馮登超

(北華航天工業(yè)學(xué)院 遙感-導(dǎo)航-地理信息集成應(yīng)用技術(shù)研究室，河北 廊坊 065000)

面向低空安全三維數(shù)字化空中走廊體系的飛行器交通管理平臺(tái)構(gòu)建

馮登超

(北華航天工業(yè)學(xué)院 遙感-導(dǎo)航-地理信息集成應(yīng)用技術(shù)研究室，河北 廊坊 065000)

對(duì)低空空域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展、低空飛行器的行業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了闡述，對(duì)低空空域出現(xiàn)的潛在安全隱患進(jìn)行了分析，開展了低空飛行器實(shí)時(shí)偵測(cè)和定位、實(shí)名認(rèn)證準(zhǔn)入制度、低空飛行器監(jiān)測(cè)網(wǎng)構(gòu)建研究，采用主動(dòng)和被動(dòng)式低空飛行器探測(cè)系統(tǒng)作為監(jiān)測(cè)平臺(tái)的補(bǔ)充模塊，提出了面向低空安全三維數(shù)字化空中走廊體系的低空飛行器交通管理平臺(tái)建設(shè)方案，為低空三維數(shù)字化空中走廊體系構(gòu)建提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，對(duì)保障低空安全產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)性發(fā)展具有一定的參考價(jià)值。

低空安全；空中走廊；實(shí)名認(rèn)證；飛行器；交通管理

0 引言

低空空域是我國(guó)通航活動(dòng)的主要區(qū)域，也是空域資源中最接近地表的區(qū)域，在其開發(fā)和利用過(guò)程中呈現(xiàn)出了空間資源的寶貴價(jià)值和緊迫的市場(chǎng)需求[1]。此外，隨著低空空域應(yīng)用需求和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大[2]，各類飛行器，特別是無(wú)人操作飛行器的快速發(fā)展及其普遍應(yīng)用已呈現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)[3]。然而，由于飛行器在低空空域飛行高度較低，嚴(yán)重威脅到城市地面人群、商業(yè)活動(dòng)區(qū)及復(fù)雜設(shè)施的安全[4]。在低空空域飛行期間，飛行器會(huì)帶來(lái)各種航空噪聲和天空排放污染，干擾城市地面的正常生活。低空飛行過(guò)程也會(huì)出現(xiàn)個(gè)人隱私侵犯[5]、涉密行為、恐怖犯罪行為，對(duì)正常的航空飛行器、公共安全甚至涉及國(guó)家安全的敏感區(qū)域造成潛在危害[6]。

目前，低空空域資源開發(fā)及應(yīng)用面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在通航產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的時(shí)代，構(gòu)建健康、有序的低空安全三維數(shù)字化空中走廊體系，管理低空交通秩序已刻不容緩。其中，對(duì)低空飛行器進(jìn)行規(guī)范化監(jiān)管變得尤為重要。馮登超等提出了低空安全告警航圖研究策略[1]，探索了基于衛(wèi)星導(dǎo)航、遙感及地理信息技術(shù)的低空告警航圖可視化匹配技術(shù)[4]，綜述了低空安全走廊構(gòu)建技術(shù)以及在緊急情況下的應(yīng)急管理可視化研究方法[6]。為了加快低空安全走廊體系的建設(shè)步伐，本文提出了構(gòu)建低空飛行器空中交通管理平臺(tái)的建設(shè)方案。該數(shù)字化空中交通管理平臺(tái)是我國(guó)低空安全三維數(shù)字化空中走廊體系的重要組成部分，旨在為低空飛行器提供所需的航行情報(bào)信息服務(wù)、飛行計(jì)劃服務(wù)，并參考路面交通管理方法，設(shè)置虛擬交通信號(hào)指示燈、低空交通規(guī)則、低空飛行等待區(qū)、低空飛行航道等，提供飛行區(qū)域不利天氣等實(shí)時(shí)信息，幫助低空飛行器進(jìn)行路徑規(guī)劃和碰撞危險(xiǎn)規(guī)避，保障航空器在低空空域的飛行安全及起降過(guò)程的安全，促進(jìn)低空領(lǐng)域的開放管理和低空飛行器市場(chǎng)的可持續(xù)發(fā)展。

