无人机集群表演安全管理策略探索

　　一、背景

　　近年来，民用无人驾驶航空器(以下简称无人驾驶航空器)数量呈爆发式增长，在促进经济社会发展的同时，航空安全、公共安全和国家安全也受到威胁。为保障航空安全、公共安全以及国家安全，促进无人驾驶航空器产业及相关领域快速健康发展，迫切需要对无人驾驶航空器进行科学合理有序管理，目前已颁布并实施的条例包括《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》《民用无人驾驶航空器运行安全管理规则(CCAR-92部)》。

　　近年来，无人机集群表演已成为低空经济的重要应用场景，也是举办大型活动的重要宣传方式，更是中国无人机编队技术走向世界的成功剪影。同时，无人机集群表演作为一种复杂多变的无人机飞行场景，具有飞行数量庞大、飞行轨迹多变、观看者众多等特点，安全管理面临挑战。

　　安全是无人机集群表演业务发展的基础，需对无人机表演全过程规范管理，并有先进的保障系统提供技术支撑。高巨创新根据《民用无人驾驶航空器空中交通管理信息服务系统数据接口规范》等相关标准自主研发了无人机集群表演安全保障系统，制定了一系列安全规范管理标准，安全管理措施已形成可用经验，正上报相关主管部门,争取成为行业标准。自无人机集群表演安全规程实施以来，已完成8000余场编队演出活动安全保障，无人机飞行表演事故率显著降低。

　　二、技术与管理策略

　　为满足快速增长的无人机表演需求，解决日益凸显的安全挑战，高巨创新自主研发了无人机集群表演安全保障系统，编写了《无人机编队通用要求》标准，通过四种主要技术的支持，可实现无人机集群表演飞行前、飞行中、飞行后全过程、全方位的安全管理。

　　(一)四种主要技术

　　1.数字孪生。联动无人机集群中所有无人机内部的传感器设备，实时监控各无人机状态，能够根据传感器运行的实时反馈信息对无人机的运行状态进行监控，能够依据采集的运行数据仿真分析算法，从而对无人机集群表演安全提供更加精确的决策。

　　2.飞行任务仿真模拟。能根据现有的坐标地址以及飞行表演文件进行仿真推演，模拟现实场景进行预览，为无人机集群表演安全提供整体统筹，从而更好地规划安全警戒距离、安保措施，保障观众的生命财产安全。

　　3.远程识别监控。可用于对民用无人驾驶航空器系统实施监视，为空管运行单位及其他相关单位和部门提供监视目标的实时动态信息。利用监视信息判断、跟踪空中航空器位置、集群飞行的基本信息(包括空域使用信息、集群飞行飞行器数量等)，获取监视目标识别信息，掌握航空器运行轨迹和意图、航空器间隔等运行态势，支持安全预警、运行高度监视等相关应用，可提高无人机表演中的安全监管和空管保障能力，提升安全水平和运行效率。

　　4.电子围栏技术。设置电子围栏，围栏范围可以根据表演现场环境或表演安全需求进行调整，同时借助系统中的测距功能进行测量。飞机在红色区域与白色区域内时，定位异常的飞机将根据用户设置的异常降落，最低返航高度来进行自动返航(未设置时将不返航，由飞控控制进行原地降落)，当飞机的位置超出禁飞区围栏时，将触发飞机锁桨炸机，避免无人机表演过程中飞出最大安全距离，有效保障观众安全。

　　(二)飞行前准备

　　1.飞行准备阶段。对设备运输严格执行安全运输规范，设备要轻拿轻放，安全搬运，电池和飞机尽可能分开运输。设备到达场地后，要对设备存储仓进行消防安全检查，供电安全检查，排除安全隐患;设备存放需要规则有序，电池需要单独区域进行存放。对相关设备进行充电时需要派人值守，并安排一名安全员进行检查。

　　2.飞行现场测试。现场清晰划分运营区域，在地面确立好地面隔离区域;操作员选择适当时间进行飞行测试。

　　架设无人机干扰源探测设备，确保起飞前无干扰信号;按摆放图摆放无人机及通讯设备;摆放完毕后，操作员检查，确保所有设备摆放位置正确且连接正常。

　　所有设备摆放完毕后，进行无人机等设备的上电;所有设备上电完毕后，对无人机外观进行检查;待无人机检查完毕后，检查地面站设备是否正常，通信设备是否连接正常，确保设备各连接处锁紧到位;测量风速，确保不超出无人机最大承受范围。

