提出了一种新颖的统计模型来量化小型民用无人机系统 (UAS) 运行中的态势感知。如今,绝大多数小型 UAS 运行都在人类操作员的视线 (VLOS) 范围内进行,操作员对飞行安全负全部责任。随着操作开始转向超视线 (BVLOS),操作员和日益自主的 UAS 本身很可能会共同承担这一责任。在我们试图量化这种系统的安全性之前,分析现有 VLOS 操作的安全性以提供目标安全水平是有益的。在考虑任何机载决策之前,必须确保 BVLOS 中 UAS 的人工态势感知系统至少与人类操作员的意识一样好。本文为态势感知的高级抽象提供了概率理论和模型,以指导未来对 BVLOS 操作的评估。
摘要:在欧盟“地平线 2020”研究和创新计划的框架内,Labyrinth 项目的主要目标之一是开发和测试基于 U 空间的无人交通管理 (UTM) 系统的冲突管理服务。U 空间作战概念 (ConOps) 提供了这些系统的架构、要求和功能的高级描述,但实施者在使用的技术或某些政策和程序等方面具有一定的自由度。当前文档描述了其中一些实施决策。原型包括 ConOps 定义的部分服务,即电子识别、跟踪、地理感知、无人机航空信息管理、地理围栏提供、作战计划准备/优化、作战计划处理、战略冲突解决、战术冲突解决、应急管理、监控、交通信息和法律记录。此外,还为操作员/飞行员开发了一个 Web 应用程序界面。该系统在模拟和真实视线 (VLOS) 和超视线 (BVLOS) 飞行中进行了测试,包括垂直起降 (VTOL) 和固定翼平台,同时帮助有兴趣使用无人机来支持其任务的最终用户。环境的开发和测试提供了不同级别的经验教训:功能、兼容性、程序、信息、可用性、地面控制站 (GCS) 集成和机组人员角色。
本文件包含六个部分。第 2 部分描述了 NAS 中 UAS 的当前操作。第 3 部分描述了这些操作的能力不足并提供变更的理由。第 4 部分介绍了集成 UAS 的未来 NAS 概念。本节涉及所有 UAS 操作,但仅在机组人员的视线 (VLOS) 内运行的小型 UAS(重量小于 55 磅的飞机)除外。第 5 部分介绍了各种 UAS 类型在所有空域等级内的运行场景。第 6 部分从 FAA 和 NAS 用户的角度总结了 UAS 集成的预期影响。第 6 部分还研究了此概念与其他 NextGen 概念文件的关系。
2012 年 6 月,工作组向为期一天的特别 CARAC 技术委员会提交了第一阶段的建议。由于将拟议法规转变为航空法需要很长时间(约 7 年),工作组决定将拟议法规纳入新的 TC 检查员工作人员指示,以加快批准 UAS 特殊飞行操作证书和符合拟议法规的操作。2013 年 11 月,在发布工作人员指示 (SI-623-001) 的一年前,加拿大无人系统协会根据工作组的监管建议向其成员发布了一套视距内小型 UAV 操作的最佳实践。这些最佳实践为业界提供了一个早期机会来遵守工作人员指示。2015 年 5 月,加拿大交通部宣布了一份关于在 VLOS 内运行的 25 公斤以下 UAV 的加拿大航空法规拟议修正案通知 (NPA),该修正案主要基于无人机项目设计工作组第一阶段的工作。
特定运行风险评估 (SORA) 是一种重要的方法,用于将无人机飞行任务所带来的风险归类为法规 [1] 和 [2] 中定义的特定运行类别。该方法基于对地面风险和空中风险的评估。地面风险与人员、财产或关键基础设施遭到无人机撞击的风险有关,因此会考虑与人口密度、运行类型(VLOS 或 BVLOS)和无人机规模有关的运行环境。空中风险的确定考虑了在空域中遇到有人驾驶飞机的概率,该概率主要来自于空域中有人驾驶空中交通的密度和组成。在获得地面风险等级 (GRC) 和空中风险等级 (ARC) 的相应值后,将两者结合起来得出任务的最终评级,即所谓的 SAIL(特定保证和完整性等级),值越高表示潜在风险越大。缓解措施可以是增加设备或改变运营方式,包括订阅 U-space 服务,可用于降低地面和空中风险,从而降低 SAIL。安全评估的示例可在附件 C 中找到。
