西安交通大學附屬中學　朱玉姍　梁博雅

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無人貨機離我們的生活還有多遠

西安交通大學附屬中學朱玉姍梁博雅

針對無人駕駛快速發(fā)展的形勢，提出在枯燥和易于疲勞的民用貨運領域應用無人駕駛技術，開發(fā)無人貨機替代有人駕駛貨機面臨的技術問題以及解決策略。本文對無人駕駛在貨運領域中的應用設想有一定的參考意義。

無人機；貨運；適航

1　前言

現在無人機、無人駕駛車逐步走進了我們的生活。谷歌的無人駕駛街景車自動完成街景圖像的采集，世界上最先進的無人駕駛汽車已經測試行駛近五十萬公里，其中最后八萬公里是在沒有任何人為安全干預措施下完成的。大疆DJI的多軸無人機號稱飛行的相機，延伸了人類的視角，日本的雅馬哈無人直升機可以替代農民完成噴藥的工作?，F在美國的亞馬遜提出使用快遞無人機實現小件貨物的遞送，甚至有些新潮的男子求婚也是采用四旋翼的無人機向未婚妻送上結婚戒指。

采用無人駕駛的好處是什么？給繁忙的生活減少了負擔，爭取更多的時間享受生活。

在亞馬遜約合11萬平方米的訂單處理中心采用搬運機器人進行貨物處理，每秒可以處理500件貨物。如果在機場之間可以采用無人機進行運貨，那運貨的速度該有多塊。

當前的民航運輸和鐵路運輸一樣，也分成運輸旅客或運輸貨物［1］，大多數客機航班在凌晨1點之前結束。因此凌晨1點后到第2天的8點之前的時間天空基本上是空閑的。如果這段時間貨運飛機在天空上飛行（就像很多城市規(guī)定大貨車必須晚上10點后才可以通行一樣）不是可以更好的利用天空嗎？現在執(zhí)行快遞的貨機包括EMS和順豐等公司就是采用夜航的方式，既節(jié)省了費用，同時還加快了運輸貨物的速度。但是飛行員執(zhí)飛夜航貨機，需要專門的訓練，還需要克服人員疲勞的問題，另外飛行員飛夜航的意愿也不充分，網上還有飛行員因為長期飛夜航航班要求辭職的情況，因此存在招收飛行員的困難。如果采用無人機代替飛行員來完成夜航貨運任務是否可行呢？

2　無人貨機面臨的困難與解決方案

無人機［2］的優(yōu)點是執(zhí)行骯臟、枯燥和危險的任務比人類具備優(yōu)勢，同時駕駛貨機和客機相比，對安全性要求可以相對降低，長期成本也具備優(yōu)勢?？墒沁@個設想由幾點困難：

一個是成本問題，無人貨機如果2個機場之間的距離大于200km，由于地球曲率的影響，地面控制站無法和飛機直接采用視距鏈路進行指揮控制，飛機上需要使用衛(wèi)星鏈路進行通信［3］，此外飛機本身需要進行自動飛行系統(tǒng)的改裝，將人工駕駛改成無人貨機自主控制，改裝后的飛行需要達到和有人飛機相同的可靠性和安全性，因此需要新增費用不菲的機載設備，此外無人貨機還需要新增地面控制站，實現對無人機的指揮控制，地面控制站費用不菲，且需要配備地面操作人員，因此單架無人貨機的全部擁有和使用成本超過了有人機上2個飛行員的成本。因此單個無人機系統(tǒng)的成本還無法和有人飛機競爭。

另一個是無人機的安全性問題，飛機上沒有了人，采用自動飛行的設備代替人駕駛飛機，飛行安全如何保證也是必須考慮的問題。

最后一個問題是無人機如何和有人機的空管體系兼容以及和國家的法律法規(guī)保持一致，即無人機的適航問題（適航性是民航飛機在其規(guī)定的使用范圍內具有保證航行和乘員安全的性質）。美國和歐洲無人機的適航工作還未大規(guī)模開展，在我國實現無人貨機適航難度可能更大。