1 國(guó)內(nèi)低空安全研究現(xiàn)狀

我國(guó)地形錯(cuò)綜復(fù)雜，山脈及水體交錯(cuò)分布，低空空域與地表之間、尤其是城市中的各類高層建筑之間的邊界模糊復(fù)雜，是空域資源到地域資源的過(guò)度區(qū)域，受地表波動(dòng)、氣流、城區(qū)地面建筑物影響較大，同時(shí)也面臨許多不確定社會(huì)因素(如地面的商業(yè)活動(dòng)、重大節(jié)日聚會(huì)等)[7]。因此，低空空域資源利用的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)相對(duì)較高。

在低空空域的飛行器包括大量的各類航空器，如通用航空飛機(jī)、飛艇、無(wú)人操作航空飛行器等。探索低空飛行器空中交通管理平臺(tái)是確保低空安全的重要內(nèi)容，也將為各類飛行器高效、合理的使用低空空域資源提供平臺(tái)支持和技術(shù)保障。在飛行器交通管理平臺(tái)的建設(shè)初期，對(duì)低空空域中的飛行器進(jìn)行實(shí)時(shí)偵測(cè)和定位是保障有效監(jiān)管的重要技術(shù)手段。龐莉等對(duì)雷達(dá)、通信、導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行了深入分析，探討了多源監(jiān)測(cè)方法在低空空域監(jiān)管中的應(yīng)用策略[8]。張曉愚等開展了波束方向探測(cè)仿真[9]。王宇等研究了信息作戰(zhàn)環(huán)境下的艦船無(wú)源定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法[10]。李璇等研究了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)定位算法，并將其應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域[11]。王萍等采用GPS-GSM設(shè)計(jì)了海上船舶監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器[12]。蔣軍彪等探索了原子陀螺定位技術(shù)，并探索了該技術(shù)在智能彈藥中的應(yīng)用前景[13]。常志巧等研究了無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)和坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的廣播星歷擬合技術(shù)，并對(duì)其性能進(jìn)行了評(píng)估[14]。胡必玲等研究了RFID識(shí)別技術(shù)，并與無(wú)人機(jī)結(jié)合，開展了農(nóng)業(yè)畜牧定位研究[15]。上述相關(guān)探測(cè)及定位的研究成果印證了飛行器監(jiān)測(cè)定位的可行性。在飛行器交通管理平臺(tái)中，對(duì)低空空域中的飛行器進(jìn)行實(shí)時(shí)偵測(cè)與定位，設(shè)立禁飛區(qū)域，并避免在禁飛區(qū)域設(shè)立基站(非基站覆蓋區(qū)域，接近禁飛區(qū)時(shí)通過(guò)飛行器的當(dāng)前速度評(píng)估安全距離，并及時(shí)報(bào)警)。禁飛區(qū)可包括：1)所有政府及行政機(jī)關(guān)駐地； 2)所有涉密區(qū)域，如重要的軍事基地 ；3)大壩、水庫(kù)、電廠、變電站、油氣輸送管道等關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重點(diǎn)區(qū)域；4)城區(qū)行政執(zhí)法現(xiàn)場(chǎng)；5)大型公益或商業(yè)活動(dòng)中心 ；6)車站、廣場(chǎng)等人流密集地區(qū)；7)危險(xiǎn)品制造區(qū)及化工工廠、重要倉(cāng)庫(kù)等；8)我國(guó)所有機(jī)場(chǎng)及周邊區(qū)域。

在空中目標(biāo)監(jiān)管中，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)基站范圍內(nèi)飛行器的數(shù)量、高度、速度、是否攜帶違禁物品(炸藥及危險(xiǎn)品)、范圍(尤其在禁飛區(qū)一旦發(fā)現(xiàn)，做到立即警報(bào)，在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行有效干預(yù))、飛行軌跡[16](做到實(shí)時(shí)跟蹤并記錄軌跡，做到可追溯性)。此外，在交通管理平臺(tái)中，將包括低空飛行器監(jiān)測(cè)網(wǎng)構(gòu)建，即采用電磁、頻譜掃描、音頻、視頻等多方式協(xié)同探測(cè)的手段[17]，通過(guò)多種偵測(cè)裝備協(xié)同互補(bǔ)的工作[18-19]，建立“一點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，多維跟蹤”、多偵測(cè)方式相結(jié)合的全天候、全方位探測(cè)系統(tǒng)，可及時(shí)獲取目標(biāo)位置、視頻圖像、操控?zé)o線電頻率等多種信息。最后，為確保各類飛行器合理利用空域，將對(duì)飛行器加裝認(rèn)證模塊，沒(méi)有加裝認(rèn)證模塊的飛行器將受到飛行行為限制，認(rèn)證模塊相對(duì)獨(dú)立工作，確保飛行器可識(shí)別、監(jiān)管。

