无人货机离我们的生活还有多远

西安交通大学附属中学　朱玉姗　梁博雅



无人货机离我们的生活还有多远

西安交通大学附属中学朱玉姗梁博雅

针对无人驾驶快速发展的形势，提出在枯燥和易于疲劳的民用货运领域应用无人驾驶技术，开发无人货机替代有人驾驶货机面临的技术问题以及解决策略。本文对无人驾驶在货运领域中的应用设想有一定的参考意义。

无人机；货运；适航

1　前言

现在无人机、无人驾驶车逐步走进了我们的生活。谷歌的无人驾驶街景车自动完成街景图像的采集，世界上最先进的无人驾驶汽车已经测试行驶近五十万公里，其中最后八万公里是在没有任何人为安全干预措施下完成的。大疆DJI的多轴无人机号称飞行的相机，延伸了人类的视角，日本的雅马哈无人直升机可以替代农民完成喷药的工作。现在美国的亚马逊提出使用快递无人机实现小件货物的递送，甚至有些新潮的男子求婚也是采用四旋翼的无人机向未婚妻送上结婚戒指。

采用无人驾驶的好处是什么？给繁忙的生活减少了负担，争取更多的时间享受生活。

在亚马逊约合11万平方米的订单处理中心采用搬运机器人进行货物处理，每秒可以处理500件货物。如果在机场之间可以采用无人机进行运货，那运货的速度该有多块。

当前的民航运输和铁路运输一样，也分成运输旅客或运输货物［1］，大多数客机航班在凌晨1点之前结束。因此凌晨1点后到第2天的8点之前的时间天空基本上是空闲的。如果这段时间货运飞机在天空上飞行（就像很多城市规定大货车必须晚上10点后才可以通行一样）不是可以更好的利用天空吗？现在执行快递的货机包括EMS和顺丰等公司就是采用夜航的方式，既节省了费用，同时还加快了运输货物的速度。但是飞行员执飞夜航货机，需要专门的训练，还需要克服人员疲劳的问题，另外飞行员飞夜航的意愿也不充分，网上还有飞行员因为长期飞夜航航班要求辞职的情况，因此存在招收飞行员的困难。如果采用无人机代替飞行员来完成夜航货运任务是否可行呢？

2　无人货机面临的困难与解决方案

无人机［2］的优点是执行肮脏、枯燥和危险的任务比人类具备优势，同时驾驶货机和客机相比，对安全性要求可以相对降低，长期成本也具备优势。可是这个设想由几点困难：

一个是成本问题，无人货机如果2个机场之间的距离大于200km，由于地球曲率的影响，地面控制站无法和飞机直接采用视距链路进行指挥控制，飞机上需要使用卫星链路进行通信［3］，此外飞机本身需要进行自动飞行系统的改装，将人工驾驶改成无人货机自主控制，改装后的飞行需要达到和有人飞机相同的可靠性和安全性，因此需要新增费用不菲的机载设备，此外无人货机还需要新增地面控制站，实现对无人机的指挥控制，地面控制站费用不菲，且需要配备地面操作人员，因此单架无人货机的全部拥有和使用成本超过了有人机上2个飞行员的成本。因此单个无人机系统的成本还无法和有人飞机竞争。

另一个是无人机的安全性问题，飞机上没有了人，采用自动飞行的设备代替人驾驶飞机，飞行安全如何保证也是必须考虑的问题。

最后一个问题是无人机如何和有人机的空管体系兼容以及和国家的法律法规保持一致，即无人机的适航问题（适航性是民航飞机在其规定的使用范围内具有保证航行和乘员安全的性质）。美国和欧洲无人机的适航工作还未大规模开展，在我国实现无人货机适航难度可能更大。

