无人机对传统低空运行的冲击与挑战

尽管受到疫情等外部因素影响，但我国民用无人机行业规模在过去两年间翻了一番，无人机运行总量已与传统运输航空飞行大体相当。根据民航局统计数据，截至2020年底，我国民用无人机注册用户49.3万个，注册无人机52.4万架，无人机有效驾驶员执照88944本，无人机经营性飞行活动159.4万小时，2020年上传云系统的无人机飞行量达到183万小时。

从应用场景看，民用无人机主要开展航拍、空中表演、基础设施巡检、末端物流配送、城市高层建筑消防等业务，运行所需的空域范围主要涉及传统通用航空运行相对集中的低空空域，短期内爆发式增长的无人机给传统低空运行带来前所未有的冲击和挑战。

1传统低空运行技术面临技术变革

空域组织与管理技术创新

无人机将在未来低空运行中占据较大比重。从全球范围看，我国通用航空业是从较低技术水平起步发展的，但在无人机领域获得了与全球航空业同时起步、规模体量与产业链完整度上的优势，出现了一批基于原始创新的飞行性能、基于全新操控手段和应用领域的飞行载体，从航空器总量、拥有者（飞行操作者）数量和飞行总量上迅速超过传统通用航空。

无人机采用智能化的运行模式，难以直接接入现行的低空空域运行体系，迫切需要低空空域组织与管理的技术变革为无人机提供更顺畅的融入机制。另一方面，无人机发展的关联技术创新为这场技术变革奠定了坚实基础。近年来，我国在互联网、5G、人工智能技术等领域保持快速发展，这些技术进步都可以转化为低空运行管理技术创新的基础。我国在无人机领域的快速增长以及全产业链发展具有显著的领先优势，无人机将成为我国航空业日益重要的分支领域，这为我国航空科技创新带来全新动能，未来必将全方位推动低空运行技术的发展。

运行管理底层技术创新

无人驾驶的操纵及运行管理方式决定了未来的低空空域运行将实现动态间隔管理。运行管理需要考虑有人/无人不同航空器的特点与能力，航空器用户任务规划、空域容量平衡、冲突管理都需要打破现有的技术模式，进而搭建更精密的空域运行管理系统。在这个过程中，通信、导航、监视（CNS）设备将成为运行管理系统的主要技术支撑，CNS的即时性、有效性、覆盖能力等将对空域运行间隔产生决定性影响，运行环境和机载系统的CNS性能将决定整个低空空域运行管理的安全性、经济性和运行效率。

我国CNS发展已具备技术储备和设备基础，可有效支撑未来运行管理新模式。随着卫星导航、ADS-B监视、数据通信等技术日益成熟，运行成本不断降低，我国正在大力推进北斗应用、星基ADS-B与5G低空通信等新一代基础设施建设与应用，低空空域运行将迎接更多基于全新底层技术支持的全新运行模式、运营管理方式与提升安全效率的运行工具。

全局性技术变革

无人机运行正在不断拓展更广阔的应用场景，应用创新加速了全局性技术变革的进程。无人机物流配送、城市外卖、航拍航测、消防应急、工业服务、载客运输，有关无人机应用的新设想促使从研发到商业化的一系列活动快速迭代，技术进步与应用创新共同作用催生的全局性创新呼之欲出。市场驱动下的变革精准定位于技术的商业应用和创新产品的市场成功，这使得空域容量平衡、空中交通服务、冲突缓解等产品与服务更加适合具体的应用场景，势必可以高速推动无人机运行技术的转化和推广实践，成为低空空域运行技术发展的源动力。

2传统低空空域管理面临根本性变革

管理体系的后发优势

当前，我国通用航空运行管理整体处于模仿追赶状态，无人机技术发展又对我国传统通用航空运行管理提出了新的挑战，从通用航空到无人机的运行管理，我国与欧美等国相比还存在运行技术的整体断层，无人机运行模式已经通过无人机全数字操控、数字化轨迹管理、数据链传输、航空器全寿命周期数字监管等技术而成为现实。实际上，美欧的无人机运行管理反而受制于通用航空传统运行管理模式、思路和技术路径，依赖飞行员的目视能力在低空空域避让仪表飞行和其它目视飞行其实是个面临技术颠覆的落后管理模式，我国低空空域运行管理完全不必重新走过美欧一百年传统运行技术应用的历史轨迹，数字化运行为低空空域运行管理智能化提供了更多的想象空间。为使无人机带来的低空运行技术发展最大化的发挥效能，迫切需要研发适用于新一代飞行载体的运行概念、运行管理技术与管理模式。

