以美国为例谈民用无人机交通管理策略
摘要：民用无人机交通管理在战略层面主要解决空域分类和划设问题，在战术层面主要解决差异化空中交通服务问题。形成完整的民用无人机交通管理策略需经历从概念、到技术、到标准、到政策法规和解决方案的阶段。目前，美国航空联邦管理局已制定相关政策法规框架，并针对轻小型无人机在隔离空域保持与人群安全距离的视距内低高度运行场景制定规则；同时提出以“UTM”为代表的分阶段解决方案。我国民用无人机交通管理策略的建立完善工作刚刚起步，借鉴美国经验，需要针对“解决什么样的问题”、“采取什么类型的策略”，进行运行场景分类（实质是以运行为中心、基于风险的民用无人机分类），并分门别类地进行运行概念和管理流程设计，进而确定分级监管政策，随后配套相应技术及标准支撑，而法规体系和解决方案的落地和完善则标志着策略完成。
关键词：无人机交通管理；策略；法规；解决方案
一、引言
民用无人机交通管理属于空中交通管理（ATM）范畴。在战略层面主要解决空域分类和划设问题，确定民用无人机可飞空域、禁飞空域和限飞空域的四维边界和相关空域属性；在战术层面主要解决差异化空中交通服务问题。形成完整的民用无人机交通管理策略需经历从“概念（concept）”、到“技术（technology）”、到“标准（standard）”、到“政策法规（policy and regulation）和解决方案（solution）”的阶段[1-2]。目前，美国联邦航空局（Federal Aviation Administration, FAA）已到达“政策法规”框架制定阶段，针对轻小型无人机在隔离空域保持与人群安全距离的视距内低高度运行，已颁布交通管理法规；针对无人机低空隔离空域运行，FAA提出名为“UTM（UAS Traffic Management）”的解决方案，并开展了名为“LAANC（Low Altitude Authorization and Notification Capability）”的研究项目。本文对上述内容进行了总结、梳理和提炼，旨在为建立和完善我国民用无人机交通管理策略提供参考和借鉴。
二、FAA策略现状及展望
（一） 法规框架及发展路线
2012年，FAA在其现代化与改革法案中明确提出，对于重量在55磅（25kg）以下的娱乐类无人机（等同于“模型飞机”），仍旧划归航模协会管理，FAA监管的重点是商用无人机。2015年，FAA给出用于农业、房地产业和保险业在200英尺（60米）以下商用无人机运营的多项监管豁免；同年针对娱乐类和商用两类小型无人机实施在线登记注册制度，针对娱乐类小型无人机要求所有者进行注册，针对商用小型无人机要求飞机进行注册，有效期3年。2016年6月21日，FAA发布了小型无人机监管规则（Part 107），并于2016年8月29日正式生效。该规则适用于重量在55磅（25kg）以下的商用无人机运营，采用开放级别监管政策，围绕运行限制、责任遥控驾驶员的认证和职责、对小型无人机的要求、模型飞机的法规适用性等4个方面给出了交通管理法规[3]，详见表2-1。
表2-1 FAA小型无人机交通管理法规（摘自Part 107）概览
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运行限制 |
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l 无人机重量小于55磅（25kg）。 l 视距内（VLOS）操控：无人机的操控必须保证在责任遥控驾驶员（remote pilot in command）、实际遥控驾驶员的目视范围内；作为替代，可配置目视观察员（visual observer）。 l 保持无人机始终距离责任遥控驾驶员、实际遥控驾驶员足够近，以确保上述人员在不借助视觉辅助器材（不包括矫正视力镜片）的情况下对无人机目视可见。 l 无人机不允许在未直接参与运行的其他人员的上空进行飞行；不允许在封闭建筑物下运行；不允许在封闭静止车辆内部运行。 l 无人机应配有合适的防碰撞灯光，并只能在白天或民用曙暮光区间（官方日出前30分钟及官方日落后30分钟，当地时间）运行。 l 无人机必须为其他飞机让路。 l 建议配置目视观察员，但不做硬性规定。 l 第一人视角镜头不满足“看见避让”要求，但是仍可以在该要求以其他方式实现的情况下使用。 l 最大地速为100英里/小时（87海里/小时）。 l 最大离地高度（AGL）为400英尺（120米）；如果超过400英尺，保持在距建筑物400英尺范围内。 l 最低天气能见度标准为距控制台3英里。 l 在B、C、D、E类空域运行需ATC许可。 l 在G类空域中运行无需ATC许可。 l 责任遥控驾驶员或目视观察员在同一时间不可用于多于一架无人机。 l 无人机禁止在飞行中的飞机附近飞行 l 无人机禁止在行驶中的汽车附近飞行，除非在人口稀疏地带。 l 禁止粗心或鲁莽操作。 l 禁止运输有害物质。 