時間：2020-08-19 22:17來源：北京交通發展研究院 作者：中國通航
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編者按：無人機(UAV)作為一種新型的交通運輸方式，具有飛行器體積小、環境適應性強、調度靈活、需遠程或自動控制、安全管控等級高等特點，其交通管理系統對監測、識別、控制、協調等能力要求較高。 從最早美國亞馬遜(AMAZON)提出的無人機快遞系統(AMAZON PRIME AIR), 到美國NASA提出的無人機交通管理系統 (UTM)、歐洲無人機管理系統U-space、中國民航制定的民用無人機管理系統UOMS和日本UTM協會JUTM等，無人機交通運輸已經成為了當前交通領域的研究熱點。
本文旨在綜合國內外研究與報道，介紹未來無人機交通管理系統的基本構成與交通領域研究方向。
 圖一：NASA Unmanned Aircraft System (UAS) Traffic Management (UTM)
無人機交通管理系統的基本架構
UTM基本架構與控制級別
現階段無論是NASA UTM還是歐洲 U-space的基本架構均有兩個部分：云端管理端和地面服務端。具體細分包含：國家空管數據管理、國家空管系統、飛行情報管理系統、支持數據服務商、無人機服務商、無人機實際運營方。
根據責任劃分，主要分為國家管理與企業私人管理兩方面。同時，根據逐步發展的條件，將UTM控制級別分為4級：
1.0多視距內運行：基于無人機通訊接口和管理系統的網絡化運行，通過地面基站、衛星通訊實現無人機與管理中心的信息共享。
2.0多超視距運行（非城市地區）：在鄉村地區實現超視距飛行意圖分享，在較遠的距離上實現無人機飛行協調，同時實現不同地區地理圍欄約束無人機飛行。
3.0多超視距運行（城鄉結合部、機場附近）：在城鄉結合部或機場等較復雜區域，實現常態超視距運行，遠距離無人機飛行協調，同時實現空中V2V防撞（機對機防撞），并保障規避靜態障礙物。
4.0城市復雜超視距：在城市復雜環境實現超視距運行、精確引導，準確跟蹤和定位，實現規避動態障礙，并具有處理大規模突發事件的能力。
2020年，NASA UTM已經經過測試將控制級別提升至2-3之間。現有的無人機管理系統已經完成了大范圍導航、探測、規避、起降的測試，其中包括對大城市和復雜空域的測試。同時，完成了UTM控制系統的原型程序開發。
UTM配套建設與統一航空管理系統
無人機管理系統本身需要政府投資建設地面通訊、雷達、管理控制、數據中心等單元，保證整套系統的統一與安全；具體實施主要依托行業自主開發與部署。這一模式實際上同時保證了宏觀調控與市場經濟活力。圖二為UTM系統架構圖，主要包含國家航空管理、無人機市場運營和公共管理部門三個責任方。
 圖二：NASA UTM 系統結構
無人機交通管理系統現階段主要建設方向包括兩方面：
一是建設符合無人機特征的配套基礎設施，為保證無人機監控、日常運行、信息共享、通訊、管理、協調、廣播、限制等需求，需要建設地面監控設施、通訊設施、保障設施，如地面雷達、無人機起降點等;
二是與現有的航空管理系統進行對接，構建一個統一的航空器管理系統，用于保障無人機與傳統航空器（飛機、直升機等）的安全協調，保證在不改變傳統航空器駕駛習慣的前提下，使無人機與傳統航空器能夠安全運行。
在混和航空器管理系統中，主要包含兩個方向：特定地點多種航空器飛行協調（如機場、城市中心）和空域劃分（如不同高度飛行不同種類飛行器和管制區域劃分）。
圖三為空域劃分，藍色為混合空管空域（機場、城市附近），紫色為傳統航空器飛行高度，淺藍色為無人機飛行高度。
 圖三：飛行空域高度劃分
無人機交通管理研究方向
無人機運輸功能、特點及適用場景
無人機運輸具有以下優點：
1.相比地面運輸，無人機運輸方便高效，節約基礎設施投資，節省土地資源.
2.相比一般航空運輸和直升機運輸，無人機運輸成本低，調度靈活.
3.與物聯網、互聯網結合緊密，更容易進行成本與運力優化.
4.節約人力資源，在特殊時期提供高效的物流保障.
現階段無人機貨物運輸主要是應用于短途運輸。現有的無人機貨物運輸設計實際上處于整個物流鏈條的末端，即代替快遞員最終投遞的過程，因此無人機無法使用固定翼，只能采用螺旋翼設計。
為保障最終投遞目的地的安全，無人機貨運交通管理首要目標為規避建筑物、人群等，主要的實現方式為劃定禁飛區域和規劃行進路線。
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