圖1　無人機和地面站之間的通信

但是這些問題可以采用以下方式解決：

（1）關于無人機的成本問題

設立無人機的專用機場，可以避免和有人機指揮控制沖突，此外由于使用無人機專用的機場，配備無人機專用的地面控制設備，而給有人機配備的候機廳和塔臺全部可以省略，可以減少大量的建設費用和運行開支；建立無人機的指揮中心，同時指揮多個無人機，可以攤薄每架飛機相對地面指揮控制的成本；在無人機航路上建立指揮中繼站或者利用北斗衛(wèi)星短消息功能實現超視距無人機的控制，可以減少使用衛(wèi)星通信的成本；

現在研制功能完善的無人機飛控系統(tǒng)還需要較長的周期和成本，不過軍用無人機的技術已經比較成熟，以美國的全球鷹無人機為例，截至到2015年1月，全球鷹無人機已經累計完成了13萬小時的安全飛行。無人機執(zhí)行運貨任務很大程度上也是一個觀念問題；

圖2　美國全球鷹無人機

（2）關于無人機的安全問題

通過提高無人機的自主能力，降低對地面指揮控制的依賴，使得無人機可以自主實現從飛行前準備、滑出、起飛、爬升、巡航、下降、進場、著陸和滑入等各項任務。由于貨運無人機主要任務是實現2個機場之間的運輸，面臨的突發(fā)情況比無人駕駛汽車簡單得多，只需要處理飛機本身的故障即可；當前無人機一般采用設備冗余的方式來提高整個飛機系統(tǒng)的安全性，單一設備的故障不會造成飛機的致命故障。由于無人機的自動飛行系統(tǒng)匯集航空界多年有人機相關的經驗，和人類相比，自動系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定，沒有情緒波動，反應更加快速，對環(huán)境干擾的適應性更好，整體上還提高了飛機的安全性。

設定無人機專用航線和空域同時采用夜航，可以避免和有人機的航路沖突，此外現在的飛機上可以安裝ADS-B設備（自動相關監(jiān)視設備），用來接收周圍飛機的位置，并且向周圍的飛機通報自身的位置，大大減少了飛機在空中相撞的可能性。

現在語音交互發(fā)展很快，相信不久的將來無人機將具備和地面塔臺的語音交互能力，可以充分利用有人機的空中交通管制系統(tǒng)；如果空中交通管制系統(tǒng)從語音控制指揮升級到數字通信指揮，則可以建立有人/無人統(tǒng)一的指揮體系。同時機器視覺進展的很快，相信不遠的將來，使用機器視覺進行自動著陸可以達到實用狀態(tài)。

（3）關于無人機的適航問題

現在無人機行業(yè)發(fā)展迅速，無人機適航相關研究也在同步進行，美國的捕食者B已經通過了北約無人機適航標準，美國的全球鷹無人機也通過了軍用適航我國的無人機適航工作也處于規(guī)劃過程中，相信無人機適航標準很快就會推出。

圖3　美國聯(lián)邦快遞將在上海建立貨機機場

美國的聯(lián)邦快遞擁有飛機超過700架，未來的中國和美國一樣，將存在巨大的貨機市場。如果未來將所有的貨機都改成無人機，可以大大提高貨運的自動化程度，降低對飛行員的依賴。而無人貨機的技術障礙一旦突破，巨大商機將滾滾而來。

3　結束語

隨著科技的發(fā)展，無人駕駛將日益廣泛，給我們更多的便利，給我們更多的實惠，使得我們的生活豐富多彩。

［1］蔣麗.基于競爭模型的國內航空貨運發(fā)展探討［J］.中國流通科技，2015年第5期（2015年5月13日），CN 11-3664/F.

［2］作者:Paul G.Fahlstrom/Thomas J.Gleason.譯者:吳漢平.無人機系統(tǒng)導論［M］.電子工業(yè)出版社，2003年9月，ISBN:9787505390140.

［3］作者:奧斯?。ˋustin R.）.譯者:陳自力.董海瑞，江濤.無人機系統(tǒng):設計、開發(fā)與應用［M］.國防工業(yè)出版社，2013年4月1日，ISBN:9787118080933.

For unmanned vehicle fast development situation，put forward in a boring and easy fatigue civilian cargo area unmanned driving technology，the development of unmanned cargo alternative people driving cargo aircraft face technical problems and solutions.This paper has a certain reference significance for the application of unmanned vehicle in the field of freight transportation.

UAV；freight transportation；airworthiness

朱玉姍（1999—），女，現就讀于西安交通大學附屬中學，研究方向：無人機應用。

梁博雅（1999—），女，現就讀于西安交通大學附屬中學，研究方向：無人機應用。