無人機對空中交通管理的挑戰（下）

隨著無人機的應用越來越廣泛，航空業面臨著新的挑戰，特別是在空中交通管制（ATC）領域。空中交通管制主要負責各類飛行器在管制空域中的安全飛行。為了保護常規飛行器，必須創建新的運行環境以確保各類飛行器飛行的安全性和可行性。本文重點討論了無人機相關的安全和運行問題。有人和無人機的共存對於空中交通管理（ATM）來說至關重要，因此需要重視對各類飛行器的管理。無人機交通管理系統（UTM）的廣泛使用可以解決關鍵的無人機運行問題。本文對無人機交通管理系統運行相關的服務和功能進行了定義，這對於無人機的安全飛行來說是必不可少的。

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支持無人機交通管理的系統之系統

無人機交通管理系統可以為上述挑戰提供突破性的解決方案。無人機數量地增加這一事實證明了特定管理系統存在的必要性。包括飛行與空中交通信息系統等已規劃的解決方案必須具有多個信息管理功能，可支持完成相關飛行任務，以便有效管理總體航空交通（常規飛機和無人機）。無人機交通管理解決方案可能會通過提供新的信息管理運行系統來提高效率。無人機交通管理基於用戶及其系統的協同，可定義為一種系統之系統（SoS），目的是保持無人機與常規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。

無人機交通管理系統之系統由以下部分組成（圖1）：

圖1 無人機交通管理系統之系統的簡化結構模型

技術基礎設施元素：提供無人機交通管理功能可訪問性的各種組件

• 通信基礎設施（COM）
• 導航基礎設施（NAV）
• 監視基礎架構（SUR）
• 航空信息服務基礎設施（AIS）
• 氣象基礎設施（MET）
• 空中交通管理系統之間的連接

運行支持系統：人機界面組件

• 無人機系統（UAS/RPAS）
• 用戶和無人機數據的記錄系統（REG）
• 無人機交通管理系統（UTM）
• 管理局/國家信息系統（AUTH）

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與無人機任務有關的信息管理

表4根據任務的時間（飛行前、飛行中、飛行後）說明了無人機交通管理系統的功能。

由於解決方案的複雜性，目前需要創建一種具有附加功能的系統，該系統可以管理運行（與任務相關）和非運行（所謂的通用）數據的集成。與這些功能相關的信息管理運行可能超出了無人機交通管理系統和無人機交通管理服務的範圍，並且可能影響其他國家（政府/管理局）機構進行的行動。

表4 基於任務時間的無人機交通管理系統功能

近年，無人機領域出現了越來越多的新功能，但這些功能必須由遠程（用戶）站/終端來完成，應該改善平臺的獨立通信情況以避免可能發生的衝突。用戶終端的功能屬於基本任務：

• 無人飛行器管制（一站一機）；
• 管制自主飛行/任務；
• 同時管制多架飛行器（機群）；
• 通過通用通信（TCAS、FLARM、ADS-B等）解決飛行器之間的衝突。

無人機執行的飛行任務與常規飛機的飛行任務明顯不同，因此有必要制定新的規定並定義運行環境。

下表包含了無人機交通管理功能的定義和數據管理運行的描述。基於當前的技術發展水平和法規，表5-8指出給定功能是無人機交通管理服務功能或附加功能（非無人機交通管理功能）。非無人機交通管理功能可支持複雜無人機交通管理系統的高效運行，但是無人機交通管理服務提供商不負責創建與給定功能相關的數據，僅使用已生成的數據。

表5 無人機交通管理附加功能的定義

表6 無人機交通管理飛行前功能的定義

表7 無人機交通管理飛行中功能的定義

表8 無人機交通管理飛行後功能的定義

具有內容和時間有效性（靜態、半動態、動態）的可用數據應與給定功能相關。可以通過提供以下數據來使用全面解決方案的相關功能：

• 註冊數據：已在無人機交通管理系統中註冊的用戶和飛行器數據，對於任務、無人機和用戶的分配來說是必要的；
• 航空信息服務數據：飛行器安全運行數據可用於規劃與執行任務。這一數據涵蓋了實際和預測的氣象和交通情況以及空域使用和管制區域；
• 航空基礎設施（空域管理單元（AMC））數據：與空域、山區、機場、航路等相關的數據可規劃和支持任務的執行；
• 權限數據：已授權任務的數據（飛行前數據）；
• 交通數據：運行相關數據包含飛行/任務規劃和雷達數據。這些數據通過給定任務的正確時間規劃來支持運行；
• 飛行運行（遙測）數據：數據來源不同，包括無人機甚至是遠程站點生成的與實時任務相關的信息；
• 聯繫數據：不斷更新飛行員的個人信息，以便立即進行語音或數據通信。在惡劣環境下，這一點至關重要；
• 設備數據：有關固定或可攜式的通信、監視和其他技術設備的地面基礎設施數據。

