【《国内外无人机安全通道技术研究的文献综述》2800字】

国内外无人机安全通道技术研究的文献综述1.1无人机产业发展规模民用无人机发展始于20世纪80年代，以无人机技术特征为依据，可分为无人直升机、固定翼无人机和多旋翼无人机。近年来，在政府持续出台的鼓励政策和不断攀升的市场需求下，中国工业级无人机正在以势不可挡的发展速度前行。与此同时，一些无人机相关法律法规和规划发展文件也随之颁布[18]。2015年3月，中国民航局颁布的《轻小型无人机运行试行规定》，无人机的起飞全重量超过7公斤，必须在起飞前接入电子围栏监管系统，且明令禁止禁飞区内禁止无人机飞行，相关无人机驾驶员必须持有相关的飞行操作执照。人工智能相关技术的逐步完善，促使智能化硬件开始向小型化、成本低、能耗低的方向迈进，不断走低的硬件成本，为无人机制造业提供了良好的发展环境和改善空间。“中商产业研究院”发布了《2020-2025年中国无人机市场前景及投资机会研究报告》，其中统计了2016年至2021年无人机市场规模及预测，如图1.1所示。图1.12016年—2021年无人机市场规模及预测我国的无人机行业现已形成了配套齐全的集研发、制造、销售与服务一体的产业体系。随着无人机行业的发展，未来无人机的应用场景将越来越丰富，同时伴随着低空领域的逐步放开，也将进一步刺激我国无人机的应用需求，到2025年，我国民用无人机的市场规模预计将达到377亿元。1.2电子围栏的现状与应用电子围栏概念起源于欧美，起初用于监狱等特殊保护场所，为防止越狱现象的出现，随后被欧洲的牧人应用于畜牧业，用以保护牧区和牲畜，几根简易的通电导线便组成了最初的“电子围栏”装置。发展至今，电子围栏一般可分为传统电子围栏和网络电子围栏两类。传统电子围栏凭借其简易、独立和明确的分界等特性，广泛应用于工厂、展览、社区、学校、机场和重点地区等以围墙建筑为围栏起止点的场所[19]。随着人们对开放式空间和配套产品需求的提升，传统的电子围栏已经无法满足最初的需求，由此，网络电子围栏应运而生。网络电子围栏从总体架构来看，可分为物理层、传感层、控制层、网络层和应用层五层结构。用户可以通过终端获取传感层传输到服务器上的告警信息，进行实时管理。杨帅[20]设计了基于FPGA和Verilog的窄脉冲频率可调采样测距电路，通过高速ADC采样获取最大峰值点，获得有效的回波信号，可计算入侵点距离的智能电子围栏，用于地面电子地图防区边界的监管。任堂正等[21]将激光电子围栏作为入侵检测和定位的物理手段，为无人值守的变电站安防系统提供保障。贾永基等[22]针对无桩式共享单车运营中出现的乱停乱放和分布不均问题，引入电子围栏作为单车停放点，构建了共享单车重平衡问题的混合整数规划模型。在电子围栏的应用和研究上，国内的现有研究成果和研究方向更倾向于传统地面电子围栏。以共享单车产业为例，该行业对电子围栏的应用则到达了领军水准，如图1.2所示。而有关无人机电子围栏的行业标准，直至2017年才由中国民航局颁布实施。刘金奎[23]通过对无人机电子围栏内无人机的飞行区域拓扑结构关系进行研究，实现了对无人机信息、用户信息和飞行区域电子围栏数据进行管理，审批无人机飞行区域的申请。图1.2市面两款主流共享单车电子围栏用户界面1.3无人机安全通道的现状与应用无人机安全通道作为一种基于无人机电子围栏技术的延伸应用，融合了物联网、大数据、通信、图像识别和人工智能等领域，为无人机完全自主飞行控制提供理论依据和技术依托，并且需要结合以下几点无人机产业发展的关键技术。=1\*GB2⑴飞行环境感知与认知无人机的飞行安全是无人机关注的首要问题。无人机对飞行环境复杂度的感知主要是对环境特征的提取、障碍物的识别和目标点的选取等。目前单一的图像感知识别系统无法满足无人机自主导航的需求，因此需要与红外测距、气象感知、图像识别等技术相结合，以实现高度自主化飞行，高效地实现无人机自主避障和导航功能。