2024年5月26日发(作者：可春琳)
-
18
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科学技术创新2020.10
无人机运行风险评估及不确定性综述
张宏宏甘旭升辛建霖徐畅柯贤鑫
（空军工程大学空管领航学院，陕西西安710051）
摘
“
隔离空域
”“
融合空域
”无人机安全风险运行评估是空域集成
要：无人机离开进入是无人机扩大应用范围的必然趋势，
“
有人机
”再对安全运
的关键因素，是衡量无人机是否具有的安全标准的重要指标。首先对无人机的分类以及应用情况进行结合；
行情况进行介绍；最后介绍无人机相关不确定性
。
关键词：无人机；空域集成；安全评估
中图分类号：V279，V328文献标识码：A文章编号：2096-4390（2020）10-0018-02
无人机进入融合空域后，航空器在一定间隔下飞行时的安
也成为
无人机，是由控制站管理的航空器，“遥控驾驶飞行
（
TargetLevelofSafety，器”（RemotelyPilotedAircraft,RPA）或者“遥控驾驶平台”全目标水平TLS）可以来衡量无人机是
（RemotelyPilotedVehicle,RPV）。大多数无人机系统由无人机或否与有人机拥有相同的性能标准。
无人机系统操作监管的主要
遥控飞行器、人的因素、任务载荷、指挥与控制单元、发射回收目标是确保适当水平的安全性，大多数国家的航空机构将此目
单元以及通信数据链等组成
[1]
。
远
探、渔业等多领域应用广泛，一些远程大型无人机不断涌现
，
标量化为与“有人机”具有相同安全水平标准，
称为
ELOS
对于预期死亡频率
f
F
公式在地面撞击死亡事故中，目前
，
农业、资源勘
（EquivalentLevelofSafety）随着智能化水平快速提升，无人机在军事
、
原则
。
表达式也有细
程无人机使用全空域运行已是必然趋势
。融合空域具有高度复
在不同文献中，由于研究偏重与考虑细节不同
，
杂性、线性、非线性之间相互耦合，具有高度不确定性。目前对微差别
[2]
。
在融合空域内的无人机不确定
无人机在隔离空域的研究较多，
性与安全风险评估研究较少
。
1无人机系统安全风险评估
f
F
N
exp
P(fatality|exposure)f
GIA
（1）
表
式中
，
N
exp
表示暴露在事故中的人数，P（fatality|exposure）
示暴露在事故中的人受到伤害的概率
，
f
GIA
表示地面
（转下页
）
采用电感耦合
化，所以，出风口和入风口的气体流量不受改造的影响
。
自动化程度最成熟，即使操作人员技术不熟练
，
5.2内部改造等离子体发射光谱仪专家制定的方法也可顺利完成相关工作。
不足2微米的微尘是能够进入仪器设备内部的粉尘，将过对电感耦合等离子体发射光谱仪设备中粉尘的形态和粒径进
可过滤不足
2微米的行分析，滤网安装在仪器设备内部的自循环系统
，
对电感耦合等离子体发射光谱仪设备的外部和内部循
微尘。采用飞利浦空气净化器中的过滤网对粉尘进行过滤
。将
环冷却系统进行改造，进而使粉尘明显减轻影响仪器设备运行
过滤网在光路冷却进口和涡轮风机出口进入内部循环冷却气的程度，电感耦合等离子体发射光谱仪设备有效降低日常维护
在相应部位上进行安
成本及维护频率，部位进行安装，适当裁剪采购的过滤网
，
电感耦合等离子体发射光谱仪设备的使用效
电感耦合等离子
装。经测试后，进风和出风口风速改造前达到2.8米/秒的风速，率进一步提高，并对某苛刻的操作环境而言
，
为将精密仪器日后在不同环
改造后达到2.8米/秒的风速，仪器设备内部的冷却气循环流量体发射光谱仪设备不再受到限制
，
在改造前后未发生任何变化
。
境中的应用积累十分重要的实践经验。
6研究结果及分析参考文献
仪器设备经改造后，仪器设备内部冷却管路内的粉尘运行
[1]赵娜.除尘技术及设备研究[J].绿色科技，2017（10）.