為了全面使用各種功能，應建立統一的平臺來獲得不同來源（甚至來自不同組織和行業合作夥伴）的數據，從而簡化數據管理，並滿足必要的數據質量要求。

無人機交通管理系統的運行獨立於空中交通管理系統，但是由於信息管理運行的特殊性以及飛行情報的集中處理，無人機交通管理系統與空中交通管理系統重疊。就管理數據而言，無人機交通管理系統需要使用空中交通管理系統中的數據，包括與航空信息服務、空域管理單元、氣象、飛行規劃以及交通相關的數據。隨著新功能的出現，這些數據被用於多個方面（如圖2）。

圖2 無人機交通管理系統體系的功能結構

圖2對這些功能根據以下進行了分類：

• 無人機交通管理/非無人飛行器交通管理功能；
• 是否涉及無人飛行器交通管理服務；
• 基本功能：任務必須被納入無人機交通管理，從而可以提供服務；
• 可選功能：對無人機交通管理服務來說並非必不可少，但是可以通過該功能提高服務水平；
• 支持功能：獨立於無人機交通管理但支持無人機交通管理和用戶的功能。

用戶只有在操作前配合提交飛行/任務的詳細信息，才能完全使用無人機交通管理系統之系統提供的集成信息管理服務。否則信息的不完整將導致服務質量下降，從而增加安全風險。無人機交通管理將交通管理作為一個複雜的飛行信息系統，安全性問題需要重視。無人機的中斷、幹預、損壞等安全性問題（例如中斷、幹預、破壞等）由負責法律秩序的國家服務部門提供解決方案。開發人員在開發過程中需要考慮到信息技術和賽博安全性問題，因此無人機交通管理系統的開發必須確保系統有能力抵禦賽博攻擊。

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結論

無人機相關活動給無人機空中交通管理帶來了複雜的挑戰，必須對無人機活動進行有效和高效的管理，以提高航空安全。無人機交通管理解決方案不斷發展變化。如今，隨著連通服務和技術的發展，無人機領域市場不斷擴大。新技術的發展比法律框架的制定要快得多，這對連通和應用服務的傳播產生了不利影響。隨著技術的發展，未來幾年內，無人機領域將發生巨大發展，應儘快建立新的法律框架。

無人機交通管理系統的運行獨立於空中交通管理系統，但是由於信息管理（例如航空信息服務、空域使用數據等）的部分重疊，因此不可能完全獨立或單獨運行。無人機交通管理與空中交通管理是互連的，每個系統都依賴於來自另一個系統的數據。儘管有這種依賴關係，但在提供互操作性時，兩個系統也可以由不同的服務提供商負責。

現如今尚無與空中交通管理類似的服務範圍覆蓋全國的無人機交通管理服務提供商，現有的解決方案正在試驗過程中。無人機開發公司中既有大公司，也有小公司，從初創企業到行業領先的空中交通管理開發公司，涉及範圍廣泛。未來的法律、市場和運行環境將極大地影響無人機交通管理服務。

遙控飛行系統的日益普及是由於多個相關因素的相互作用而造成的：

• 眾多公司參與無人機的製造和開發，因此競爭異常激烈，這也導致了無人機的價格下降和廣泛普及；
• 無人機新開發的許多功能可以替代人力；
• 無人機新功能可以滿足潛在需求；
• 近來，無人機的運行變得越來越簡單，管制活動不需要具備特殊知識和資格。

為了使無人機在市場上發揮更大的作用，許多從事不同行業合作夥伴已經在無人機的研發領域進行合作。

本文中的信息為原始數據。由於無人機領域正在不斷發展，因此上述某些問題可能會在未來通過進一步的技術發展而得到解決。