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        無人機(jī)運(yùn)行安全

        2020-07-01 05:59:18姚義東
        關(guān)鍵詞:航空器空域分類

        ◎ 姚義東

        一、引言

        無人機(jī)(UAV:Unmanned Aerial Vehicle),是由控制站管理(包括遠(yuǎn)程操縱或自主飛行)的航空器,廣義上不需要駕駛員登機(jī)駕駛的飛機(jī),采用遙控、人工智能等科技手段完成相應(yīng)目的、任務(wù)的飛行器。無人機(jī)系統(tǒng)(UAS:Unmanned Aircraft System),也稱遠(yuǎn)程駕駛航空器系統(tǒng)(RPAS:Remotely Piloted Aircraft Systems),是指由無人機(jī)、相關(guān)控制站、所需指令與控制數(shù)據(jù)鏈路以及批準(zhǔn)的型號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)定的任何其他部件組成的系統(tǒng)。

        無人機(jī)運(yùn)用在我國及其廣泛,據(jù)統(tǒng)計(jì),電力、大壩、橋梁的監(jiān)控巡查,廣告、通訊的商業(yè)活動(dòng)占比最高達(dá)42%;高空拍照、攝像等活動(dòng)占比達(dá)22%;田間施肥、播撒農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)活動(dòng)占19%;保險(xiǎn)現(xiàn)場勘查等活動(dòng)占據(jù)15%。政府的邊境巡查、緝毒等僅占2%。

        同時(shí),無人機(jī)運(yùn)行安全問題不容樂觀。僅2017年4月,成都、杭州、大連、南京及上海全國5個(gè)機(jī)場就累計(jì)發(fā)生13起無人機(jī)違規(guī)導(dǎo)致不安全事件的發(fā)生。嚴(yán)重影響民航飛機(jī)的運(yùn)行,造成34個(gè)航班取消、112個(gè)航班備降、142個(gè)航班空中或地面等待。形勢十分嚴(yán)峻。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國目前有2萬架無人機(jī)處于“黑飛”狀態(tài),整個(gè)行業(yè)的安全情況不容樂觀。

        二、無人機(jī)的分類

        從目前的的研究情況看,各國尚沒有對(duì)無人機(jī)的分類形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),每個(gè)國家根據(jù)自己國家的規(guī)定有不同的分類方法,下面是幾個(gè)典型國家以及我國無人機(jī)的分類方法。

        英國CAP722部的Unmanned Aircraft System Operations in UK Airspace-Guidance中規(guī)定的無人機(jī)分類如下表2.1所示:

        表2.1 英國無人機(jī)分類表

        美國FAA對(duì)于無人機(jī)的分類如下表2.2所示:

        表2.2 美國無人機(jī)分類表

        歐洲EASA提出建立三種運(yùn)行策略及其相關(guān)的監(jiān)管度制度:開放類、特許運(yùn)行類和審定類。無人機(jī)系統(tǒng)的開放種類運(yùn)行策略,對(duì)于飛行應(yīng)無需民航當(dāng)局的授權(quán),但需留在界定的運(yùn)行邊界內(nèi)。特許運(yùn)行策略需要風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,審定類運(yùn)行需要一個(gè)更高的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的運(yùn)行。其中開放類又建立了三個(gè)子集:CAT A0(<1kg)、CAT A1(<4kg)、CAT A2(<25kg)如表2.3所示:

        表2.3 歐洲EASA無人機(jī)分類表

        澳大利亞航空安全局對(duì)無人機(jī)的分類、飛行活動(dòng)分類、安全守則等具有明確規(guī)定。其根據(jù)無人機(jī)的重量對(duì)無人機(jī)分為四類,如下表2.4所示:

        表2.4 澳大利亞無人機(jī)分類表

        英國劍橋的Roland E.Weibel等對(duì)無人機(jī)分類進(jìn)行了研究,認(rèn)為給無人機(jī)加一個(gè)標(biāo)簽會(huì)使無人機(jī)的研究更容易。因此對(duì)無人機(jī)有以下表2.5五種分類:

        表2.5 英國Weibel無人機(jī)分類表

        根據(jù)上述的各國對(duì)于無人機(jī)的分類情況來看,大多數(shù)是依照無人機(jī)的重量進(jìn)行分類研究。如:英國、澳大利亞、Roland E。Weibel等研究。還有按無人機(jī)用途分類的如:美國。按照放行分類的如:歐洲EASA。由此可以得出無人機(jī)的分類標(biāo)準(zhǔn)一般都是依照一種單一指標(biāo)進(jìn)行分類的。

        根據(jù)《民用無人機(jī)駕駛員管理暫行規(guī)定》中,可以得到我國無人機(jī)的分類如下表2.6所示:

        表2.6 《民用無人機(jī)駕駛員管理暫行規(guī)定》中無人機(jī)的分類表

        由此可見我國對(duì)無人機(jī)的分類既根據(jù)重量分類又根據(jù)其用途進(jìn)行分類。我國在《輕小無人機(jī)運(yùn)行規(guī)定(試行)》中簡單地對(duì)起飛全重不超過150kg的無人機(jī)歸類為“輕小型無人機(jī)”。沒有對(duì)于其更細(xì)化的分類,目前我國無人機(jī)的法規(guī)仍處于試行階段,還沒有特別完善。

