美国《无人机系统标准化路线图》分析研究

刘岳 李宗鹤 吴永亮 李小龙

（中国航天标准化研究所， 北京， 100071）

引言

近年来， 无人机逐渐进入军事侦察打击和民用领域， 如环境监测、 智慧农业、 快递运输等。随着无人机产业的日趋发展， 世界各航空强国正在针对无人机系统开展标准的制定工作， 无人机市场之争已经超越产品和技术的竞争， 转向基于标准的竞争， 无人机标准的制定已刻不容缓[1-3]。

无人机标准化是引导行业在安全健康、 低碳环保等方面进行统筹兼顾， 向有利于技术和产业可持续发展的方向演进的一种有效的技术管理手段。 然而， 无人机系统管理要求复杂， 需要多部门协同管理， 与此同时由于无人机系统行业应用广泛、 用户需求各异， 技术差异性非常大， 必须统筹规划、 兼容并蓄， 同时加强与国际标准化机构的合作， 共同建立国际无人机标准体系架构，为设计、 生产、 使用、 监管等提供依据。

国外 （尤其是美国） 非常重视无人机系统标准化工作的顶层规划， 部分重点标准化文件从不同层面提出了无人机系统或分系统标准化体系结构与标准化路线图， 在一定程度上体现了国外无人机系统标准体系现状， 对于我国开展无人机系统标准化工作具有重要的参考价值。

此外， 分析美国无人机系统标准化路线图，可以为我国无人机系统标准化路线图的制定提供借鉴经验， 在了解国际无人机标准化情况的基础上， 支撑我国无人机系统标准化工作开展。

1 美国 《无人机系统标准化路线图》 背景及简介

美国的标准体制较为分散， 就无人机而言，涉及的民用标准有适航性标准、 飞行作业标准（通用）、 飞行作业标准 （关键基础设施检查与商业服务）、 飞行作业标准 （公共安全） 4 大类， 包括设计建造、 质量保证、 隐私、 操作风险评估、搜救等34 个子类， 共计千余项标准。 发布的路线图就是致力于 “为无人机系统的标准制定构建框架”， “对标准化工作实施持续指导、 协调， 并提升其水平”， 以此进一步推动业界的协调与合作，并努力将其融入美国国家航空系统的体系之内。

2018 年12 月， 美国标准化协会 （ANSI） 发布 《无人机标准化路线图 （1.0）》。 路线图由美国最具权威的标准化组织——美国无人机系统标准化协作小组 （UASSC） 制定， 该路线图涵盖了适航性、 飞行作业、 人员培训、 资格认证等多个领域， 阐明了当前和未来无人机标准化前景， 评估了现有标准和开发中标准与实际需求间的差距，并针对每一个差距提出了相应的行动建议， 确定了优先级别。 路线图显示， 当前无人机标准制定工作还有很多空白， 需要尽快完成相关标准制定。

该路线图的目标是协调和加速开发符合利益相关者需求的无人机系统标准和规范。 其目的是促进无人机系统融入国家空域系统 （NAS）， 促进无人机工业的发展， 重点是民用、 商业和公共安全应用。 因此， 该路线图可被视为一种工具， 旨在帮助集中无人机系统行业资源， 让无人机系统相关企业、 团体共同参与规划和制定全行业标准， 开展相关研发活动， 明确研发需求和方向。 它还可以为与国际接轨和协调有关的政策和技术讨论提供基础。

2020 年7 月， ANSI 发布 《无人机标准化路线图 （2.0）》， 其更新的主要内容包括：

● 扩大所涉专题 （例如频谱、 娱乐活动、 城市空中机动性等）；

● 请以前未参与的专题专家参加；

● 查明可能被忽视的问题和差距；

● 跟踪处理路线图建议的进展情况， 包括新的或已完成的工作；

● 审查优先事项， 注意到指导委员会对高度优先差距的排名；

● 纳入与会者的反馈意见， 并酌情更新文件。

2 美国 《无人机系统标准化路线图》 主要内容

2.1 路线图架构

美国 《无人机系统标准化路线图》 共有10 个章节： 第1 章， 导言， 介绍了美国民用无人机系统的总体情况， 无人机标准化路线图的发布背景、目标和受众， 以及主要内容结构； 第2 章， 美国联邦航空管理局 （Federal Aviation Administration，FAA） 作为监管者的角度提供了介绍性的背景；第3～5 章， 分别概述了美国联邦政府机构、 私营部门标准制定组织 （SDO） 和行业利益相关者的无人机系统 （UAS） 活动； 第6～10 章， 介绍标准和规范的差距分析， 并映射到工作组 （Work Group， WG） 结构， WG1 对应第6 章内容， WG2对应第7 章和第10 章内容， WG3 对应第8 章内容， WG4 对应第9 章内容。