　　打开所有设备;开启地面站软件，检查所有接口或中继器连接正常;确保所有设备电量充足;待所有设备正常，环境允许起飞，开始飞行测试;解锁所有无人机并检查;进行悬停测试，检查无人机动力和悬停是否正常;将舞步通过仿真模拟软件进行预览;确认差分基站、地面通讯站及地面站控制台等设备通讯正常，差分基站附近禁止无关人员靠近;选择最大飞行范围无人机进行试飞舞步，观察飞行路线和回传的飞机信息状态;如有异常或飞行的路线不符合安全要求则需要上报编队飞行总指挥进行相关调整。

　　测试结束后，检查所有设备电量;所有飞机上传飞行表演舞步程序，进行整体飞行观察整体表演情况，判断表演是否可以顺利进行。

　　3.飞行前的申报审批。对接民航局UOM系统，对表演飞行空域进行申请。方便操作员进行飞行演出表演计划的安排与实施。

　　(三)飞行中管理

　　1.正式飞行确认。检查安全警戒线及安全指示标识的设立、确认地面隔离区域已无非工作人员;布置好安保区域，安保范围及安保人员分布，按安保示意图进行分区管控。

　　观测评估天气情况及无人机信号干扰情况，现场天气及信号情况应符合无人机安全飞行条件;如果环境不满足飞行规范条件，操作员反馈给编队飞行总指挥，由总指挥决策终止或延迟飞行表演。

　　表演前，应再次仿真舞步预览，确认飞行内容、飞行航向、飞行范围等，确定飞行舞步应安全可靠并与方案一致;根据活动安全要求在无人机编队表演场地部署信号干扰源探测设备，编队表演时应优先保障人员安全和设施设备安全。

　　进行相关起飞前安全测试检查，运营设施发生异常时应及必须更换或维修好，不良运营设施不得投入无人机编队表演飞行;编队表演中，地面站操作人员应加强瞭望观察飞行状态，遇有意外情况，应及时采取安全应急措施，并立即上报编队飞行总指挥;操作员应监督地勤人员撤到安全区域，随后再进行飞行表演。

　　在任何飞行期间，任何人不得进入飞行表演区域;编队飞行期间，提前经过报备的航拍机可开展航拍作业，报备航拍机不宜超过三架，任何未经报备的航拍机不准许靠近飞行表演区域。

　　2.飞行中的实时监控

　　(1)数据监控。

　　数据监控大屏

　　提供即时的无人机信息反馈，能即时、充分、有效地获取当前无人机的有关信息及数据，操作员能利用上述数据进行飞行操作的决策。

　　(2)视频监控。

　　提供在飞行表演过程中提供即时的无人机空间数据，能即时提供整体无人机的位置数据，并对有飞行安全风险的无人机进行风险警告，操作员可根据该系统对有高风险的无人机进行如即时返航等操作以保护群众安全。

　　(3)环境监控。

　　提供环境监测功能，设置对当前环境温度、湿度、风速、磁场情况的应对情况，根据当前设置的系统阈值，来自动执行相应的操作。

　　(4)飞行姿态跟踪监视。

　　实现飞行姿态跟踪监视，对选中的特定无人机或全部无人机进行飞行姿态跟踪监视，通过实时捕捉和分析无人机的飞行姿态数据，系统能够精确追踪无人机在空中的位置、方向、速度和角度变化。操作员可以从中获取每架无人机的详细飞行状态，并迅速识别出潜在的问题。当系统检测到任何飞行姿态异常时，会立即发出故障报警提示，使操作员能够及时采取措施，确保飞行任务的安全性和有效性。

　　(5)空域实时监测。

　　实现对飞行表演空域进行实时检测，可实时准确地导入飞行区域地图，系统动态显示多种数据，提供全方位的视角，从而提升操作员对任务的全面认知能力。实时的任务状态监控功能确保飞行器的各项数据和任务进程透明可见，并支持及时调整。借助综合的实时数据和智能分析，系统能够提前评估潜在风险，帮助操作员制定应急措施，显著提升对突发事件的应对能力。

　　(6)风险处置。手动控制无人机，对有风险的无人机进行单独操作，采取必要的应对措施。在突发情况下，系统允许操作员快速执行一系列紧急操作，例如立即返航、迫降等，以最大限度地保障周围群众的安全。

　　(四)飞行后管理

　　1.日志上传。

　　在飞行表演结束后系统会自动生成本次飞行任务的系统日志，对所有的飞行操作以及飞行中遇到的特殊情况进行汇总，方便操作员在表演结束后对任务整体进行评估，对存在的问题进行改进，为下一次的任务的更好实施提供助力。

　　2.现场恢复。无人机完成降落后，立即通知编队飞行总指挥，编队飞行总指挥负责通知现场安保以及公安系统，允许放开表演隔离安全区域恢复交通人员通行，只保留无人机起飞场。