2 飛行器交通管理平臺(tái)建設(shè)方案

低空飛行器交通管理平臺(tái)是飛行器在低空空域安全飛行的重要服務(wù)保障。它為各類飛行器提供在低空空域飛行期間的航行情報(bào)信息服務(wù)、基地通信及情報(bào)交換服務(wù)、空中預(yù)警及告警服務(wù)等各類信息服務(wù)，是低空空域中對(duì)飛行器執(zhí)行飛行調(diào)度的核心內(nèi)容，是確保低空安全的重要數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，也是面向低空安全的三維數(shù)字化空中走廊體系的重要內(nèi)容。低空飛行器交通管理平臺(tái)將圍繞我國(guó)低空安全三維數(shù)字化空中走廊的體系架構(gòu)思路(如圖1所示)，采用多源傳感器探測(cè)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、信息技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等相結(jié)合，設(shè)計(jì)智能化、系統(tǒng)化的低空交通管理平臺(tái)，提供飛行器在低空空域的綠色飛行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)低空交通信息服務(wù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、高效性，降低低空監(jiān)管人員對(duì)低空空域中各類飛行器監(jiān)管的難度，保障飛行器在低空空域航行過(guò)程及起降階段的安全。

由圖1可知，面向低空安全的三維數(shù)字化空中走廊體系包括6個(gè)主要研究方向，各研究方向由上至下依次呈現(xiàn)遞進(jìn)關(guān)系，即：低空安全走廊劃定技術(shù)、空間交通網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)、空間交通路由規(guī)劃技術(shù)、飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)控技術(shù)、飛行器飛行控制技術(shù)及綜合服務(wù)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)。低空安全走廊劃定技術(shù)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)在低空空域中的監(jiān)視空域和報(bào)告空域無(wú)縫銜接，劃設(shè)低空空域中的目視飛行航線，方便通用航空器快捷機(jī)動(dòng)飛行。根據(jù)空域分類標(biāo)準(zhǔn)，在我國(guó)的邊境地帶、重點(diǎn)防控目標(biāo)區(qū)、空中禁飛區(qū)和重點(diǎn)防空目標(biāo)區(qū)域等重要地區(qū)劃設(shè)管制空域，包括民用航空使用的航路航線、終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)路徑和機(jī)場(chǎng)管制地帶等空域，確保民航航班及相關(guān)重要地面工作區(qū)域的安全運(yùn)營(yíng)?？臻g交通網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)是根據(jù)低空空域中的空間交通網(wǎng)絡(luò)布局、規(guī)模與城市規(guī)模、空間結(jié)構(gòu)、地形地貌、城市居民區(qū)與商業(yè)區(qū)及工業(yè)區(qū)的分布等因素的互動(dòng)關(guān)系，結(jié)合空中交通網(wǎng)絡(luò)中各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通的可靠性、飛行器出行時(shí)間可靠性及飛行情報(bào)服務(wù)質(zhì)量可靠性等測(cè)度指標(biāo)，開展交通網(wǎng)絡(luò)空間需求分析與優(yōu)化研究，構(gòu)建空間交通網(wǎng)絡(luò)搜索引擎，實(shí)現(xiàn)空間交通網(wǎng)絡(luò)的定量分析和快速構(gòu)建?？