西安交通大學(xué)附屬中學(xué)　朱玉姍　梁博雅

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無人貨機(jī)離我們的生活還有多遠(yuǎn)

西安交通大學(xué)附屬中學(xué)朱玉姍梁博雅

針對(duì)無人駕駛快速發(fā)展的形勢(shì)，提出在枯燥和易于疲勞的民用貨運(yùn)領(lǐng)域應(yīng)用無人駕駛技術(shù)，開發(fā)無人貨機(jī)替代有人駕駛貨機(jī)面臨的技術(shù)問題以及解決策略。本文對(duì)無人駕駛在貨運(yùn)領(lǐng)域中的應(yīng)用設(shè)想有一定的參考意義。

無人機(jī)；貨運(yùn)；適航

1　前言

現(xiàn)在無人機(jī)、無人駕駛車逐步走進(jìn)了我們的生活。谷歌的無人駕駛街景車自動(dòng)完成街景圖像的采集，世界上最先進(jìn)的無人駕駛汽車已經(jīng)測(cè)試行駛近五十萬公里，其中最后八萬公里是在沒有任何人為安全干預(yù)措施下完成的。大疆DJI的多軸無人機(jī)號(hào)稱飛行的相機(jī)，延伸了人類的視角，日本的雅馬哈無人直升機(jī)可以替代農(nóng)民完成噴藥的工作。現(xiàn)在美國的亞馬遜提出使用快遞無人機(jī)實(shí)現(xiàn)小件貨物的遞送，甚至有些新潮的男子求婚也是采用四旋翼的無人機(jī)向未婚妻送上結(jié)婚戒指。

采用無人駕駛的好處是什么？給繁忙的生活減少了負(fù)擔(dān)，爭(zhēng)取更多的時(shí)間享受生活。

在亞馬遜約合11萬平方米的訂單處理中心采用搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行貨物處理，每秒可以處理500件貨物。如果在機(jī)場(chǎng)之間可以采用無人機(jī)進(jìn)行運(yùn)貨，那運(yùn)貨的速度該有多塊。

當(dāng)前的民航運(yùn)輸和鐵路運(yùn)輸一樣，也分成運(yùn)輸旅客或運(yùn)輸貨物［1］，大多數(shù)客機(jī)航班在凌晨1點(diǎn)之前結(jié)束。因此凌晨1點(diǎn)后到第2天的8點(diǎn)之前的時(shí)間天空基本上是空閑的。如果這段時(shí)間貨運(yùn)飛機(jī)在天空上飛行（就像很多城市規(guī)定大貨車必須晚上10點(diǎn)后才可以通行一樣）不是可以更好的利用天空嗎？現(xiàn)在執(zhí)行快遞的貨機(jī)包括EMS和順豐等公司就是采用夜航的方式，既節(jié)省了費(fèi)用，同時(shí)還加快了運(yùn)輸貨物的速度。但是飛行員執(zhí)飛夜航貨機(jī)，需要專門的訓(xùn)練，還需要克服人員疲勞的問題，另外飛行員飛夜航的意愿也不充分，網(wǎng)上還有飛行員因?yàn)殚L(zhǎng)期飛夜航航班要求辭職的情況，因此存在招收飛行員的困難。如果采用無人機(jī)代替飛行員來完成夜航貨運(yùn)任務(wù)是否可行呢？

2　無人貨機(jī)面臨的困難與解決方案

無人機(jī)［2］的優(yōu)點(diǎn)是執(zhí)行骯臟、枯燥和危險(xiǎn)的任務(wù)比人類具備優(yōu)勢(shì)，同時(shí)駕駛貨機(jī)和客機(jī)相比，對(duì)安全性要求可以相對(duì)降低，長(zhǎng)期成本也具備優(yōu)勢(shì)?？墒沁@個(gè)設(shè)想由幾點(diǎn)困難：

