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無(wú)人機(jī)整機(jī)
無(wú)人機(jī)配件
無(wú)人機(jī)服務(wù)
設(shè)備與工具4. 無(wú)人機(jī)面臨的挑戰(zhàn)
4.1 運(yùn)行方面
空中交通管制中的最大挑戰(zhàn)是，大多數(shù)低空運(yùn)行的小型無(wú)人機(jī)都沒(méi)有配備可提供精確位置的應(yīng)答器，因此無(wú)法獲取無(wú)人機(jī)位置信息。主要監(jiān)視雷達(dá)無(wú)法檢測(cè)到小型無(wú)人飛行器，遙控飛行系統(tǒng)的檢測(cè)困難問(wèn)題將導(dǎo)致巨大的飛行安全風(fēng)險(xiǎn)。從空中交通管制的角度來(lái)看，管制員基本不肯可能干預(yù)無(wú)人機(jī)飛行，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下不具備干預(yù)條件。盡管如此，管制員按照需求迅速實(shí)施修改航線等干預(yù)措施，也可能導(dǎo)致危險(xiǎn)事件。
從空中交通管制的角度來(lái)看，最嚴(yán)重的問(wèn)題是兩架飛行器發(fā)生碰撞。如果在空中發(fā)生碰撞，并且兩架飛行器的速度或質(zhì)量相當(dāng)將會(huì)非常危險(xiǎn)。為了避免這種情況，需要一種能夠保證將無(wú)人機(jī)集成到空域中的解決方案。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，空中交通管理行業(yè)中出現(xiàn)了一個(gè)新的領(lǐng)域——無(wú)人機(jī)交通管理。無(wú)人機(jī)交通管理與當(dāng)前現(xiàn)有的空中交通管理類似，涵蓋了空域管理、飛行規(guī)劃等與航空直接或間接相關(guān)的領(lǐng)域。隨著無(wú)人機(jī)數(shù)量的增加，一個(gè)高度異構(gòu)的用戶群體正在形成，包括業(yè)余愛(ài)好者以及專業(yè)用戶。無(wú)人機(jī)交通管理系統(tǒng)應(yīng)該為各種無(wú)人機(jī)（從低空到高空）用戶群體的出現(xiàn)做好準(zhǔn)備。
4.2 經(jīng)濟(jì)方面
無(wú)論從已售出的無(wú)人機(jī)數(shù)量還是從行業(yè)投資方面都可以看出遙控飛行系統(tǒng)市場(chǎng)在全球范圍內(nèi)正在不斷擴(kuò)大。根據(jù)單一歐洲天空空中交通管理研究計(jì)劃聯(lián)合執(zhí)行體（SESAR JU）的調(diào)查，近年來(lái)，歐洲的無(wú)人機(jī)銷售量每年翻一倍。截至2016年底，使用中的無(wú)人機(jī)大約有100-150萬(wàn)架。商業(yè)活動(dòng)使用的無(wú)人機(jī)大約有1萬(wàn)架，其余的無(wú)人機(jī)則用于娛樂(lè)活動(dòng)。
根據(jù)SESAR聯(lián)合執(zhí)行體的預(yù)測(cè)，到2035年，無(wú)人飛行器的年銷售額將達(dá)到100億歐元，到2050年將達(dá)到150億歐元。其中大部分是政府和商業(yè)訂單。
美國(guó)聯(lián)邦航空局對(duì)這一主題進(jìn)行了研究和趨勢(shì)分析。從2015年12月到2016年底，個(gè)人非商業(yè)用戶注冊(cè)了62.6萬(wàn)架小型無(wú)人飛行器，但是估計(jì)小型無(wú)人飛行器的實(shí)際數(shù)量大約是這個(gè)數(shù)字的兩倍。即使根據(jù)保守的估計(jì)，到2021年，小型無(wú)人飛行器的數(shù)量也將增加三倍以上（355萬(wàn)架）。
關(guān)于無(wú)人機(jī)商業(yè)用途的數(shù)量，仍處于初步發(fā)展階段。根據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)幾年這些應(yīng)用將加速發(fā)展。根據(jù)最保守的估計(jì)，到2021年，市場(chǎng)規(guī)?？赡軙?huì)是2016年的五倍，甚至很有可能會(huì)增長(zhǎng)十倍甚至四十倍。最典型的商業(yè)活動(dòng)包括航空攝影、房地產(chǎn)測(cè)量；建筑工地檢查、工業(yè)設(shè)施和公用事業(yè)；農(nóng)業(yè)觀測(cè)。到2021年，注冊(cè)的無(wú)人機(jī)飛行員數(shù)量將增加20倍（參加在線培訓(xùn)并填寫(xiě)知識(shí)水平調(diào)查）。
在2016年就有數(shù)百家公司開(kāi)展了與無(wú)人機(jī)系統(tǒng)相關(guān)的活動(dòng)，包括設(shè)備的開(kāi)發(fā)、商業(yè)活動(dòng)和保險(xiǎn)。僅在美國(guó)，就有600家公司致力于開(kāi)發(fā)各種可商用的遙控飛行系統(tǒng)。
此外，這一預(yù)測(cè)并不包括包裹投遞飛行，因?yàn)閷?duì)于這些活動(dòng)，尚無(wú)任何法規(guī)可以執(zhí)行。這些飛行通常是特殊運(yùn)行，無(wú)人機(jī)不在飛行員的視距范圍內(nèi)（超視距飛行），并且自動(dòng)執(zhí)行飛行。當(dāng)此類飛行的法律和技術(shù)條件實(shí)現(xiàn)時(shí)，無(wú)人機(jī)執(zhí)行的任務(wù)的數(shù)量將增加數(shù)百萬(wàn)次。
