中國民航科學(xué)技術(shù)研究院
2016年10月民航局無人機(jī)云交換系統(tǒng)正式投入生產(chǎn)運(yùn)行。截至目前,優(yōu)云、優(yōu)凱、北斗云、無憂云、極飛云等8家無人機(jī)云系統(tǒng)加入該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享,有效數(shù)據(jù)從2017年1.2億條增至2020年的13.2億多條。本文對2020年度無人機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、統(tǒng)計(jì)和分析等大數(shù)據(jù)挖掘工作,旨在為局方、無人機(jī)廠商及無人機(jī)產(chǎn)業(yè)相關(guān)單位提供數(shù)據(jù)和規(guī)律參考。
無人機(jī)云交換系統(tǒng)自2016年10月正式投入運(yùn)行以來,積累了大量運(yùn)行數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)已應(yīng)用在低空安全運(yùn)行支持等領(lǐng)域,得到局方、警方和通航公司的認(rèn)可。從2017年1.2684億條數(shù)據(jù)上升到2020年的13.2012億條,擴(kuò)張10倍多。由此可見,無人機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的增長非??捎^,對如此巨量的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、統(tǒng)計(jì)、分析等大數(shù)據(jù)挖掘工作,進(jìn)而總結(jié)出我國無人機(jī)運(yùn)行規(guī)律和特點(diǎn),對推動我國無人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常有必要。
在局方、無人機(jī)云系統(tǒng)服務(wù)提供商、無人機(jī)廠商及無人機(jī)用戶的共同努力下,無人機(jī)云系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量、系統(tǒng)穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)上報(bào)的及時(shí)性均有很大提升,同時(shí)無人機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)方法和流程已逐步成熟。相較傳統(tǒng)航空器,無人機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)獨(dú)特,從技術(shù)角度可以對其進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘,從而為相關(guān)單位提供運(yùn)行和決策支持。
表1 2020年度各云系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的無人機(jī)數(shù)量。
按照《輕小無人機(jī)運(yùn)行規(guī)定》(AC-91-31)的要求,無人機(jī)云系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)記錄無人機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。為此,云交換系統(tǒng)按照每5秒的頻次,調(diào)用各云系統(tǒng)的接口程序,接收各云系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并分發(fā)給其他系統(tǒng)。
2020年共有優(yōu)云、優(yōu)凱、北斗云、無憂云、極飛云等8家無人機(jī)云系統(tǒng)加入云交換系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。為真實(shí)反映無人機(jī)運(yùn)行情況,本文對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩查,并對有效數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。
圖1 2020年度各云系統(tǒng)運(yùn)行無人機(jī)數(shù)量對比圖。
圖2 2020年度無人機(jī)云交換系統(tǒng)中無人機(jī)飛行小時(shí)月度統(tǒng)計(jì)。
截至2020年底,中國民用航空局(下稱民航局)實(shí)名登記系統(tǒng)已注冊無人機(jī)約52.36萬架,參與無人機(jī)云交換系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的無人機(jī)約4.5萬架,具體見表1,約占民航局實(shí)名登記系統(tǒng)所注冊無人機(jī)總數(shù)的8.6%。其中,各云系統(tǒng)注冊無人機(jī)通過無人機(jī)云交換系統(tǒng)與民航局實(shí)名登記系統(tǒng)校驗(yàn)的數(shù)量,約占云交換系統(tǒng)中運(yùn)行無人機(jī)總數(shù)的15.9%,比2019年同期增長6個(gè)百分點(diǎn)。
2020年各家云系統(tǒng)在云交換系統(tǒng)提供和共享有效數(shù)據(jù)為13.2億條,換算成飛行時(shí)間為183.35萬小時(shí),比2019年增加39.25萬小時(shí),是2019年的1.27倍。
本文首先將2020年度每個(gè)月的無人機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并作圖,具體見表2和圖2。
表2 2020年度無人機(jī)云交換系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換數(shù)量統(tǒng)計(jì)表。
