美國《無人機系統標準化路線圖》分析研究

劉岳 李宗鶴 吳永亮 李小龍

（中國航天標準化研究所， 北京， 100071）

引言

近年來， 無人機逐漸進入軍事偵察打擊和民用領域， 如環境監測、 智慧農業、 快遞運輸等。隨著無人機產業的日趨發展， 世界各航空強國正在針對無人機系統開展標準的制定工作， 無人機市場之爭已經超越產品和技術的競爭， 轉向基于標準的競爭， 無人機標準的制定已刻不容緩[1-3]。

無人機標準化是引導行業在安全健康、 低碳環保等方面進行統籌兼顧， 向有利于技術和產業可持續發展的方向演進的一種有效的技術管理手段。 然而， 無人機系統管理要求復雜， 需要多部門協同管理， 與此同時由于無人機系統行業應用廣泛、 用戶需求各異， 技術差異性非常大， 必須統籌規劃、 兼容并蓄， 同時加強與國際標準化機構的合作， 共同建立國際無人機標準體系架構，為設計、 生產、 使用、 監管等提供依據。

國外 （尤其是美國） 非常重視無人機系統標準化工作的頂層規劃， 部分重點標準化文件從不同層面提出了無人機系統或分系統標準化體系結構與標準化路線圖， 在一定程度上體現了國外無人機系統標準體系現狀， 對于我國開展無人機系統標準化工作具有重要的參考價值。

此外， 分析美國無人機系統標準化路線圖，可以為我國無人機系統標準化路線圖的制定提供借鑒經驗， 在了解國際無人機標準化情況的基礎上， 支撐我國無人機系統標準化工作開展。

1 美國 《無人機系統標準化路線圖》 背景及簡介

美國的標準體制較為分散， 就無人機而言，涉及的民用標準有適航性標準、 飛行作業標準（通用）、 飛行作業標準 （關鍵基礎設施檢查與商業服務）、 飛行作業標準 （公共安全） 4 大類， 包括設計建造、 質量保證、 隱私、 操作風險評估、搜救等34 個子類， 共計千余項標準。 發布的路線圖就是致力于 “為無人機系統的標準制定構建框架”， “對標準化工作實施持續指導、 協調， 并提升其水平”， 以此進一步推動業界的協調與合作，并努力將其融入美國國家航空系統的體系之內。

2018 年12 月， 美國標準化協會 （ANSI） 發布 《無人機標準化路線圖 （1.0）》。 路線圖由美國最具權威的標準化組織——美國無人機系統標準化協作小組 （UASSC） 制定， 該路線圖涵蓋了適航性、 飛行作業、 人員培訓、 資格認證等多個領域， 闡明了當前和未來無人機標準化前景， 評估了現有標準和開發中標準與實際需求間的差距，并針對每一個差距提出了相應的行動建議， 確定了優先級別。 路線圖顯示， 當前無人機標準制定工作還有很多空白， 需要盡快完成相關標準制定。

該路線圖的目標是協調和加速開發符合利益相關者需求的無人機系統標準和規范。 其目的是促進無人機系統融入國家空域系統 （NAS）， 促進無人機工業的發展， 重點是民用、 商業和公共安全應用。 因此， 該路線圖可被視為一種工具， 旨在幫助集中無人機系統行業資源， 讓無人機系統相關企業、 團體共同參與規劃和制定全行業標準， 開展相關研發活動， 明確研發需求和方向。 它還可以為與國際接軌和協調有關的政策和技術討論提供基礎。

2020 年7 月， ANSI 發布 《無人機標準化路線圖 （2.0）》， 其更新的主要內容包括：

● 擴大所涉專題 （例如頻譜、 娛樂活動、 城市空中機動性等）；

● 請以前未參與的專題專家參加；

● 查明可能被忽視的問題和差距；

● 跟蹤處理路線圖建議的進展情況， 包括新的或已完成的工作；

● 審查優先事項， 注意到指導委員會對高度優先差距的排名；

● 納入與會者的反饋意見， 并酌情更新文件。

2 美國 《無人機系統標準化路線圖》 主要內容

2.1 路線圖架構

美國 《無人機系統標準化路線圖》 共有10 個章節： 第1 章， 導言， 介紹了美國民用無人機系統的總體情況， 無人機標準化路線圖的發布背景、目標和受眾， 以及主要內容結構； 第2 章， 美國聯邦航空管理局 （Federal Aviation Administration，FAA） 作為監管者的角度提供了介紹性的背景；第3～5 章， 分別概述了美國聯邦政府機構、 私營部門標準制定組織 （SDO） 和行業利益相關者的無人機系統 （UAS） 活動； 第6～10 章， 介紹標準和規范的差距分析， 并映射到工作組 （Work Group， WG） 結構， WG1 對應第6 章內容， WG2對應第7 章和第10 章內容， WG3 對應第8 章內容， WG4 對應第9 章內容。

