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欧洲:让无人机运行无缝融入空中交通管理

 2019-07-19 来源:微信 作者:通航信  [投稿排行榜]
2019-07-19 11:27:11

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[摘要] 随着数字化转型浪潮蔓延至航空领域,无人机技术的飞速发展为空域的未来使用和整个航空界创造了广阔的发展前景,但对空域管理的方式也提出了更高的要求。如何让新老航空利益相关方开展合作,重新思考空域问题和加大技术部署力度已经成为当前新时代所必须面对的关键挑战。
欧洲:让无人机运行无缝融入空中交通管理

      欧洲空中交通管理(ATM)总体规划是推动整个欧洲空管研究、开发和部署活动的顶层指导文档,是欧洲对无人机安全融入欧洲各类空域的大胆愿景和雄心勃勃的实施计划,得到了欧洲理事会的认可和支持。当前总体规划列出了九项基本运行变更,阐明了需要采取的行动以及未来的重点。

      九项要点中有两项涉及无人机的迅速发展及其安全融入欧洲空域的问题。低空到高空平台的各种无人机对欧洲经济具有重大价值。除了欧洲委员会关于建立U-space服务的设想外,总体规划还为单一欧洲天空空中交通管理研究计划(SESAR)无人机研究计划提供了路线图,以应对未来的联合运输行动。

      无人机安全融入空域的愿景

      无人机融入欧洲空域的愿景是(民用和军用)无人机将完全、无缝地融入欧洲各类空域和环境中,在有人驾驶飞机周围安全高效地运行。该愿景将通过具有高度自动化和互联能力的U-space框架实现。U-space将支持安全高效的无人机运行的管理工作并解决与有人航空和ATC部门间的交互问题,利用新兴技术和自动化功能实现大规模无人机在城市等人口密集的复杂地区的常规运行。自动化和人工智能技术将逐渐优化无人机的运行。到2035年,大部分飞行活动都是在各类环境中使用U-space服务的无人机超视距(BVLOS)飞行,能够提供包括关键基础设施监视、快递、货运、客运、城市空中交通和精确农业在内的一系列服务。U-Space项目将在未来航空运输活动中发挥核心作用。

      该目标愿景的演化将通过以下两种互补的路线来实现:

      发展路线:

      主要解决有人航空与经认证的大型远程操控无人机(RPAS)的协调和整合问题。这些RPAS将以与有人驾驶飞机相同的方式与空中交通管理部门进行交互,同时针对驾驶员不在无人机上的特点制订补充性的特殊条款。

      创新路线:

      创新路线:要求开发新的U-space服务和程序,同时结合自动化和连通能力为大量小型无人机提供空域访问能力。

      这两条路线将共同发展,通过共同关注领域的研发成果实现互惠互利,包括故障、检测与规避、指挥控制数据链或赛博安全等。标准化和法规的开发工作将为无人机愿景的发展提供支持。

      运行和部署

      大型遥控无人机(RPAS)将由驾驶员按仪表飞行规则遥控飞行,这通常与有人驾驶飞机按目视飞行规则飞行的方式相同。用于娱乐、商用或政府用途的数万架小型无人机需要通过U-space才能融入空域。这两条路线将全面推动各类无人机融入欧洲空域的整体进程,欧洲应根据实际情况开发相应的技术和程序。

      · 实现RPAS与有人航空的整合

      为实现RPAS与有人航空的整合,应采取以下分阶段方法:

      >> 第1阶段

      RPAS将能够在A-C类空域中按仪表飞行规则运行,并通过故障、检测与规避系统提供与协同交通相关的避撞和态势感知能力。RPAS能够与ATC部门通信。无人机导航和监视设备数量应当与运行所在空域的规模相当。RPAS在大部分机场地面的运行活动需要特殊条款。RPAS运行需要应对紧急状况的程序和技术。

      >> 第2阶段

      RPAS将在A-G类空域中按仪表飞行规则运行,并通过故障、检测与规避能力实现与A-G类空域中协同和非协同IFR/VFR交通的整合。在该阶段,RPAS与ATC部门的通信将采取合适的体系结构以满足完好性和安全要求。

      >> 第3阶段

      RPAS将在A-G类空域中按仪表飞行规则或目视飞行规则运行,并与协同和非协同交通安全整合。该阶段将提高ATM数据链通信的使用率,并继续扩大无人机类型和任务范围。随着无人机常规活动多样性的提高,ATM环境也将不断发展。

