超視距無人機接近行業(yè)準入

2 017年4月，美國航空環(huán)境公司（AeroVironment）的一架“美洲豹”（Puma AE）小型無人機對弗吉尼亞州郊區(qū)的電力線進行了檢查，以驗證超視距無人機的性能。試驗中無人機配備了3種不同的通信鏈路，在“羅賓遜”（Robinson）R44直升機的密切注視下完成了檢查，美國聯(lián)邦航空管理局（FA A）發(fā)布了“Drotam”提醒其他空域使用者。

上述試驗反映了無人機超視距（BVLOS）操作的現實。雖然小型無人系統(tǒng)或無人機的使用變得越來越常見，但在美國和其他一些國家，無人機操作受到嚴格限制，按規(guī)定應在白天飛行、飛行高度低于122m，還需在視距內操作。不過，FAA會準許Part 107中限制的豁免申請，到目前為止，超視距操作的豁免申請占21%，夜間使用的豁免申請占65%。

超視距無人機前景看好

無人機行業(yè)正在努力掙脫束縛、爭取超視距操作。一般認為，超視距操作可提升無人機的能力，使無人機具有更好的經濟性，如在執(zhí)行管道巡檢、電力線巡檢、基礎設施檢查、農業(yè)勘測以及其他任務時，無人機與有人飛機或地面團隊相比成本更低，且具有更高的安全性和有效性。

道明尼電力公司（Dominion）參與了這次在弗吉尼亞州迪爾溫附近進行的“美洲豹”無人機試驗，公司對無人機超視距電力線檢查，特別是風暴之后的電力線檢查。該公司利用視距內無人機進行缺陷檢查，用直升機來進行輸電線路鐵塔的詳細檢查，以及相隔約80km的變電站之間的傳輸線的常規(guī)檢查。道明尼電力公司每年至少檢查一次其長達10460km的高功率電線，尋找掛到樹上的電線或破損的部件。

道明尼電力公司看好無人機超視距檢查的前景，認為使用無人機后可以開展更多次數的檢查。一旦允許無人機超視距檢查，有望節(jié)省大量成本。未來，道明尼電力公司希望利用無人機完成對暴雨后的損失評估并改善停電狀態(tài)。設想的場景是：工作人員從暴雨現場附近派出一架超視距無人機，飛到現場進行盤旋獲得實時視距，在工作人員返回辦公室之前即可分析出所需人力、資源和維護量。

除電力公司外，其他行業(yè)對無人機超視距操作也有相似的使用需求。截至2017年4月21日，在FAA批準的3個超視距豁免申請中，其中之一是由美國柏林頓北方圣塔菲（BNSF）鐵路公司提出的，該豁免申請準許時間為2015年，屬于FAA的“探路者”（Pathfinder）項目，即批準無人機用于鄉(xiāng)村區(qū)域鐵軌檢查。該檢查一開始僅限于新墨西哥州，目前已擴展到了其他區(qū)域，BNSF公司讓無人機每天沿其所屬鐵軌飛行以執(zhí)行檢查。FAA的豁免中要求無人機在整個飛行過程處于觀察者的視距內，限制操作高度在610m以下。

全球多地陸續(xù)獲批或開展試驗

類似的超視距操作在全球各地陸續(xù)獲得批準。2017年2月，在加拿大阿爾伯達省的Foremost無人機測試場，加拿大小型無人機系統(tǒng)制造商艾倫實驗室（Aeryon Labs）的“天空游俠”（SkyRanger）四旋翼無人機為文圖斯地理空間公司（Ventus Geospatial）和加拿大無人駕駛公司（Canadian Unmanned）執(zhí)行了飛行。2017年3月，在Foremost測試場，加拿大無人機（Canadian UAVs）與洛馬公司的“英達格”（Indago）2四旋翼無人機一起進行管道和電力線檢查。2017年4月，在Foremost測試場，加拿大無人機快遞公司（Drone Delivery Canada）開始超視距試驗，目的是在加拿大以北廣大地區(qū)內獲得投遞飛行的批準。