        三、無人機(jī)安全研究

        1.無人機(jī)運(yùn)行安全指標(biāo)。

        Lin X等提出了無人機(jī)的安全評(píng)價(jià)應(yīng)當(dāng)以其對(duì)地面人員和財(cái)產(chǎn)造成的損失進(jìn)行分類,分為一下三項(xiàng):無人機(jī)發(fā)生墜落對(duì)地面人員的死亡率、無人機(jī)發(fā)生墜落對(duì)地面人員的受傷率以及無人機(jī)發(fā)生墜落造成的財(cái)產(chǎn)的損失率。

        飛行安全指標(biāo)是衡量系統(tǒng)所達(dá)到的安全狀況的方法和標(biāo)準(zhǔn)。目前,世界上比較通用的飛行的飛行安全狀況的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)有兩項(xiàng):

        1.萬時(shí)率(10萬時(shí)率)。即每1萬飛行小時(shí)(10萬飛行小時(shí))航空器事故數(shù)。一般軍用航空系統(tǒng),都采用此標(biāo)準(zhǔn);

        2.2.萬次率(10萬次率)。即每1萬次起降航空器事故數(shù)(10萬次起降航空器事故數(shù))

        無人機(jī)與載人機(jī)最大的區(qū)別就是無人機(jī)的不載人性,無人機(jī)的不安全事故主要因素是無人機(jī)在飛行過程中發(fā)生墜機(jī),對(duì)地面人員造成危險(xiǎn)以及對(duì)地面造成的財(cái)產(chǎn)損失。

        2.影響無人機(jī)運(yùn)行安全的因素。

        影響無人機(jī)安全的因素較復(fù)雜,人為因素、環(huán)境因素、設(shè)備因素以及管理因素。具體表現(xiàn)為人的操縱、管制員指揮;空域條件、氣象條件;GPS定位、無人機(jī)的運(yùn)行;無人機(jī)管理的規(guī)章政策。

        (1)人因可靠性。

        飛行器的運(yùn)行離不開人的操縱,人工智能也需要人的監(jiān)督。對(duì)于人的操縱、管制員指揮方面的分析屬于人因可靠性分析(HRA:Human Reliability Analysis)。

        其目的是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)作中,由人為差錯(cuò)所導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)概率進(jìn)行評(píng)估以及選擇降低對(duì)人為差錯(cuò)對(duì)系統(tǒng)的影響。HRA目前分為第一代HRA和第二代HRA,第二代HRA在人因分析中起到了較為重要的作用,代表方法有:CREAM法、HEART法以及HFACS法等等。

        (2)空域類型以及氣象條件。

        無人機(jī)空域中無人機(jī)系統(tǒng)由實(shí)施飛行的單位及個(gè)人負(fù)責(zé)其安全問題。在批準(zhǔn)的空域中,可以自由的執(zhí)行飛行任務(wù)完成飛行目的。無人機(jī)同民航飛機(jī)一樣需要配備飛行間隔從而保障飛行安全,尤其是與民航班期的飛機(jī)嚴(yán)格保證飛行間隔。

        氣象方面由于雷雨、大霧等惡劣天氣應(yīng)按照無人機(jī)的飛行能力綜合考慮無人機(jī)能否勝任復(fù)雜氣象條件下的運(yùn)行。

        (3)GPS與無人機(jī)運(yùn)行。

        無人機(jī)的運(yùn)行主要由GPS來提供位置定位服務(wù)。GPS系統(tǒng)主要有三部分的誤差:GPS衛(wèi)星本身的材料以及設(shè)計(jì)、衛(wèi)星受大氣等復(fù)雜氣象因素的影響和GPS接收設(shè)備之間的誤差。

        無人機(jī)本身無人的特點(diǎn)提升了無人機(jī)對(duì)于操縱人員的安全的可靠性,但是在無人機(jī)運(yùn)行的過程中,仍有對(duì)其他航空器產(chǎn)生影響的情況。

        (4)管理因素。

        提高無人機(jī)飛行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),提高操作人員的飛行技術(shù)以及守法意識(shí)。嚴(yán)格管理無人機(jī)方面的申請(qǐng)申報(bào),并且積極對(duì)無人機(jī)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)督從而保證在無人機(jī)安全運(yùn)行的情況下,有效利用空域資源創(chuàng)造效益。

        四、總結(jié)與展望

        目前國內(nèi)外無人機(jī)的發(fā)展尚處于起步階段,我國無人機(jī)相關(guān)法規(guī)政策沒有十分健全,導(dǎo)致的“黑飛”現(xiàn)象較為普遍。無人機(jī)的發(fā)展大大促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,隨之而來的安全問題需要引起重視。在未來的實(shí)踐研究中,我希望能夠通過不同的方法對(duì)無人機(jī)不安全事件進(jìn)行量化的分析,從而得出相關(guān)無人機(jī)系統(tǒng)的漏洞,追源找到無人機(jī)發(fā)生事故的根原因并且對(duì)無人機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。另一方面,希望從事無人機(jī)法規(guī)制度研究的航管前輩能夠依靠以上的各國對(duì)無人機(jī)的分類規(guī)劃,得出適應(yīng)我國國情的無人機(jī)分類標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)法規(guī)制度,同時(shí)也是我下一步準(zhǔn)備研究的內(nèi)容。

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