臻g交通路由規(guī)劃技術(shù)是分析地面形態(tài)與空間交通網(wǎng)絡(luò)布局的關(guān)聯(lián)性，開展偏差事件管理、飛行品質(zhì)管理、風(fēng)險(xiǎn)管理，構(gòu)建空中交通路線自動(dòng)搜索與動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)空間交通的靜態(tài)路徑規(guī)劃及動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃。飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)控技術(shù)是運(yùn)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等現(xiàn)代信息技術(shù)，建設(shè)低空安全監(jiān)管平臺(tái)，提升對(duì)飛行器在地面起降階段和空中飛行過(guò)程中的追蹤和監(jiān)控能力，構(gòu)建航空器飛行過(guò)程中涉及的短期航跡預(yù)測(cè)、沖突動(dòng)態(tài)監(jiān)控及沖突消解策略，確保飛行器在低空空域飛行期間識(shí)別飛行報(bào)文類型、跟蹤飛行軌跡、監(jiān)測(cè)飛行狀況，并對(duì)多源信息數(shù)據(jù)采用地圖化顯示方式和數(shù)據(jù)庫(kù)管理，實(shí)現(xiàn)地面對(duì)飛行全過(guò)程動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。飛行器飛行控制技術(shù)是開展航空器模型特性分析、飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、飛行任務(wù)規(guī)劃，結(jié)合飛行品質(zhì)規(guī)范，研究飛行姿態(tài)和軌跡的跟蹤控制算法，以及對(duì)多組飛行器進(jìn)行編隊(duì)避障和控制編隊(duì)隊(duì)形，檢測(cè)飛行環(huán)境、跟蹤障礙目標(biāo)、規(guī)劃避障路徑、控制路徑跟隨方式，確保航空器自主、高精度、高可靠地實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)。綜合服務(wù)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)重點(diǎn)圍繞完善低空空域中的基礎(chǔ)性飛行情報(bào)資料體系，制定并發(fā)布低空數(shù)字化告警航圖，在監(jiān)視空域和報(bào)告空域?qū)崟r(shí)發(fā)布飛行器的相關(guān)飛行動(dòng)態(tài)以及飛行區(qū)域的天氣條件情況，提升航空情報(bào)、航空氣象、飛行情報(bào)與告警服務(wù)等面向低空空域的數(shù)據(jù)服務(wù)能力。綜合服務(wù)平臺(tái)中包含低空飛行器在飛行區(qū)域的飛行任務(wù)審批、飛行計(jì)劃申請(qǐng)和飛行審批備案的數(shù)據(jù)通信接口。為數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢選擇、空間分析、交通需求預(yù)測(cè)和可視化表達(dá)提供空地一體化綜合服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)空中交通網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化管理和無(wú)縫運(yùn)營(yíng)。

圖1 低空安全三維數(shù)字化空中走廊體系

低空飛行器交通管理平臺(tái)是面向低空安全的三維數(shù)字化空中走廊體系中的綜合服務(wù)應(yīng)用平臺(tái)的重要分支模塊。低空飛行器交通管理平臺(tái)包括對(duì)低空飛行器實(shí)行實(shí)名認(rèn)證準(zhǔn)入制度，運(yùn)用導(dǎo)航、通信、定位技術(shù)，結(jié)合主動(dòng)式和被動(dòng)式低空飛行器探測(cè)系統(tǒng)作為監(jiān)測(cè)平臺(tái)的補(bǔ)充模塊，構(gòu)建低空監(jiān)測(cè)網(wǎng)，采用空中走廊的路徑規(guī)劃方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)低空飛行器的探測(cè)與動(dòng)態(tài)信息服務(wù)。