本節(jié)主要統(tǒng)計(jì)2020年度在無人機(jī)云交換系統(tǒng)中獲取的各類型無人機(jī)運(yùn)行數(shù)量,主要從無人機(jī)運(yùn)行管理分類和無人機(jī)類型兩方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
參照《輕小無人機(jī)運(yùn)行規(guī)定》中的無人機(jī)運(yùn)行管理分類見表4,首先對無人機(jī)運(yùn)行管理分類中的各類型無人機(jī)2020年運(yùn)行數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并將其與2018年和2019年進(jìn)行對比,相關(guān)信息見表5、圖4和圖5。
根據(jù)《輕小無人機(jī)運(yùn)行規(guī)定》和民航行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《無人機(jī)云系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)規(guī)范》(MH/T 2011-2019)要求,對2020年度各類型無人機(jī)在云交換系統(tǒng)中的運(yùn)行量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
表3 2020年度云交換系統(tǒng)中無人機(jī)云系統(tǒng)季度飛行小時(shí)統(tǒng)計(jì)表。
表4 無人機(jī)運(yùn)行管理分類。
表5 2020年度各類無人機(jī)飛行小時(shí)統(tǒng)計(jì)表。
圖3 2020年度云交換系統(tǒng)中各無人機(jī)云飛行小時(shí)對比圖。
圖4 2020年度各類無人機(jī)運(yùn)行數(shù)量占比圖。
圖5 近三年無人機(jī)運(yùn)行管理分類中各類無人機(jī)運(yùn)行數(shù)量百分比的對比圖。
統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,在云交換系統(tǒng)中,多旋翼無人機(jī)占絕對主流,其2020年運(yùn)行量占云交換系統(tǒng)總運(yùn)行量的97.6%。從運(yùn)行管理分類來看,V類即植保無人機(jī)的運(yùn)行量最大,在2020年總運(yùn)行量中占75%,與2019年同期相比,變化不大。由此可見,無人機(jī)云系統(tǒng)中運(yùn)行的無人機(jī)類型比較穩(wěn)定,主要為多旋翼類型植保無人機(jī)。
表6 2020年度各類型無人機(jī)運(yùn)行量統(tǒng)計(jì)表。
考慮到無人機(jī)云系統(tǒng)中注冊無人機(jī)以輕小型無人機(jī)為主,經(jīng)統(tǒng)計(jì),2020年度運(yùn)行高度≤120m的無人機(jī)占97.0%。本節(jié)首先對運(yùn)行高度≤120m的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并將其與2019年無人機(jī)運(yùn)行高度分布進(jìn)行對比,詳見圖7和圖8。
統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,云交換系統(tǒng)中2020年度運(yùn)行高度≤5m的無人機(jī)飛行小時(shí)數(shù)占總飛行小時(shí)數(shù)的74.3%,運(yùn)行高度≤15m的無人機(jī)飛行小時(shí)數(shù)占85.9%。運(yùn)行高度>120m的無人機(jī)飛行小時(shí)數(shù)占總飛行小時(shí)數(shù)的3.0%。
本節(jié)還對2019年和2020年運(yùn)行高度≤120m的無人機(jī)運(yùn)行高度分布進(jìn)行了對比見圖8。
通過對比可知,這兩個(gè)年度的無人機(jī)運(yùn)行高度分布大致類似,相比于2019年,2020年運(yùn)行高度<15m的無人機(jī)運(yùn)行量占比更大,這與本文中該類型無人機(jī)運(yùn)行量統(tǒng)計(jì)結(jié)論一致,即云交換系統(tǒng)中以多旋翼植保無人機(jī)為主。
現(xiàn)統(tǒng)計(jì)2020年度接入云交換系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行無人機(jī)的速度。為獲得更直觀的說明,本文按照范圍統(tǒng)計(jì)參與交換的數(shù)據(jù),在統(tǒng)計(jì)圖表中,
1m/s表示云交換系統(tǒng)所接收的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中,0<速度≤1m/s的飛行小時(shí);
2m/s表示云交換系統(tǒng)所接收的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中,1m/s<速度≤2m/s的飛行小時(shí);
以此類推,50m/s表示云交換系統(tǒng)所接收的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中,49m/s<速度≤50m/s的飛行小時(shí)。
圖6 2020年度各類型無人機(jī)運(yùn)行量占比圖。
圖7 2020年度無人機(jī)運(yùn)行高度統(tǒng)計(jì)。
圖8 2019年度和2020年度無人機(jī)運(yùn)行高度分布對比圖。
統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,運(yùn)行速度為0的無人機(jī)飛行小時(shí)數(shù)占總飛行小時(shí)數(shù)的10.8%,比2019年下降20個(gè)百分點(diǎn)。運(yùn)行速度≤1m/s(不含等于0的)的無人機(jī)占總飛行小時(shí)數(shù)的38.8%,比2019年增加20百分點(diǎn);運(yùn)行速度在1m/s和5m/s之間(含5m/s)的無人機(jī)飛行小時(shí)數(shù)占54.0%,比2019增加近22個(gè)百分點(diǎn)。2020年度,幾乎所有參與交換的無人機(jī)運(yùn)行速度均<15m/s。
