無人機航空管制現狀分析與研究

顧成虎 申科 陳孟家 劉源

◆摘? 要：當前無人機在各領域里的卓越表現使其變得越來越普及，無人機的發展和使用呈現出爆發式的增長，無人機技術日新月異，無人機在軍用和民用航空中發揮著越來越重要的作用。本文對無人機航空管制現狀進行分析，對無人機系統融入未來空管系統面臨的問題進行研究和思考。提出無人機航空管制必須在通信導航與監視技術方面，具備有效的溝通監視能力;在感知和規避技術方面，應具備態勢感知告警和防相撞能力;并結合無人機系統任務特點，制定針對性空管規則;加強無人機集群和協同管制，保證無人機安全運行。

◆關鍵詞：無人機;航空管制現狀

1引言

無人機根據應用場景的不同可以分為軍用無人機、工業級無人機和消費級無人機。消費級無人機在個人航拍、娛樂等領域有較多應用。工業無人機在農業、林業、物流、氣象等領域有眾多應用，成像設備的結合拓寬了無人機的應用場景。無人機還可以按照飛行平臺構型、按照用途、尺寸、活動半徑、任務高度對無人機進行分類。無人機的應用領域不斷得到擴展，飛行任務多種多樣。無人機生產研制單位多、型號數量多、使用單位眾多、飛行時段復雜等特點對當前航空管制帶來較大挑戰。

以工業級無人機為例，工業級無人機應用于農林、物流、航拍、安防、電力監測以及其他。無人機根據飛行任務不同，無人機的飛行高度、飛行時段、活動范圍紛繁復雜，無人機的應用不斷被擴展，無人機對全空域飛行的需求增大，不可避免的需要進入有人機空域。無人機的空域使用和管理問題，已成為使用無人機需要面臨的重大問題。

2當前無人機航空管制現狀

近年來，我國無人機的發展研制和使用呈現出爆發式的增長，無人機技術日新月異，無人機市場得到進一步拓展。隨著無人機的爆發式發展，為規范無人機監管和航空保障，航空管制部門也相繼出臺了一系列法律法規，但是相應的法律法規相對無人機的發展和應用相對比較滯后。

造成這一現象的原因多樣，我國監管無人機飛行的機構較多，主要有軍航航空管制部門、民航空管單位、民用航空局、體育總局等，這些管理單位根據相應的法律規定與自身職責對無人機進行監管。各單位的具體管制范圍和工作內容沒有劃分特別清晰，只有較寬泛的原則要求。

無人機的數量和應用場景正在蓬勃發展，無人機的全空域飛行還處于探索和研究階段，無人機空域飛行有很大的發展前景。但是，當前無人機還不能長時間保持安全有效飛行，人們對無人機飛行的穩定性顧慮重重，全空域無人機飛行現狀仍面臨許多需要解決的問題。人們還不能保障無人機與有人機在共享空域進行穩定的例行飛行，特許條件下，無人機與有人機可以在用一個非隔離空域同時飛行。我國無人機每次飛行基本上都是特事特辦“臨時批準”，并且，無人機不能隨意進入所需空域飛行，無人機要嚴格限制在隔離空域內飛行。其根本問題是很多人認為無人機系統目前還不具備像有人機一樣穩定飛行的能力，還不能保障無人機長時間安全有效地飛行。無人機在各個領域的發展和運用，使無人機在空域資源的需求上越來越大，隔離空域極大地限制了無人機的發展和運用。

3無人機系統融入未來空管系統面臨的問題和思考

3.1無人機系統融入未來空管系統面臨的問題

無人機系統的空中交通管理可以分為隔離運行和非隔離運行兩種。隔離運行是指為無人機活動劃設單獨的使用空域，避免對其他航空器造成影響的運行方式;非隔離運行是指在完成對航空器適航認證、可靠性驗證等工作的基礎上，允許無人機與有人機在同一空域按照共同的規則運行。現階段無人機的飛行都是采用隔離運行，然而空域是有限的資源，無人機隔離運行將會占用更多空域。因此，無人機要融入未來空管系統，非隔離運行是未來發展方向。