在飛行器交通管理平臺(tái)構(gòu)建中，低空飛行器實(shí)行實(shí)名認(rèn)證準(zhǔn)入制度，從生產(chǎn)廠家源頭或后期加裝認(rèn)證模塊。認(rèn)證模塊為小型輕量化裝置，可外置或集成安裝在低空飛行器上，主要由GPS或北斗定位芯片、4G通信模塊、ARM可編程芯片和電池組成。作用是實(shí)現(xiàn)監(jiān)管部門對(duì)低空飛行器飛行前的認(rèn)證和飛行過(guò)程的全程監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)原理：首先低空飛行器在放飛前操作人員通過(guò)手機(jī)客戶端或其他無(wú)線方式與之進(jìn)行身份匹配，向認(rèn)證模塊提供飛行執(zhí)照ID和飛行計(jì)劃ID，匹配成功后可持續(xù)通過(guò)4G通信網(wǎng)絡(luò)按固定時(shí)間間隔向監(jiān)管平臺(tái)發(fā)送低空飛行器ID、飛行執(zhí)照ID、飛行計(jì)劃ID以及當(dāng)前坐標(biāo)含海拔信息等數(shù)據(jù)報(bào)文，報(bào)文內(nèi)容通過(guò)監(jiān)管平臺(tái)進(jìn)行可視化展示和實(shí)時(shí)監(jiān)管。該設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)如下：可全地域、全天候上報(bào)飛行數(shù)據(jù)，只需一個(gè)監(jiān)管平臺(tái)即可解決監(jiān)管區(qū)域內(nèi)低空飛行器飛行狀態(tài)的監(jiān)管，有效解決低空飛行器定位距離限制。甚至在低空飛行器意外墜毀時(shí)，也可以快速定位到最后發(fā)送的坐標(biāo)，縮小搜救范圍，提高快速反應(yīng)能力。

主動(dòng)和被動(dòng)式低空飛行器探測(cè)系統(tǒng)作為監(jiān)測(cè)平臺(tái)的補(bǔ)充模塊，探測(cè)系統(tǒng)建設(shè)以永久或半永久的固定式監(jiān)測(cè)站、移動(dòng)式監(jiān)測(cè)站為主(如圖2所示)，逐步形成探測(cè)半徑可交叉覆蓋的探測(cè)網(wǎng)。

圖2 移動(dòng)式監(jiān)測(cè)站

低空探測(cè)網(wǎng)的主要功能如下：

1)空域掃描：能夠?qū)ΡO(jiān)管空域進(jìn)行掃描，模版比對(duì)，對(duì)新出現(xiàn)的低空飛行器目標(biāo)實(shí)現(xiàn)快速捕獲，即發(fā)現(xiàn)目標(biāo)；

2)信號(hào)參數(shù)測(cè)量：能夠?qū)Φ涂诊w行器發(fā)出的數(shù)據(jù)鏈信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，包含中心頻率、頻譜帶寬、信號(hào)強(qiáng)度等參數(shù)，即確認(rèn)目標(biāo)；

3)目標(biāo)測(cè)向：通過(guò)電磁、頻譜掃描等方式對(duì)低空飛行器進(jìn)行方位角和高度測(cè)量，即鎖定目標(biāo)。

低空探測(cè)網(wǎng)對(duì)探測(cè)區(qū)域內(nèi)所有類型的低空飛行器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和跟蹤定位，并記錄運(yùn)動(dòng)軌跡，并將探測(cè)到的低空飛行器飛行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到低空飛行器交通管理數(shù)據(jù)中心，在監(jiān)管中心平臺(tái)上統(tǒng)一顯示。

飛行器監(jiān)管中心執(zhí)行空中走廊路徑規(guī)劃，在重點(diǎn)部位設(shè)置“虛擬路障”的禁飛區(qū)，發(fā)現(xiàn)低空飛行器有接近企圖時(shí)進(jìn)行提前告警，并通知執(zhí)法部門根據(jù)具體情況對(duì)危險(xiǎn)目標(biāo)及時(shí)采取干擾、攔截、驅(qū)離、迫降、捕獲等手段。

3 平臺(tái)建設(shè)內(nèi)容

在低空飛行器交通管理平臺(tái)建設(shè)中，根據(jù)低空飛行器監(jiān)管的需要，分步驟建設(shè)數(shù)據(jù)中心、認(rèn)證中心、交通管理平臺(tái)、低空飛行器探測(cè)網(wǎng)以及執(zhí)法中心，預(yù)留氣象、城市規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)等職能部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)接口。在低空飛行器交通管理平臺(tái)中，包括了空中走廊構(gòu)建、多源數(shù)據(jù)可視化展示、飛行計(jì)劃及飛行器路徑規(guī)劃、空域中碰撞規(guī)避、飛行器違規(guī)告警以及對(duì)違規(guī)或違法的飛行器進(jìn)行飛控干預(yù)等措施，提供針對(duì)執(zhí)法部門的數(shù)據(jù)接口，便于相關(guān)執(zhí)法機(jī)構(gòu)對(duì)違規(guī)事件進(jìn)行處置等。低空飛行器交通管理平臺(tái)的業(yè)務(wù)流程及各模塊功能如圖3所示。