　　所有无人机完全降落后，现场工作人员清点无人机数量，如有故障设备将故障设备标记并导出相关飞行日志后与正常设备分开存放，最后记录飞行情况;

　　待所有设备清点完毕后，操作员组织地勤人员对工作区域进行垃圾清扫，保证现场环境卫生整洁;随后撤场并放开所有隔离区域，恢复正常通行。

　　三、主要成效

　　高巨创新无人机集群表演的规模不断扩大、区域持续扩展、效果不断创新，无人机集群表演安全规程发挥的作用愈发显著。

　　(一)表演数量持续上升

　　随着无人机集群表演安全规程的不断完善，单次可表演的无人机数量迅速攀升，从最初数十架的无人机表演到数千架无人机同时飞行。2021年5月，高巨创新携5200架自研无人机在深圳龙岗大运体育中心一举刷新了四项吉尼斯世界纪录：最多无人机同时飞行、最大的由无人机形成的光源影像、最长时间由无人机表演的动画、同组无人机连续组成最多队形。2024年9月，高巨创新再次凭7998架无人机一举刷新“最大的由无人机形成的光源影像”世界纪录，以8100架无人机刷新“最多无人机同时飞行”世界纪录。目前这四项纪录仍由高巨创新保持着。

　　(二)表演城市不断拓展

　　最早的无人机表演出现在2012年夏天的奥地利，海外企业开创了无人机表演的新形式，但并没有快速在这一细分领域形成产业。高巨创新抓住这一市场机遇，发挥自身在无人机集群表演安全管理的优势，迅速在全球各地点亮表演。从深圳小范围的区域辐射到北美、东亚、欧盟、中东、东南亚、中亚等全球近40个国家地区和超300个城市，已累计成功完成近万场编队演出活动。

　　(三)表演效果不断增强

　　2018年春晚表演，300架无人机组成的中华白海豚从港珠澳大桥上空跃过，完成了国内首次大型3D无人机编队表演;2022年北京冬奥会开幕式上，作为唯一一个在热场环节亮相的南方沿海城市，在深圳用2022架无人机下了一场雪，实现了夜幕中每一片“雪花”的动态立体变幻;2024年7月巴黎奥运会，1100架EMO无人机腾空而起，结合埃菲尔铁塔造型，挂载绽放烟花，变换出多种奥运元素图案，上演了一场震撼的“赛博烟花”秀。高巨创新不断突破无人机集群表演效果，创新推出了能挂载冷烟花、爆闪灯及激光等多品类创意模块的挂载专用无人机，打造空中多角色的精彩呈现和融合互动舞台，获得了来自多方的肯定与赞扬。无人机编队表演效果愈发震撼的背后，离不开无人机集群表演安全规程的强力支撑。

　　四、经验与启示

　　在无人机集群表演中，通常会面临定位不够精准、通信严重堵塞、电磁环境干扰等诸多问题，为保证一场“安全零失误”的正式表演，需要从多角度考虑。

　　(一)必须把表演安全作为第一要务

　　安全是一切活动的基础，是一切活动的前提，是不可超越的先决条件，无人机集群表演安全同样如此。回溯过往，我们可以清晰地看到无人机集群表演事故的不良后果，侵害地面安全、扰乱航空秩序、巨大财产损失，诸如此类，不胜枚举。高巨创新始终把无人机集群表演安全作为第一要务，切实打好安全的基石，最终才能呈现美轮美奂的无人机集群表演。

　　(二)必须把先进技术作为第一支撑

　　先进技术是无人机集群表演安全保障的重要手段，高巨创新采用四种核心技术，保障了无人机集群表演的安全。飞行任务仿真模拟技术，整体统筹，保障生命财产安全;数字孪生技术，智慧大脑，提供精准决策;远程识别监控技术，监管保障，提升安全水平和运行效率;电子围栏技术，安全栅栏，观众的安全防线。

　　(三)必须把安全规程作为第一保证

　　无人机集群表演作为一种新兴的表演形式，其流程规范的制定和执行对于确保表演的安全具有决定作用。高巨创新制定的无人机集群表演安全规程，从飞行准备、飞行测试、飞行申报、正式飞行确认、实时数据监控、实时环境监控、风险处置等角度全面考虑，有效保障了无人机集群表演安全。

　　高巨创新通过加强无人机集群表演安全规程建设管理，正不断降低表演飞行安全事故率，但是飞行安全问题的解决不可能一蹴而就，还需要不断从历史经验教训中总结、不断完善，力争安全事故零发生。