NASA演示多轮无人机飞行以推动UTM概念

李悦霖

美国宇航局（NASA）无人交通管理（UTM）项目的实施结果表明，低空小型无人机的管理非常复杂。

2019年8月23日，NASA完成了在美國两座城市的连续几轮无人机飞行演示，使用UTM架构进行交通管理。城市环境中的技术能力等级4（TCL 4劂试代表了NASA工作的最后阶段，推动UTM项目转移到FAA。

具体的演示情况为，6月至7月在内华达州里诺市、8月在得克萨斯州科珀斯克里斯蒂市分别进行了10天的演示活动，无人机没有撞上建筑物，也没有伤到人群。但这次演示也揭示了管理低空无人机交通所面临的挑战。

NASA艾姆斯研究中心UTM项目经理罗恩·约翰逊说：“以前所有的技术能力等级测试都是在农村环境中进行的。我们预计诸如干扰、指挥与控制、GPS导航、城市峡谷中微天气等问题都会带来挑战，其中一些已经被证实了。”

测试人员还发现无人机地面控制系统所使用的地形图和海拔规格各不相同，有些地面控制系统以海拔为标准来测量离地距离，而参与演示的无人机服务提供商（uss）使用的标准是平均海平面。罗恩·约翰逊说，测试人员希望所有人都使用WGS84（世界大地测量系统1984），这是一种基于GPS的坐标参考系统。

他建议说：“这些不同的平台之间没有一个标准化的海拔参考系统，这是标准小组需要解决的一个挑战。”

测试人员发现建筑物表面层和某些材料（例如钢筋）会引起电磁干扰，从而影响无人机罗盘的性能。另外，办公大楼里高密度存在的Wi-Fi路由器和其他射频设备也可能会干扰无人机的指挥与控制频率。

罗恩·约翰逊说：“有时候甚至取决于一天中的时间段。在里诺市，周末的时候一切都很好，但到了周一早上，大楼里挤满了人，我们开始遇到这种干扰问题。”

里诺市的无人机演示活动由内华达州自主系统研究所（NIAS）进行管理，科珀斯克里斯蒂市的演示活动由孤星无人机卓越与创新中心（Lone Star）管理，这两个管理单位都是FAA指定的无人机测试基地。两个城市的市政当局积极参与了此次演示。

在这两个城市中，有五家商业无人机服务提供商提供了UTM平台，它们是GE航空AiRXOS、AirMap、ANRA技术、优步和Avision机器人公司。柯林斯航空和AGI公司参与了在科珀斯克里斯蒂市的工作。

共有10种类型的无人机在演示期间飞行，都是多旋翼飞机。在演示的场景中，测试人员将无人机飞出操作员的视线范围，其中包括沿无人机飞行路线以菊花链方式链接目视观察员，并申请了按FAA第107部的规定豁免。在里诺市，对从地面到屋顶、屋顶到地面以及屋顶到屋顶的起降都进行了广泛的测试。

罗恩·约翰逊说，在里诺市，多达5架真实的车辆和15架模拟无人机“真正地装载了UTM系统”。在一个场景中，测试人员启动了“无人机数量预约”，类似于临时飞行限制，要求无人机在特定时间撤离特定区域，返回它们的发射点、预定的着陆地点，或者在另一个地点缩短任务。在科珀斯克里斯蒂市，测试了在紧急情况下清除区域的优先信息。

在里诺市测试了RelmaTech公司提供的一种从地面远程识别无人机的方法。在科珀斯克里斯蒂市测试了通过专用短距离通信进行的车对车交互。

参加演示的一部分无人机装有FLARM，这是一种类似于自动相关监视广播的空中防撞技术。

2018年，NASA开发的基于云的UTM飞行信息管理系统被移交给了FAA。2019夏，该系统参与了UTM试点计划，在FAA指定的三个测试站点进行了应用：美国国家航空研究院（NIAS）、北达科他州的北平原无人机测试站点和弗吉尼亚理工大学中大西洋航空合作组织。

约翰逊指出，要使UTM成为现实，“国会有很多兴趣，也有一些压力”。他预计FAA将在一年内制定实施计划，但计划的关键在于FAA还未明确敲定的无人机远程识别要求。

TCL 4的收尾宣告了NASA的UTM五年研究的终结。2013年至2014年，由现任NASA航空研究所所长帕里马尔·科帕德卡领导的艾姆斯研究中心团队构想了一种管理低空无人机交通的系统。2015年，UTM系统作为NASA“安全自主系统运营项目”下的一项技术挑战而建立。

NASA的UTM计划将于2020财年结束，计划包括TCL演示和车辆技术测试，后者正由NASA在兰利研究中心开展。但约翰逊相信无人机交通管理的研究还会继续。

他指出：“还有一些问题。显然，我们在TCL 4中学到了一些需要深入研究的内容。在NASA内部，我们正在研究如何继续进行UTM工作，可能是在另一个项目中，与现在这个项目的规模不同。”