5. 技術(shù)解決方案
5.1 監(jiān)視
空中交通管制和飛行情報(bào)服務(wù)單位必須注意所有飛行器。一次和二次雷達(dá)可以檢測(cè)到常規(guī)飛行器，因?yàn)檫@些飛行器的質(zhì)量、大小、構(gòu)造材料和儀表能夠提供協(xié)同或靈敏的信號(hào)。
民用遙控飛行系統(tǒng)無(wú)法通過(guò)空中交通管制中使用的二次監(jiān)視雷達(dá)進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別，因?yàn)閹资迕椎男⌒惋w行器的大小小于雷達(dá)的分辨率，塑料、復(fù)合材料等構(gòu)造材料無(wú)法反射信號(hào)。雷達(dá)可以探測(cè)到較大型的飛行器（超過(guò)20至30千克），因?yàn)檫@些飛行器具有較大的反射面。
另一個(gè)監(jiān)視方面的問(wèn)題是缺少必需的應(yīng)答器，并且這些飛行器在低空空域（距地面僅幾十米，最高不超過(guò)200米）飛行，一次雷達(dá)和二次雷達(dá)等常規(guī)監(jiān)視雷達(dá)均無(wú)法檢測(cè)，地形也會(huì)影響雷達(dá)信號(hào)的傳播。
當(dāng)前，有很多可以檢測(cè)到小型飛行器的解決方案，但它們完全獨(dú)立于空中交通管理系統(tǒng)，必須將這些解決方案集成到空中交通管理中，才能提供可用的監(jiān)視數(shù)據(jù)。目前可用的技術(shù)如下：
監(jiān)視并分析遙控飛行系統(tǒng)的管制頻率。
Spotter射頻公司的環(huán)形監(jiān)視雷達(dá)。
全息雷達(dá)。
調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)無(wú)線電檢測(cè)和測(cè)距。
將雷達(dá)與成像處理系統(tǒng)相結(jié)合，能夠通過(guò)光學(xué)傳感器顯示主要目標(biāo)。
聲音傳感器：每架無(wú)人機(jī)旋翼都具有特征，可以對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，并且系統(tǒng)可以根據(jù)噪聲識(shí)別無(wú)人機(jī)的類型。
由于技術(shù)解決方案的局限性，與常規(guī)飛行器相比，遙控飛行系統(tǒng)的識(shí)別需要更大型、更具擴(kuò)展性的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。
5.2 飛行報(bào)告與飛行規(guī)劃
目前并沒(méi)有強(qiáng)制要求無(wú)人機(jī)提交與飛行任務(wù)有關(guān)的飛行規(guī)劃（空域請(qǐng)求）。
因此，空中交通管制服務(wù)無(wú)法掌握受任務(wù)影響地區(qū)的任何空間和時(shí)間信息。
部分當(dāng)前可用的遙控飛行系統(tǒng)解決方案（任務(wù)規(guī)劃與報(bào)告應(yīng)用程序）可以處理任務(wù)規(guī)劃相關(guān)數(shù)據(jù)，并為用戶/操作人員提供航空信息服務(wù)，但是由于這些解決方案獨(dú)立于空中交通管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)不適用于空中交通管制服務(wù)。此外，監(jiān)視解決方案的使用取決于操作人員使用的任務(wù)管制系統(tǒng)，而該系統(tǒng)受遙控飛行系統(tǒng)的管制方式以及制造商所使用的管制平臺(tái)影響。任務(wù)支持系統(tǒng)與航空信息服務(wù)提供商不相關(guān)，因此不能保證數(shù)據(jù)的可靠性。
5.3 無(wú)人機(jī)識(shí)別
空中交通管制提供商使用的飛行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以根據(jù)飛行規(guī)劃和監(jiān)視數(shù)據(jù)的分配明確地識(shí)別空域中的無(wú)人機(jī)。因此，空中交通管制員必須獲得無(wú)人機(jī)及其任務(wù)的所有必要數(shù)據(jù)。
由于監(jiān)視解決方案的局限性（無(wú)論是一級(jí)還是二級(jí)雷達(dá)）以及飛行規(guī)劃的缺失，無(wú)法提供無(wú)人機(jī)的飛行信息，從而無(wú)法分配無(wú)人機(jī)飛行航路。當(dāng)前的監(jiān)視系統(tǒng)僅能識(shí)別無(wú)人機(jī)的類型。
5.4 安全與保障
從航空安全的角度來(lái)看，最重要的是避免無(wú)人機(jī)與其他空域用戶發(fā)生沖突和碰撞。根據(jù)目前的開(kāi)發(fā)水平，配備不同儀表的無(wú)人機(jī)可能無(wú)法檢測(cè)到所有其他飛行器，而且部分飛行器沒(méi)有配備防撞系統(tǒng)，無(wú)法通過(guò)提前制定的飛行規(guī)則來(lái)修改飛行路徑以避免沖突。
另一個(gè)重要問(wèn)題是管制信號(hào)丟失或在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)技術(shù)故障時(shí)應(yīng)采取的方案。目前沒(méi)有統(tǒng)一的解決方案，所使用的程序取決于遙控飛行系統(tǒng)制造商。飛行安全還與適航要求的嚴(yán)格程度相關(guān)。根據(jù)規(guī)定來(lái)定義基本的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行要求，以確保安全運(yùn)行。
