國(guó)內(nèi)外無(wú)人機(jī)安全通道技術(shù)研究的文獻(xiàn)綜述1.1無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模民用無(wú)人機(jī)發(fā)展始于20世紀(jì)80年代，以無(wú)人機(jī)技術(shù)特征為依據(jù)，可分為無(wú)人直升機(jī)、固定翼無(wú)人機(jī)和多旋翼無(wú)人機(jī)。近年來(lái)，在政府持續(xù)出臺(tái)的鼓勵(lì)政策和不斷攀升的市場(chǎng)需求下，中國(guó)工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)正在以勢(shì)不可擋的發(fā)展速度前行。與此同時(shí)，一些無(wú)人機(jī)相關(guān)法律法規(guī)和規(guī)劃發(fā)展文件也隨之頒布[18]。2015年3月，中國(guó)民航局頒布的《輕小型無(wú)人機(jī)運(yùn)行試行規(guī)定》，無(wú)人機(jī)的起飛全重量超過(guò)7公斤，必須在起飛前接入電子圍欄監(jiān)管系統(tǒng)，且明令禁止禁飛區(qū)內(nèi)禁止無(wú)人機(jī)飛行，相關(guān)無(wú)人機(jī)駕駛員必須持有相關(guān)的飛行操作執(zhí)照。人工智能相關(guān)技術(shù)的逐步完善，促使智能化硬件開始向小型化、成本低、能耗低的方向邁進(jìn)，不斷走低的硬件成本，為無(wú)人機(jī)制造業(yè)提供了良好的發(fā)展環(huán)境和改善空間?！爸猩坍a(chǎn)業(yè)研究院”發(fā)布了《2020-2025年中國(guó)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)前景及投資機(jī)會(huì)研究報(bào)告》，其中統(tǒng)計(jì)了2016年至2021年無(wú)人機(jī)市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)，如圖1.1所示。圖1.12016年—2021年無(wú)人機(jī)市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)我國(guó)的無(wú)人機(jī)行業(yè)現(xiàn)已形成了配套齊全的集研發(fā)、制造、銷售與服務(wù)一體的產(chǎn)業(yè)體系。隨著無(wú)人機(jī)行業(yè)的發(fā)展，未來(lái)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景將越來(lái)越豐富，同時(shí)伴隨著低空領(lǐng)域的逐步放開，也將進(jìn)一步刺激我國(guó)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用需求，到2025年，我國(guó)民用無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到377億元。1.2電子圍欄的現(xiàn)狀與應(yīng)用電子圍欄概念起源于歐美，起初用于監(jiān)獄等特殊保護(hù)場(chǎng)所，為防止越獄現(xiàn)象的出現(xiàn)，隨后被歐洲的牧人應(yīng)用于畜牧業(yè)，用以保護(hù)牧區(qū)和牲畜，幾根簡(jiǎn)易的通電導(dǎo)線便組成了最初的“電子圍欄”裝置。發(fā)展至今，電子圍欄一般可分為傳統(tǒng)電子圍欄和網(wǎng)絡(luò)電子圍欄兩類。傳統(tǒng)電子圍欄憑借其簡(jiǎn)易、獨(dú)立和明確的分界等特性，廣泛應(yīng)用于工廠、展覽、社區(qū)、學(xué)校、機(jī)場(chǎng)和重點(diǎn)地區(qū)等以圍墻建筑為圍欄起止點(diǎn)的場(chǎng)所[19]。隨著人們對(duì)開放式空間和配套產(chǎn)品需求的提升，傳統(tǒng)的電子圍欄已經(jīng)無(wú)法滿足最初的需求，由此，網(wǎng)絡(luò)電子圍欄應(yīng)運(yùn)而生。網(wǎng)絡(luò)電子圍欄從總體架構(gòu)來(lái)看，可分為物理層、傳感層、控制層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層五層結(jié)構(gòu)。用戶可以通過(guò)終端獲取傳感層傳輸?shù)椒?wù)器上的告警信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)管理。楊帥[20]設(shè)計(jì)了基于FPGA和Verilog的窄脈沖頻率可調(diào)采樣測(cè)距電路，通過(guò)高速ADC采樣獲取最大峰值點(diǎn)，獲得有效的回波信號(hào)，可計(jì)算入侵點(diǎn)距離的智能電子圍欄，用于地面電子地圖防區(qū)邊界的監(jiān)管。任堂正等[21]將激光電子圍欄作為入侵檢測(cè)和定位的物理手段，為無(wú)人值守的變電站安防系統(tǒng)提供保障。賈永基等[22]針對(duì)無(wú)樁式共享單車運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的亂停亂放和分布不均問(wèn)題，引入電子圍欄作為單車停放點(diǎn)，構(gòu)建了共享單車重平衡問(wèn)題的混合整數(shù)規(guī)劃模型。