在芬蘭，自2014年以來，無人機自動巡檢初創(chuàng)企業(yè)Sharper Shape獲批在芬蘭國內執(zhí)行超視距電力線巡檢。在丹麥，由Heliscope公司和專業(yè)檢測公司Scopito開展的類似超視距活動正等待批準。在瑞士，2017年2月，民用無人機制造商SenseFly首次獲得在瑞士全國范圍內“任何時間”超視距飛行其eBee測繪無人機的許可，雖要求有觀察員，但無需事先劃定危險區(qū)域。2017年4月，瑞士郵政在盧加諾市（Lugano）各醫(yī)院之間進行了經批準的無人機超視距物資投遞試驗。在以色列，2017年3月，無人機全自動平臺初創(chuàng)企業(yè)空中機器人（Airobotics）獲批在以色列的英特爾化工廠上空進行全自動無人機的超視距飛行，不需要有執(zhí)照的飛行員。

2 017年2月，美國電力動力公司Transpower在新澤西州完成了首次超視距飛行，檢查瑞姆塔卡（Rimutaka）測試場山脈上的傳輸線和信號塔。Transpower公司使用了直升機加視距內無人機的組合來完成檢查。2017年3月，澳大利亞的垂直起降航宇公司（V-TOL Aerospace）在布里斯班開展了多架無人機的晝夜超視距試飛，試驗由無人機交通管理（UTM）系統(tǒng)支持，使用蜂窩電話網絡來持續(xù)監(jiān)控無人機。

在美國，作為FAA“探路者”項目的另一個成果，土地勘測無人機初創(chuàng)企業(yè)精密鷹（Precision Hawk）在2016年8月獲批在人煙稀少地區(qū)進行擴大視距（EVLOS）無人機操作。擴大視距操作也屬于超視距的范疇，在擴大視距操作中，無人機不在操作員視線之內，但操作員能查看和掃描無人機活動的空域，從而探測到闖入的有人機。擴大視距的技術實現是以“探路者”項目數據為基礎，相比無飛行員時的探測距離1.6～3.2km，訓練有素的飛行員能在更大距離上探測和規(guī)避飛機，最大探測距離可達24km。

預期將出臺法規(guī)

FAA預期今年內提出擴大無人機操作范圍的法規(guī)，包括擴大視距操作和有限的超視距操作。不過，關于允許無人機在人群上空飛行的法規(guī)因執(zhí)法方面的顧慮而延后，因此，關于無人機遙控識別的新法規(guī)將先于擴大視距操作范圍法規(guī)發(fā)布。另外，特朗普政府暫緩新法規(guī)的舉動也使得所有的法規(guī)處于未定的狀態(tài)。

如果超視距的發(fā)展趨勢可以肯定為漸進式，那么目前暫未批準的理由應是出于安全性方面的考慮。紐約德同（Dentons）律師事務所主任、FAA無人機綜合辦公室前任經理吉姆？威廉斯認為，視距內操作是美國空中交通系統(tǒng)得以構建的基礎，該規(guī)則最本質的要求是，飛行員必須保持對發(fā)現和規(guī)避其他飛機的警惕。從這一定義上看，所有超視距飛行的無人機都不滿足該規(guī)則。

技術實現基礎——數據鏈

超視距的建立基礎是可靠的指揮與控制（C2）數據鏈路?！懊乐薇睙o人機試驗由利加多網絡（Ligado Networks）公司主導，該公司前身是無線運營商Lightsquared，主要從事衛(wèi)星-陸基混合通信網絡。超視距測試由隸屬中大西洋航空合作組織（MAAP）成員的弗吉尼亞理工大學在其測試場進行，弗吉尼亞理工大學同時也是由FAA選定的六大無人機測試組織之一。測試使用的是由利加多網絡公司認證的L波段衛(wèi)通（1.6GHz）和地面頻率（1670～1675MHz）以及未認證的2.4GHz無線頻譜。

利加多網絡公司首席技術官塔瑪拉？凱西（Tamara Casey）稱，在結合了地面鏈路和衛(wèi)星鏈路后，超視距無人機將展示出高能力、高可用性、高可靠性和安全性。使用高增益的定向天線后，無線鏈路可連接到10km處的無人機，另外，當使用1670～1675MHz波段時，距離可增至23nm，即空中走廊全長。為了保持衛(wèi)星的連通性，可通過安裝在“美洲豹”無人機機身頂部的小型衛(wèi)星通信（ViaSat）終端來持續(xù)維護。

