在不断发展的无人机操作领域，超视距飞行（BVLOS）的安全飞行是面临的最大挑战之一。超视距飞行为各行各业带来了无限可能，但也带来了一系列关键问题。其中，飞行安全和风险规避最为重要，因为人员、财产和无人机自身的安全至关重要。
目前，大多数 超视距飞行操作 无人机需要配备一名警惕的目视观察员（VO），负责仔细扫描天空，寻找潜在的障碍物和危险。一旦发现，观察员必须立即通知远程操控员中止无人机的当前任务。因此，任何形式的沟通失误都可能造成极其危险的后果，这一点不言而喻。
在其中一个 NestGen'23 会议我们采访了Iris Automation的全球销售和客户成功总监Daniel O'Shea。Iris Automation是一家致力于打造空中零碰撞的航空环境的公司。他们利用尖端的人工智能视觉技术来降低空中碰撞的风险，这对于各行各业安全、可扩展和高效的运营至关重要。
目录：
- 视觉观察员在超视距飞行中的作用
- 什么是探测与规避（DAA）系统？
- Casia G：Iris Automation 的地面探测和警报系统
- Casia G 在自主超视距无人机箱式操作中的优势
- 与FlytBase集成，实现安全的远程无人机操作
- 具备探测和规避系统的超视距飞行 (BVLOS) 认证
- 领先一步
视觉观察员在超视距飞行中的作用
在深入探讨各种类型和可用的检测与规避 (DAA) 技术的具体细节之前，我们必须首先了解视觉观察员的作用以及为什么需要他们。
例如， 美国联邦航空管理局（FAA） 美国的相关规定明确了无人机系统飞行前必须满足的操作要求。对于所有未获得第 107.33 部分豁免的无人机操作，都必须配备一名目视观察员，该观察员需履行以下职责：
来源： https://www.govinfo.gov/content/pkg/CFR-2022-title14-vol2/pdf/CFR-2022-title14-vol2-sec107-31.pdf
丹解释了这种以人为中心的方法既耗费资源，又难以进行持续监测。他用以下图片进行说明：
无人机作业区域内可能存在其他物体，例如一架小型、不配合且没有引擎噪音的滑翔伞。人类可能难以准确识别这些物体并通知远程控制中心。 机长（PIC）。
丹还引用了安柏瑞德航空大学的一项研究，题为《通过目视观察者探测和评估飞机与小型无人机系统（sUAS）的碰撞可能性》，该研究指出：
在26次拦截行动中，参与者高估了飞机与小型无人机系统进行拦截的可用时间…… 这是一个令人不安的发现，因为视觉观察者倾向于高估可用反应时间，这可能导致规避动作延迟或 避免碰撞。
[2009 年的一项研究] 明确指出，视觉观察者在准确估计距离和高度方面表现相对较差。这项研究进一步证实了[该研究的]结论…… 小型无人机操作员不应仅依赖目视观察员来判断距离，因为数据显示，目视观察员准确估计距离的能力极其有限。“
来源： https://commons.erau.edu/ijaaa/vol4/iss4/4/
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此外，随着无人机作业的扩展，试想一下，要持续监控天空需要多少资源和人员。因此，至关重要的是利用新技术和创新手段，开展安全高效的超视距飞行作业，而无需依赖人眼视觉。
那么，我们该如何应对这一挑战？
丹认为，解决方案在于人工智能驱动的检测与规避技术。
那么，什么是探测与规避（DAA）系统？
探测与规避（DAA）系统使操作员能够自主感知并规避其他飞机和障碍物。这些系统利用雷达、声学和视觉等传感器来探测和规避空域中的障碍物。
借助 DAA 技术，无人机可以在视距外安全运行，从而扩展其功能和应用范围。
合作型和非合作型飞机
市面上许多分布式自动导航（DAA）系统仅支持协同式飞机。协同式系统指的是那些能够实时获取并显示其位置和航迹的飞机。将协同式系统集成到您的运行概念（Conop）中具有诸多优势，并能增强您的整体安全论证。
拥有 A-DSB 接收器显示合作通信信号是一项积极举措，不会影响安全性。然而，在高空和长距离作业时，仅依靠合作检测可能无法提供全面的覆盖。
缺乏此类系统的非合作航班构成了一项挑战。
丹指出：“不同空域中不合作航班的确切比例难以确定，因为各国和地区的情况各不相同。尽管一些估计表明……” 约15% 在美国空域，不合作飞行器的数量会因地点而异，波动幅度很大，某些农村地区不合作飞机的发生率可能更高。这凸显了开发专门针对不合作飞行器探测的有效感知和规避技术的迫切需求。
DAA系统类型
雷达： 雷达是人们熟知的感知与规避技术之一。雷达系统发射无线电波，这些无线电波会从环境中的物体反射回来，最终被雷达接收器接收。探测与规避雷达系统可以在各种天气条件下工作。然而，它也面临着一些挑战，例如设备昂贵、易受颗粒物和低空杂波干扰、功率需求高以及需要额外的监管审批。
优点
缺点
- 机载或地面
- 夜间，全天候均可使用
- 探测范围为3-3.5公里
- 每块面板方位角 120 度，仰角 45 度。
- 监管机构对此非常清楚
- 价格昂贵
- 空气中颗粒物和低空杂波的挑战
- 地球曲率以及地面障碍物会使低空飞机在长距离飞行中视线受阻。
- 高SWaP
- 公众接受度问题
- 需要获得美国联邦航空管理局 (FAA) 等监管机构的额外批准。
声学这些系统使用麦克风来探测其他飞机的声音。这种类型的系统可以 可探测10公里外的飞机这使其成为远程探测的有效选择。声学系统还具有全天候工作能力，且功耗低。然而，它们的定位精度可能较差，并且可能无法区分来往飞机和离去飞机。