2.2 路線圖核心內容

a） 路線圖明確了其無人機系統標準化的核心概念

路線圖明確了包括 “無人機系統” 和 “標準”等核心概念， 為后續的路線圖內容奠定基礎。 此處的無人機系統是指“一種沒有人類飛行員而是由地面人員操縱的飛機”； 此處的標準則是指自愿性標準 （voluntary consensus standards）， 符合美國《1995 年國家技術轉讓和促進法》 （National Technology Transfer and Advancement Act of 1995）、 美國國家標準學會 （AIAA） 《基本規范：美國國家標準的正當程序要求》 （Essential Requirements： Due Process Requirements for American National Standards） 等的相關原則規定。同時， 路線圖也明確了其中的重要概念 “空當（gap）”， 它是指對于存在問題的特定事項， 尚無已發布的對應標準。

b） 路線圖明確了無人機行業及無人機標準的利益相關方

除了作為美國民用航空管理的官方機構FAA之外， 路線圖將相關組織分為3 大類， 即特定的聯邦政府機構、 私營部門標準制定機構和特定的無人機產業利益相關方。 特定的美國聯邦政府機構包括國土安全部、 內政部、 國際貿易署 （International Trade Administration）、 國家航空航天局、 國家標準與技術研究院等， 涉及到無人機的多領域應用、技術測評、 標準測試、 訓練指導等活動； 私營部門標準制定機構包括美國機械工程師協會 （ASME）、美國電氣電子工程師學會 （IEEE）、 航空公共安全認證委員會 （Airborne Public Safety Accreditation Commission） 等， 涉及到無人機相關標準的預研、制定、 測試、 評估等活動； 特定的無人機產業利益相關方包括無人機創新聯盟 （Alliance for Drone Innovation）、 電信產業解決方案聯盟 （Alliance for Telecommunications Industry Solutions）、 商業無人機聯盟（Commercial Drone Alliance）、 國家農業航空 協 會（ National Agricultural Aviation Association）、 無人機系統公共安全國家委員會（National Council on Public Safety UAS） 等， 涉及到無人機產業的相關政策支持、 技術支持及組織協調活動等。

c） 分析現有標準與在研標準， 查找與實際需求之間的 “差距”， 并提供推薦的解決方案

路線圖將現有標準與在研標準共分成4 大類，即適航性標準、 飛行作業標準 （通用）、 飛行作業標準 （關鍵基礎設施檢查與商業服務）、 公共安全標準。 每一大類標準包含數量不等的小類， 如適航性標準包含設計建造、 安全性、 質量保證／質量管控、 航空電子設備及其子系統、 電氣系統等11 個子類。 而在每一子類之下， 均按照已發布標準（Published Standards）、 在研標準 （In-development Standards）、 已發布的行業相關通用標準（Relevant Published General Industry Standards）、 在研的行業相關通用標準（Relevant In-development General Industry Standards） 進行匯總。 以此為基礎， 路線圖分析得出該子類與實際需求之間的 “差距”， 并運用優先級矩陣 （Prioritization Matrix） 中列舉的測試方法確定其輕重緩急， 在判斷是否需要開展研發工作的基礎上， 提供推薦的解決方案， 同時明確相關的參與機構／組織。 以適航性標準中的電氣系統為例， 路線圖認為已發布的有人航空業界標準并不足以有效解決無人機行業對電氣系統、 布線、 電氣負載、 飛機照明等方面的較高要求， 因此認為不但需要將其加入研發工作， 而且優先級別也確定為“高”， 最后提供了2 個方面的解決思路。

3 美國 《無人機系統標準化路線圖》 主要亮點

3.1 確定工作組及標準制定框架

UASSC 確定由4 個工作組 （WG） 制定無人機系統標準化路線圖。

● 適航性標準 （WG1）： 包括飛機系統和與地面控制站的通信；

● 飛行作業和人員資格標準 （WG2）： 涵蓋一般飛行規劃和運營問題， 以及人員培訓、 資格和認證標準；

● 關鍵基礎設施檢查和商業服務標準（WG3）： 涵蓋垂直、 線性和廣域環境基礎設施檢查、 精確農業和商業包裝交付的具體操作問題；

●公共安全標準 （WG4）： 涵蓋開展公共安全行動的具體操作問題， 包括應急和醫療響應等。

通過梳理每個工作組涉及的標準， 路線圖中的標準體系結構如圖1 所示。

圖1 美國 《無人機系統標準化路線圖》 中的標準體系結構

3.2 確定標準項目的優先級矩陣

“空當” 指的是沒有公布的標準、 規范等，也包括存在特定問題的標準。 在查明和描述差距時， 這些差距包括說明是否需要額外的標準研發、 關于應當如何填補差距的建議、 解決差距的優先事項， 以及可能根據其當前活動范圍開展研發和／或標準開發的組織 （例如， 可持續發展組織或研究組織）。 “空當” 可以用已完成、 正在進行、 停滯、 廢止、 未知等狀態進行標識。