l 责任遥控驾驶员须在飞行前对无人机进行检查。 l 任何已知或者有理由判断生理或精神方面有问题的人禁止操控无人机。 l 外国注册的小型无人机如符合Part 375要求，可以按照Part 107的要求运行。 l 在保证携带物体能够安全附着且不影响无人机飞行特性或操控性能的情况下，允许无人机携带外部负载。 l 允许具有盈利或租用性质的财产运输，但须满足以下三个前提条件：1、包括其附带系统、载荷、货物在内，无人机总重量不能超过55磅；2、无人机只能在视距内飞行，且不能在运动中的汽车或飞机内操控；3、无人机只能在州内飞行，不能在以下区域间飞行：（1）在夏威夷内但须使用夏威夷以外的空域；（2）在哥伦比亚特区内；（3）属于合众国领土内。 （以上大多数限制都具有豁免性，前提是申请者能够证明在豁免证书条款下安全运行。） |
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责任遥控驾驶员的认证和职责 |
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l 建立责任遥控驾驶员席位。 l 小型无人机操控人员要么持有小型无人机等级的遥控驾驶员证书，要么在持有该证书的责任遥控驾驶员监督下操控。 l 获得遥控驾驶员证书须满足以下要求：1、申请人通过以下方式证明其具备相应的航空知识：a在FAA批准的测试中心通过航空知识考试；b或者持有Part 61飞行员证书而不是飞行学员证书，且每24个月进行一次飞行审查并通过FAA的在线培训课程。2、通过美国交通安全管理局审查。3、至少年满16岁。 l Part 61飞行员证书持有者在提交永久性遥控驾驶员证书申请后，将立即获得临时性遥控驾驶员证书；其他申请者在完成交通安全局安全审查后可获得临时性遥控驾驶员证书。FAA预计在收到申请的10个工作日内发出临时性遥控驾驶员证书。 l 在国际标准出台之前，在其他国家获得认证的无人机驾驶员需要获得FAA认证的、含有小型无人机等级的遥控驾驶员证书。 l 责任遥控驾驶员须做到：1、用于检测或测试的小型无人机及相关的文件记录须符合规定并允许FAA使用。2、任何导致严重伤害、丧失意识或者财产损失至少500美元的操作须在10天内报告FAA。3、进行飞行操作之前，需要进行详细的飞行器和控制系统检查，确保小型无人机在安全条件下飞行。4、确保小型无人机符合目前的登记注册要求。 （在飞行中发生紧急情况时，责任遥控驾驶员可以做偏离规章处理。） |
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对小型无人机的要求 |
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l 无需FAA的适航证书，但责任遥控驾驶员须做小型无人机飞行前检查以确保满足安全条件飞行。 |
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模型飞机法规的适用性 |
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l Part 107不适用于符合公共法规112-95第336条款标准的模型飞机。 l 根据Part 101，FAA在禁止模型飞机操控人员进行危及国家空域系统的操控时具有强制性权力。 |
2017年4月27日，FAA发布第一批民用无人机可飞空域图（facility map），并宣布将在今后12个月内每56天分批发布更多的facility map，目的是为无人机开放新的飞行区域，并且提升运营商根据Part 107获得使用空域许可的速度和效率。第一批发布的268个区域，40,000平方英里范围，85%和机场有关，在E类空域内，以网格栅方式标明了无人机可在机场附近安全飞行的地区和空域高度。2017年6月22日，FAA发布了第二批无人机facility map，包括103个新机场和14个最繁忙的B类空域。Part107实施前，小型无人机商用运营人一直是采取持有第333豁免证书的方式进行运营；Part107可视为第333豁免条款的充分扩展，实施后简化了小型无人机商用运营人获得认证的过程，限制了第333条款豁免的必要性。
目前，FAA针对大型无人机的监管规则尚未出台，Part107未包含的针对商业及公共用途民用无人机及相关任务仍采取豁免（waiver）或审定方式，具体形式包括面向政府机构的豁免或授权证书（COA）、面向民间机构（含商业机构）的试验类别下特殊适航证（试验适航证），以及面向商业机构的第333条豁免。未来，FAA将在Part 107基础上逐步构建完整的民用无人机交通管理法规体系，如图2-1所示。
图2-1 FAA民用无人机交通管理法规体系发展路线图
（二）解决方案（UTM）