优点
缺点
- 机载或地面
- 被动式系统，无需 FCC 批准
- 探测范围可变，为2-10公里
- 360度
- 全天候性能
- 低功率、轻重量
- 公众接受度更高
- 较低的价格
- 位置精度
- 高噪音环境会影响性能
- 最适合人口密度低、空中交通密度低的运行
- 无法探测到气球、滑翔机和跳伞者
光学的： 这些系统利用摄像头和其他传感器进行视觉探测，以发现其他飞机。这些系统是被动式的，这意味着它们不会发出任何可能干扰其他设备的信号。光学系统精度高，能够轻松区分不同类型的飞机。然而，它们受天气条件限制，需要一定的光照强度才能有效工作。与雷达相比，光学系统的探测范围也有限。
优点
缺点
- 机载或地面
- 被动式系统，无需 FCC 批准
- 高检测率，能够同时跟踪多个目标
- 擅长低空探测
- 功耗更低，重量比雷达更轻
- 水平视场角 80 度，垂直视场角 40 度
- 机载2.1公里，地面2.8公里
- 公众接受度更高
- 精确分类
- 仅限日光（目前！）
- 面临恶劣天气的挑战
- 登机时仍存在SWaP方面的顾虑
隆重推出 Casia G：Iris Automation 的地面探测和警报系统
基于光学视觉， 卡西亚·G 是 Iris Automation 公司推出的一款地面监视系统，用于持续监控空域，确保无人机系统 (UAS) 的运行免受入侵飞机的侵害。该传感器采用 Iris 的专利人工智能和计算机视觉技术，提供…… 全光学，360°视场角 用于探测和警报任何合作或不合作的飞机 传感器位置周围 2 公里半径范围内他们的系统：
- 对无人机系统运行环境的空域进行净化
- 能够利用多个节点扩展至无限范围
- 不会像人类视觉观察者 (VO) 那样感到无聊、疲倦或分心。
- 预留无人机系统动力和有效载荷。
该系统对自主超视距无人机箱式操作有何益处？
地面探测与规避（DAA）无人机系统，例如Casia G，因其结构简单且能保持飞机的尺寸、重量和功耗（SWAP）优势而备受关注。它们无需与飞行控制系统进行复杂的集成，即可提供必要的空域可视化信息。此外，Casia G的监测范围还可以通过添加更多单元来扩展，从而形成探测节点网络和网状结构。
这些系统可以很容易地并排安装。 盒装无人机 （DIAB）解决方案可在最偏远的地区实现自主重复操作，在受控空域内避免碰撞。
与FlytBase集成，实现安全的远程无人机操作
FlytBase是一个企业软件平台，它利用该平台实现完全自动化的超视距（BVLOS）飞行作业。 盒装无人机系统 从远程指挥中心。
通过与 Casia G 系统集成， FlytBase控制面板可提供关于入侵飞行器的实时数据，包括飞行器类型、实时遥测数据和地图位置。远程无人机操作员可以监控 Casia G 传感器的状态和探测范围，并在其作业区域内检测到未经授权的飞行器时立即收到警报。
为了确保超视距飞行安全， FlytBase提供多种安全功能，包括针对遥控链路丢失、电池电量低或网络连接问题等紧急情况的故障保护配置。在这些情况下，无人机将自动返回对接站。此外，操作员还可以创建 禁飞区 （禁飞区）旨在防止无人机进入禁飞区，从而提高整体飞行安全性和合规性。
阅读更多： https://dronedj.com/2022/11/14/flytbase-bvlos-drone-iris-automation/
具备探测和规避系统的超视距飞行 (BVLOS) 认证
美国联邦航空管理局（FAA）采取了一种巧妙的方法，将“屏蔽”纳入其豁免条款中，承认在距离地面或建筑物50英尺（约15米）范围内飞行可能对其他飞机更安全。为了实现真正的超视距飞行（BVLOS）， 美国联邦航空管理局要求配备某种形式的探测和规避系统。无论合作还是非合作，都融入到运营中。
虽然一些公司已获得豁免，可以飞行高达 1000 英尺（约 305 米）的高度，但 50 英尺（约 15 米）的限制对于某些作业而言可能过于严格，甚至存在潜在危险。采用 DAA 系统的关键目标是突破 50 英尺的限制，正如一些客户已经利用类似我们公司的技术实现的那样。
这一概念不仅适用于美国联邦航空管理局（FAA），也适用于加拿大运输部和欧洲航空安全局（EASA）等其他监管机构。目前，FAA正在发布多项豁免，为FAA 107.31号法规下探测与规避系统和策略的使用设定新的标准。
此外，还必须描述在探测和规避能力丧失的情况下将采取的缓解措施。这可能包括部署冗余系统，或者制定清晰的计划，说明无人机在探测和规避能力丧失的情况下如何避开障碍物和其他飞机。与监管机构合作至关重要，以确保所提出的缓解措施可接受，并且能够提供足够的安全保障。
最近，领先的无人机企业解决方案提供商 Aerodyne 宣布 借助 Casia G 检测与规避系统和FlytBase平台，成功获得了 FAA Part 107.31 下的豁免。 在不使用目视观察员的情况下，对宝洁公司位于俄亥俄州利马的制造工厂进行无人机作业。
遥遥领先
尽管人工目视观察仍然至关重要，但技术解决方案具有可扩展性和显著优势。这些解决方案应被视为对其他安全规程的补充，属于战术性缓解措施。摄像头、传感器和先进的安全技术可提供更高的精度、持续监控和实时响应，从而提升无人机运行的安全性，并为未来更高级的应用铺平道路。
DAA技术的持续创新和进步对于有效应对复杂情况、降低风险以及安全地将无人机融入世界的三维空间至关重要。
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