每個空當都按照下文表1 所描述的高、 中或低優先級標準進行評估和排名。 在采取行動處理優先事項方面， 公布標準的預期時限如下： 高度優先級（0～2 年）、 中等優先級 （2～5 年） 和低等優先級（5 年以上）。 UASSC 規定的優先排序矩陣見表1。

表1 UASSC 優先排序矩陣 （由ANSI 提供）

4 意義與不足

4.1 意義

美國 《無人機標準化路線圖》 描述了當前美國無人機系統標準格局和發展現狀， 分析了標準化需求， 全面梳理了當前美國國防政府機構、 標準化專業機構、 典型無人機系統利益相機構的無人機系統標準化政策、 規劃及發布、 在編的標準情況。 UASSC 發布路線圖的目標是支持無人機市場發展， 尤其是在民用、 商業和公共安全方面的應用。 雖然UASSC 本身并不制定標準， 但其路線圖所提出建議預計將被標準界廣泛應用， 為美國無人機系統標準化工作發展指明了方向， 成為了解美國無人機標準化現狀及未來趨勢的重要文件。其意義主要體現在以下幾個方面。

首先， 該路線圖為美國無人機的標準化工作提供了戰略框架， 不但摸清了美國無人機標準的現狀， 也為其未來的標準化發展提供了有益指導。

其次， 該路線圖明確了當前及未來的無人機標準化圖景， 從而使得利益相關方能夠在標準參與過程中更好地集中資源。 通過系統全面地梳理， 路線圖分門別類地總結歸納了已制定及在研的所有無人機相關標準， 起到了較好的參考借鑒作用。

最后， 該路線圖可以向無人機標準化的地區及國際受眾提供具有連貫性且協調一致的美國相關政策和技術參考。

4.2 不足

需要指出的是， 該路線圖仍然存在些許值得改進之處。 首先， 路線圖多側重于技術層面， 政策層面的相對較少； 其次， 路線圖對于無人機標準化工作的相關時間節點并未作出具體明確， 只是確定了改進領域的優先級別； 再次， 該路線圖并不具有強制性， 正如UASSC 所說， 他們希望該路線圖中的相關建議能夠被各標準制定機構廣泛采用， 實現無人機系統標準化的良性發展， 因此其實施效果在某種程度上會受到影響。

5 借鑒經驗

5.1 建立統一的無人機系統標準分類方式

路線圖將現有標準與在研標準共分成4 大類，成立4 個工作組， 通過系統全面的梳理， 分門別類地總結歸納了已制定及在研的所有無人機相關標準， 有助于梳理現有標準的情況。 我國各級無人機標準目前沒有統一的無人機系統標準體系框架， 沒有統一的無人機系統標準分類方式， 各級無人機標準體系構建維度不統一， 導致無法準確梳理出我國已有標準無人機標準與實際需求的差距， 所以我國無人機系統標準化路線圖在標準體系建設中應借鑒此經驗， 統一無人機標準的分類劃分方式， 建立統一的無人機系統標準體系。

5.2 運用優先級矩陣確定標準項目的優先級

美國 《無人機系統標準化路線圖》 運用優先級矩陣 （Prioritization Matrix） 中列舉的測試方法，按照重要性、 完成時間、 所需資源、 實施效果4個因素進行分析， 研究確定標準項目的優先級，在判斷是否需要研發工作的基礎上， 提供推薦的解決方案， 同時明確相關的參與機構／組織。 后續建議我國開展 《無人機系統標準化路線圖》 的編制， 在相關標準研制中， 應結合無人機發展的標準需求， 借鑒此經驗， 確定標準項目的優先級，更加科學合理的規劃我國無人機系統標準的研制。

5.3 彌補美國路線圖的不足之處

我國《無人機標準化路線圖》 的建設不僅側重技術層面的標準化工作， 同時也應注重政策層面的標準化工作； 其次， 我國 《無人機標準化路線圖》對于無人機標準化工作的相關時間節點應作出具體明確的規定， 而不是只確定了標準項目研制的優先級別； 再次， 我國《無人機標準化路線圖》 應具有強制性， 相關建議應能夠被各標準制定機構廣泛采用， 保障標準化路線圖的實施效果。