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如果無(wú)人機(jī)撞到你的頭上會(huì)怎樣？

2019-10-27 15:11 性質(zhì)：轉(zhuǎn)載 作者：senseFly 來源：senseFly
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無(wú)人機(jī)在現(xiàn)代生活中已不再是一個(gè)新鮮的玩意，我們可以想象未來的世界或許是花花綠綠大大小小的飛機(jī)充斥在我們上方的天空，可能會(huì)像現(xiàn)代城市里的汽車一樣擁堵。那...

無(wú)人機(jī)在現(xiàn)代生活中已不再是一個(gè)新鮮的玩意，我們可以想象未來的世界或許是花花綠綠大大小小的飛機(jī)充斥在我們上方的天空，可能會(huì)像現(xiàn)代城市里的汽車一樣擁堵。

那么我們一定會(huì)擔(dān)心，萬(wàn)一它掉下來砸到我怎么辦呢？當(dāng)無(wú)人機(jī)與人相撞時(shí)會(huì)發(fā)生什么呢？

近期，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)安全聯(lián)盟（ the Alliance for System Safety of UAS）通過卓越研究機(jī)構(gòu)（ASSURE）對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行18個(gè)月的研究和測(cè)試。在阿拉巴馬大學(xué)、漢斯維爾大學(xué)、密西西比州立大學(xué)、威奇托州立大學(xué)國(guó)家航空研究所以及其他幾家機(jī)構(gòu)的帶領(lǐng)下，ASSURE的第二階段地面碰撞研究著眼于小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)之間的碰撞可能造成的傷害。

研究人員不僅想了解造成了什么傷害，還想開發(fā)一套安全的測(cè)試方法，并向FAA（美國(guó)聯(lián)邦航空管理局）提議相關(guān)管理的規(guī)則。這項(xiàng)測(cè)試是目前世界上同類研究中唯一的全面的基于科學(xué)的研究。

無(wú)人機(jī)碰撞試驗(yàn)的測(cè)試設(shè)置

ASSURE使用16種不同的車輛進(jìn)行了512次沖擊測(cè)試和模擬，對(duì)市面上流行的無(wú)人機(jī)（重量從0.32kg到5.99kg的各種無(wú)人機(jī)及有效載荷）進(jìn)行了完整的擬人化和簡(jiǎn)化的頭部與頸部撞擊測(cè)試。

威奇托大學(xué)（University of Witchita）使用 senseFly公司的eBeePlus進(jìn)行撞擊測(cè)試 

威奇托大學(xué)（University of Witchita）使用某款四旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行撞擊測(cè)試 

研究人員竭盡所能來確保測(cè)試的受控性、一致性和科學(xué)性。ASSURE執(zhí)行董事Stephen P. Luxion說，“我們?nèi)匀幻媾R很多變化因素” “即使在碰撞中偏移了四分之一英寸，也可以顯著減少對(duì)人員的傷害?！?/p>

ASSURE的測(cè)試報(bào)告顯示，最危險(xiǎn)的是無(wú)人機(jī)在旋翼臂之間撞擊，而無(wú)人機(jī)機(jī)身的鈍擊造成了損害。當(dāng)失去控制時(shí)，無(wú)人機(jī)往往會(huì)翻滾，而被倒立的無(wú)人機(jī)擊中也會(huì)造成更大的傷害。最重要的是方向與速度和重量有關(guān)，這將有助于說明無(wú)人機(jī)飛越人群的規(guī)則。

截止目前，ASSURE的測(cè)試報(bào)告已經(jīng)對(duì)小型無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了影響。過去，無(wú)人機(jī)的飛行速度和有效負(fù)載是最主要的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)力，但是現(xiàn)在，“安全”已成為首要任務(wù)。

我們?cè)谟懻摕o(wú)人機(jī)的安全問題時(shí)，首先是無(wú)人機(jī)對(duì)地面的影響，尤其對(duì)第三方（尤其是人）的傷害。

根據(jù)EASA (歐洲安全局) 的“無(wú)人機(jī)的適航認(rèn)證政策聲明”，無(wú)人機(jī)監(jiān)管的指導(dǎo)原則之一，應(yīng)將無(wú)人機(jī)的監(jiān)管適航標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為“與當(dāng)前適用于類似載人飛機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)具有等效安全等級(jí)（ELOS）”。

對(duì)美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)（NationalTransportation Safety Board）1983年至2006年事故數(shù)據(jù)的分析得出了與地面發(fā)生一次或多次碰撞的事故的地面死亡率。我們從分析中得出了包括機(jī)上人員傷亡在內(nèi)的比值，因此我們可以推斷出有人駕駛飛機(jī)的ELOS（僅地面?zhèn)觯?，然后推論適用于無(wú)人機(jī)的ELOS：

