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基于5G的智慧空管:让无人机看得见、控得住、能溯源

发布日期 2020-05-27

     “大力度开放无人机低空空域”一直是我国民用无人机行业发展的重点和难点。对此,今年两会期间,多位代表委员提出关于“低空空域”的提案。政府工作报告提出,要“加强新型基础设施建设、发展新一代信息网络,拓展5G应用”,这一政策为无人机的发展带来了千载难逢的机会。尤其是5G网络低延迟、高带宽特性,为民用无人机的大规模网联化监控、任务数据的实时传输、任务协同与集群应用提供了技术基础,使得基于网联无人机的智慧空管规模化运行有了实现的可能和长足的发展空间。

      现有的空管体系已不满足发展需求

      我国民用无人机一度被形象地称为“风口上的猪”。2019年的无人机行业大事记中,广州亿航智登陆纳斯达克成为“无人机第一股”;三家无人机企业(分别是纵横股份、麦飞科技、千寻位置)单笔融资额过亿元。资本的纷纷涌入,行业巨头的跨界布局,无一不证明着无人机这把火确实烧起来了。此外,无人机相关硬件正在向小型化、低功耗和低成本方向迈进,这为无人机制造业创造了良好的生存环境。

      但总体来说,我国民用无人机行业发展时间不长,体量相对较小,产业链发展不完善,各地区发展不均衡等问题也较为突出,尤其是在监控层面,中国特有的通航环境是一把双刃剑,既在一定层面上为民用无人机的快速发展提供空间和机遇,又因为政策基础的薄弱导致新政策的制定出现缓慢、反复等情况,成为民用无人机行业快速发展的重要掣肘。

      现有空中交通管理系统主要面向高空和机场周边的管制空域,管理对象主要是有人运输航空飞行。管理策略和管制指令以地面管制员人为经验以及与地空通话协调通报为基础。在飞行监视方面,一般基于一二次雷达、ADS-B等手段,成本相对较高。

       总体而言,现有空管体系表现出两个突出特点:一是智慧程度不足,基于人为经验和判断的管制模式已经逐步到达运行能力的上限;二是管理区域不主要面向低空空域,虽然有人通航飞行大多集中在低空空域,但是当前我国有人通航飞行体量太小,不足以对现有空管体系造成实质性影响。

      基于此,现阶段我国低空空域的空管体系架构、政策规范、基础设施、管理流程、管理技术等均不够完善甚至处于空白状态。新冠肺炎疫情的暴发,使国内外对于网联无人机应急处理行业应用的重视和需求突增,也进一步激活了网联无人机相关技术发展的研究。

      民用无人机对现有空管提出的挑战

      推动通用航空高质量发展方面,首先要协同推动低空空域管理改革。国家空管委组织在四川省成立了低空空域综合管理改革试点,深入推进低空空域管理改革,构建新型空域管理模式,力求实现空域资源对通用航空的有效供给。

      无人机产业是航空产业的重要组成部分,成都拥有无人机整机研发制造、飞行控制系统、任务载荷系统、应用软硬件、配套运营服务为一体的完善产业链,聚集了纵横股份、腾盾无人机、朗星无人机、时代星光等具备各类核心技术的民营无人机企业。

      据成都市无人机产业协会会长、成都纵横自动化技术股份有限公司董事长任斌介绍,自主化、集群化、多样化飞行是无人机未来发展趋势,低空无人机多样化应用、多变动态需求、高密度飞行,对现有空管体系提出了新的需求和挑战,需要突破超越当前空中交通管理系统基础设施、空中交通管制人员资源和载人飞机运行模式的关键技术。这些需求和挑战主要可以分为三个方面:

      一是体系架构层面,包括新的空域结构、航线结构、无人机空管主体、无人机空管流程、多维信息的交互的传输、无人机空管体系与有人机空管体系边界与融合等。尤其在低空空域这一传统空管涉足较少的区域,可以认为需要几乎从零开始新建一个与高空管制空域空管体系完全对应的低空空管体系;

      二是空管基础设施层面,传统空管的通信、导航、监视、信息等基础设施一般针对机场及高空空域,没有专门针对低空的基础设施,如传统的一二次雷达或ADS-B等监视技术手段应用于低空时将遇到信号覆盖范围和定位精度等多方面的问题,低空无人机空管需要大量新建相应配套的基础设施,但同时面临着有没有合适的技术,新建设施是否具有可行性等挑战;

      三是空管关键技术层面,传统空管关键技术和管制手段都是人工化的,低空无人机飞行需要计算机自动化生成和处理空管指令,且低空飞行量巨大,需要快速智能化的处理技术,这就为现有空管关键技术的智慧化升级带来了切实的需求。但是,人工智能等智慧技术如何应用于空管当中,如何保证新技术下的飞行安全都是无人机产业为空管体系带来的挑战。

      5G给低空无人机空管带来机遇

      与无人机未来发展趋势相适应,必然要有与之相匹配的通信网络、通信设备、无人机管理平台和安全保障。纵观全球,无人机空管在体系架构、政策法规、关键技术、应用实施等方面均在探索阶段,没有成熟案例。低空无人机空管的首要难题在于无人机与空管系统的通信,随着5G商用技术的成熟,基于5G蜂窝网络大带宽、低时延、大连接的网络能力将赋能无人机产业,为低空无人机的看得见、控得住、能溯源等空管目标提供了天然的支持。在5G网络支撑下,通过基于人工智能的智能实时航线规划、智能起降管理、智能探测与避让、时空大数据等技术形成的智慧空管体系,是解决无人机空管、进而推动无人机大规模智能应用的关键技术和基础设施。

      低空无人机空管作为“智慧空管”的重要组成部分,也必将向着信息传输网络化、运行空间数字化、飞行终端智能化的方向发展。接入低空移动通信网络的5G网联无人机,可以实现设备的监视和管理、航线的规范、效率的提升,促进空域的合理利用,从而极大地延展无人机的应用领域,在物流配送、应急救援、农业植保、电力巡检、警用执法、地质勘探、环境监测、森林防火以及影视娱乐等领域发挥重要作用,产生巨大的经济价值。

      四川省是全国首批低空空域协同管理试点省份。5G时代的到来为网联无人机提供了更大的发展契机,将对未来无人机的应用提供巨大的支撑作用:一是实现无人机系统的遥控、遥测、信息传输与跟踪定位;二是实现无人机空域管控;三是支撑各种社会化应用服务。

      任斌在谈到5G网联无人机的广阔前景时表示,基于新一代蜂窝移动通信网络5G为网联无人机赋予的实时超高清图传、远程低时延控制、永远在线等重要能力,全球将形成一个数以千万计的无人机智能网络,7×24小时不间断地提供航拍、送货、勘探等各种各样的个人及行业服务,进而构成一个全新的、丰富多彩的“网联天空”。

(文/王珊)


责编:赵汗青

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