當前，無人機系統缺乏足夠的可靠性，無人機空域飛行的相應法規、自身的“感知和避讓”能力不夠以及存在的技術障礙等方面。

3.1.1安全問題頻現，系統可靠性有待提高

美國在無人機研制和應用領域處于領先水平，但也伴隨高事故發生率和造成大量經濟損失。據統計，2001-2015年，美國空軍共發生236架次的大型無人機墜毀或造成200萬美元以上經濟損失飛行事故。2018年5月1日，西安《紅五月西安城墻文化節》上無人機表演中，由于無人機故障，多架無人機墜落。2021年10月1日河南鄭州萬達廣場無人機表演中由于系統故障，多架無人機失控墜落。

無人機運行安全問題是無人機系統融入未來空管系統的關鍵性問題。無人機的系統設計直接關系到其可靠性，無人機系統故障問題會隨研制使用進程不斷減少，但是無人機安全問題頻現是一個不爭的事實，相信在不遠的將來，無人機系統的穩定性會有一個進一步的提高。

3.1.2缺乏針對性空管規則的有力執行

空管規則的制定對于規范無人機飛行活動，確保飛行安全有著重要意義。現有的適用于軍民航飛行器的航空管制方法并不適用于無人機，尤其是數量眾多，飛行較隨意、飛行任務復雜的消費級無人機。為規范無人機飛行，我國民航主管部門多次出臺過相關規范和管理辦法。2015年12月29日民航局發布《輕小型無人機運行規定》，2016年9月21日發布《民用無人駕駛航空器系統空中交通管理辦法》，2017年8月21日發布《關于發布無人適航管理路線圖的通知》，2018年1月26日國家空中交通管制委員會辦公室組織起草了《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例（征求意見稿）》，2019年2月1日發布《特定類無人機試運行管理規程（暫行）》，2021年3月24日發布《通用航空空管運行規定》。但是，以上規定對于無人機航空管制并沒有一個具體明確的管制規范，致使有規定沒法具體實行。所以，有一些省份或者城市下發了自己的無人機管制規定。另一方面，飛行申請門檻較高，除微型無人機操作人員必須具有無人機駕駛執照;經過當地軍方飛行管制單位審批;向當地民航飛行單位報備。飛行申請涉及單位多，流程復雜，我國無人機飛行相關規定形同虛設。當前大多數消費級無人機飛行也并沒有遵守以上規定，這也是造成無人機“黑飛”產生的根源。

3.2無人機航空管制涉及的關鍵技術

無人機航空管制的核心是將無人機納入整個空管體系，具備與空管系統之間有效的通信和監視手段，同時自身又具有滿足空管要求的導航性能，即能保證自身飛行安全，又能保證所飛空域其它飛行器的安全，無人駕駛航空器飛行高度普遍較低，需要結合基站進行定位。現有的通信導航和監視設備并不能用于飛行高度低、體積小、數目眾多的無人駕駛航空器。因此，無人機航空管制涉及的關鍵技術主要包括以下幾個方面：

3.2.1通信導航與監視技術方面，具備有效的溝通監視能力

無人機操控手通常是在其控制站中，通過通信鏈路監控無人機的飛行，管制員的語音指令必須通過轉發，傳達到位于控制站中的操控手，無人機操控手才能對其進行回應，這就要求話音轉發技術及時準確。建立管制員與無人機操控手之間暢通的話音轉發渠道。

為保證無人機具備可靠的導航能力，其導航系統必須采用多余度設計，具有不同慣性設備的備份能力。要具備冗余/獨立的導航手段以及滿足各飛行階段需求的導航性能。

在監視技術方面，要具備有效的航管應答能力以及其它低空小目標監視手段。為保障無人機能對空管系統的詢問進行有效應答，無人機應配裝兼容各種模式的航管應答機，能夠在各種環境下保持對航空器的監控，進而實現對周邊空域交通狀況全面詳細的了解。

