构建空中无人机高速公路：技术、监管与公众信任的挑战

随着行业与政府寻求以专用飞行走廊支持日益增长的无人机作业，天空正迎来创新机遇。这类无人机系统（UAS）走廊——可视为空中车道——有望为城市带来变革性的应用前景。然而，实现无人机与有人机融合运营的道路上，仍面临安全、监管及公众接受度等一系列挑战。

空中交通网络的构建需要多方合作，涵盖地方与州政府、美国联邦航空管理局（FAA）、国家航空航天局（NASA）、私营企业及其他无人机生态系统参与者。

Frost & Sullivan航空航天、国防与安全部门副总裁Michael Blades指出，这些合作面临两类挑战：技术性挑战与监管性挑战。

建立标准与构建网络

有人驾驶飞机历来遵循“看见并避让”其他航空器的原则，而无人机目前尚无法做到这一点。FAA正与行业利益相关方合作，研究可靠的探测与避让（DAA）技术，以促进更复杂的无人机作业，并使其能与有人驾驶作业相融合。

Blades解释说：“存在后勤方面的挑战，尤其是在行业能够扩大生产并获得监管批准以满足市场需求之后，支撑自主货运及载人无人机机队所需的基础设施方面。”他还指出，在运营和无人机适航认证方面都存在若干监管挑战。Blades表示，规则的制定需要——或者说应当——在国际层面推进，以便所有经批准的航空器能在全球范围内运行，正如国际民用航空组织（ICAO）目前对全球空中交通的规则一样。

在这些参与者中，最重要的将是无人机交通管理（UTM）服务提供商，它们开发应用程序接口（API），将无人机及飞行员与数字空域地图和实时导航服务连接起来。

总部位于伦敦的Altitude Angel公司便是其中之一，其创始人兼首席执行官Richard Parker表示，公司的目标是创建将无人机交通整合进空域的基础设施。他说：“一架飞行20英里的无人机将飞越不同方拥有的基础设施，可能穿越包含不同限制和政策的管制空域。随着发展，该无人机操作员可能需要获得许多不同方的许可，而将这些许可按顺序安排可能很困难——我们正是在这些许可链方面提供帮助。”

Parker表示，利益相关方很可能开始在既有走廊内就航线达成一致——这种方法也与成本密切相关。“建设全新的基础设施成本高昂，而利用既有走廊则是成本极低的选择。”

另一个复杂因素是无人机需要快速应对空中救护车或警用直升机等飞行器，这些飞行器可能飞得很低——恰在无人机所在的空域——并且无需公布飞行计划即可在需要的地方降落，这与商用航空器不同。

Parker指出：“假设你解决了所有这些问题——出色的应用、出色的集成、出色的可视性、成本问题——你仍然缺少一个将所有环节联系在一起的平台。该平台需要标准化来自不同来源的数据，提供可视性，并提供导航服务，以理解所探测到的内容并对这些状况做出反应，从而保障无人机及地面上所有人的安全。”

安全与数据关联

FAA表示，已在利用无人机系统测试场地来测试运营，并在特定区域促进常规无人机作业。目前，某些视距内操作员可使用低空授权与通知能力（LAANC）申请在机场附近国家大部分低空管制空域内进行作业的授权。

FAA发言人在电子邮件声明中解释，监管机构正侧重于期望的无人机安全性能，而非像过去那样规定满足该安全期望所需的确切详细设计。“基于性能的法规设定了必须通过航空器设计达到的运行安全与性能水平，”该发言人解释，“这允许在满足整体安全与运行要求的同时持续创新，并允许多种创新设计证明其符合安全法规的意图。”

该发言人澄清，FAA专注于将无人机系统整合进国家空域系统的挑战，而非建立专用无人机走廊。

NASA也是这一进程中的政府利益相关方，位于加州山景城的艾姆斯研究中心航空系统部门负责人Sandy Lozito表示：“我们正致力于在政府与行业（包括地方政府）中推动城市空中交通市场的发展。城市对安全数据、隐私问题、噪音问题非常关注——这些正是他们真正关注的事项。”Lozito表示，NASA面临的挑战之一是确定如何获取、使用和提供数据的数据标准，但她指出，与地方政府的多次讨论表明，他们对先进无人机基础设施的益处有浓厚兴趣和热情。“我们需要让许多合作伙伴协同工作，并实现数据共享，”她说，“我们认为有帮助的一件事是，如果某方——NASA或其他机构——制定数据标准，人们就不必觉得自己必须去创建自己的标准。”

她的同事、NASA艾姆斯研究中心安全空域项目工程师Ken Freeman也持同样观点，他表示地方政府正试图弄清楚如何与FAA合作建设无人机走廊。“从行业角度看，必须有商业案例和强大的盈利潜力，”他说，“在需要时获得数据将至关重要。”Freeman设想的使用案例范围广泛，从医疗物资的快速递送到可运送四口之家的空中出租车。“任何让汽车离开道路的措施基本上都会更高效，”他说，“即使只有5%到10%，如果我们能将这部分交通从二维交通系统转移到三维交通系统，就能加快地面车辆的速度。获得公众信任需要时间，但技术部分已不再是难题。”