一個(gè)是成本問題，無人貨機(jī)如果2個(gè)機(jī)場(chǎng)之間的距離大于200km，由于地球曲率的影響，地面控制站無法和飛機(jī)直接采用視距鏈路進(jìn)行指揮控制，飛機(jī)上需要使用衛(wèi)星鏈路進(jìn)行通信［3］，此外飛機(jī)本身需要進(jìn)行自動(dòng)飛行系統(tǒng)的改裝，將人工駕駛改成無人貨機(jī)自主控制，改裝后的飛行需要達(dá)到和有人飛機(jī)相同的可靠性和安全性，因此需要新增費(fèi)用不菲的機(jī)載設(shè)備，此外無人貨機(jī)還需要新增地面控制站，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的指揮控制，地面控制站費(fèi)用不菲，且需要配備地面操作人員，因此單架無人貨機(jī)的全部擁有和使用成本超過了有人機(jī)上2個(gè)飛行員的成本。因此單個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)的成本還無法和有人飛機(jī)競(jìng)爭(zhēng)。

另一個(gè)是無人機(jī)的安全性問題，飛機(jī)上沒有了人，采用自動(dòng)飛行的設(shè)備代替人駕駛飛機(jī)，飛行安全如何保證也是必須考慮的問題。

最后一個(gè)問題是無人機(jī)如何和有人機(jī)的空管體系兼容以及和國家的法律法規(guī)保持一致，即無人機(jī)的適航問題（適航性是民航飛機(jī)在其規(guī)定的使用范圍內(nèi)具有保證航行和乘員安全的性質(zhì)）。美國和歐洲無人機(jī)的適航工作還未大規(guī)模開展，在我國實(shí)現(xiàn)無人貨機(jī)適航難度可能更大。

圖1　無人機(jī)和地面站之間的通信

但是這些問題可以采用以下方式解決：

（1）關(guān)于無人機(jī)的成本問題

設(shè)立無人機(jī)的專用機(jī)場(chǎng)，可以避免和有人機(jī)指揮控制沖突，此外由于使用無人機(jī)專用的機(jī)場(chǎng)，配備無人機(jī)專用的地面控制設(shè)備，而給有人機(jī)配備的候機(jī)廳和塔臺(tái)全部可以省略，可以減少大量的建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行開支；建立無人機(jī)的指揮中心，同時(shí)指揮多個(gè)無人機(jī)，可以攤薄每架飛機(jī)相對(duì)地面指揮控制的成本；在無人機(jī)航路上建立指揮中繼站或者利用北斗衛(wèi)星短消息功能實(shí)現(xiàn)超視距無人機(jī)的控制，可以減少使用衛(wèi)星通信的成本；

現(xiàn)在研制功能完善的無人機(jī)飛控系統(tǒng)還需要較長(zhǎng)的周期和成本，不過軍用無人機(jī)的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，以美國的全球鷹無人機(jī)為例，截至到2015年1月，全球鷹無人機(jī)已經(jīng)累計(jì)完成了13萬小時(shí)的安全飛行。無人機(jī)執(zhí)行運(yùn)貨任務(wù)很大程度上也是一個(gè)觀念問題；

圖2　美國全球鷹無人機(jī)

（2）關(guān)于無人機(jī)的安全問題

通過提高無人機(jī)的自主能力，降低對(duì)地面指揮控制的依賴，使得無人機(jī)可以自主實(shí)現(xiàn)從飛行前準(zhǔn)備、滑出、起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)場(chǎng)、著陸和滑入等各項(xiàng)任務(wù)。由于貨運(yùn)無人機(jī)主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)2個(gè)機(jī)場(chǎng)之間的運(yùn)輸，面臨的突發(fā)情況比無人駕駛汽車簡(jiǎn)單得多，只需要處理飛機(jī)本身的故障即可；當(dāng)前無人機(jī)一般采用設(shè)備冗余的方式來提高整個(gè)飛機(jī)系統(tǒng)的安全性，單一設(shè)備的故障不會(huì)造成飛機(jī)的致命故障。由于無人機(jī)的自動(dòng)飛行系統(tǒng)匯集航空界多年有人機(jī)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，和人類相比，自動(dòng)系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定，沒有情緒波動(dòng)，反應(yīng)更加快速，對(duì)環(huán)境干擾的適應(yīng)性更好，整體上還提高了飛機(jī)的安全性。