在電子圍欄的應(yīng)用和研究上，國(guó)內(nèi)的現(xiàn)有研究成果和研究方向更傾向于傳統(tǒng)地面電子圍欄。以共享單車產(chǎn)業(yè)為例，該行業(yè)對(duì)電子圍欄的應(yīng)用則到達(dá)了領(lǐng)軍水準(zhǔn)，如圖1.2所示。而有關(guān)無(wú)人機(jī)電子圍欄的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，直至2017年才由中國(guó)民航局頒布實(shí)施。劉金奎[23]通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)電子圍欄內(nèi)無(wú)人機(jī)的飛行區(qū)域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)人機(jī)信息、用戶信息和飛行區(qū)域電子圍欄數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，審批無(wú)人機(jī)飛行區(qū)域的申請(qǐng)。圖1.2市面兩款主流共享單車電子圍欄用戶界面1.3無(wú)人機(jī)安全通道的現(xiàn)狀與應(yīng)用無(wú)人機(jī)安全通道作為一種基于無(wú)人機(jī)電子圍欄技術(shù)的延伸應(yīng)用，融合了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、通信、圖像識(shí)別和人工智能等領(lǐng)域，為無(wú)人機(jī)完全自主飛行控制提供理論依據(jù)和技術(shù)依托，并且需要結(jié)合以下幾點(diǎn)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。=1\*GB2⑴飛行環(huán)境感知與認(rèn)知無(wú)人機(jī)的飛行安全是無(wú)人機(jī)關(guān)注的首要問(wèn)題。無(wú)人機(jī)對(duì)飛行環(huán)境復(fù)雜度的感知主要是對(duì)環(huán)境特征的提取、障礙物的識(shí)別和目標(biāo)點(diǎn)的選取等。目前單一的圖像感知識(shí)別系統(tǒng)無(wú)法滿足無(wú)人機(jī)自主導(dǎo)航的需求，因此需要與紅外測(cè)距、氣象感知、圖像識(shí)別等技術(shù)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)高度自主化飛行，高效地實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自主避障和導(dǎo)航功能。=2\*GB2⑵多機(jī)協(xié)同任務(wù)規(guī)劃與決策此技術(shù)主要通過(guò)傳感器識(shí)別無(wú)人機(jī)飛行環(huán)境，通過(guò)通信系統(tǒng)在同任務(wù)級(jí)無(wú)人機(jī)之間進(jìn)行信息交互，配合飛行控制管理系統(tǒng)完成航跡規(guī)劃。協(xié)同技術(shù)主要包括路徑規(guī)劃和協(xié)同控制，在無(wú)人機(jī)編隊(duì)任務(wù)中，確保多機(jī)協(xié)作、位置感知、編隊(duì)任務(wù)順利完成。=3\*GB2⑶實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃與自主導(dǎo)航任務(wù)級(jí)無(wú)人機(jī)飛行空域環(huán)境瞬息萬(wàn)變，航線預(yù)規(guī)劃無(wú)法滿足無(wú)人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)的安全性和時(shí)效性。無(wú)人機(jī)結(jié)合相關(guān)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃，并在屏蔽外界擾動(dòng)的情形下進(jìn)行自主導(dǎo)航，才能最大限度發(fā)揮無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)。=4\*GB2⑷5G通信技術(shù)的信號(hào)傳輸5G通信技術(shù)以延時(shí)低、速度快、帶寬高、緩存大等特征，打破了傳統(tǒng)信息通信技術(shù)的屏障，再結(jié)合后臺(tái)AI運(yùn)算，實(shí)時(shí)向無(wú)人機(jī)輸出反饋信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)人機(jī)交互，從而拓寬了無(wú)人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外對(duì)無(wú)人機(jī)安全通道技術(shù)的研究，早期主要以航跡規(guī)劃為研究?jī)?nèi)容，為無(wú)人機(jī)制定單一固定的航行軌跡，近幾年隨著無(wú)人機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)間和空間復(fù)雜度的提升，在起飛前的預(yù)規(guī)劃已經(jīng)無(wú)法滿足無(wú)人機(jī)完成指定任務(wù)和操作，而對(duì)無(wú)人機(jī)安全通道的提及更是少之又少。