許林玉/編譯

空中交通管制系統(tǒng)助力送貨無人機(jī)

許林玉/編譯

●工程師們正在思考如何使無人機(jī)在視野之外飛行。

就在2013年圣誕節(jié)前不久，亞馬遜發(fā)布了一段視頻，介紹了亞馬遜將利用小型無人機(jī)將包裹快速送達(dá)目的地的計(jì)劃。一些評論員稱，這只是一個(gè)宣傳噱頭。但在2014年，當(dāng)谷歌透露被其稱作翼項(xiàng)目（Project Wing）的無人機(jī)快遞服務(wù)時(shí)，這個(gè)概念開始變得不再那么遙不可及。2016年初，敦豪速遞公司（DHL）實(shí)際上已經(jīng)將無人機(jī)納入了其物流網(wǎng)絡(luò)，盡管受到的限制頗多，如將包裹運(yùn)送至在冬季難以驅(qū)車到達(dá)的德國的一座山頂。

美國航空航天局（NASA）航空運(yùn)輸系統(tǒng)高級(jí)工程師帕里馬爾·科帕德卡(Parimal Kopardekar)說：“數(shù)家嚴(yán)肅對待此事的企業(yè)涉足該領(lǐng)域之后，發(fā)展速度就開始加快了?！笨婆恋驴ㄒ恢痹谘芯咳绾螌⑦@些嗡嗡作響的小玩意兒納入標(biāo)準(zhǔn)尺寸飛機(jī)空中交通管制系統(tǒng)中?！拔覀冃枰m應(yīng)無人機(jī)。”

2016年8月，美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)頒布了小型無人機(jī)法規(guī)Part 107。只要小型無人機(jī)不在非參與者上空，公司就可以在白天（或在黃昏）并在飛行員的視線之內(nèi)使用小型無人機(jī)。

2016年9月于拉斯維加斯舉行的國際無人機(jī)大會(huì)上，F(xiàn)AA負(fù)責(zé)人邁克爾·韋爾塔(Michael Huerta)解釋說：“FAA正在起草規(guī)則，允許無人機(jī)在隨機(jī)旁觀者（非參與者）頭頂飛過?！睂τ谝恍┥暾堈?，F(xiàn)AA已經(jīng)放棄小型無人機(jī)法規(guī)的某些條款。他還透露，F(xiàn)AA計(jì)劃頒布于2016年底開始生效的擬議法規(guī)。今年，F(xiàn)AA的無人機(jī)法規(guī)會(huì)更加寬松。他說：“我們也在考慮允許人們在視線之外使用無人機(jī)?！贝伺e將開啟使用小型無人機(jī)運(yùn)送包裹的大門。

當(dāng)然，當(dāng)你開始讓無人機(jī)在看不見的地方飛行時(shí)，必須把握好技術(shù)，確保它們不會(huì)撞上任何東西或傷害任何人。盡管如何做到這些細(xì)節(jié)仍有待敲定，但想法從不缺乏。

位于北卡羅來納州羅利市的PrecisionHawk公司就是迎接這一挑戰(zhàn)的企業(yè)之一。針對是否允許小型無人機(jī)在操作人員的視線之外飛行，僅有兩家公司獲得了FAA的豁免權(quán)，PrecisionHawk便是其中之一。然而，對于這類飛機(jī)，F(xiàn)AA切實(shí)要求派出空中觀察員，注意避讓標(biāo)準(zhǔn)尺寸飛機(jī)。

不過，這一豁免權(quán)增加了公司無人機(jī)的運(yùn)行范圍，從你能看見多遠(yuǎn)的小型飛行器（通常為1千米或更少）到你能看見多遠(yuǎn)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸飛機(jī)（6至7千米）。來自PrecisionHawk的托馬斯·胡安(Thomas Haun)指出，該豁免權(quán)不允許“從A地至B地直線距離達(dá)320千米的飛行?！北M管如此，法規(guī)之外所允許的“更廣泛的區(qū)域”仍然讓他備受鼓舞。PrecisionHawk的工程師們獲得了部分豁免權(quán)，因?yàn)樵摴緞?chuàng)建了一個(gè)系統(tǒng)，可幫助無人機(jī)飛行員安全地操縱他們無法直接看到的無人機(jī)。