管理观念向增和博弈的转变

空域管理观念要实现从零和博弈到增和博弈的转变。传统的低空空域运行管理主要面向的是通用航空用户，其中占比较大运行主体是按照目视飞行规则运行的航空器，运行的安全与效率在很大程度上依赖飞行员的技术和决策，以及空管等地面人员的服务保障。无人机运行管理中，需要尽量降低人对系统的实时干预，通过预先设计运行概念和运行规则，建设数字化的运行管理系统等技术手段，实现常态化的运行管理。这种技术变革将从根本上改变原有的资源竞争观念，空域管理管理由传统零和博弈的旧竞争观，转变为增和博弈的新竞争观，粗放管理的空域资源将进一步实现精细化管理，而且这种精细化管理必须从源头的机制和规则入手。航空器飞行中的实时管控环节将充分弱化，传统低空空域运行的人因限制约束则有可能弱化甚至消除，各种机型、多类运营人、所有的服务保障环节，都需要从系统层面共同努力，获取低空空域运行安全、经济、效率的整体提升。

更加精炼的低空空域管理组织

低空空域运行管理组织将发生较大改变。由于数字化和信息化在无人机运行系统中发挥着主导作用，传统的管理组织需要从非信息化组织向信息化组织进行转型和优化。

传统的低空空域管理一般由多元化的专业组织分工合作实现，这些专业组织通常包括航空公司、空管、机场、飞行服务保障、维修、航油、航材服务保障等单位。在无人机运行的大部分典型场景中，航空公司、空管、机场、飞行服务保障这些机构将不断引入信息化的虚拟组织实现对应的运行功能，新能源等新兴技术大大缩减航油和维修等环节的任务分工和工作量，传统运行组织中的业务分工势必要进行充分合并和优化。这些业务分工的变化将从根本上改变原有低空空域管理的组织架构，管理组织将更加扁平化，精炼的管理组织也意味着整个组织架构将更加有效率的运行。

3无人机运行研究需要关注的重点问题

扑面而来的无人机发展浪潮亟需低空空域整体运行概念和技术方案的支持，及早布局并投入核心研究资源，以破解我国低空空域运行技术难题和提升通用航空和无人机运行技术研究能力为目的，围绕无人机运行概念、运行技术、运行管理等重点问题开展前瞻性研究，才能真正提升我国低空空域运行安全与效率，逐渐形成国际领先的无人机运行创新能力，推动“一加快，两实现”的民航强国战略进程。未来无人机运行研究的重点应侧重以下三个方面的瓶颈问题。

设计整体运行概念

无人机机型多，性能差异大，运行特点多样，需要建立全局性的运行概念提升空域协调管理效能。借鉴美国NASA和FAA的发展经验，结合无人机产品特点和应用场景发展趋势，轻小型无人机和城市载人无人驾驶航空器很难统一成完全相同的运行概念框架，需要设计两套针对性较强的运行概念，分别定义无人机空中交通管理的七大组成模块，具体包括：空域组织与管理、起降场运行、空域需求与容量、交通同步、空域用户运行、冲突管理，以及空中交通相关服务等，最终实现安全、高效、经济的无人机运行管理。

研发运行支持系统

考虑到无人机与生俱来的数字化属性，服务于无人机空域运行的支持系统势必是基于人工智能的信息化系统。在确保空防安全和飞行安全的前提下，探索和创新有利于促进包括通用航空器和无人机在内的低空空域用户协同发展的运行支持系统，最大限度提升低空空域资源配置效率。搭建无人机飞行服务信息保障环境，建立多层级无人机飞行计划动态管理平台，建设海量飞行计划数据智能化和实时化处理能力。按照无人机分级分类的管理模式，建立无人机城市末端物流配送、干线物流配送、城市载人飞行、机场校飞等典型运行场景，结合运行管理、主体职责、运行流程、运行规则，综合运行效率、人员工作负荷、成本等关键运行指标，对运行全流程提供合理可行的技术支持系统，形成对低空空域无人机运行概念的有效支撑。

明确运行技术框架

无人机运行概念需要智能化运行支持系统，整个运行体系的搭建需要及早明确主要运行环节的技术框架和关键技术方案。以通信、导航和监视为例，这些系统是无人机的核心模块，也是保障无人机运行的基础组件。如何构建可靠的、安全的、稳定的、高效的、成本低廉的通信、导航和监视系统是无人机技术发展的关键问题。考虑到与有人机的融合运行，在管制空域和非管制空域内，通信、导航和监视系统的系统架构存在原则性差异，针对非管制低空空域内运行的小型无人机通信、导航和监视系统架构，需要进行不同技术方案的分析和对比，探讨不同应用场景下，各类技术的适用性和有效性，确定适合我国国情的无人机运行技术框架和关键技术解决方案，提升无人机整体运行效率和不同运行环节的兼容性。

在我国通用航空发展面对传统运行管理技术追赶普及的态势下，无人机这个强势进入的空域新用户，如同一条鲶鱼活跃游弋在我国低空空域内，搅动着传统低空空域运行和通用航空业的一池静水。我国低空空域运行面对数字化、智能化等新一代技术应用的紧迫压力，但同时，我们应该看到这一独特的技术变革期也是我国全面审视低空运行管理技术趋势、实现变道超车的重大机遇期，只有及早抓住行业发展的难得契机，才能让中国解决方案释放更加广阔的国际影响力。