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論設置無人機統一數據鏈路的必要性
來源:《中國民航報》2019-02-21 10:46:00

近年來,隨著無人機技術的飛速發展,無人機產業在我國也蓬勃發展起來。由于無人機具有成本較低、無人員傷亡風險、生存能力強、機動性能好、使用方便等特點,越來越多的產業應用不斷出現,如空中拍攝、農林植保、電力巡檢等領域已經大范圍地使用無人機代替傳統的通用航空器從事相關作業活動。隨著無人機保有量日益增長,普及度的逐漸提升,無人機已經成為繼傳統通用航空器之后,我國低空空域的主要使用者。但由于其“低慢小”的特點,難以被雷達發現,對于無人機飛行的監視就成為我國低空空域監視的主要難題。為了進一步規范無人機飛行,民航局于2017年下發了《民用航空低空空域監視技術應用指導意見》,以加強對低空空域通用航空活動的監視服務能力。本文主要在對目前各類主體開發的低空監視技術分析的基礎上,討論設置無人機統一數據鏈路的必要性。

無人機發展現狀

1.產業應用前景廣闊

2016年出臺的國務院《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》中提出要加快發展多用途無人機和工業無人機,大力推動民用無人機的商用化進程。最新數據顯示,我國從事無人機整機及其緊密零部件研發和生產的企業超過1200家。2017年,我國民用無人機產量達290萬架,同比增長67%。預計未來5年~10年,無人機應用于農林植保的市場份額有望達到400億元,電力巡檢和油氣管道的市場份額有望分別達到10億元、18億元。可以說,無人機產業應用前景是十分廣闊的。

2.“黑飛”頻發

隨著無人機飛行的大量開展,無人機在民用機場凈空保護區內飛行,擾亂正常航班運行的情況經常見諸報端,特別是2016年、2017年,無人機“黑飛”“擾航”事件頻頻發生,引起了民眾的擔憂與政府的重視。據統計,2016年北京首都機場發生了6起無人機“擾航”事件;2017年前兩個月,深圳寶安機場、四川綿陽機場、浙江蕭山機場等先后發生了10多起無人機進入凈空區的事件。無人機在沒有取得飛行許可的情況下進入限制區內飛行,往往帶來嚴重安全隱患。因為在這種情況下,空中交通管理單位,依靠現有的設施設備不能及時發現其違規飛行,無法對正常運行的航班提前預警。

“黑飛”監管的痛點

1.沒有管理規則

對于傳統的通航飛行,有明確的管理規則。根據《中華人民共和國飛行基本規則》,對于通航飛行,其首先是要向軍方申請飛行空域,然后向空中交通管理部門報送飛行計劃,之后才可以組織飛行。在飛行過程中,空中交通管理部門可以通過機載應答機、地面雷達等設備實時監控通用航空器的運行。可以說,傳統通航運行一直處于空中交通管理部門的實時監視之下,在與有人機產生沖突的時候可以預警,從而確保運行的安全。對于無人機來講,目前還沒有相應的管理規則明確其飛行活動的受理程序和標準。

2.“看不到”

一是由于無人機體積較小,飛行速度較慢,飛行高度低,空中交通管理部門傳統的空中監視設備無法通過主動監視手段偵測到其運行,所以對其運行動態無法掌握。二是無人機不像傳統的航空器均配備了應答機,導致空中交通管理部門也無法通過被動監視手段監視其運行。由于缺乏有效的監控手段,目前對于各類“黑飛”事件的查處主要是依靠舉報,所以對無人機“黑飛”的管理難度很大。由于缺乏低空監視手段,軍民航管制單位包括地方公安部門也將“低慢小”航空器列為管制的難點和重點,制定了相應的管理辦法,嚴格控制其飛行計劃、飛行區域和飛行時段。

各類監視手段分析

目前,我國對于運輸航空的監視主要依靠雷達、ADS-B達到對機場、進近、終端、航路飛行的監視目的。對于通用航空飛行,特別是300米以下的低空飛行活動,尚無主要監視手段。對于低空監視所遇到的問題,目前社會各類主體開發了多種監視手段以滿足軍民航管制部門對無人機運行監視的需要,主要包括以下幾種。

1.廣播式自動相關監視(ADS-B)