2.2 路线图核心内容

a） 路线图明确了其无人机系统标准化的核心概念

路线图明确了包括 “无人机系统” 和 “标准”等核心概念， 为后续的路线图内容奠定基础。 此处的无人机系统是指“一种没有人类飞行员而是由地面人员操纵的飞机”； 此处的标准则是指自愿性标准 （voluntary consensus standards）， 符合美国《1995 年国家技术转让和促进法》 （National Technology Transfer and Advancement Act of 1995）、 美国国家标准学会 （AIAA） 《基本规范：美国国家标准的正当程序要求》 （Essential Requirements： Due Process Requirements for American National Standards） 等的相关原则规定。同时， 路线图也明确了其中的重要概念 “空当（gap）”， 它是指对于存在问题的特定事项， 尚无已发布的对应标准。

b） 路线图明确了无人机行业及无人机标准的利益相关方

除了作为美国民用航空管理的官方机构FAA之外， 路线图将相关组织分为3 大类， 即特定的联邦政府机构、 私营部门标准制定机构和特定的无人机产业利益相关方。 特定的美国联邦政府机构包括国土安全部、 内政部、 国际贸易署 （International Trade Administration）、 国家航空航天局、 国家标准与技术研究院等， 涉及到无人机的多领域应用、技术测评、 标准测试、 训练指导等活动； 私营部门标准制定机构包括美国机械工程师协会 （ASME）、美国电气电子工程师学会 （IEEE）、 航空公共安全认证委员会 （Airborne Public Safety Accreditation Commission） 等， 涉及到无人机相关标准的预研、制定、 测试、 评估等活动； 特定的无人机产业利益相关方包括无人机创新联盟 （Alliance for Drone Innovation）、 电信产业解决方案联盟 （Alliance for Telecommunications Industry Solutions）、 商业无人机联盟（Commercial Drone Alliance）、 国家农业航空 协 会（ National Agricultural Aviation Association）、 无人机系统公共安全国家委员会（National Council on Public Safety UAS） 等， 涉及到无人机产业的相关政策支持、 技术支持及组织协调活动等。

c） 分析现有标准与在研标准， 查找与实际需求之间的 “差距”， 并提供推荐的解决方案

路线图将现有标准与在研标准共分成4 大类，即适航性标准、 飞行作业标准 （通用）、 飞行作业标准 （关键基础设施检查与商业服务）、 公共安全标准。 每一大类标准包含数量不等的小类， 如适航性标准包含设计建造、 安全性、 质量保证／质量管控、 航空电子设备及其子系统、 电气系统等11 个子类。 而在每一子类之下， 均按照已发布标准（Published Standards）、 在研标准 （In-development Standards）、 已发布的行业相关通用标准（Relevant Published General Industry Standards）、 在研的行业相关通用标准（Relevant In-development General Industry Standards） 进行汇总。 以此为基础， 路线图分析得出该子类与实际需求之间的 “差距”， 并运用优先级矩阵 （Prioritization Matrix） 中列举的测试方法确定其轻重缓急， 在判断是否需要开展研发工作的基础上， 提供推荐的解决方案， 同时明确相关的参与机构／组织。 以适航性标准中的电气系统为例， 路线图认为已发布的有人航空业界标准并不足以有效解决无人机行业对电气系统、 布线、 电气负载、 飞机照明等方面的较高要求， 因此认为不但需要将其加入研发工作， 而且优先级别也确定为“高”， 最后提供了2 个方面的解决思路。

3 美国 《无人机系统标准化路线图》 主要亮点

3.1 确定工作组及标准制定框架

UASSC 确定由4 个工作组 （WG） 制定无人机系统标准化路线图。

● 适航性标准 （WG1）： 包括飞机系统和与地面控制站的通信；

● 飞行作业和人员资格标准 （WG2）： 涵盖一般飞行规划和运营问题， 以及人员培训、 资格和认证标准；

● 关键基础设施检查和商业服务标准（WG3）： 涵盖垂直、 线性和广域环境基础设施检查、 精确农业和商业包装交付的具体操作问题；

●公共安全标准 （WG4）： 涵盖开展公共安全行动的具体操作问题， 包括应急和医疗响应等。

通过梳理每个工作组涉及的标准， 路线图中的标准体系结构如图1 所示。

图1 美国 《无人机系统标准化路线图》 中的标准体系结构

3.2 确定标准项目的优先级矩阵

“空当” 指的是没有公布的标准、 规范等，也包括存在特定问题的标准。 在查明和描述差距时， 这些差距包括说明是否需要额外的标准研发、 关于应当如何填补差距的建议、 解决差距的优先事项， 以及可能根据其当前活动范围开展研发和／或标准开发的组织 （例如， 可持续发展组织或研究组织）。 “空当” 可以用已完成、 正在进行、 停滞、 废止、 未知等状态进行标识。