2013年，FAA发布《民用无人机系统融入美国国家空域系统（NAS）的路线图》，并与美国航空航天局（NASA）合作，选定6个无人机运行研究试点基地，用于商业发展、科学研究和农林作业等用途的无人机的测试，推动无人机融入NAS。随后，针对地面以上400英尺以下低空非管制空域多架无人机超视距（BVLOS）运行场景， FAA与NASA提出了名为UTM的解决方案。该方案通过设计服务内容、角色/责任、信息架构、数据交换协议、软件功能、基础设施和性能要求，打造UTM生态系统（ecosystem），提出FAA作为监管机构、无人机运营人和无人机服务供应商参与的交通管理模式。
UTM遵循的原则包括：
（1）确保基于运营人资质、运营任务和无人机性能划类进行空域许可；
（2）确保无人机相互无影响；
（3）确保无人机与有人机无影响；
（4）确保运营人完全知晓空域限制；
（5）确保公共安全用途无人机运行优先于其他无人机运行。
UTM提供的主要交通服务内容包括：
（1）授权/身份验证；
（2）空域规划和动静态地理围栏设置；
（3）合作目标追踪和定位；
（4）基于无线电频谱管理的通信和控制；
（5）气象风力预报及探测；
（6）冲突避让；
（7）容流管理；
（8）大尺度应急管理。
图2-2为服务UTM的LAANC项目中基于静态地理围栏和风力探测的无人机航线动态规划示意图。
图2-2 LAANC中无人机航线动态规划示意图
UTM发展路线分为4个阶段：
（1）技术能力阶段1（Technical Capacity Level 1, TCL1）-多架无人机VLOS操控：具备基于接口的网络化运行、信息共享能力。如图2-3所示。
图2-3 UTM技术能力阶段1示意图
（2）技术能力阶段2（Technical Capacity Level 2, TCL2）-乡间多架无人机BVLOS操控（初始BVLOS）：具备飞行意图分享、地理围栏能力。如图2-4所示。
图2-4 UTM技术能力阶段2示意图
（3）技术能力阶段3（Technical Capacity Level 3, TCL3）-城乡结合部、机场附近多架无人机BVLOS操控（常态BVLOS）：具备空中DAA、机对机防撞、规避静态障碍物能力。如图2-5所示。
图2-5 UTM技术能力阶段3示意图
（4）技术能力阶段4（Technical Capacity Level 4, TCL4）-城市复杂区域无人机BVLOS操控（门口BVLOS）：具备追踪和定位、规避动态障碍物、大尺度应急管理能力。如图2-6所示。
图2-6 UTM技术能力阶段4示意图
美国目前处在TCL2阶段。
三、对我国的启示
我国民用无人机交通管理策略尚处于概念阶段，顶层设计尤为重要。需要针对“解决什么样的问题”、“采取什么类型的策略”，进行运行场景分类（实质是以运行为中心、基于风险的民用无人机分类），并分门别类地进行运行概念和管理流程设计，进而确定分级监管政策，随后配套相应技术及标准支撑，而法规体系和解决方案的落地和完善则标志着策略完成。
具体而言：
（1）民用无人机交通管理可分为两类运行场景：一是与现行有人机融合运行，应适应现行空中交通管理规则；二是与现行有人机隔离运行，应成为现行空中交通管理规则的扩充。
（2）相应地，民用无人机交通管理法规体系所依照的分级监管政策，可划分为：开放、特许和审定三级。针对轻小型无人机在隔离空域保持与人群安全距离的视距内低高度一人同时仅操控一架UA运行，可采取开放级监管政策；针对与现行有人机融合运行的，必须采取现行审定级监管政策；其他场景基于风险评估和风险缓解程序可采取特许级监管政策。
（3）针对低空空域多架无人机运行场景，交通管理解决方案出现较多，且日臻成熟。以安全（safety）、安保(security)、效率(efficiency)、效能 (effectiveness)、灵活性（scalability）和私密性（privacy）为目的，其基本的交通管理服务包括民用无人机及驾驶员在线登记注册管理（Registration）、基于通信（Communication）的合作目标身份认证与动态追踪，以及静态地理围栏（Geofencing）等内容；而后续逐步拓展的服务包括飞行计划审批和冲突预测、地理围栏及可飞空域动静态划设优化、合作目标的冲突探测（包括机对机、机对地、机对空域边界）和航线动态规划、容流管理、天气风力预报及探测、面向各类相关方的多形式信息发布，以及大数据存储、备份、统计与分析。
参考文献：
[1] ICAO. Unmanned aircraft systems (UAS) [S]. Montreal: ICAO, 2011.
[2] ICAO.Doc 10019 AN/507- Manual on Remotely Piloted Aircraft Systems (RPAS) [S].1st ed. Montreal: ICAO, 2015.
[3] Summary of Small Unmanned Aircraft Rule (Part 107)[S]. Washington: FAA, 2016.