AGL 高于地面 AOI 感兴趣区域 ARF 即将起飞 ATC 空中交通管制 BEC 电池消除电路 B-VLOS 超视距 CAA 民航局 CHDK Canon Hack 开发套件 CMOS 互补金属氧化物半导体 CW 顺时针 CCW 逆时针 DSM 数字表面模型 DJI 大疆创新 ESC 电子速度控制器 FL 飞行高度 FLIR 前视红外雷达 FPV 第一人称视角 GIS 地理信息系统 GPS 全球定位系统 GNSS 全球导航卫星系统 IATA 国际航空运输协会 ICAO 国际民用航空组织 KAP 风筝航空摄影 LiDAR 光检测和测距 LiPo 锂聚合物 LRS 远程系统 MP 百万像素 NATS 国家空中交通服务 NDVI 归一化差异植被指数 NGO 非政府组织 NOTAM 飞行员通知 OPTO 光隔离器 OSD 屏幕显示 PfAW 空中作业许可 PNP 即插即用 PPK后处理运动学 RC 无线电控制 RGB 红色、绿色、蓝色 RPAS 遥控飞机系统 RTF 准备飞行 RTH 返回家园 RTK 实时运动学 RTL 返回发射 SfM-MVS 运动结构多视角立体 TLS 地面激光扫描仪 TOW 起飞重量 UAV 无人驾驶飞行器 UTM 无人驾驶飞机系统交通管理 VFR 目视飞行规则 VLOS 视觉视线
AW3D ALOS 世界 3D(近全球高度模型) AW3D30 点间距为 30 米的 AW3D(免费提供高度模型) CAP 共同农业政策(欧盟政策) CCD 电荷耦合器件 CMOS 互补金属氧化物半导体 CORINE 环境信息协调 CORS 连续运行参考站(用于精确 GNSS 定位) DInSAR 差分干涉合成孔径雷达 DSM 数字表面模型(可见表面高度) DTM 数字地形模型(裸地高度) EASA 欧洲航空安全局 EGNOS 欧洲地球静止导航叠加服务 FMC 前向运动补偿 FOV 视场 GCP 地面控制点 GDEM2 ASTER 全球数字高程模型(免费提供 DSM) GNSS 全球导航卫星系统(GPS、GLONASS、伽利略、北斗等) GSD 地面采样距离 HALE 高空长航时 ICAO 国际民用航空组织 InSAR 干涉合成孔径雷达 JRC 欧盟委员会联合研究中心 LiDAR 光探测与测距 - 也称为激光扫描仪 LOD 细节层次(用于城市地图细节) LPIS 地块信息系统 MEMS 微机电系统 - 用于姿态测定 Mpix 百万像素(传感器像素数) NDVI 归一化差异植被指数 NIR 近红外 OCS GE 大规模土地覆盖和土地利用数据库(大尺度太阳辐射职业) PPK 后处理 运动 GNSS
无人机系统 (UAS) 的运行数量、技术复杂性和精密性正在迅速增加。这些新型飞机越来越受欢迎,给美国运输部 (Department) 和联邦航空管理局 (FAA) 带来了许多监管和技术挑战。本路线图旨在满足 2012 年联邦航空管理局现代化和改革法案 (FMRA) 第 332 节的要求。它提供了迄今为止实现 UAS 集成的进展、我们继续面临的挑战以及应对这些挑战的近期战略。运输部将 UAS 完全整合到国家空域系统 (NAS) 的愿景是让 UAS 与有人驾驶飞机和谐地并肩运行,占据同一空域并使用许多相同的空中交通管理 (ATM) 系统和程序。这一愿景超越了调节实践,后者在很大程度上依赖于操作隔离来维护系统安全。在我们努力实现这一愿景的过程中,必须逐步将 UAS 引入 NAS,以确保空中和地面的人员和财产安全。本路线图的第一部分概述了在整合初期所取得的巨大进步。