Dalamagkidis等[24]在結(jié)合美國(guó)人口密度和建筑物等因素后，基于空中飛行器碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)不同高度（152.4m以下，152.4~1000m，1000m以上）每小時(shí)容納的無(wú)人機(jī)最大密度進(jìn)行了劃定，并將1000m的高度層作為無(wú)人機(jī)商業(yè)活動(dòng)的分界點(diǎn)。白龍等[25]在此基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納了城市區(qū)域（超）低空空域無(wú)人機(jī)活動(dòng)通道劃設(shè)規(guī)則和方法，即同時(shí)包含高度、密度、覆蓋區(qū)和隔離區(qū)的存在形式和優(yōu)化方案。全權(quán)等[26]結(jié)合中國(guó)民航局2019年第一季度無(wú)人機(jī)云數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（99.9%的無(wú)人機(jī)占據(jù)1000m一下高度，96.5%的無(wú)人機(jī)運(yùn)行在120m以下高度），提議將90~120m超低空航路空域高度層用于無(wú)人機(jī)最后一公里物流配送航路網(wǎng)；60~90m用于高度保護(hù)層；40~50m高度層用于地面巡檢。將150~270m近低空航路網(wǎng)空域提供給混合翼高速無(wú)人機(jī)使用，從空域的角度劃分無(wú)人機(jī)安全通道高度層。參考文獻(xiàn)[1]陶于金,李沛峰.無(wú)人機(jī)系統(tǒng)發(fā)展與關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].航空制造技術(shù),2014（20）:34-39.[2]王瑛.無(wú)人機(jī)研制的關(guān)鍵問(wèn)題探析[C].中國(guó)航空學(xué)會(huì)論文集,2005.[3]淳于江民,張珩.無(wú)人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].飛航導(dǎo)彈,2005（02）:23-27.[4]何道敬,杜曉,喬銀榮等.無(wú)人機(jī)信息安全研究綜述[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2019,42（05）:1076-1094.[5]郭雷,余翔,張霄等.無(wú)人機(jī)安全控制系統(tǒng)技術(shù):進(jìn)展與展望[J].中國(guó)科學(xué):信息科學(xué),2020,50（02）:184-194.[6]高勁松,余菲,季曉光.無(wú)人機(jī)自主控制等級(jí)的研究現(xiàn)狀[J].電光與控制,2009,16（10）:51-54.[7]鄭昌文,嚴(yán)平,丁明躍等.飛行器航跡規(guī)劃研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].宇航學(xué)報(bào),2007（06）:1441-1446.[8]SmithKurtW.DroneTechnology:Benefits,Risks,andLegalConsiderations[J].SeattleJournalofEnvironmentalLaw,2015,1.[9]徐恩華.無(wú)人機(jī)法律規(guī)范和應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國(guó)科技信息,2020（01）:104-105.[10]欒爽.無(wú)人機(jī)法律規(guī)制問(wèn)題論綱[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2017,19（01）:32-37.[11]劉煒,馮丙文,翁健.小型無(wú)人機(jī)安全研究綜述[J].網(wǎng)絡(luò)與信息安全學(xué)報(bào),2016,2（03）:39-45.[12]祁圣君,井立,王亞龍.無(wú)人機(jī)系統(tǒng)及發(fā)展趨勢(shì)綜述[J].飛航導(dǎo)彈,2018（04）:17-21.[13]譚清美,張?jiān)茲?王磊.無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新平臺(tái)構(gòu)建及運(yùn)行機(jī)制研究[J].科學(xué)管理研究,2018,36（06）:54-57.[14]PalossiDaniele,FurciMichele,NaldiRobertoetal,Anenergy-efficientparallelalgorithmforreal-timenear-optimalUAVpathplanning[J].ACM,2016,2:392-397.[15]VergouwBas,NagelHuub,BondtGeertetal,DroneTechnology:Types,Payloads,Applications,FrequencySpectrumIssuesandFutureDevelopments[J].T.M.C.AsserPress,2016,7.[16]劉剛.基于視覺(jué)導(dǎo)航小型無(wú)人機(jī)自主著陸控制策略研究與應(yīng)用[D].南京:南京航空航天大學(xué),20