ADS-B全稱是AutomaticDepen?dentSurveillance-Broadcast,即無須人工操作或者詢問,可以自動地從機載GPS或者慣導等設備上獲取參數,通過機載應答機向其他飛機或地面站廣播飛機的位置、高度、速度、航向等信息,以供管制員對飛機狀態進行監控。根據《民用航空低空空域監視技術應用指導意見》要求,其采用1090兆赫擴展電文(1090ES)為唯一數據鏈,系我國對低空空域監視應用的主要技術手段。其具有建設成本低、精度高等特點,可以降低航空器的間隔標準,優化航路設置,增加空域容量,提高航空安全水平。但ADS-B設備體積較大、重量較重,安裝在傳統航空器上沒有大的影響,但不適合安裝在無人機這類輕型航空器上。

2.GPS衛星定位+移動通信網絡(無人機云)

民航局2015年出臺的《輕小無人機運行規定》對無人機云有明確定義,指出其負責對民用無人機運行數據(包括運營信息、位置、高度和速度等)進行實時監測。要求具有有效的空地C2(CommandandControldata6link,指令與控制數據鏈路,是指無人機和控制站之間為飛行管理之目的的數據鏈接)鏈路,確保接入云系統的無人機能實時上傳飛行數據。這是目前大多數無人機運行企業采取的監視手段,無人機自動從機載GPS獲取相關參數,通過移動公網即手機網絡向地面站發送無人機的位置、高度、速度、航向等信息,以供地面站監視人員對飛機狀態進行監控。這一手段成本較低,只需要在無人機上加裝一個SIM卡或類似裝置即可。但是如果無人機飛到沒有移動信號覆蓋的區域,就無法對其進行監視。在我國的國土面積中,沙漠占27%,森林占18.21%,再加上一些鄉村、海島,仍有大量地區存在手機信號盲區。此外,如果無人機在地震災害過后通信基站遭到破壞的地區飛行,也無法實施監視。

3.GPS衛星定位+移動通信網絡+民用無線電

針對無人機云的缺點,有的廠商開發了“GPS衛星定位+移動通信網絡+民用無線電”模式,這種模式的信息發送與無人機云相同,只是將民用無線電頻率作為地空數據鏈路的補充,采用民用無線電作為信息傳遞載體。具體來講,即在移動信號覆蓋不到的地方建設基站,形成基站網絡,無人機在此區域運行時通過民用無線電將無人機位置、高度、速度、航向等信息發送到最近的基站,基站再通過無線電將信息逐步傳回基地控制站,從而達到基地控制站對無人機運行的監視目的。這種模式彌補了無人機云的缺陷,但是由于使用的是民用無線電頻率,容易受到干擾,特別是在城市內運行,電磁環境復雜,干擾源較多,監視不夠穩定。此外,民用無線電頻率傳輸距離有限,如果采用這種方式的話,需要建設大量的基站,建設成本較高。

4.衛星定位+北斗短報文(GNSS+RDSS)

這種模式是構建以北斗短報文數據為基礎的低空監視系統,采用“GPS+北斗衛星”進行定位,通過北斗短報文進行相關信息傳輸。北斗短報文優勢明顯,能夠定位,也能顯示發布者的位置。其主要依靠北斗衛星進行數據傳輸,可以在普通移動通信信號不能覆蓋的情況下,比如地震災害過后通信基站遭到破壞或者無人區、海洋等沒有移動信號覆蓋的地區進行通信。但是北斗短報文每次只能發布140個字的信息,發布的信息量有限,且發布頻率為60秒一次,無法滿足《輕小無人機運行規定》中“Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ和Ⅶ類的民用無人機在人口稠密區報告頻率最少每秒一次;在非人口稠密區報告頻率最少每30秒一次”的要求,不適用于無人機監視。

設置統一數據鏈路的必要性

民航局2017年發布的《無人機適航管理路線圖》明確指出,“要制定無人機指令控制鏈路審定標準,確定無人機指令控制控制鏈路(飛控)的性能和安全性治標”。可以看出,數據鏈路的安全性對無人機的安全運行和低空監視是至關重要的。

經過上面的分析,我們可以看出,首先,軍民航管制單位對于無人機運行的監視需求是巨大的,有必要建立一個低空監視網絡以確保低空飛行的安全。其次,各種監視手段目前均無法完全滿足對無人機監視的需求,應制訂一個完整的解決方案。再其次,各種監視手段的差異主要在于數據鏈路差異,為無人機設置統一的數據鏈路是必要的。

綜上所述,為無人機設置統一的數據鏈路是滿足我國低空監視網絡建設的必然需求,也是確保我國無人機產業更快更好發展的必然要求。(作者商承灝 單位:民航華東管理局)

責任編輯:zhangwei
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