每个空当都按照下文表1 所描述的高、 中或低优先级标准进行评估和排名。 在采取行动处理优先事项方面， 公布标准的预期时限如下： 高度优先级（0～2 年）、 中等优先级 （2～5 年） 和低等优先级（5 年以上）。 UASSC 规定的优先排序矩阵见表1。

表1 UASSC 优先排序矩阵 （由ANSI 提供）

4 意义与不足

4.1 意义

美国 《无人机标准化路线图》 描述了当前美国无人机系统标准格局和发展现状， 分析了标准化需求， 全面梳理了当前美国国防政府机构、 标准化专业机构、 典型无人机系统利益相机构的无人机系统标准化政策、 规划及发布、 在编的标准情况。 UASSC 发布路线图的目标是支持无人机市场发展， 尤其是在民用、 商业和公共安全方面的应用。 虽然UASSC 本身并不制定标准， 但其路线图所提出建议预计将被标准界广泛应用， 为美国无人机系统标准化工作发展指明了方向， 成为了解美国无人机标准化现状及未来趋势的重要文件。其意义主要体现在以下几个方面。

首先， 该路线图为美国无人机的标准化工作提供了战略框架， 不但摸清了美国无人机标准的现状， 也为其未来的标准化发展提供了有益指导。

其次， 该路线图明确了当前及未来的无人机标准化图景， 从而使得利益相关方能够在标准参与过程中更好地集中资源。 通过系统全面地梳理， 路线图分门别类地总结归纳了已制定及在研的所有无人机相关标准， 起到了较好的参考借鉴作用。

最后， 该路线图可以向无人机标准化的地区及国际受众提供具有连贯性且协调一致的美国相关政策和技术参考。

4.2 不足

需要指出的是， 该路线图仍然存在些许值得改进之处。 首先， 路线图多侧重于技术层面， 政策层面的相对较少； 其次， 路线图对于无人机标准化工作的相关时间节点并未作出具体明确， 只是确定了改进领域的优先级别； 再次， 该路线图并不具有强制性， 正如UASSC 所说， 他们希望该路线图中的相关建议能够被各标准制定机构广泛采用， 实现无人机系统标准化的良性发展， 因此其实施效果在某种程度上会受到影响。

5 借鉴经验

5.1 建立统一的无人机系统标准分类方式

路线图将现有标准与在研标准共分成4 大类，成立4 个工作组， 通过系统全面的梳理， 分门别类地总结归纳了已制定及在研的所有无人机相关标准， 有助于梳理现有标准的情况。 我国各级无人机标准目前没有统一的无人机系统标准体系框架， 没有统一的无人机系统标准分类方式， 各级无人机标准体系构建维度不统一， 导致无法准确梳理出我国已有标准无人机标准与实际需求的差距， 所以我国无人机系统标准化路线图在标准体系建设中应借鉴此经验， 统一无人机标准的分类划分方式， 建立统一的无人机系统标准体系。

5.2 运用优先级矩阵确定标准项目的优先级

美国 《无人机系统标准化路线图》 运用优先级矩阵 （Prioritization Matrix） 中列举的测试方法，按照重要性、 完成时间、 所需资源、 实施效果4个因素进行分析， 研究确定标准项目的优先级，在判断是否需要研发工作的基础上， 提供推荐的解决方案， 同时明确相关的参与机构／组织。 后续建议我国开展 《无人机系统标准化路线图》 的编制， 在相关标准研制中， 应结合无人机发展的标准需求， 借鉴此经验， 确定标准项目的优先级，更加科学合理的规划我国无人机系统标准的研制。

5.3 弥补美国路线图的不足之处

我国《无人机标准化路线图》 的建设不仅侧重技术层面的标准化工作， 同时也应注重政策层面的标准化工作； 其次， 我国 《无人机标准化路线图》对于无人机标准化工作的相关时间节点应作出具体明确的规定， 而不是只确定了标准项目研制的优先级别； 再次， 我国《无人机标准化路线图》 应具有强制性， 相关建议应能够被各标准制定机构广泛采用， 保障标准化路线图的实施效果。