      整合阶段指未来RPAS无需特殊条款即可进入空域常规运行的阶段。因此,只要飞机状况和ATM环境允许,装备了适当设备的RPAS就能迅速融入欧洲空域。该整合设想了未来欧洲所有ATM环境都支持RPAS常规运行的场景,但不会阻止有意愿者提前按该阶段的规则运行。

      除非运行条件限制,政府用RPAS将与民用RPAS在空域中共同运行。军事需求将通过开发军民两用技术和通用标准与程序的方式体现在相关的技术、运行和管理中。政府机构如有RPAS运行需求,将获得与其需求匹配的优先权限,这与有人航空领域的情况相同。如有必要,可通过灵活使用高级空域(AFUA)概念预留空域以满足特定的训练需求。

      · 高水平的数字化和自动化框架

      目前,超低空运行的诸多程序和技术领域仍需进一步的发展,这也为U-space概念的发展奠定了基础。为实现无人机在城市低空等空域环境中安全、高效和高度自动化的运行,必须开发新的框架。

      U-space支持大量无人机安全高效地访问空域服务,这些服务依赖于机载或地面环境中高水平的数字化和自动化能力。U-space框架在促进各类空域环境中的各类常规任务(包括最拥挤空域)的同时,也解决了与有人航空和ATC部门间的交互问题。U-space将采用增量部署的形式,在每个新阶段推出一系列新服务,并对前阶段的服务进行升级。

      >> 第1阶段

      提供了电子注册、电子识别和预战术地理栅栏等基础服务。这些服务的主要目标是识别无人机及其操作者,并向其提示已知的限制区域。第1阶段基础服务的部署将实现更多的无人机运行,特别是在有人交通量较小的地区。该阶段将促进飞行和部分特定任务的授权管理程序。无人机视距内常规运行的范围将扩展包括城市环境视距内运行在内的扩展式视距内飞行。无人机超视距运行将在受限制的条件下逐步放开。

      >> 第2阶段

      包括支持无人机运行安全管理的一系列初步服务,同时将实现无人机与ATM/ATC和有人航空间最初级的交互和互联。如果条件允许,第2阶段将利用现有的ATM基础设施,并通过其他领域的技术(如数据通信领域的长期演进(LTE)技术等)为无人机运行创造新机遇。无人机低空运行的范围将扩大,包括在部分管制空域内的运行。无人机的飞行活动将不再被视为个例。尽管会受到一定限制,但部分无人机超视距运行将成为常规活动。

      >> 第3阶段

      将在第二阶段经验教训的基础上在人口密集的复杂区域开放新型或增强的应用和任务类型。新技术、自动化的故障、检测与规避能力以及更可靠的通信手段将显著提高无人机在各类环境中的运行数量,并增强与ATM/ATC和有人航空的交互能力。无人机运行在该阶段将实现最大幅度的增长,包括在城市地区开始新的运行类型,如城市空中交通等。

      >> 第4阶段

      关注无人机与ATM/ATC和有人航空的交互并通过高水平的自动化能力实现U-space的完全运行能力。预计对新服务的需求将随着第3阶段的部署开始出现。

      

      · 完善的标准体系

      在管理体制之外,完善的标准体系对于行业概念和技术的协调实施而言至关重要。无人机的种类繁多,范围从体积、复杂程度与有人驾驶飞机类似的大型无人机到小型的家用电子无人机。这些无人机与商业航空运输、通用航空、高空作业、特定旋翼机活动和军事活动等都在同一片空域中运行。因此,必须确保标准符合无人机发展目标,且标准的设计与无人机类型、运行种类和运行环境等因素保持一致。对此,欧洲无人机标准协调小组(EUSCG)与欧洲空管标准组织(EASCG)合作制定协调的标准开发方法。

      为扩大无人机市场,标准的开发工作应当只限于会影响无人机运行的安全性和效率,以及融入欧洲空域进程的必要标准。市场增长所需的其他标准在很大程度上将通过行业自身去制定和完善,由行业先行者引导行业标准的开发工作,而不是等待管理部门推出“硬性规定”。这将加速整个无人机市场的繁荣并更早地为用户兑现收益。此外,无人机行业还可以修改并使用其他相关行业,如电信或自主驾驶汽车的现行标准。总而言之,应采取一切努力将标准化工作的周期控制在最短时间内,同时保证无人机运行的安全和安保。

      未来展望

      根据预测,欧洲无人机市场规模到2035年将达100亿欧元,累积收益将超出1400亿欧元,而当前欧洲空中交通管理总体规划以更具扩展性、灵活性和弹性的结构对现有空域结构进行规划,以适应无人机产业的飞速发展,预计在2035年实现所有航空交通的安全、无缝和高效融合。

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