衛(wèi)星用于C2和關鍵遙測，同時地面鏈路能支持C2和高帶寬載荷數據。對于商用超視距操作，利加多網絡公司向聯(lián)邦通信委員會（FCC）申請修改了L波段頻譜的40MHz段，該段是基站和移動終端所用。1670～1675MHz被批準為地面使用，但需要FCC對試驗的“特別臨時授權”。

這次試驗并非最終結果，FAA還在尋找超視距的C2數據鏈路、關鍵遙測和定位數據鏈，以期達到最低99.95%的可靠性，但這還取決于空域的擁擠程度，FAA希望能達到更高水平，對陸基-衛(wèi)星的混合通信結構較為看好。為了迎合FAA需求，利加多網絡公司正在研究多種高安全度的、可靠可用的數據鏈。

探測與規(guī)避能力（DAA）

常規(guī)超視距操作的另一個基礎需求是探測與規(guī)避（DAA）能力，可能首先是地基的，以降低對追逐機和對目視觀察者的要求。在這點上，FAA指定的試驗場地正在建設相關設施，初步擬作為研究活動的支撐，但最終將用于實際操作。

利用紐約州政府資助的2億5千萬美元，東北UAS空域集成研究聯(lián)盟計劃從2018年開始，在格里菲斯（Griffiss）國際機場無人機測試場和紐約州附近的雪城市（Syracuse）之間設立一個80km的空中走廊。該計劃將結合初級雷達、廣播式自動相關監(jiān)視（ADS-B）和廣域多點定位來實現超視距操作。

雷達開發(fā)商貴豐傳感器公司（Gryphon Sensors）戰(zhàn)略和商業(yè)開發(fā)部主任介紹，該空中走廊將用來驗證大尺寸UTM系統(tǒng)的性能，采用由美國宇航局（NASA）和FAA共同開發(fā)的技術。貴豐傳感器公司主導了該項目的初步設計階段。

位于北達科他州的北部平原無人機測試場正采用基于高度的雙管齊下的方式。飛行高度更高的大型無人機的地基DAA將使用來自大福克斯空軍基地的DASR-11數字式進場雷達數據。這將使超視距操作延伸到該基地西北111km外的空域區(qū)域。飛行試驗預定在2017年6～7月間進行，另一方面，機載DAA系統(tǒng)的廠商試驗有可能更早地在該空域進行。

為便于小型無人機在914m以下進行超視距操作，哈里斯（Harris）通信公司和北達科他州大學合作，經允許在試驗場地部署了ADS-B地面站網絡。目前覆蓋大?？怂?法戈走廊，將擴大到北達科他州全境，最終試驗預計覆蓋整個美國，在2017年年底開展并持續(xù)到2019年。

最終將需要機載DAA，但要對“充分暢通”給出定量化的定義，即無人機與有人空中交通必須保持多大的距離。大型無人機對此（超過25kg）已有定義，11月，多機構無人機執(zhí)行委員會科學與研究小組推薦了小型無人機“充分暢通”的一種定義：無人機周圍水平方向610m乘以垂直方向76m的“冰球型”空域。若認可，則可制定小型無人機DAA的規(guī)范和規(guī)則。

結束語

技術層面已萬事俱備，但經濟層面仍有缺失。超視距操作最大的障礙在于商業(yè)交易的不確定性，沒有一架無人機進行了驗證并給出價格，客戶也無從知曉購買和操作可能需要的費用。但另一方面，市場上未出現驗證后的無人機的原因在于，沒有客戶主動向制造商討價還價，因為客戶并不了解價格點。

造成這一難題無解的原因在于，未找到一個機載DAA及能夠驗證的通信鏈路。不過這些問題正在得到解決，“美洲豹”無人機即將得到FAA類型的驗證，它的價格是否能滿足操作員的需求還要拭目以待，但無人機超視距操作開始接近市場門限，有望在數年內成為現實。

（李悅霖 薛槐敏，中國航空工業(yè)成都飛機設計研究所）