ELOS (mannedaircraft without onboard casualties) = 1 x 10-7fatalities perhour = ELOS (UAS)

同等安全水平(沒有機(jī)上人員傷亡的載人飛機(jī)) = 1 x 10-7每小時(shí)死亡人數(shù)=同等安全水平(無(wú)人機(jī))

該假設(shè)看起來很保守，因?yàn)楦鶕?jù)美國(guó)海軍的調(diào)查，無(wú)人機(jī)的《距離安全標(biāo)準(zhǔn)》提出的死亡率為10-6h-1或更小，但是其要求是針對(duì)軍事行動(dòng)的，因此允許更高的死亡率。北約USAR對(duì)災(zāi)難性的無(wú)人機(jī)事故采用了10-6h-1的死亡率，這與較高的死亡率相對(duì)應(yīng)。

確定了無(wú)人機(jī)的ELOS后，我們可以使用Roland E. Weibel和R. John Hansman在文章“國(guó)家空域系統(tǒng)中無(wú)人駕駛飛機(jī)的安全考慮”中給出的方程式計(jì)算所需的平均故障間隔時(shí)間（Mean Time Between Failures）（麻省理工學(xué)院報(bào)告2005）：

MTBF = 1/ELOS · Aexp· r · PPenetration 

（MTBF與ELOS成反比，MTBF值越大，等效安全等級(jí)越低；反之，MTBF值越小，等效安全等級(jí)越高）

ELOS: Equivalent Level of Safety(fatalities / hours of operation)  等效安全等級(jí)（死亡人數(shù)/工作時(shí)間）

MTBF: Maximum time between failures (hours) 兩次事故之間的最長(zhǎng)時(shí)間（小時(shí)）

Aexp: Lethal area 致命區(qū)范圍

r: Local population density 當(dāng)?shù)厝丝诿芏?/p>

PPenetration: probability of fatality per impact 每次撞擊致死的可能性

如上圖所示，可以看到MTBF在無(wú)人機(jī)重量小于0.7kg（小于30小時(shí)）的值非常低，即0.7kg以下的無(wú)人機(jī)對(duì)地面碰撞所產(chǎn)生的影響很小，而重量超過2kg的無(wú)人機(jī)，它的值會(huì)急劇增加（10kg的無(wú)人機(jī)為1,255小時(shí)），對(duì)地面的影響就越大。

輕小型無(wú)人機(jī)（比如eBee之類）產(chǎn)生的動(dòng)能，如果它們以巡航速度擊中未受保護(hù)的人員，所導(dǎo)致的傷害不到以上值的10％（根據(jù)美國(guó)陸軍指揮官委員會(huì)的動(dòng)能與概率模型）。

丹麥某客戶試驗(yàn)eBee無(wú)人機(jī)下降時(shí)撞擊人的腦袋

意大利某客戶所做的類似試驗(yàn)

無(wú)人機(jī)除了對(duì)地面的影響，還有就是在空中飛行時(shí)撞到其他飛行器（比如載人飛機(jī)）的影響。

由于無(wú)人機(jī)可以在有人駕駛飛機(jī)也能飛行的空域內(nèi)運(yùn)行，因此也有發(fā)生空中相撞的風(fēng)險(xiǎn)。作為評(píng)估輕小型無(wú)人機(jī)對(duì)其他飛機(jī)造成的危害，我們可以參考加拿大運(yùn)輸部在2007年7月有關(guān)鳥擊的文件：《機(jī)場(chǎng)鳥擊危害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序》（Airport Bird Hazard Risk Assessment Process）R.Sowden，T.Kelly，S.Dudley 。由于重量輕且結(jié)構(gòu)靈活，可以將輕型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)與中型鳥類（例如歐洲Star鳥）進(jìn)行比較。從機(jī)體鳥擊適航性標(biāo)準(zhǔn)（CS-E）可以看出，任何商用飛機(jī)一般都能夠承受約1.8kg的鳥的撞擊（不考慮“物體”的最大密度）。

senseFly主要的無(wú)人機(jī)型號(hào)及重量

型號(hào)

eBee 

Classic

eBee

Plus

eBee SQ

eBee X

重量

約0.69kg

約1.1kg

約1.1kg

約1.1kg-1.4kg

但是，eBee的作業(yè)高度通常低于150米（甚至低于120米），這是通用航空和商用航空的空域級(jí)別的下限，或者是在非空運(yùn)區(qū)域（非?？拷ㄖ铮?。因此，空中碰撞的風(fēng)險(xiǎn)值可以說是非常非常低的。

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