一段时间后能够明显减少。比较内外部冷却循环系统中的粉尘
[2]张浩军.灰场粉尘污染的原因及治理措施[J].资源节约与环保
，
外循环送风系统经改造后，
2016
在改造前后发生的变化，结果显示
，
（5）.
每周只需清洗一次初
[3]季晶晶，
唐荣生，等
.具有自适应测量功能的空气粉尘
送风口部位能够被过滤掉大颗粒的粉尘
，
邹丽新，
过滤网，每周清洁一次的内部冷却循环管路减少到每月清洗一测量仪设计[J].现代电子技术，2018（11）.
安勇等
.雾霾的形成原因及治理方法小析[J].
次。将每周清洁一次的内部冷却风扇的页面减少到每月清洁一
[4]王勤波，肖文娟
，
从每周收集约
0.2克的内部冷科技视界
，
次，能够明显改善富集粉尘情况
，
2017（22）.
却循环管路部位减少到每月收集0.01克。从每周收集约0.5克
[5]金小汉.我国防尘产品实验室试验选用试验粉尘的科学性初
的内部冷却风扇页面减少到每月收集约0.02克，具有比较显著探[J].煤矿安全，2017（19）.
的效果。电感耦合等离子体发射光谱仪仪器操作软件中改造后
[6]周欢，李从举.过滤粉尘用纺织材料的发展现状[J].产业用纺织
仪器设备能够正常运
品
，
的空气冷却报警系统未再发生报警情况
，
2018（5）.
陈荣策
.湿式纤维层除尘器的研究[J].环境工程
，
转，此经验可用于改造供其它精密仪器设备的防尘工作
。
[7]孙光玉，2018
7结论
（16）.
综上所述，在日常工作中电感耦合等离子体发射光谱仪的
2020.10科学技术创新
撞击事故的概率
。
-
19
-
虽然综合发挥了两种制导方式
控制两种控制方式结合在一块，
进一步对上式进行实际化，在地面撞击事故中，往往存在的优势，但也具有两种控制方式的劣势，系统误差造成的不确
这时候
定性无法避免，多个伤害场景，不同的伤害场景的模型参数差异过大，对无人机空中运行安全造成了威胁
。
就需要应用多组模型进行衡量事故死亡率
。
f
F
f
GIA
N
i,exp
P
i
(fatality|exposure)N
exp
i
2.3复杂空域环境不确定性
与无人机在“隔离空域”运行情况不同，融合空域内航空器
入侵机速度、体积、航线等因素
（2）类型多元，有人机与无人机混杂
，
式中，i表示事故伤害的场景数，分组模型公式更好地对事多元；融合空域内空域类型多样，飞行禁区、军事训练区、临时飞
效果也比单场景
行禁区、故状况进行模拟，但也需要提供更多得参数，终端区、航路航线等空域类型构成了复杂的融合空域
，
模型好
。
无人机如何在不确定的空域类型中保证其安全飞行以及巡航
空域环境
人口密度ρ在不同撞击场景中往往取值差异较大。
伤害
能力，是目前无人机进入国家空域急需解决的问题
；
从低空
面积A
exp
与无人机的机械结构与撞击角度有关
，暴露在事故中
具有高度不确定性，航空器处于空域内不同的高度层
，
的人受到伤害的概率P（fatality|exposure）表示为
：
P(fatality|exposure)
Z(
lnE
imp
lna
b
)
特别是在低空区域，随着
到高空都分布着不同类型的航空器，
“低空开放”政策的逐步落实，低空将成为最复杂的空域
。这些
（3）因素都给无人机运行带来巨大风险与挑战
。如何克服无人机复
解决无人机在运行过程中的在
杂融合空域内的不确定性因素，
感知与避撞能力、协同能力、执行任务能力是无人机进入国家
空域的关键因素
。
3结论
对无人机
融合空域内无人机的安全运行是一项系统工程，
式中
，
Z为正态分布参数，E
imp
表示撞击动能。
2无人机运行不确定性因素