=2\*GB2⑵多机协同任务规划与决策此技术主要通过传感器识别无人机飞行环境，通过通信系统在同任务级无人机之间进行信息交互，配合飞行控制管理系统完成航迹规划。协同技术主要包括路径规划和协同控制，在无人机编队任务中，确保多机协作、位置感知、编队任务顺利完成。=3\*GB2⑶实时路径规划与自主导航任务级无人机飞行空域环境瞬息万变，航线预规划无法满足无人机在执行任务时的安全性和时效性。无人机结合相关技术以实现实时路径规划，并在屏蔽外界扰动的情形下进行自主导航，才能最大限度发挥无人机的优势。=4\*GB2⑷5G通信技术的信号传输5G通信技术以延时低、速度快、带宽高、缓存大等特征，打破了传统信息通信技术的屏障，再结合后台AI运算，实时向无人机输出反馈信息，实现实时人机交互，从而拓宽了无人机应用领域。国内外对无人机安全通道技术的研究，早期主要以航迹规划为研究内容，为无人机制定单一固定的航行轨迹，近几年随着无人机应用场景时间和空间复杂度的提升，在起飞前的预规划已经无法满足无人机完成指定任务和操作，而对无人机安全通道的提及更是少之又少。Dalamagkidis等[24]在结合美国人口密度和建筑物等因素后，基于空中飞行器碰撞风险评估对不同高度（152.4m以下，152.4~1000m，1000m以上）每小时容纳的无人机最大密度进行了划定，并将1000m的高度层作为无人机商业活动的分界点。白龙等[25]在此基础上，总结归纳了城市区域（超）低空空域无人机活动通道划设规则和方法，即同时包含高度、密度、覆盖区和隔离区的存在形式和优化方案。全权等[26]结合中国民航局2019年第一季度无人机云数据统计（99.9%的无人机占据1000m一下高度，96.5%的无人机运行在120m以下高度），提议将90~120m超低空航路空域高度层用于无人机最后一公里物流配送航路网；60~90m用于高度保护层；40~50m高度层用于地面巡检。将150~270m近低空航路网空域提供给混合翼高速无人机使用，从空域的角度划分无人机安全通道高度层。参考文献[1]陶于金,李沛峰.无人机系统发展与关键技术综述[J].航空制造技术,2014（20）:34-39.[2]王瑛.无人机研制的关键问题探析[C].中国航空学会论文集,2005.[3]淳于江民,张珩.无人机的发展现状与展望[J].飞航导弹,2005（02）:23-27.[4]何道敬,杜晓,乔银荣等.无人机信息安全研究综述[J].计算机学报,2019,42（05）:1076-1094.[5]郭雷,余翔,张霄等.无人机安全控制系统技术:进展与展望[J].中国科学:信息科学,2020,50（02）:184-194.[6]高劲松,余菲,季晓光.无人机自主控制等级的研究现状[J].电光与控制,2009,16（10）:51-54.[7]郑昌文,严平,丁明跃等.飞行器航迹规划研究现状与趋势[J].宇航学报,2007（06）:1441-1446.[8]SmithKurtW.DroneTechnology:Benefits,Risks,andLegalConsiderations[J].SeattleJournalofEnvironmentalLaw,2015,1.[9]徐恩华.无人机法律规范和应用发展现状[J].中国科技信息,2020（01）:104-105.[10]栾爽.无人机法律规制问题论纲[J].南京航空航天大学学报(社会科学版),2017,19（01）:32-37.[11]刘炜,冯丙文,翁健.小型无人机安全研究综述[J].网络与信息安全学报,2016,2（03）:39-45.[12]祁圣君,井立,王亚龙.无人机系统及发展趋势综述[J].飞航导弹,2018（04）:17-21.[13]谭清美,张云涛,王磊.无人机产业创新平台构建及运行机制研究[J].科学管理研究,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]刘刚.基于视觉导航小型无人机自主着陆控制策略研究与应用[D].南京:南京航空航天大学,20