圖3 低空飛行器交通管理平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖3可知，低空飛行器服務(wù)商編制飛行計(jì)劃，將飛行數(shù)據(jù)上報(bào)至交通管理平臺(tái)，并執(zhí)行飛行器實(shí)名登記，將飛行器操作員申請(qǐng)執(zhí)照信息發(fā)送到認(rèn)證中心。認(rèn)證中心進(jìn)行飛行器和操作人員審核，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)等形式將飛行器及操作人員的審核結(jié)果發(fā)送至數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)接收交通管理平臺(tái)傳回的飛行數(shù)據(jù)及電子圍欄數(shù)據(jù)，并存入數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫(kù)，并將認(rèn)證信息發(fā)送到低空飛行器交通管理平臺(tái)。低空交通管理平臺(tái)接收低空飛行器探測(cè)網(wǎng)發(fā)送的低空空域的飛行器探測(cè)數(shù)據(jù)，并與各相關(guān)職能部門進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的雙向交換。對(duì)于飛行過(guò)程中出現(xiàn)的違規(guī)事件，將其報(bào)送到執(zhí)法中心，由執(zhí)法中心對(duì)低空飛行器服務(wù)商進(jìn)行執(zhí)法處置。

1)數(shù)據(jù)中心:數(shù)據(jù)中心是低空交通管理平臺(tái)的重要數(shù)據(jù)平臺(tái)，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和通信與存儲(chǔ)系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)通信連接與環(huán)境控制設(shè)備，采用監(jiān)測(cè)點(diǎn)接入和互聯(lián)網(wǎng)接入兩種方式，存儲(chǔ)有關(guān)低空飛行器監(jiān)管的各類數(shù)據(jù)，并提供大數(shù)據(jù)分析和信息服務(wù)，為低空飛行器監(jiān)管提供輔助決策。

2)認(rèn)證中心:認(rèn)證中心是低空交通管理平臺(tái)中承擔(dān)電子認(rèn)證服務(wù)，確認(rèn)飛行器及操作人員合法身份及區(qū)分空域飛行中違規(guī)事件的核心環(huán)節(jié)。認(rèn)證中心接收低空飛行器服務(wù)商發(fā)送的飛行器實(shí)名登記信息和操作員申請(qǐng)執(zhí)照信息，負(fù)責(zé)數(shù)字證書申請(qǐng)的審批和數(shù)字憑證的管理，并將審核結(jié)果上報(bào)到數(shù)據(jù)中心。

3)執(zhí)法中心:執(zhí)法中心提供低空交通管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)通信接口，記錄飛行器交通管理平臺(tái)發(fā)送的飛行器違規(guī)事件，并對(duì)飛行器交通管理平臺(tái)發(fā)送的違規(guī)事件溯源結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和優(yōu)先級(jí)排序，將違規(guī)事件的相關(guān)數(shù)據(jù)傳遞給執(zhí)法部門，由執(zhí)法部門對(duì)違規(guī)飛行器及相關(guān)操作人員和服務(wù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行執(zhí)法處理。

4)低空飛行器服務(wù)商: 低空飛行器服務(wù)商是提供飛行計(jì)劃、飛行數(shù)據(jù)服務(wù)和執(zhí)照申請(qǐng)服務(wù)等的機(jī)構(gòu)。低空飛行器服務(wù)商通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路接口將飛行計(jì)劃和飛行數(shù)據(jù)報(bào)送低空交通管理平臺(tái)，對(duì)低空飛行器采用實(shí)名認(rèn)證準(zhǔn)入制度，承擔(dān)操作員申請(qǐng)執(zhí)照業(yè)務(wù)，將飛行器實(shí)名登記信息和操作員申請(qǐng)執(zhí)照信息傳輸?shù)秸J(rèn)證中心。同時(shí)，低空飛行器服務(wù)商保留與執(zhí)法中心的數(shù)據(jù)通信接口，對(duì)于飛行器在飛行空域中發(fā)生的違規(guī)事件，接受執(zhí)法中心的相關(guān)處置。

