花花綠綠大大小小的飛機充斥在我們上方的天空，可能會像現(xiàn)代城市里的汽車一樣擁堵。
那么我們一定會擔(dān)心，萬一它掉下來砸到我怎么辦呢?當(dāng)無人機與人相撞時會發(fā)生什么呢?
近期，無人機系統(tǒng)安全聯(lián)盟( the Alliance for System Safety of UAS)通過卓越研究機構(gòu)(ASSURE)對這個問題進行18個月的研究和測試。在阿拉巴馬大學(xué)、漢斯維爾大學(xué)、密西西比州立大學(xué)、威奇托州立大學(xué)國家航空研究所以及其他幾家機構(gòu)的帶領(lǐng)下，ASSURE的第二階段地面碰撞研究著眼于小型無人機系統(tǒng)之間的碰撞可能造成的傷害。
研究人員不僅想了解造成了什么傷害，還想開發(fā)一套安全的測試方法，并向FAA(美國聯(lián)邦航空管理局)提議相關(guān)管理的規(guī)則。這項測試是目前世界上同類研究中唯一的全面的基于科學(xué)的研究。
無人機碰撞試驗的測試設(shè)置
ASSURE使用16種不同的車輛進行了512次沖擊測試和模擬，對市面上流行的無人機(重量從0.32kg到5.99kg的各種無人機及有效載荷)進行了完整的擬人化和簡化的頭部與頸部撞擊測試。
威奇托大學(xué)(University of Witchita)使用 senseFly公司的eBeePlus進行撞擊測試
威奇托大學(xué)(University of Witchita)使用某款四旋翼無人機進行撞擊測試
研究人員竭盡所能來確保測試的受控性、一致性和科學(xué)性。ASSURE執(zhí)行董事Stephen P. Luxion說，“我們?nèi)匀幻媾R很多變化因素”“即使在碰撞中偏移了四分之一英寸，也可以顯著減少對人員的傷害。”
ASSURE的測試報告顯示，最危險的是無人機在旋翼臂之間撞擊，而無人機機身的鈍擊造成了損害。當(dāng)失去控制時，無人機往往會翻滾，而被倒立的無人機擊中也會造成更大的傷害。最重要的是方向與速度和重量有關(guān)，這將有助于說明無人機飛越人群的規(guī)則。
截止目前，ASSURE的測試報告已經(jīng)對小型無人機的設(shè)計產(chǎn)生了影響。過去，無人機的飛行速度和有效負(fù)載是最主要的設(shè)計驅(qū)動力，但是現(xiàn)在，“安全”已成為首要任務(wù)。
我們在討論無人機的安全問題時，首先是無人機對地面的影響，尤其對第三方(尤其是人)的傷害。
根據(jù)EASA (歐洲安全局) 的“無人機的適航認(rèn)證政策聲明”，無人機監(jiān)管的指導(dǎo)原則之一，應(yīng)將無人機的監(jiān)管適航標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為“與當(dāng)前適用于類似載人飛機的標(biāo)準(zhǔn)具有等效安全等級(ELOS)”。
對美國國家運輸安全委員會(NationalTransportation Safety Board)1983年至2006年事故數(shù)據(jù)的分析得出了與地面發(fā)生一次或多次碰撞的事故的地面死亡率。我們從分析中得出了包括機上人員傷亡在內(nèi)的比值，因此我們可以推斷出有人駕駛飛機的ELOS(僅地面?zhèn)?，然后推論適用于無人機的ELOS：
該假設(shè)看起來很保守，因為根據(jù)美國海軍的調(diào)查，無人機的《距離安全標(biāo)準(zhǔn)》提出的死亡率為10-6 h-1或更小，但是其要求是針對軍事行動的，因此允許更高的死亡率。北約USAR對災(zāi)難性的無人機事故采用了10-6 h-1的死亡率，這與較高的死亡率相對應(yīng)。
確定了無人機的ELOS后，我們可以使用Roland E. Weibel和R. John Hansman在文章“國家空域系統(tǒng)中無人駕駛飛機的安全考慮”中給出的方程式計算所需的平均故障間隔時間(Mean Time Between Failures)(麻省理工學(xué)院報告2005)：
如上圖所示，可以看到MTBF在無人機重量小于0.7kg(小于30小時)的值非常低，即0.7kg以下的無人機對地面碰撞所產(chǎn)生的影響很小，而重量超過2kg的無人機，它的值會急劇增加(10kg的無人機為1,255小時)，對地面的影響就越大。
輕小型無人機(比如eBee之類)產(chǎn)生的動能，如果它們以巡航速度擊中未受保護的人員，所導(dǎo)致的傷害不到以上值的10%(根據(jù)美國陸軍指揮官委員會的動能與概率模型)。
無人機除了對地面的影響，還有就是在空中飛行時撞到其他飛行器(比如載人飛機)的影響。
由于無人機可以在有人駕駛飛機也能飛行的空域內(nèi)運行，因此也有發(fā)生空中相撞的風(fēng)險。作為評估輕小型無人機對其他飛機造成的危害，我們可以參考加拿大運輸部在2007年7月有關(guān)鳥擊的文件：《機場鳥擊危害風(fēng)險評估程序》(Airport Bird Hazard Risk Assessment Process)R.Sowden，T.Kelly，S.Dudley 。由于重量輕且結(jié)構(gòu)靈活，可以將輕型無人機系統(tǒng)與中型鳥類(例如歐洲Star鳥)進行比較。從機體鳥擊適航性標(biāo)準(zhǔn)(CS-E)可以看出，任何商用飛機一般都能夠承受約1.8kg的鳥的撞擊(不考慮“物體”的最大密度)。
senseFly主要的無人機型號及重量
但是，eBee的作業(yè)高度通常低于150米(甚至低于120米)，這是通用航空和商用航空的空域級別的下限，或者是在非空運區(qū)域(非?？拷ㄖ?。因此，空中碰撞的風(fēng)險值可以說是非常非常低的。
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