无人机航路保持能力验证及冲突探测与解脱体系

　　一、背景

　　低空经济是以低空空域及地面基础设施为依托，以无人驾驶航空器及各类低空运行活动为引领的新质生产力。作为数字化产业战略转型的新方向，无人机在城市物流、支线运输、遥感探测、农林植保、应急救援、飞行培训及体育旅游等众多行业起重要推动作用，呈现出经济辐射效益强、上下游产业链长的综合经济形态。随着低空经济利好政策的不断出台以及低空运行规模及种类不断丰富，如何保证低空运行的安全、有序及高效成为了当前低空经济落地的重点问题。

　　《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》(以下简称条例)以及《民用无人驾驶航空器运行安全管理规则》(CCAR-92部)明确要求，运行人应当通过电子围栏等技术措施使其使用的民用无人驾驶航空器具备相应的空域保持能力，以避免超出运行空域，保证国家的空防安全。随着低空经济的不断深化发展，以无人机为代表的低空航空器得到了广泛的使用。然而，无人机黑飞、扰航、失控等危害国家空域安全的现象也逐渐凸显，不仅干扰民航交通的正常运行，还对人民生命财产安全造成严重威胁，更对国家空域空防安全造成恶劣影响。因此，急需无人机航路保持能力验证工具来对无人机的定位精度、空域保持能力进行验证，得出准确、可靠、安全的检验值。从而为无人机运行政策的制定提供数据基础，为低空经济的有序发展提供技术保障，为国家空防安全提供科技支撑。同时，无人机数量的不断增长为低空空域运行效率带来了极大的挑战，航路保持能力检验检测工具的应用为后续制定低空航空器运行间隔、合理划设航线保护区域以及合理规避碰撞风险等关键运行技术难题提供了实验数据参考，在《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》明确要求应制定空中避让原则及间隔管理的基础下，如何合理、科学、安全的制定出合适的空中运行规则是目前低空经济亟需解决的壁垒。然而，目前仅从政策角度对无人机避让及冲突解脱进行规定，缺乏对应具体落地的方案，导致监管部门无法把控管理力度、运行企业无法掌握飞行规定。其次，为保障无人机顺利运行，各地区以“各自为政”的方式对无人机冲突探测与解脱方式出台了相关管理规定，但不同地区的差异性导致规定也各不相同，造成无人机跨区域运行时多次变换操作指令，导致跨区域运行空中风险加大，也不利于监管部门对无人机运行统一管理的要求。因此，急需研究低空航空器冲突探测与解脱模型以及运行间隔、飞行规则理论体系，为实现低空协同运行管理的数字化、自动化、集成化提供科学化、精细化管理方法及技术理论体系。

　　二、项目介绍

　　航科院运行技术研究所为帮助验证无人机空域保持能力，开发了一套基于软硬件交互的航路保持能力检验检测工具，根据划设的飞行航线信息与实际飞行所得出的轨迹信息进行精准评估，得出航路保持能力精度。具体表现为：工具分为飞行定位信号接收模组及航路轨迹相似度检验模组两个部分。飞行定位信号接收模组主要由多源定位信号接收仪、轨迹位置信息记录装置构成，并将其集成为一个轻量化挂载工具，将经过校准的定位信号接收装置固定附着在待检测无人机顶部，并提前规划好待检测航线信息，无人机按照航线进行飞行过程中，定位信号接收装置接收无人机实际位置信息。飞行结束后，飞行定位信号接收模组将位置信息自动传输到航路轨迹相似度检验模组中，通过自研的轨迹定位相似度算法，消除由于计算误差导致的航路相似度差异过大的问题，实现实际轨迹与预设的航线信息之间的准确计算，并将实际飞行轨迹信息与预设的航线信息进行比较，得出航路定位的精度，从而输出无人机航路保持能力。

　　为切实保障低空空域的运行安全、有序、高效原则，从技术层面提高政府部门对低空运行的管控能力，航科院运行所开展了无人机冲突探测与解脱理论体系研究，为保证多种类、多场景无人机协同运行的空中安全性，以空域无人机整体运行态势为切入点，建立三维模型，对空域内无人机冲突探测进行预判，并将发生潜在冲突的无人机进行筛选。在此基础上，建立神经网络模型，以无人机历史位置信息为基础，对无人机的潜在运行状态进行预测，计算无人机未来一段时间内的碰撞概率。在冲突探测的基础上，根据避让复杂程度、无人机任务的重要性以及空域整体的安全水平等多维参数，构建解脱优先级序列模型，在满足运行安全性与公平性要求的基础上完成整体成本最优的多无人机解脱策略分配，最终形成一套完整可复制的低空运行规则范本。

　　三、意义与应用

　　目前航路保持能力检验检测工具以及无人机冲突探测与解脱理论体系两项科研成果已完成行业验收，这两项成果的应用不仅为低空行业输出合理的运行规则标准、为低空航路航线的规范化划设提供合理的验证指标及检验工具，还为民航及低空运行相关监管部门对低空航空器飞行安全及空域空防安全管理提供准确的检测抓手，保障低空航空器运行过程中定位的准确性与标准化。极大的减少了由于缺少检测工具及理论体系导致的运行监管“不会管、不敢管、管理不科学、力度把控不一”等问题。

　　此外，这些成果已经在低空运行规则制定和标准输出方面取得了实质性进展，为低空领域法规体系的完善奠定了坚实基础。其规范化的验证工具和冲突探测理论体系，不仅在低空航路划设中实现了标准化应用，还为监管部门提供了实时监测低空航空器运行情况的有效抓手，极大减少了安全隐患。这些成果的推广应用，不仅推动了低空行业整体安全水平的提升，也为行业的长远发展提供了重要的技术保障，展现了极高的行业价值与实际意义。