无人机航空管制现状分析与研究

顾成虎 申科 陈孟家 刘源

◆摘  要：当前无人机在各领域里的卓越表现使其变得越来越普及，无人机的发展和使用呈现出爆发式的增长，无人机技术日新月异，无人机在军用和民用航空中发挥着越来越重要的作用。本文对无人机航空管制现状进行分析，对无人机系统融入未来空管系统面临的问题进行研究和思考。提出无人机航空管制必须在通信导航与监视技术方面，具备有效的沟通监视能力;在感知和规避技术方面，应具备态势感知告警和防相撞能力;并结合无人机系统任务特点，制定针对性空管规则;加强无人机集群和协同管制，保证无人机安全运行。

◆关键词：无人机;航空管制现状

1引言

无人机根据应用场景的不同可以分为军用无人机、工业级无人机和消费级无人机。消费级无人机在个人航拍、娱乐等领域有较多应用。工业无人机在农业、林业、物流、气象等领域有众多应用，成像设备的结合拓宽了无人机的应用场景。无人机还可以按照飞行平台构型、按照用途、尺寸、活动半径、任务高度对无人机进行分类。无人机的应用领域不断得到扩展，飞行任务多种多样。无人机生产研制单位多、型号数量多、使用单位众多、飞行时段复杂等特点对当前航空管制带来较大挑战。

以工业级无人机为例，工业级无人机应用于农林、物流、航拍、安防、电力监测以及其他。无人机根据飞行任务不同，无人机的飞行高度、飞行时段、活动范围纷繁复杂，无人机的应用不断被扩展，无人机对全空域飞行的需求增大，不可避免的需要进入有人机空域。无人机的空域使用和管理问题，已成为使用无人机需要面临的重大问题。

2当前无人机航空管制现状

近年来，我国无人机的发展研制和使用呈现出爆发式的增长，无人机技术日新月异，无人机市场得到进一步拓展。随着无人机的爆发式发展，为规范无人机监管和航空保障，航空管制部门也相继出台了一系列法律法规，但是相应的法律法规相对无人机的发展和应用相对比较滞后。

造成这一现象的原因多样，我国监管无人机飞行的机构较多，主要有军航航空管制部门、民航空管单位、民用航空局、体育总局等，这些管理单位根据相应的法律规定与自身职责对无人机进行监管。各单位的具体管制范围和工作内容没有划分特别清晰，只有较宽泛的原则要求。

无人机的数量和应用场景正在蓬勃发展，无人机的全空域飞行还处于探索和研究阶段，无人机空域飞行有很大的发展前景。但是，当前无人机还不能长时间保持安全有效飞行，人们对无人机飞行的稳定性顾虑重重，全空域无人机飞行现状仍面临许多需要解决的问题。人们还不能保障无人机与有人机在共享空域进行稳定的例行飞行，特许条件下，无人机与有人机可以在用一个非隔离空域同时飞行。我国无人机每次飞行基本上都是特事特办“临时批准”，并且，无人机不能随意进入所需空域飞行，无人机要严格限制在隔离空域内飞行。其根本问题是很多人认为无人机系统目前还不具备像有人机一样稳定飞行的能力，还不能保障无人机长时间安全有效地飞行。无人机在各个领域的发展和运用，使无人机在空域资源的需求上越来越大，隔离空域极大地限制了无人机的发展和运用。

3无人机系统融入未来空管系统面临的问题和思考

3.1无人机系统融入未来空管系统面临的问题

无人机系统的空中交通管理可以分为隔离运行和非隔离运行两种。隔离运行是指为无人机活动划设单独的使用空域，避免对其他航空器造成影响的运行方式;非隔离运行是指在完成对航空器适航认证、可靠性验证等工作的基础上，允许无人机与有人机在同一空域按照共同的规则运行。现阶段无人机的飞行都是采用隔离运行，然而空域是有限的资源，无人机隔离运行将会占用更多空域。因此，无人机要融入未来空管系统，非隔离运行是未来发展方向。

当前，无人机系统缺乏足够的可靠性，无人机空域飞行的相应法规、自身的“感知和避让”能力不够以及存在的技术障碍等方面。

3.1.1安全问题频现，系统可靠性有待提高

美国在无人机研制和应用领域处于领先水平，但也伴随高事故发生率和造成大量经济损失。据统计，2001-2015年，美国空军共发生236架次的大型无人机坠毁或造成200萬美元以上经济损失飞行事故。2018年5月1日，西安《红五月西安城墙文化节》上无人机表演中，由于无人机故障，多架无人机坠落。2021年10月1日河南郑州万达广场无人机表演中由于系统故障，多架无人机失控坠落。

无人机运行安全问题是无人机系统融入未来空管系统的关键性问题。无人机的系统设计直接关系到其可靠性，无人机系统故障问题会随研制使用进程不断减少，但是无人机安全问题频现是一个不争的事实，相信在不远的将来，无人机系统的稳定性会有一个进一步的提高。

3.1.2缺乏针对性空管规则的有力执行

空管规则的制定对于规范无人机飞行活动，确保飞行安全有着重要意义。现有的适用于军民航飞行器的航空管制方法并不适用于无人机，尤其是数量众多，飞行较随意、飞行任务复杂的消费级无人机。为规范无人机飞行，我国民航主管部门多次出台过相关规范和管理办法。2015年12月29日民航局发布《轻小型无人机运行规定》，2016年9月21日发布《民用无人驾驶航空器系统空中交通管理办法》，2017年8月21日发布《关于发布无人适航管理路线图的通知》，2018年1月26日国家空中交通管制委员会办公室组织起草了《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例（征求意见稿）》，2019年2月1日发布《特定类无人机试运行管理规程（暂行）》，2021年3月24日发布《通用航空空管运行规定》。但是，以上规定对于无人机航空管制并没有一个具体明确的管制规范，致使有规定没法具体实行。所以，有一些省份或者城市下发了自己的无人机管制规定。另一方面，飞行申请门槛较高，除微型无人机操作人员必须具有无人机驾驶执照;经过当地军方飞行管制单位审批;向当地民航飞行单位报备。飞行申请涉及单位多，流程复杂，我国无人机飞行相关规定形同虚设。当前大多数消费级无人机飞行也并没有遵守以上规定，这也是造成无人机“黑飞”产生的根源。

