美軍開發(fā)無人機自主航行技術(shù)
谷歌自動駕駛汽車的基礎(chǔ)技術(shù)是從DARPA(美國國防部高級研究計劃局)的研究項目中誕生的。同樣的事情將發(fā)生在無人機上。DARPA計劃開發(fā)無人機航行技術(shù)，用于軍事任務(wù)。
針對這種情況，NASA(美國宇航局)已開始開發(fā)對有大量無人機飛行的空域進行航空管制的技術(shù)。另外，F(xiàn)AA(美國聯(lián)邦航空管理局)原來對 商用無人機運行持消極態(tài)度，如今一改以前的態(tài)度，大幅放寬了限制。美國政府一直全力支持無人機技術(shù)開發(fā)。通過收音機及互聯(lián)網(wǎng)等媒介可以了解到，美國的軍事 技術(shù)不久就會向民營企業(yè)開放，將被應(yīng)用于產(chǎn)品和解決方案中。美國的無人機技術(shù)將飛速發(fā)展。
計劃使多架無人機自主飛行
今年1月，DARPA開始進行讓多架無人機自主飛行的研究。該研究項目的目標(biāo)是實現(xiàn)共同自主飛行(Collaborative Autonomy)。無人機具有高度的自主飛行能力以后，就能與其他無人機一起執(zhí)行任務(wù)(上圖)。
比如，一名操作員在地面操控多架無人機進行間諜活動和軍事攻擊。很明顯，與現(xiàn)在的操作技術(shù)相比，這是一種劃時代的新技術(shù)?，F(xiàn)在的無人機由專 業(yè)操作員(負責(zé)操控機體) 和傳感器控制員(負責(zé)操控攝像頭等傳感器)操控(上圖)，由多名分析師負責(zé)判斷情況。因此存在無法使用多架無人機，無法跟蹤動態(tài)變化的戰(zhàn)況的問題。
這個研究項目的名稱是“孤立環(huán)境協(xié)同操作(Collaborative Operations in Denied Environment，CODE)”，將通過改進現(xiàn)有無人機的軟件和算法來實現(xiàn)。由無人機實時監(jiān)控機身的狀況和戰(zhàn)況，向基地的司令官建議下一步應(yīng)該采取 什么行動。司令官可以肯定或否定其建議或指示其繼續(xù)收集數(shù)據(jù)。
通過聯(lián)合飛行，一名操作員可操控6架以上的無人機。此外，還可以組合不同機型的無人機，共同執(zhí)行任務(wù)。這就是模擬狼群圍獵的作戰(zhàn)方式。
與民營企業(yè)合作研究
在該研究項目中，DARPA將與選定的企業(yè)共同開發(fā)。DARPA已公布了項目概要，正在征集參與企業(yè)。CODE是以軍事為目的的技術(shù)開發(fā) 項目，將在DARPA的指揮下由民營企業(yè)開發(fā)。DARPA的很多開發(fā)成果已經(jīng)應(yīng)用到了民用領(lǐng)域。從這一情況也可以預(yù)想到，民營企業(yè)會開發(fā)以CODE為原型 的民用無人機。
這與谷歌自動駕駛汽車的誕生過程非常相似。DARPA為了海灣戰(zhàn)爭而著手開發(fā)自動行駛卡車，目的是在用卡車運輸物資過程中，即使受到敵人攻 擊也能避免人員傷亡。以競賽方式開展這項研究的是“無人駕駛機器人挑戰(zhàn)賽(DARPA Grand Challenge)”，最終斯坦福大學(xué)賽車隊(Stanford Racing)獲勝。谷歌將該團隊連同總負責(zé)人Sebastian Thrun一起收歸旗下，最終成就了現(xiàn)在的谷歌自動駕駛汽車。CODE還可以解釋為“空中的自動駕駛技術(shù)”，屬于先進無人機自主航行技術(shù)的范疇。
關(guān)于無人機的商業(yè)運行，CODE提出了很多思路。比如，做電子商務(wù)配送的“Amazon Prime Air”(上圖)能在30分鐘內(nèi)送達商品。但是，如果每架無人機都需要一名操作員操控，就很難大規(guī)模運用。要配送大量商品，必須有很多無人機，就要實現(xiàn)一 名操作員操控多架無人機。
另外，用無人機檢查公路及鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施時也是如此。需要使用多架無人機來檢查數(shù)百公里以上的范圍。也就是說，無人機要想實現(xiàn)商用，需要高度的自主航行技術(shù)和狀況判斷能力。CODE開發(fā)的軟件(詳情未公布，可能是人工智能)將變得至關(guān)重要。
NASA開始開發(fā)航空管制技術(shù)
無數(shù)智能無人機在距離地面比較近的低空空域飛行的社會很快就要到來。為了迎接無人機社會的到來，NASA已開始開發(fā)相關(guān)的航空管制技術(shù)。在 “Drones, Data X Conference”大會上，NASA自主運行項目“安全自控系統(tǒng)操作項目(Safe Autonomous System Operations Project)”負責(zé)人帕里馬爾·科帕德卡(Parimal Kopardekar)介紹了無人機管制系統(tǒng)的概要。該系統(tǒng)的名稱是“無人機空中交通管理系統(tǒng)(UTM)”，是一個有效利用低空空域(2000英尺、約 610米以下)的研究項目，目前已公布了項目概要和藍圖。美國對無人機飛行的低空空域尚未制定飛行規(guī)則，因此是從零開始開發(fā)。