争取公众支持

正如Freeman所指出的，公众接受度将是任何成功的无人机高速公路发展计划的关键方面。虽然无人机的大规模部署可能彻底改变我们的工作和生活方式，但如果公众不愿接受这项新技术，创新将受到阻碍。

Gartner高级研究总监Pedro Pacheco表示，噪音和隐私等问题必须公开解决，同时还要处理持续存在的安全和安保问题。“部分人群对隐私的担忧将日益增加，例如划定隐私区域和低噪音区域，并且必须就此设定具体目标，例如不允许无人机在一天中的某些时段飞行，”他说。Pacheco提到柏林工业大学与非营利组织Wissenschaft im Dialog于2020年6月进行的一项调查，该调查显示大多数德国人反对使用空中出租车和送货无人机，但医疗用途除外。

他表示，关键在于开始测试技术并不断完善，找出所谓的“边缘案例”，这些案例需考虑从天气、风速到社会视角等一切因素。“每当新技术进入市场时出现公众反弹，无人机技术公司必须准备好应对这些情况，”他说，“我认为我们需要等待送货无人机在城市中心附近进行试验——那将是真正的考验，至少一开始会产生一些两极分化，随后引发公众辩论。”

这些测试案例正在从非洲农村到美国西海岸等不同地区加速推进：在西非，无人机物流公司Volansi一直使用无人机向采矿和油气客户运送备件和关键部件，其联合创始人Hannan Parvizian表示，这提供了比替代方案更快的交付解决方案。“我们创建了不同的取货点，这些点汇合成一条穿越机场的路线，然后再分散开，”Parvizian说，他将其描述为“空中车道汇合成空中航线”。Volansi在北卡罗来纳州的另一个项目涉及将温度敏感药物从制造设施运送到医疗中心，该空域“人口相当密集”，公司已在此建立了专用空中航线。

“这不再是遥远的现实，”Parvizian说，“它正在发生，我认为几年后，随着基础设施和空中交通管理变得更加成熟，你会看到它爆发式增长。”

寻找先锋社区

在建立无人机高速公路方面，一个引人注目的步骤涉及加州安大略市与总部位于底特律的初创公司Airspace Link的合作，后者是州和地方政府无人机飞行授权与管理解决方案的提供商。该倡议将探索包裹递送和紧急急救人员作业的应用，并与FAA合作，开放更多空域以支持使用Airspace Link技术的无人机飞行。

Airspace Link业务发展与营销副总裁Lisa Peterson表示：“安大略是美国领先的货运机场之一，是UPS的枢纽、FedEx的支线，这使得物流成为他们寻求推出的服务中最重要的使用案例之一。我们正努力与城市合作，建立共享的数字基础设施，并邀请实体在这些已具备条件的社区推出服务。”Peterson表示，该公司还参与了北达科他州一个耗资2800万美元的大型项目，以建设一条50英里长的超视距（BVLOS）运营基础设施，该设施最终可扩展至全州。“一旦我们了解该方案的关键组成部分，我们就能将这些数据集标准化，并推广到整个州或整个国家，”Peterson解释道。

她指出，使用案例还包括应急服务提供商，他们可使用无人机快速获取现场情况，以及库存管理和空中监视。Peterson还强调了另一个潜在项目，与密歇根州连接和自动驾驶车辆（CAV）测试走廊的扩展相关，该走廊将包括一条无人机走廊。“密歇根州在地面交通方面拥抱自动驾驶，他们也很有动力在空中采用该技术，”她说，“这成为一种伙伴关系——我们将私营部门和公共部门聚集在一起，而我们就是两者之间的桥梁。”她指出，公司每周大约新增两家机构客户，并收到地方和州政府对寻求安全整合无人机的新解决方案的“浓厚兴趣”。

对于Volansi的Parvizian而言，建立先进无人机基础设施的理由不仅限于商业上可行的使用案例，还在于突破地面基础设施的限制，进而改善环境。“我们破坏了周围的世界来让汽车运转，并花费数万亿美元维护这些道路，这简直是荒谬的，”他说，“如果你在垂直交通解决方案上花费一万亿美元，我们在这个进程中会走得更远。”他预测，最终这种地面基础设施将在很大程度上过时——或至少被转移到地下——而地面高速公路可以被宜居的绿色空间取代。“我们想改变世界，我们设想一个不再需要建设物理地面基础设施的世界，你将能够实现点对点的移动和物流，我们的生活将因此改变，”他说，“我很确信一二十年后我们会实现这一目标——而这些正是改变整个世界的初步步骤。”