設(shè)定無人機(jī)專用航線和空域同時(shí)采用夜航，可以避免和有人機(jī)的航路沖突，此外現(xiàn)在的飛機(jī)上可以安裝ADS-B設(shè)備（自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視設(shè)備），用來接收周圍飛機(jī)的位置，并且向周圍的飛機(jī)通報(bào)自身的位置，大大減少了飛機(jī)在空中相撞的可能性。

現(xiàn)在語音交互發(fā)展很快，相信不久的將來無人機(jī)將具備和地面塔臺(tái)的語音交互能力，可以充分利用有人機(jī)的空中交通管制系統(tǒng)；如果空中交通管制系統(tǒng)從語音控制指揮升級(jí)到數(shù)字通信指揮，則可以建立有人/無人統(tǒng)一的指揮體系。同時(shí)機(jī)器視覺進(jìn)展的很快，相信不遠(yuǎn)的將來，使用機(jī)器視覺進(jìn)行自動(dòng)著陸可以達(dá)到實(shí)用狀態(tài)。

（3）關(guān)于無人機(jī)的適航問題

現(xiàn)在無人機(jī)行業(yè)發(fā)展迅速，無人機(jī)適航相關(guān)研究也在同步進(jìn)行，美國的捕食者B已經(jīng)通過了北約無人機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)，美國的全球鷹無人機(jī)也通過了軍用適航我國的無人機(jī)適航工作也處于規(guī)劃過程中，相信無人機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)很快就會(huì)推出。

圖3　美國聯(lián)邦快遞將在上海建立貨機(jī)機(jī)場(chǎng)

美國的聯(lián)邦快遞擁有飛機(jī)超過700架，未來的中國和美國一樣，將存在巨大的貨機(jī)市場(chǎng)。如果未來將所有的貨機(jī)都改成無人機(jī)，可以大大提高貨運(yùn)的自動(dòng)化程度，降低對(duì)飛行員的依賴。而無人貨機(jī)的技術(shù)障礙一旦突破，巨大商機(jī)將滾滾而來。

3　結(jié)束語

隨著科技的發(fā)展，無人駕駛將日益廣泛，給我們更多的便利，給我們更多的實(shí)惠，使得我們的生活豐富多彩。

［1］蔣麗.基于競(jìng)爭(zhēng)模型的國內(nèi)航空貨運(yùn)發(fā)展探討［J］.中國流通科技，2015年第5期（2015年5月13日），CN 11-3664/F.

［2］作者:Paul G.Fahlstrom/Thomas J.Gleason.譯者:吳漢平.無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論［M］.電子工業(yè)出版社，2003年9月，ISBN:9787505390140.

［3］作者:奧斯?。ˋustin R.）.譯者:陳自力.董海瑞，江濤.無人機(jī)系統(tǒng):設(shè)計(jì)、開發(fā)與應(yīng)用［M］.國防工業(yè)出版社，2013年4月1日，ISBN:9787118080933.

For unmanned vehicle fast development situation，put forward in a boring and easy fatigue civilian cargo area unmanned driving technology，the development of unmanned cargo alternative people driving cargo aircraft face technical problems and solutions.This paper has a certain reference significance for the application of unmanned vehicle in the field of freight transportation.

UAV；freight transportation；airworthiness

朱玉姍（1999—），女，現(xiàn)就讀于西安交通大學(xué)附屬中學(xué)，研究方向：無人機(jī)應(yīng)用。

梁博雅（1999—），女，現(xiàn)就讀于西安交通大學(xué)附屬中學(xué)，研究方向：無人機(jī)應(yīng)用。