從安全保障的角度來(lái)看，由于恐怖主義的不斷涌現(xiàn)，必須對(duì)無(wú)人機(jī)的傳播進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)查。由于無(wú)人機(jī)檢測(cè)的困難性，恐怖分子顯然會(huì)利用無(wú)人機(jī)作為連通手段。在安全保障方面，以下問(wèn)題尚未得到解決：
持續(xù)監(jiān)視遙測(cè)數(shù)據(jù)；
分析數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和數(shù)據(jù)內(nèi)容；
禁止分散管制的賽博安全解決方案；
接管無(wú)人機(jī)的管制權(quán)；
防止無(wú)人機(jī)進(jìn)入特殊空域（例如受限或禁入空域）；
識(shí)別無(wú)人機(jī)所運(yùn)輸?shù)呢浳铮?/p>
攔截?zé)o人機(jī)：接管無(wú)人機(jī)的管制、停用、清除權(quán)力。
5.5 數(shù)據(jù)傳輸與通信
無(wú)人機(jī)通信的方式與常規(guī)飛行器不同，因?yàn)榻o定任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)內(nèi)容存在差異，無(wú)人機(jī)通信的數(shù)據(jù)量更大。應(yīng)該采用特殊的通信信道，既可以實(shí)時(shí)滿足新需求，而又能提供足夠的寬帶，避免延遲（必須上傳管制數(shù)據(jù)，遙感勘測(cè)情況必須發(fā)送回地面衛(wèi)星接收站）。對(duì)于近程任務(wù)，遠(yuǎn)程站點(diǎn)附近的WiFi及類似的低性能通信方式是有效的。而對(duì)于遠(yuǎn)程任務(wù)，應(yīng)采用第三代和第四代移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸解決方案等特殊的通信方法，不受信號(hào)傳播障礙的干擾，滿足實(shí)際需求。但在將來(lái)，當(dāng)連接到萬(wàn)維網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)）的設(shè)備數(shù)量增加時(shí)，4G將無(wú)法提供所需精度。目前處于研發(fā)階段的5G通信解決方案能夠滿足這些高負(fù)載需求。為了避免沖突并提高無(wú)人機(jī)蜂群飛行的能力，無(wú)人機(jī)之間的通信問(wèn)題也應(yīng)得到解決。
6. 支持無(wú)人機(jī)交通管理的系統(tǒng)之系統(tǒng)
無(wú)人機(jī)交通管理系統(tǒng)可以為上述挑戰(zhàn)提供突破性的解決方案。無(wú)人機(jī)數(shù)量的增加這一事實(shí)證明了特定管理系統(tǒng)存在的必要性。包括飛行與空中交通信息系統(tǒng)等已規(guī)劃的解決方案必須具有多個(gè)信息管理功能，可支持完成相關(guān)飛行任務(wù)，以便有效管理總體航空交通（常規(guī)飛機(jī)和無(wú)人機(jī)）。無(wú)人機(jī)交通管理解決方案可能會(huì)通過(guò)提供新的信息管理運(yùn)行系統(tǒng)來(lái)提高效率。無(wú)人機(jī)交通管理基于用戶及其系統(tǒng)的協(xié)同，可定義為一種系統(tǒng)之系統(tǒng)（SoS），目的是保持無(wú)人機(jī)與常規(guī)空域用戶之間的必要間隔，此外，還需要保持超低空（VLL）空域中的交通秩序。
圖1 無(wú)人機(jī)交通管理系統(tǒng)之系統(tǒng)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)模型
技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施元素：提供無(wú)人機(jī)交通管理功能可訪問(wèn)性的各種組件
通信基礎(chǔ)設(shè)施（COM）
導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施（NAV）
監(jiān)視基礎(chǔ)架構(gòu)（SUR）
航空信息服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施（AIS）
氣象基礎(chǔ)設(shè)施（MET）
空中交通管理系統(tǒng)之間的連接
運(yùn)行支持系統(tǒng)：人機(jī)界面組件
無(wú)人機(jī)系統(tǒng)（UAS/RPAS）
用戶和無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)的記錄系統(tǒng)（REG）
無(wú)人機(jī)交通管理系統(tǒng)（UTM）
管理局/國(guó)家信息系統(tǒng)（AUTH）
2025-09-09 10:52
2025-09-04 21:58
2025-08-28 11:13
2025-08-27 14:14
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