随着前两项 UAS 规则的发布,该部门在监管方面迈出了重要的一步。2015 年 12 月,发布了《小型无人机注册和标记要求临时最终规则》,适用于重量超过 0.55 磅(250 克)且少于 55 磅的 UAS。2016 年 6 月,发布了小型 UAS 规则(联邦法规 (CFR) 第 14 篇第 107 部分),并于 2016 年 8 月生效。该规则允许在视距内(VLOS)进行常规小型 UAS 操作。在小型 UAS 规则最终确定之前,FAA 仅在个案基础上授权 UAS 运行,允许商业 UAS 在特定的低风险情况下运行。本路线图的第二部分概述了该部门所依赖的政府和行业之间至关重要的关系,以确保其 UAS 集成工作协调一致。无人机咨询委员会 (DAC) 和无人机安全小组 (UAST) 以及多个航空规则制定委员会 (ARC) 的建议为 FAA 的 UAS 集成活动提供了重要意见。解决我们共同挑战所需的所有工作都需要地方、部落州、国家和国际层面的合作伙伴以及 UAS 行业和利益相关者社区的合作伙伴之间的合作。该部门对 UAS 安全高效集成的承诺还需要解决本路线图第三部分所述的几个关键挑战,以使这项新兴技术能够安全地发挥其全部潜力。在 UAS 超视距 (BVLOS) 操作成为常规操作之前,必须解决确保无人机 (UA) 与其他飞机保持安全距离以及飞行员保持对 UAS 的控制并始终了解其位置的技术问题。还必须做大量工作来
无人驾驶飞机系统 (UAS) 的运行数量、技术复杂性和先进性正在迅速增加。这些新型飞机的普及给美国运输部 (Department) 和联邦航空管理局 (FAA) 带来了许多监管和技术挑战。本路线图旨在满足 2012 年 FAA 现代化和改革法案 (FMRA) 第 332 节的要求。它提供了迄今为止实现 UAS 集成的进展、我们继续面临的挑战以及应对这些挑战的近期战略的最新信息。该部门将 UAS 完全整合到国家空域系统 (NAS) 的愿景是让 UAS 与有人驾驶飞机和谐地并肩运行,占据相同的空域并使用许多相同的空中交通管理 (ATM) 系统和程序。这一愿景超越了住宿实践,住宿实践在很大程度上依赖于操作隔离来维持系统安全。在我们努力实现这一愿景的过程中,必须逐步将 UAS 引入 NAS,以确保空中和地面人员和财产的安全。本路线图的第一部分概述了在整合初期取得的巨大进步。随着前两项 UAS 规则的发布,该部门在监管方面迈出了重要的一步。2015 年 12 月,发布了《小型无人机注册和标记要求临时最终规则》,适用于重量超过 0.55 磅(250 克)且少于 55 磅的 UAS。2016 年 6 月,小型 UAS 规则(《联邦法规 (CFR)》第 14 章第 107 部分)发布,并于 2016 年 8 月生效。该规则允许在视线 (VLOS) 范围内进行常规小型 UAS 操作。在小型 UAS 规则最终确定之前,FAA 仅根据具体情况授权 UAS 操作,允许在特定的低风险情况下进行商业 UAS 操作。本路线图的第二部分概述了该部门所依赖的政府和行业之间的重要关系,以确保其 UAS 集成工作协调一致。无人机咨询委员会 (DAC) 和无人机安全团队 (UAST) 以及多个航空规则制定委员会 (ARC) 的建议为 FAA 的 UAS 集成活动提供了重要意见。还有很多工作要做解决我们共同挑战所需的所有工作都需要地方、部落州、国家和国际各级合作伙伴以及 UAS 行业和利益相关者社区的合作伙伴之间的合作。该部门对 UAS 安全高效集成的承诺还需要解决本路线图第三部分所述的几个关键挑战,以使这项新兴技术能够安全地发挥其全部潜力。在 UAS 超视距 (BVLOS) 操作成为常规之前,必须解决确保无人机 (UA) 与其他飞机保持安全距离以及飞行员保持对 UAS 的控制并始终知道其位置的技术问题。