5)低空飛行器探測(cè)網(wǎng): 低空飛行器探測(cè)網(wǎng)是探測(cè)低空空域中出現(xiàn)的各類飛行器，并將探測(cè)結(jié)果發(fā)送到低空飛行器交通管理平臺(tái)。探測(cè)網(wǎng)采用固定式監(jiān)測(cè)站、移動(dòng)式監(jiān)測(cè)站相結(jié)合，組成探測(cè)半徑可交叉覆蓋的飛行器探測(cè)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜的地雜波環(huán)境和各種天氣條件下，全天候、全天時(shí)對(duì)低空飛行目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別，通過(guò)有線/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等通信方式，將目標(biāo)數(shù)據(jù)上報(bào)到飛行器交通管理平臺(tái)。

6)低空交通管理平臺(tái): 低空交通管理平臺(tái)包含空中走廊空間通道構(gòu)建、數(shù)據(jù)可視化顯示、操作員執(zhí)照管理、氣象信息服務(wù)和通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)接口等關(guān)鍵技術(shù)。(1)空中走廊空間通道的構(gòu)建：按照飛行器類型劃分飛行空域和航線。低空飛行器的自動(dòng)化導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)取得了很多實(shí)質(zhì)性突破，如動(dòng)態(tài)規(guī)避碰撞等，為保障飛行器空中走廊的構(gòu)建提供了技術(shù)支撐。根據(jù)飛行器的活動(dòng)密度、飛行器的類型、作業(yè)目標(biāo)及城市的人群及地物分布形式，采用網(wǎng)格化技術(shù)對(duì)空間進(jìn)行水平和垂直劃分[20]，劃定空中交通隔離區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空中走廊的空間通道的精確構(gòu)建和動(dòng)態(tài)更新[21];(2)可視化顯示：集成地理信息系統(tǒng)和區(qū)域遙感影像，在系統(tǒng)界面上顯示全國(guó)矢量地圖(可自由縮放)和當(dāng)前關(guān)注區(qū)域內(nèi)正在飛行的低空飛行器，可實(shí)時(shí)監(jiān)控低空空域中的各類飛行器的數(shù)量、方位、速度、高度和航向，防止它們發(fā)生碰撞或者飛入禁飛區(qū)或限飛區(qū)等敏感區(qū)域。移動(dòng)鼠標(biāo)到低空飛行器圖標(biāo)上可以顯示低空飛行器基本信息、當(dāng)前操作人員以及詳細(xì)飛行狀態(tài);(3)操作員執(zhí)照管理：操作人員通過(guò)交通管理平臺(tái)中的監(jiān)管系統(tǒng)網(wǎng)上錄入個(gè)人身份、受訓(xùn)記錄、考核成績(jī)等信息，申請(qǐng)操作執(zhí)照；監(jiān)管系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)審核以決定是否分配執(zhí)照ID;(4)氣象信息服務(wù)接口：提供管理區(qū)域的大氣氣流和氣象要素信息，對(duì)危險(xiǎn)天氣條件下的航線更改，飛行通道切換、應(yīng)急管理提供氣象保障;(5)通信網(wǎng)絡(luò)接口：預(yù)留通信接口，確保飛行器空中通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和協(xié)作。

綜上所述，低空飛行器交通管理平臺(tái)覆蓋了低空飛行器探測(cè)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、飛行器及操作員認(rèn)證中心、低空飛行器服務(wù)商及執(zhí)法中心等多個(gè)模塊及職能部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)接口，包括空中走廊構(gòu)建、可視化顯示、電子圍欄設(shè)置、飛行路徑規(guī)劃、碰撞規(guī)避、違規(guī)報(bào)警、飛控干預(yù)等多項(xiàng)技術(shù)。該平臺(tái)的建設(shè)成果將有助于完善和充實(shí)面向低空安全的三維數(shù)字化空中走廊體系的內(nèi)容，推動(dòng)低空安全產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

