從最早美國亞馬遜(AMAZON)提出的無人機(jī)快遞系統(tǒng)(AMAZON PRIME AIR), 到美國NASA提出的無人機(jī)交通管理系統(tǒng) (UTM)、歐洲無人機(jī)管理系統(tǒng)U-space、中國民航制定的民用無人機(jī)管理系統(tǒng)UOMS和日本UTM協(xié)會JUTM等，無人機(jī)交通運輸已經(jīng)成為了當(dāng)前交通領(lǐng)域的研究熱點。

 

       本文旨在綜合國內(nèi)外研究與報道，介紹未來無人機(jī)交通管理系統(tǒng)的基本構(gòu)成與交通領(lǐng)域研究方向。

 

 

       無人機(jī)交通管理系統(tǒng)的基本架構(gòu)

       UTM基本架構(gòu)與控制級別

 

       現(xiàn)階段無論是NASA UTM還是歐洲 U-space的基本架構(gòu)均有兩個部分：云端管理端和地面服務(wù)端。具體細(xì)分包含：國家空管數(shù)據(jù)管理、國家空管系統(tǒng)、飛行情報管理系統(tǒng)、支持?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)商、無人機(jī)服務(wù)商、無人機(jī)實際運營方。

       根據(jù)責(zé)任劃分，主要分為國家管理與企業(yè)私人管理兩方面。同時，根據(jù)逐步發(fā)展的條件，將UTM控制級別分為4級：

       1.0多視距內(nèi)運行：基于無人機(jī)通訊接口和管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化運行，通過地面基站、衛(wèi)星通訊實現(xiàn)無人機(jī)與管理中心的信息共享。

       2.0多超視距運行（非城市地區(qū)）：在鄉(xiāng)村地區(qū)實現(xiàn)超視距飛行意圖分享，在較遠(yuǎn)的距離上實現(xiàn)無人機(jī)飛行協(xié)調(diào)，同時實現(xiàn)不同地區(qū)地理圍欄約束無人機(jī)飛行。

       3.0多超視距運行（城鄉(xiāng)結(jié)合部、機(jī)場附近）：在城鄉(xiāng)結(jié)合部或機(jī)場等較復(fù)雜區(qū)域，實現(xiàn)常態(tài)超視距運行，遠(yuǎn)距離無人機(jī)飛行協(xié)調(diào)，同時實現(xiàn)空中V2V防撞（機(jī)對機(jī)防撞），并保障規(guī)避靜態(tài)障礙物。

       4.0城市復(fù)雜超視距：在城市復(fù)雜環(huán)境實現(xiàn)超視距運行、精確引導(dǎo)，準(zhǔn)確跟蹤和定位，實現(xiàn)規(guī)避動態(tài)障礙，并具有處理大規(guī)模突發(fā)事件的能力。

       2020年，NASA UTM已經(jīng)經(jīng)過測試將控制級別提升至2-3之間�，F(xiàn)有的無人機(jī)管理系統(tǒng)已經(jīng)完成了大范圍導(dǎo)航、探測、規(guī)避、起降的測試，其中包括對大城市和復(fù)雜空域的測試。同時，完成了UTM控制系統(tǒng)的原型程序開發(fā)。

 

       UTM配套建設(shè)與統(tǒng)一航空管理系統(tǒng)

 

       無人機(jī)管理系統(tǒng)本身需要政府投資建設(shè)地面通訊、雷達(dá)、管理控制、數(shù)據(jù)中心等單元，保證整套系統(tǒng)的統(tǒng)一與安全；具體實施主要依托行業(yè)自主開發(fā)與部署。這一模式實際上同時保證了宏觀調(diào)控與市場經(jīng)濟(jì)活力。圖二為UTM系統(tǒng)架構(gòu)圖，主要包含國家航空管理、無人機(jī)市場運營和公共管理部門三個責(zé)任方。

 

 

 

       無人機(jī)交通管理系統(tǒng)現(xiàn)階段主要建設(shè)方向包括兩方面：

 

       一是建設(shè)符合無人機(jī)特征的配套基礎(chǔ)設(shè)施，為保證無人機(jī)監(jiān)控、日常運行、信息共享、通訊、管理、協(xié)調(diào)、廣播、限制等需求，需要建設(shè)地面監(jiān)控設(shè)施、通訊設(shè)施、保障設(shè)施，如地面雷達(dá)、無人機(jī)起降點等;

       二是與現(xiàn)有的航空管理系統(tǒng)進(jìn)行對接，構(gòu)建一個統(tǒng)一的航空器管理系統(tǒng)，用于保障無人機(jī)與傳統(tǒng)航空器（飛機(jī)、直升機(jī)等）的安全協(xié)調(diào)，保證在不改變傳統(tǒng)航空器駕駛習(xí)慣的前提下，使無人機(jī)與傳統(tǒng)航空器能夠安全運行。

       在混和航空器管理系統(tǒng)中，主要包含兩個方向：特定地點多種航空器飛行協(xié)調(diào)（如機(jī)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(qū)域劃分）。

 

       圖三為空域劃分，藍(lán)色為混合空管空域（機(jī)場、城市附近），紫色為傳統(tǒng)航空器飛行高度，淺藍(lán)色為無人機(jī)飛行高度。

 

 

 

 

       無人機(jī)運輸具有以下優(yōu)點：

       1.相比地面運輸，無人機(jī)運輸方便高效，節(jié)約基礎(chǔ)設(shè)施投資，節(jié)省土地資源.

       2.相比一般航空運輸和直升機(jī)運輸，無人機(jī)運輸成本低，調(diào)度靈活.

       3.與物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合緊密，更容易進(jìn)行成本與運力優(yōu)化.

       4.節(jié)約人力資源，在特殊時期提供高效的物流保障.

       現(xiàn)階段無人機(jī)貨物運輸主要是應(yīng)用于短途運輸�，F(xiàn)有的無人機(jī)貨物運輸設(shè)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(jī)無法使用固定翼，只能采用螺旋翼設(shè)計。

       為保障最終投遞目的地的安全，無人機(jī)貨運交通管理首要目標(biāo)為規(guī)避建筑物、人群等，主要的實現(xiàn)方式為劃定禁飛區(qū)域和規(guī)劃行進(jìn)路線。