3.2无人机航空管制涉及的关键技术

无人机航空管制的核心是将无人机纳入整个空管体系，具备与空管系统之间有效的通信和监视手段，同时自身又具有满足空管要求的导航性能，即能保证自身飞行安全，又能保证所飞空域其它飞行器的安全，无人驾驶航空器飞行高度普遍较低，需要结合基站进行定位。现有的通信导航和监视设备并不能用于飞行高度低、体积小、数目众多的无人驾驶航空器。因此，无人机航空管制涉及的关键技术主要包括以下几个方面：

3.2.1通信导航与监视技术方面，具备有效的沟通监视能力

无人机操控手通常是在其控制站中，通过通信链路监控无人机的飞行，管制员的语音指令必须通过转发，传达到位于控制站中的操控手，无人机操控手才能对其进行回应，这就要求话音转发技术及时准确。建立管制员与无人机操控手之间畅通的话音转发渠道。

为保证无人机具备可靠的导航能力，其导航系统必须采用多余度设计，具有不同惯性设备的备份能力。要具备冗余/独立的导航手段以及满足各飞行阶段需求的导航性能。

在监视技术方面，要具备有效的航管应答能力以及其它低空小目标监视手段。为保障无人机能对空管系统的询问进行有效应答，无人机应配装兼容各种模式的航管应答机，能够在各种环境下保持对航空器的监控，进而实现对周边空域交通状况全面详细的了解。

3.2.2在感知和规避技术方面，应具备态势感知告警和防相撞能力

无人机体积较小，不能装备有人机传统使用的防撞系统以及传感器，信息获取能力有限不能较全面及时获取周围障碍物，导致航空器发生危险接近等不安全事件的风险增加。这时，无人机自主感知和规避就显得十分重要。其关键技术包括：高分辨率高灵敏度的探测传感器技术、快速的自动检测与识别技术、自主的规避控制技术等。无人机感知规避技术要求无人机具备识别障碍物，根据识别的障碍物作出相应规避决策。自主规避控制技术涉及无人机的航路规划和飞行决策，根据传感器进行数据融合与分析、信息智能处理、计算机和图像处理等多学科综合问题。随着无人机技术的不断发展和各项关键技术的不断完善，无人机的感知规避技术已经从理论和实验室一步一步走向实际应用。

3.3有关无人机系统融入未来空管系统的思考

针对我国无人机融入未来空管系统所面临的问题，以及无人机航空管制涉及的关键技术，除了解决以上问题和关键技术外，针对无人机管制相关内容本文还有以下两个方面的思考。

3.3.1结合无人机系统任务特点，制定针对性空管规则

无人机需要与有人机一样遵守相关空管规则，才能更好融入未来空管系统。无人机的空管规则应从飞行规则、运行管理规定、特殊情况处置原则、小型无人机管理规定等几个方面入手。

有人机通过程序管制、雷达管制和飞行员观察控制来避免飞行危险情况，无人机依靠各种先进的技术手段来实现這一目标。像“全球鹰”和“捕食者”等这样的大中型无人机平台已安装应答机飞行，实现与有人机的空域融合。但是在微小型无人机系统上增加如此复杂的设备不符合实际情况，在满足速度、高度、使用空域范围等方面的严格限制条件下，可以通过为微小型无人机单独下发规定来适当放宽或者制定小型无人机的空管规则。大中型无人机在系统设计时应安装机载防相撞系统，充分预想空中可能出现的特殊情况，根据不同特情的严重性等级设置不同级别的响应程序，能够及时准确的做出相应动作。

无人机空管规则的制定应根据无人机特点进行细化，不能太过笼统，加强无人机管制的理论和规定依据，能够快速推进无人机航空管制步入管制正轨，责任和管制流程细化，具体实施过程流程化制度化，能够安全顺畅的保障无人机融入现有航空管制管理体系。

3.3.2加强无人机集群和协同管制，保证无人机安全运行

未来无人机的发展将是进行全天候多任务协同工作，无人机协同包括无人机与有人机协同、无人机与无人机协同、无人机近距空中支援等多种协同工作，共同完成任务，这样就需要制定不同协同方式下的航空管制。

另外，未来无人机的发展也将朝着无人机集群方向发展。无人机集群完成任务就需要我们对无人机集群进行航空管制，通过研究和制定无人机集群管制策略来保证无人机集群安全运行。

科技的进步使无人机快速发展。同时，无人机又尚未成熟到与有人机同等或相近安全的程度。如果空管机制和无人机自身的安全性能得到实质性的突破，无人机具备与有人机共享空域飞行的能力，相信会迎来前所未有的无人机大发展时期。

4结语

无人机管制方式正随着科技水平的发展不断进步，伴随着对无人机特有特点的不断认识，人们逐渐明确无人机管制的重要性以及其特殊性。本文从无人机系统融入未来空管系统面临的问题为切入进行分析和思考，需要结合无人机系统特点，制定由针对性空管规则。加强无人机集群和协同管制，保证无人机安全运行。相信在不远的未来，无人机也会像有人机一样，能够稳定安全的为人类社会服务。

参考文献

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