低空空域是國(guó)家亟待開發(fā)的重要新興戰(zhàn)略資源，也是最接近繁華區(qū)域、邊境區(qū)域以及各類文化、經(jīng)濟(jì)、政治交流場(chǎng)所的空間區(qū)域。2010年，國(guó)務(wù)院及中央軍委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于深化我國(guó)低空空域管理改革的意見》，提出了適時(shí)、有序推進(jìn)低空空域管理的建議，推動(dòng)了低空空域的規(guī)范化發(fā)展。2014年，針對(duì)低空空域市場(chǎng)的發(fā)展需求，我國(guó)空管委頒布了《低空空域使用管理規(guī)定(試行)》，進(jìn)一步明確了我國(guó)低空空域資源管理的建設(shè)目標(biāo)。2016年10月21日，國(guó)家體育總局等九部委聯(lián)合印發(fā)了《航空運(yùn)動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，推動(dòng)了低空空域的開發(fā)和航空運(yùn)動(dòng)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

低空資源的廣闊應(yīng)用市場(chǎng)、不同飛行器在低空空域的規(guī)范操作和使用、低空空域相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)(如飛行器制造業(yè)、低空服務(wù)業(yè)、低空旅游、保險(xiǎn)、法律咨詢等)的有序發(fā)展以及低空空域飛行器有效監(jiān)測(cè)及管控技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)低空安全應(yīng)用健康發(fā)展的重要保障，也是我國(guó)軍民融合的典型應(yīng)用。2016年7月11日，我國(guó)民航局飛標(biāo)司頒布了《民用無(wú)人機(jī)駕駛員管理規(guī)定》，對(duì)低空空域中的無(wú)人機(jī)駕駛員進(jìn)行規(guī)范化管理。2017年5月16日，中國(guó)民航局頒布了《民用無(wú)人駕駛航空器實(shí)名制登記管理規(guī)定》，對(duì)無(wú)人機(jī)擁有者進(jìn)行實(shí)名登記，為后期的空域監(jiān)管提供了飛行器溯源保障。低空飛行器交通管理平臺(tái)是低空安全三維數(shù)字化空中走廊體系的重要組成部分，包括了數(shù)據(jù)中心、認(rèn)證中心、交通管理平臺(tái)、低空飛行器探測(cè)網(wǎng)以及執(zhí)法中心等建設(shè)內(nèi)容，預(yù)留相關(guān)職能部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)接口，并將隨著我國(guó)低空空域管理法規(guī)的逐步完善以及通航發(fā)展的不同階段、不同時(shí)期而不斷修正平臺(tái)的各項(xiàng)功能。總之，隨著低空空域的逐步開放以及通航產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，低空空域的安全環(huán)境也將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。低空飛行器交通管理平臺(tái)的建設(shè)是面向低空安全的三維數(shù)字化空中走廊體系的重要組成部分，需要社會(huì)各相關(guān)研究機(jī)構(gòu)及應(yīng)用領(lǐng)域共同參與的復(fù)雜巨系統(tǒng)工程，契合了我國(guó)低空安全戰(zhàn)略發(fā)展的緊迫需求，對(duì)推動(dòng)我國(guó)低空安全產(chǎn)業(yè)的健康、有序、可持續(xù)性發(fā)展具有積極意義。

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Construction of Aircraft Traffic Management Platform for Low Altitude Security Based on Three Dimensional Digital Aerial Corridor

Feng Dengchao

(Integrated Application Laboratory of Remote Sensing, GNSS and GIS, North China Institute of Aerospace Engineering, Langfang 065000, China)

The development of low altitude airspace and the industry application of aircraft were illustrated in the paper. The potential risk in low altitude airspace was analyzed, the real-time detection and location technology of aircraft and the construction of aircraft monitoring network were studied and the active and passive detection system was used as the supplement module of aircraft monitoring platform. Correspondingly, the aircraft traffic management platform based on three dimensional digital aerial corridor system was proposed, which provided the support of the key technology in the construction of three dimensional aerial corridor and has the positive practical significance for ensuring the healthy and sustainable development of low altitude safety industry.

low altitude security; aerial corridor; real-name registration; aircraft; traffic management

2017-11-02；

2017-11-15。

河北省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(ZD2016106)。

馮登超(1977-)，男，四川南充人，博士，副教授，主要從事面向低空安全的三維數(shù)字化空中走廊體系方向的研究。

1671-4598(2017)12-0137-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.12.036

V355.2

A