UTM將成為使用商用無人機的基礎(chǔ)設(shè)施。采用云基礎(chǔ)架構(gòu)，無人機與網(wǎng)絡(luò)連接后與系統(tǒng)進行通信。通信方式有很多選擇，已開始對使用手機網(wǎng)絡(luò)的方式進行評估。
科帕德卡還介紹了無人機管制機制。UTM會定義無人機可以航行的區(qū)域(Geo-Fencing)，并在該區(qū)域劃設(shè)航線，還會向無人機操作員 提供天氣信息及大風(fēng)警報等，因為無人機在大雨中和大風(fēng)中無法航行。另外，UTM會預(yù)測航線上無人機的擁擠情況，并采取相應(yīng)措施。具體而言，當(dāng)兩架無人機挨 得太近時，系統(tǒng)會采取必要措施，擴大間隔。
無人機管制藍圖
UTM的開發(fā)將分四個階段(上圖)。各模塊叫做Build，有Build 1到Build 4。Build 1是航空管制基礎(chǔ)功能，能劃設(shè)上述空域和航線。天氣不好時，具有封閉航線等功能，還會配備運行日程管理(操作員提出飛行計劃)及無人機運行間隔調(diào)整(上 述)等功能?？婆恋驴ㄓ媱澖衲晗募具M行系統(tǒng)演示。
Build 4除上述功能外，還配備有無人機監(jiān)視、處理緊急情況(墜落時的回收計劃等)等功能，將于2019年3月進行演示飛行。NASA將與民營企業(yè)一起開發(fā) UTM，有意向的團體可以參與到項目中，現(xiàn)在已有100多家企業(yè)和大學(xué)表示希望加入。在大會上，科帕德卡呼吁企業(yè)參與到該項目中來。
FAA積極支持無人機商用化
FAA的態(tài)度發(fā)生了轉(zhuǎn)變，開始積極支持無人機商用。今年5月，F(xiàn)AA為了制定無人機商用規(guī)則，開始與民營企業(yè)共同開展項目。該項目叫做 “Pathfinder”，將與CNN、PrecisionHawk、BNSF Railway三家企業(yè)一起驗證無人機安全商用方式。CNN將在市區(qū)驗證使用無人機能否安全拍攝新聞視頻。這是操作員看著無人機操控的方式。
PrecisionHawk是一家無人機制造企業(yè)，以農(nóng)業(yè)為中心從事數(shù)據(jù)收集和分析業(yè)務(wù)(上圖)。在Pathfinder項目中，該公司將 利用無人機監(jiān)測農(nóng)場作物的生長情況。監(jiān)測時，無人機會離開操作員的視線自主飛行。BNSF Railroad則將在北美第二大鐵路貨運網(wǎng)絡(luò)中，利用無人機檢查鐵路設(shè)施。由于鐵路設(shè)施延伸很廣，無人機會離開操作員的視線飛行。FAA將從上述三家企 業(yè)開始，驗證商用無人機的安全性，并寫入正在制定的使用規(guī)則中。
面向無人機商用，不斷完善法律
在大會上，F(xiàn)AA監(jiān)管辦公室負責(zé)人Jim Williams還介紹了無人機商業(yè)運行的法制化。FAA今年年初公布了無人機商業(yè)運行草案，并公開征集了意見，共收到4000多條意見。另外，F(xiàn)AA在 美國6個地方設(shè)置了無人機試驗點，進行試運行。另外，F(xiàn)AA作為例外措施(“Section 333”)，對無人機的商業(yè)運行進行逐一審查，允許符合條件的投入商用。
Williams表示，民營企業(yè)對Section 333的關(guān)注度極高，已受理了1000多個申請。這項例外措施從2014年9月開始實施，2015年3月簡化審查手續(xù)后，獲批項目數(shù)量猛增。
FAA公布的草案規(guī)定，操作員必須看著無人機操作。對于在長距離運輸?shù)扔猛局惺褂脽o人機，這項條款已成為一大障礙。Williams表 示，F(xiàn)AA正考慮放寬這一條款。他指出由于攝像頭等傳感器技術(shù)不斷進步，在確認無人機可以安全航行以后，將廢止這一條款。雖然到法令出臺還要2年左右的時 間，但FAA對無人機商用的態(tài)度確實轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極支持。
民眾要求對無人機商用放寬限制
自美國出現(xiàn)無人機墜落在白宮的事件以后，有關(guān)安全和隱私的討論越來越激烈。上個月，紐約發(fā)生了有人用無人機向廣告牌上噴紅顏料的事件(上 圖，臉部的橫線等)。在此之前，還曾發(fā)生過無人機與客機差點相撞以及在國立公園的墜落事故等，無人機成為一大社會問題。在美國，要求對私人使用的無人機加 強管制的聲音高漲。
另一方面，也有很多人要求對無人機的商用放寬限制。美國國民已經(jīng)開始認識到美國在無人機產(chǎn)品領(lǐng)域已被中國超越。也有傳言稱，在加拿大和澳大利亞，無人機業(yè)務(wù)已成為重要產(chǎn)業(yè)。被世界拋棄的危機感在美國不斷蔓延。
美國國防部及NASA等已開始積極開發(fā)無人機技術(shù)。由于聯(lián)邦議會施壓及無人機開發(fā)企業(yè)游說，F(xiàn)AA已開始轉(zhuǎn)向放寬限制。在美國政府承擔(dān)著無 人機孵化器職能的同時，民營企業(yè)正在尋找商用化機會。在美國國民的支持下，無人機技術(shù)開發(fā)將加速發(fā)展。
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