當(dāng)然，避免與標(biāo)準(zhǔn)尺寸飛機(jī)相撞是首要任務(wù)。但更典型的危險(xiǎn)要司空見慣得多，如撞上一棵樹或一堵墻。為了避免發(fā)生此類事故，PrecisionHawk使用衛(wèi)星圖像來創(chuàng)建詳細(xì)的地形模型，其分辨率足以捕捉到每棵樹和每幢建筑的高度。因?yàn)橛行碌男l(wèi)星圖像可供利用，該公司的系統(tǒng)會(huì)不斷更新模型。飛行計(jì)劃軟件，甚至無人機(jī)上的自動(dòng)駕駛儀，都可以利用這些信息來避讓障礙物。

PrecisionHawk還制定了一種機(jī)制，無人機(jī)操作人員可通過設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)尺寸飛機(jī)上的威瑞森(Verizon)蜂窩網(wǎng)絡(luò)獲取更新信息——這些信息與空中交通管制員掌握的信息一致。PrecisionHawk的無人機(jī)能夠通過同一無線網(wǎng)絡(luò)報(bào)告它們所在的位置，所以空中交通管制員和飛行員理論上應(yīng)該知道這些飛機(jī)在什么地方?！拔覀兲峁┑漠a(chǎn)品主要是軟件和數(shù)據(jù)，”LATAS（低空交通和空域安全）系統(tǒng)的創(chuàng)造者泰勒·柯林斯(Taylor Collins)介紹說，“我們希望每一架無人機(jī)上都搭載LATAS系統(tǒng)。”

隨訂隨?。簛嗰R遜正在測試一種混合式無人機(jī)，它能夠垂直起飛和著陸，又能像飛機(jī)一樣飛往目的地，這種無人機(jī)在將來可加快包裹送達(dá)消費(fèi)者的速度

獲得豁免權(quán)的公司數(shù)量：177個(gè)公司可白天操控，2個(gè)公司可在視線之外操控

PrecisionHawk的系統(tǒng)所模擬的策略越來越多地被用于管理標(biāo)準(zhǔn)尺寸飛機(jī)，那些飛機(jī)也因此能夠利用GPS或一些其他形式的衛(wèi)星導(dǎo)航確定它們的位置，并通過無線電廣播將信息播放給其他人。這種形式的空中交通管理設(shè)備被稱為ADS-B（廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視），到2020年將被強(qiáng)制安裝在美國的大多數(shù)飛機(jī)上。

盡管將小型無人機(jī)納入即將實(shí)施的ADS-B管理體制看上去極為明智，但鑒于無人機(jī)數(shù)量眾多而且還在不斷增加——根據(jù)FAA的報(bào)告，僅在美國每年就銷售約200萬架——這樣做很容易使該系統(tǒng)癱瘓。由于這一數(shù)字增長太快，制定獨(dú)立的無人機(jī)交通管理方案似乎勢在必行。

美國航空航天局、谷歌和亞馬遜都一直在思考這樣一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該包含什么。雖然它們構(gòu)想的概念在很多方面有所不同，但在將無人機(jī)限制在離地面數(shù)百千米之內(nèi)和與機(jī)場完全分開的地方（也就是說，限制在空中標(biāo)準(zhǔn)尺寸飛機(jī)很少飛入的空域）等方面，它們都是相似的。

2016年10月，美國航空航天局和各行業(yè)合作伙伴在內(nèi)華達(dá)州里諾市的一座機(jī)場內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，旨在幫助建立無人機(jī)交通管理系統(tǒng)的詳細(xì)技術(shù)要求——一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)2013年亞馬遜視頻中描述的送貨方式的系統(tǒng)。因此，無論這是否只是宣傳的噱頭，未來也許都會(huì)是這個(gè)樣子。胡安表示：“實(shí)際上，我們認(rèn)為未來近在咫尺。”

[資料來源：IEEE Spectrum][責(zé)任編輯：絲絲]

本文作者大衛(wèi)·施耐德(David Schneider)，高級(jí)編輯，擁有哥倫比亞大學(xué)地質(zhì)學(xué)博士學(xué)位。在加入IEEE Spectrum雜志前曾效力于《科學(xué)美國人》和《美國科學(xué)家》。在此前的工作中，他從事的是地球物理研究，專注于計(jì)算，經(jīng)常在博客上發(fā)表有關(guān)無人機(jī)的內(nèi)容，還經(jīng)常為IEEE Spectrum雜志的“親力親為”專欄撰文。