4中學到了一些需要深入研究的內容。在NASA內部，我們正在研究如何繼續進行UTM工作，可能是在另一個項目中，與現在這個項目的規模不同。”