3.2.2在感知和規避技術方面，應具備態勢感知告警和防相撞能力

無人機體積較小，不能裝備有人機傳統使用的防撞系統以及傳感器，信息獲取能力有限不能較全面及時獲取周圍障礙物，導致航空器發生危險接近等不安全事件的風險增加。這時，無人機自主感知和規避就顯得十分重要。其關鍵技術包括：高分辨率高靈敏度的探測傳感器技術、快速的自動檢測與識別技術、自主的規避控制技術等。無人機感知規避技術要求無人機具備識別障礙物，根據識別的障礙物作出相應規避決策。自主規避控制技術涉及無人機的航路規劃和飛行決策，根據傳感器進行數據融合與分析、信息智能處理、計算機和圖像處理等多學科綜合問題。隨著無人機技術的不斷發展和各項關鍵技術的不斷完善，無人機的感知規避技術已經從理論和實驗室一步一步走向實際應用。

3.3有關無人機系統融入未來空管系統的思考

針對我國無人機融入未來空管系統所面臨的問題，以及無人機航空管制涉及的關鍵技術，除了解決以上問題和關鍵技術外，針對無人機管制相關內容本文還有以下兩個方面的思考。

3.3.1結合無人機系統任務特點，制定針對性空管規則

無人機需要與有人機一樣遵守相關空管規則，才能更好融入未來空管系統。無人機的空管規則應從飛行規則、運行管理規定、特殊情況處置原則、小型無人機管理規定等幾個方面入手。

有人機通過程序管制、雷達管制和飛行員觀察控制來避免飛行危險情況，無人機依靠各種先進的技術手段來實現這一目標。像“全球鷹”和“捕食者”等這樣的大中型無人機平臺已安裝應答機飛行，實現與有人機的空域融合。但是在微小型無人機系統上增加如此復雜的設備不符合實際情況，在滿足速度、高度、使用空域范圍等方面的嚴格限制條件下，可以通過為微小型無人機單獨下發規定來適當放寬或者制定小型無人機的空管規則。大中型無人機在系統設計時應安裝機載防相撞系統，充分預想空中可能出現的特殊情況，根據不同特情的嚴重性等級設置不同級別的響應程序，能夠及時準確的做出相應動作。

無人機空管規則的制定應根據無人機特點進行細化，不能太過籠統，加強無人機管制的理論和規定依據，能夠快速推進無人機航空管制步入管制正軌，責任和管制流程細化，具體實施過程流程化制度化，能夠安全順暢的保障無人機融入現有航空管制管理體系。

3.3.2加強無人機集群和協同管制，保證無人機安全運行

未來無人機的發展將是進行全天候多任務協同工作，無人機協同包括無人機與有人機協同、無人機與無人機協同、無人機近距空中支援等多種協同工作，共同完成任務，這樣就需要制定不同協同方式下的航空管制。

另外，未來無人機的發展也將朝著無人機集群方向發展。無人機集群完成任務就需要我們對無人機集群進行航空管制，通過研究和制定無人機集群管制策略來保證無人機集群安全運行。

科技的進步使無人機快速發展。同時，無人機又尚未成熟到與有人機同等或相近安全的程度。如果空管機制和無人機自身的安全性能得到實質性的突破，無人機具備與有人機共享空域飛行的能力，相信會迎來前所未有的無人機大發展時期。

4結語

無人機管制方式正隨著科技水平的發展不斷進步，伴隨著對無人機特有特點的不斷認識，人們逐漸明確無人機管制的重要性以及其特殊性。本文從無人機系統融入未來空管系統面臨的問題為切入進行分析和思考，需要結合無人機系統特點，制定由針對性空管規則。加強無人機集群和協同管制，保證無人機安全運行。相信在不遠的未來，無人機也會像有人機一樣，能夠穩定安全的為人類社會服務。

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