對無人機低空交通管理系統的分析

摘要：無人機在低空領域飛行是低空領域改革的重點，也是促進低空領域產業持續發展的重要手段。本文對低空交通管理系統進行了簡單的概述，進一步分析了無人機低空交通的管理系統，旨在滿足我國對空間數據急速增長的要求，推動社會空間技術和交通管理系統的廣泛應用。

關鍵詞：無人機;低空空域;交通管理系統

前言：隨著無人機領域對續航時間、飛行水平的要求的逐漸增加，無人機低空交通管理系統成為我國研究的重要課題。低空交通管理系統旨在確保無人機能夠在城市上區1000m的領域內飛行，對我國初步設計并完成無人機軟件的開發具有重要意義。

1、低空交通管理系統概述

電池技術以及電力推進技術迅速發展的背景下，無人機技術逐漸成熟，無人機性能也顯著提升，但是隨著無人機數量的不斷增加，其導致的安全事故也在上升。因此，應加強對無人機的低空管理。通常來說，低空主要指的是離地高度1000米以下的空域，為了保證安全，無人機需要受到有關部門的管理。當前民航飛行器的管理模式已經無法適應當前無人機的發展，首先，由于低空無人機數量龐大，高達數百萬，因此加大了管理難度。其次，現階段民航的管理方式以及相應的技術手段較為落后，難以將其應用在低空領域，這主要是由于低空的交通管理對帶寬的要求較高，但是當前民航的航空管理仍舊使用的是傳統的窄帶信息通信技術，導致無法對無人機進行實時監測。最后，缺少信息獲取的方式，不能幫助無人機避開障礙物，無法保障無人機駕駛的安全性?？偠灾陙砦覈C布了與民用無人機駕駛相關的管理規定，通過利用現代信息技術以及物聯網技術，令低空管理朝著智能化與自動化的方向發展。

2、無人機低空交通管理系統

低空無人機在空中發生碰撞會造成嚴重的飛機事故，因此判斷無人機進入防撞區域和隔離區域是無人機低空交通管理系統的重要組成部分。此外，感知避讓技術和沖突技術決定了無人機是否能夠安全飛行的重要技術，也是評價無人機研究水平的重要指標。目前，正在研究無人飛行器和低空交通管理系統的國家超過32個，種類多達300種，我國也正在加快該項技術的研究。

2.1關鍵技術

2.1.1感知避讓技術

無人機空中預警防撞系統（TCAS）、自動監視系統（ADS-B）和防撞控制系統（ACASX）是無人機感知避讓系統的重要組成部分。其中TCAS最開始裝在小型有人飛機上，隨著無人機技術的發展，預警防撞系統已經不再適用于非合作式感知避讓技術中，主要是因為與非合作式感知避讓系統中的傳感器存在沖突。自動監視系統相對于預警防撞系統是一項較先進的技術，主要由數據來源、數據傳輸通路和數據處理三部分組成，廣泛應用于各種無人機的防撞系統中，有效降低了大部分無人機發生相撞的概率。防撞控制系統是由西方發達國家航空公司共同研究出的一種防撞系統，具體分為三部分：ACASX X、ACASX Xa、ACASX Xu。非合作式的感知避讓技術主要是通過雷達、傳感器以及紅外線來感知無人機在飛行時周圍的狀況，并能夠幫助無人機主動避讓在空中飛行的鳥類以及其他飛行生物[1]。

2.1.2沖突技術

沖突技術的主要作用是判斷無人機飛行器的周圍是否存在安全隱患，具體的判斷方法包括概率與幾何分析法。其中，概率分析法是通過建立短期和中期飛行模型來預測無人機周圍是否存在沖突，但由于相關算法程序和計算量較大，在實際應用過程中存在較多的限制因素。幾何分析法指的是利用與幾何有關的分子方法來建立飛行模型，普遍使用離散法，從飛行的開始時間每隔10秒鐘取一組飛行數據，與概率分析法相比，總體的計算量小，可廣泛應用于實際的飛行中。

2.2系統組成

2.2.1 ITS體制

ITS體制是無人機低空交通管理系統常用的一種規避體制，可有效避免無人機在較低的空中領域發生安全事故。主要的感知層包括自動避讓、地理圍欄等，并結合安全技術共同服務于低空交通管理系統，保證無人機的智能化、自主化。

2.2.2導航系統

導航系統的主要功能是幫助無人機獲取自身的地理位置信息，并規避周圍的障礙物。涉及到的相關技術有雷達導航、衛星導航、視覺導航等其中雷達導航并不適用于300m以下的低空領域，因此要根據實際需要合理選擇配有相應技術的低空交通管理系統。

2.2.3.通信系統

低空無人機配有通信系統的目的是向地面數據收集機器傳輸在空中的交通信息以及檢測的地理環境信息，實現人與無人機之間的信息交換。配備的基礎通信網絡包括4G/5G、AeroMACS、V2X、飛機專網等。當飛機在300m以下的空中領域飛行時，可使用4G/5G網絡。

2.2.4.服務系統

無人機的服務系統主要包括空中交通服務和運營服務，兩方面的服務系統又具體分為多種系統。例如，在對地理進行測繪時，經常采用無人機觀測地理數據，主要具有觀測范圍廣而全面、服務作用大、靈活性高、數據精準等特點。可實現對農林資源開發、重大災害預測、監測城市變化等功能，在很大程度上幫助了政府部門獲得具有高精度的數據，并為日后的城市規劃奠定扎實的數據基礎[2]。

2.2.5.監視系統

低空交通管理系統中的監視系統主要職能包括監護其他系統在無人機運行時是否能夠正常使用，并能夠將監測數據傳輸回地面，為地面控制人員提供科學的無人機運行數據，并判斷是否需要立即收回無人機，避免無人機的損壞。監視系統又分為主動監視和被動監視，民航飛行器使用的就是主動監視系統。由于低空領域存在移動蜂窩網，建議采用C-V2X技術，ADS-B通信技術會使無人機產生較大的負荷，因此不建議使用。對于小型無人機來說，使用被動監視系統，可保證其有效規避周圍的意外攻擊。無人機具體組成框架如圖1所示：

結論：綜上所述，低空交通管理系統為無人機提供了有效的安全保障，是無人機應急保障服務的重要基礎設施。我國正大力推進無人機低空運行技術的自主創新，切實為提高交通管理系統的服務保障功能提供有力的技術支持。低空無人機的廣泛使用，促進了有關部門對區域地理信息的實時掌握，推動了我國社會現代化建設的進程。

參考文獻：

[1]陳莉.基于低空無人機航攝系統試驗分析研究[J].國土資源導刊，2019，016（001）：25-29.

[2]楊榮幫，畢洪基.低空無人機航攝控制點布設及影像精度分析[J].北京測繪，2018，032（004）：399-404.

作者簡介：

李志明，中國民用飛行學院新津分院。