空中交通管制系统助力送货无人机

许林玉/编译

空中交通管制系统助力送货无人机

许林玉/编译

●工程师们正在思考如何使无人机在视野之外飞行。

就在2013年圣诞节前不久，亚马逊发布了一段视频，介绍了亚马逊将利用小型无人机将包裹快速送达目的地的计划。一些评论员称，这只是一个宣传噱头。但在2014年，当谷歌透露被其称作翼项目（Project Wing）的无人机快递服务时，这个概念开始变得不再那么遥不可及。2016年初，敦豪速递公司（DHL）实际上已经将无人机纳入了其物流网络，尽管受到的限制颇多，如将包裹运送至在冬季难以驱车到达的德国的一座山顶。

美国航空航天局（NASA）航空运输系统高级工程师帕里马尔·科帕德卡(Parimal Kopardekar)说：“数家严肃对待此事的企业涉足该领域之后，发展速度就开始加快了。”科帕德卡一直在研究如何将这些嗡嗡作响的小玩意儿纳入标准尺寸飞机空中交通管制系统中。“我们需要适应无人机。”

2016年8月，美国联邦航空管理局(FAA)颁布了小型无人机法规Part 107。只要小型无人机不在非参与者上空，公司就可以在白天（或在黄昏）并在飞行员的视线之内使用小型无人机。

2016年9月于拉斯维加斯举行的国际无人机大会上，FAA负责人迈克尔·韦尔塔(Michael Huerta)解释说：“FAA正在起草规则，允许无人机在随机旁观者（非参与者）头顶飞过。”对于一些申请者，FAA已经放弃小型无人机法规的某些条款。他还透露，FAA计划颁布于2016年底开始生效的拟议法规。今年，FAA的无人机法规会更加宽松。他说：“我们也在考虑允许人们在视线之外使用无人机。”此举将开启使用小型无人机运送包裹的大门。

当然，当你开始让无人机在看不见的地方飞行时，必须把握好技术，确保它们不会撞上任何东西或伤害任何人。尽管如何做到这些细节仍有待敲定，但想法从不缺乏。

位于北卡罗来纳州罗利市的PrecisionHawk公司就是迎接这一挑战的企业之一。针对是否允许小型无人机在操作人员的视线之外飞行，仅有两家公司获得了FAA的豁免权，PrecisionHawk便是其中之一。然而，对于这类飞机，FAA切实要求派出空中观察员，注意避让标准尺寸飞机。

不过，这一豁免权增加了公司无人机的运行范围，从你能看见多远的小型飞行器（通常为1千米或更少）到你能看见多远的标准尺寸飞机（6至7千米）。来自PrecisionHawk的托马斯·胡安(Thomas Haun)指出，该豁免权不允许“从A地至B地直线距离达320千米的飞行。”尽管如此，法规之外所允许的“更广泛的区域”仍然让他备受鼓舞。PrecisionHawk的工程师们获得了部分豁免权，因为该公司创建了一个系统，可帮助无人机飞行员安全地操纵他们无法直接看到的无人机。

当然，避免与标准尺寸飞机相撞是首要任务。但更典型的危险要司空见惯得多，如撞上一棵树或一堵墙。为了避免发生此类事故，PrecisionHawk使用卫星图像来创建详细的地形模型，其分辨率足以捕捉到每棵树和每幢建筑的高度。因为有新的卫星图像可供利用，该公司的系统会不断更新模型。飞行计划软件，甚至无人机上的自动驾驶仪，都可以利用这些信息来避让障碍物。

PrecisionHawk还制定了一种机制，无人机操作人员可通过设在标准尺寸飞机上的威瑞森(Verizon)蜂窝网络获取更新信息——这些信息与空中交通管制员掌握的信息一致。PrecisionHawk的无人机能够通过同一无线网络报告它们所在的位置，所以空中交通管制员和飞行员理论上应该知道这些飞机在什么地方。“我们提供的产品主要是软件和数据，”LATAS（低空交通和空域安全）系统的创造者泰勒·柯林斯(Taylor Collins)介绍说，“我们希望每一架无人机上都搭载LATAS系统。”

随订随取：亚马逊正在测试一种混合式无人机，它能够垂直起飞和着陆，又能像飞机一样飞往目的地，这种无人机在将来可加快包裹送达消费者的速度

获得豁免权的公司数量：177个公司可白天操控，2个公司可在视线之外操控

PrecisionHawk的系统所模拟的策略越来越多地被用于管理标准尺寸飞机，那些飞机也因此能够利用GPS或一些其他形式的卫星导航确定它们的位置，并通过无线电广播将信息播放给其他人。这种形式的空中交通管理设备被称为ADS-B（广播式自动相关监视），到2020年将被强制安装在美国的大多数飞机上。

尽管将小型无人机纳入即将实施的ADS-B管理体制看上去极为明智，但鉴于无人机数量众多而且还在不断增加——根据FAA的报告，仅在美国每年就销售约200万架——这样做很容易使该系统瘫痪。由于这一数字增长太快，制定独立的无人机交通管理方案似乎势在必行。

美国航空航天局、谷歌和亚马逊都一直在思考这样一个系统应该包含什么。虽然它们构想的概念在很多方面有所不同，但在将无人机限制在离地面数百千米之内和与机场完全分开的地方（也就是说，限制在空中标准尺寸飞机很少飞入的空域）等方面，它们都是相似的。

2016年10月，美国航空航天局和各行业合作伙伴在内华达州里诺市的一座机场内进行试验，旨在帮助建立无人机交通管理系统的详细技术要求——一个能够实现2013年亚马逊视频中描述的送货方式的系统。因此，无论这是否只是宣传的噱头，未来也许都会是这个样子。胡安表示：“实际上，我们认为未来近在咫尺。”

[资料来源：IEEE Spectrum][责任编辑：丝丝]

本文作者大卫·施耐德(David Schneider)，高级编辑，拥有哥伦比亚大学地质学博士学位。在加入IEEE Spectrum杂志前曾效力于《科学美国人》和《美国科学家》。在此前的工作中，他从事的是地球物理研究，专注于计算，经常在博客上发表有关无人机的内容，还经常为IEEE Spectrum杂志的“亲力亲为”专栏撰文。