為獲得更直觀的統(tǒng)計(jì),本文將運(yùn)行速度≤15m/s的無人機(jī)運(yùn)行速度的分布情況作圖予以說明,詳見圖10和圖11。
圖中可以看出,無人機(jī)云系統(tǒng)中注冊的絕大多數(shù)機(jī)型為多旋翼無人機(jī),極少數(shù)為固定翼。
圖9 2020年度無人機(jī)運(yùn)行速度統(tǒng)計(jì)。
圖10 2019年度和2020年度無人機(jī)運(yùn)行速度對比圖。
圖11 2020年度無人機(jī)運(yùn)行速度統(tǒng)計(jì)。
圖12 2019年和2020年無人機(jī)運(yùn)行速度對比圖。
圖13 2020年度無人機(jī)運(yùn)行時(shí)間分布。
以30min為時(shí)間間隔,對無人機(jī)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì),具體見圖13,圖中時(shí)間為北京時(shí)間。目前我國無人機(jī)運(yùn)行主要在晝間運(yùn)行。
2020年無人機(jī)運(yùn)行的最高峰值出現(xiàn)在北京時(shí)間上午10點(diǎn)到11點(diǎn)30分之間,比2019年同期最高峰值錯(cuò)后30min;同樣,2020年度無人機(jī)運(yùn)行量在下午的峰值也比去年同期略錯(cuò)后30min,出現(xiàn)在17點(diǎn)到17點(diǎn)30分時(shí)間段。
根據(jù)無人機(jī)運(yùn)行區(qū)域熱力圖分析,在云交換系統(tǒng)注冊的無人機(jī)運(yùn)行區(qū)域除中國外,還包括日本,韓國以及東南亞等國家和地區(qū)。
依據(jù)《民用無人駕駛航空器實(shí)名制登記管理規(guī)定》(AP-45-AA-2017-03),自2017年6月1日 起,中國境內(nèi)最大起飛重量≥250g的民用無人機(jī)需進(jìn)行實(shí)名登記,當(dāng)無人機(jī)發(fā)生出售、轉(zhuǎn)讓、損毀、報(bào)廢、丟失等情況時(shí),民用無人機(jī)擁有者應(yīng)及時(shí)通過民航局無人機(jī)實(shí)名登記系統(tǒng)注銷該無人機(jī)的信息。
根據(jù)輕小型無人機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況,本文在2020年對云交換系統(tǒng)中無人機(jī)淘汰率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。2019年第一季度在各無人機(jī)云系統(tǒng)中運(yùn)行的無人機(jī)有83%未在2020年第一季度運(yùn)行,而2019年第二季度、第三季度和第四季度分別有接近56%、59%和80%的無人機(jī)沒有出現(xiàn)在2020年相應(yīng)季度運(yùn)行記錄中。
輕小型無人機(jī)有別于傳統(tǒng)有人駕駛航空器,其屬于快速消耗品,由于技術(shù)迭代和進(jìn)步及產(chǎn)品破損等原因,其淘汰率很高。近幾年無人機(jī)淘汰率統(tǒng)計(jì)表明,2019年四個(gè)季度運(yùn)行的無人機(jī)在2020年對應(yīng)時(shí)間段內(nèi)的淘汰率大幅降低,說明無人機(jī)的持續(xù)使用率有所上升。
從數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來看,2020年初爆發(fā)的新型冠狀病毒肺炎疫情對無人機(jī)在多個(gè)行業(yè)的應(yīng)用產(chǎn)生了較大影響。在1至2月份,無人機(jī)運(yùn)行量處于低位,隨著疫情趨于平穩(wěn),春季大量植保無人機(jī)復(fù)工,3月份無人機(jī)運(yùn)行量大幅回升,隨后無人機(jī)在各行各業(yè)的應(yīng)用恢復(fù)正常,2020年無人機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)量是2019年的1.27倍。由此可見,經(jīng)過多年發(fā)展,我國無人機(jī)應(yīng)用場景已經(jīng)逐步進(jìn)入成熟階段,現(xiàn)有云系統(tǒng)中仍然以植保無人機(jī)為主,多旋翼占到絕大多數(shù),這些無人機(jī)主要在15m以下運(yùn)行且速度較低。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,目前輕小型無人機(jī)運(yùn)行速度、高度、運(yùn)行區(qū)域具有低空、低速和作業(yè)區(qū)域相對集中等顯著特性,與通用航空、運(yùn)輸航空有著本質(zhì)區(qū)別。
無人機(jī)云系統(tǒng)作為我國民航乃至國際民航界較好的無人機(jī)運(yùn)行管理方式之一,在為無人機(jī)用戶提供服務(wù)的同時(shí),也為行業(yè)相關(guān)單位提供無人機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù),局方依據(jù)這些大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果,適時(shí)推出行業(yè)發(fā)展所需的相應(yīng)政策。未來,民航局民用無人駕駛航空器綜合管理平臺(UOM)建設(shè)工作的開展,將需要進(jìn)一步加強(qiáng)無人機(jī)云系統(tǒng)和無人機(jī)云交換系統(tǒng)發(fā)展,局方支持無人機(jī)云系統(tǒng)持續(xù)擴(kuò)大用戶規(guī)模,也鼓勵更多無人機(jī)運(yùn)行信息系統(tǒng)加入云交換系統(tǒng),希望這些系統(tǒng)根據(jù)《無人機(jī)云系統(tǒng)數(shù)據(jù)規(guī)范》(MH/T 2011-2019)完善相應(yīng)系統(tǒng)功能,結(jié)合IT和5G等新技術(shù)應(yīng)用,為行業(yè)提供更好服務(wù)。
圖14 2019年度和2020年度無人機(jī)運(yùn)行時(shí)間分布對比圖。
圖15 2019年度云交換系統(tǒng)中無人機(jī)的淘汰率。
圖16 近幾年無人機(jī)淘汰率對比圖。