图1　无人机和地面站之间的通信

但是这些问题可以采用以下方式解决：

（1）关于无人机的成本问题

设立无人机的专用机场，可以避免和有人机指挥控制冲突，此外由于使用无人机专用的机场，配备无人机专用的地面控制设备，而给有人机配备的候机厅和塔台全部可以省略，可以减少大量的建设费用和运行开支；建立无人机的指挥中心，同时指挥多个无人机，可以摊薄每架飞机相对地面指挥控制的成本；在无人机航路上建立指挥中继站或者利用北斗卫星短消息功能实现超视距无人机的控制，可以减少使用卫星通信的成本；

现在研制功能完善的无人机飞控系统还需要较长的周期和成本，不过军用无人机的技术已经比较成熟，以美国的全球鹰无人机为例，截至到2015年1月，全球鹰无人机已经累计完成了13万小时的安全飞行。无人机执行运货任务很大程度上也是一个观念问题；

图2　美国全球鹰无人机

（2）关于无人机的安全问题

通过提高无人机的自主能力，降低对地面指挥控制的依赖，使得无人机可以自主实现从飞行前准备、滑出、起飞、爬升、巡航、下降、进场、着陆和滑入等各项任务。由于货运无人机主要任务是实现2个机场之间的运输，面临的突发情况比无人驾驶汽车简单得多，只需要处理飞机本身的故障即可；当前无人机一般采用设备冗余的方式来提高整个飞机系统的安全性，单一设备的故障不会造成飞机的致命故障。由于无人机的自动飞行系统汇集航空界多年有人机相关的经验，和人类相比，自动系统工作更加稳定，没有情绪波动，反应更加快速，对环境干扰的适应性更好，整体上还提高了飞机的安全性。

设定无人机专用航线和空域同时采用夜航，可以避免和有人机的航路冲突，此外现在的飞机上可以安装ADS-B设备（自动相关监视设备），用来接收周围飞机的位置，并且向周围的飞机通报自身的位置，大大减少了飞机在空中相撞的可能性。

现在语音交互发展很快，相信不久的将来无人机将具备和地面塔台的语音交互能力，可以充分利用有人机的空中交通管制系统；如果空中交通管制系统从语音控制指挥升级到数字通信指挥，则可以建立有人/无人统一的指挥体系。同时机器视觉进展的很快，相信不远的将来，使用机器视觉进行自动着陆可以达到实用状态。

（3）关于无人机的适航问题

现在无人机行业发展迅速，无人机适航相关研究也在同步进行，美国的捕食者B已经通过了北约无人机适航标准，美国的全球鹰无人机也通过了军用适航我国的无人机适航工作也处于规划过程中，相信无人机适航标准很快就会推出。

图3　美国联邦快递将在上海建立货机机场

美国的联邦快递拥有飞机超过700架，未来的中国和美国一样，将存在巨大的货机市场。如果未来将所有的货机都改成无人机，可以大大提高货运的自动化程度，降低对飞行员的依赖。而无人货机的技术障碍一旦突破，巨大商机将滚滚而来。

3　结束语

随着科技的发展，无人驾驶将日益广泛，给我们更多的便利，给我们更多的实惠，使得我们的生活丰富多彩。

［1］蒋丽.基于竞争模型的国内航空货运发展探讨［J］.中国流通科技，2015年第5期（2015年5月13日），CN 11-3664/F.

［2］作者:Paul G.Fahlstrom/Thomas J.Gleason.译者:吴汉平.无人机系统导论［M］.电子工业出版社，2003年9月，ISBN:9787505390140.

［3］作者:奥斯汀（Austin R.）.译者:陈自力.董海瑞，江涛.无人机系统:设计、开发与应用［M］.国防工业出版社，2013年4月1日，ISBN:9787118080933.

For unmanned vehicle fast development situation，put forward in a boring and easy fatigue civilian cargo area unmanned driving technology，the development of unmanned cargo alternative people driving cargo aircraft face technical problems and solutions.This paper has a certain reference significance for the application of unmanned vehicle in the field of freight transportation.

UAV；freight transportation；airworthiness

朱玉姗（1999—），女，现就读于西安交通大学附属中学，研究方向：无人机应用。

梁博雅（1999—），女，现就读于西安交通大学附属中学，研究方向：无人机应用。