2.1人为因素不确定性
人是无人机系统重要的组成部分
。目前无人机的闭环任务
执行过程，都需要人为参与，但目前影响无人机运行的人为因
具有高度不确定性。
进入国家空域后风险评估进行阐述
，再对无人机在运行过程遇
素类型多、主观意愿强，具有不可预测性，
如何降低无人机运行过程中的人为因素，是无人机进入融合空到的人为因素、机载设备、复杂空域环境等不确定性因素进行
这也
综述，域的关键因素。无人机智能化是当前无人机发展的趋势
，
为下一步无人机离开隔离空域进入融合空域提供了理论
会造成无人机认为因素的干扰降低
。
友好的操
操作环境主要是由人-机交互界面等因素组成，
依据
。
参考文献
有
[1]沈林成.无人机系统导论，
国防工业出版社
[M].北京
，
作环境能保证无人机操作员在面临高度不确定性环境下
，
2014.
涉及对技术层面、人为因
safety
HSI）是一项涉及多领域的系统工程，
积极的人
menttodocument323-99.
素、执行效率、人力、训练、安全等领域的综合化集成，
为因素有助于人-机集成系统执行高效。
系统自动化旨在降低
[3]WeibelRE,HansmanRJ(2003)Safety
criteriaforunmannedairvehiclesrationale
效、高效地执行程序。人-系统集成（Human-SystemsIntegration,
[2]RangeSafetyGroup,RangeCommandersCouncil（1999）Range
considerations
and
for
操作员的工作量，从系统的层面上提高无人机态势感知的能
operationofsmallunmannedaerialvehiclesoncivilairspace.
力。同时机组规模、编成和训练等因素对无人机效能发挥起到
PresentedinMITJointUniversityProgramQuarterlyMeeting.
辅助作用
。
2.2机载设备不确定性
程序化的控制策略
无人机具有体积小、高机动性等特点，
已经不能满足多任务的需求，无人机智能化、自动化执行任务
但无人机由于自身机
已成为无人机进入国家空域的核心技术
，
信
载电子设备的系统性误差，会造成无人机系统在信息探测
、
无人机接收到具有
息传输、信息接收等领域的数据产生失真
，
不确定性的数据信息，执行的指令效果也大打折扣，从而影响
无人机的安全运行。
无人机的系统不确定性主要由三个方面产生
。
第一，指令遥测遥控，与有人机的驾驶员能够实时进行态
势感知与精确判断不同，无人机的操作指令都是通过地面站与
机载设备的数据链进行传输，缺乏有人机驾驶员那种直接感
受、判断、决策的精准。
制导
第二，预编程序控制，无人机通过内置程序进行导航、
误差
与控制，但这种控制方式随着无人机在融合空域内运行
，
无法返航、定位误差等结果。
逐步累积，造成无人机偏离航向
、
第三，复合控制技术，无人机将指令遥测遥控与预编程序
生，研究方向：不确定性建模与仿真
。
（
1995-）
硕士
作者简介：张宏宏，男，汉族，安徽省阜阳人
，
2024年5月26日发(作者：可春琳)
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科学技术创新2020.10
无人机运行风险评估及不确定性综述
张宏宏甘旭升辛建霖徐畅柯贤鑫
（空军工程大学空管领航学院，陕西西安710051）
摘
“
隔离空域
”“
融合空域
”无人机安全风险运行评估是空域集成
要：无人机离开进入是无人机扩大应用范围的必然趋势，
“
有人机
”再对安全运
的关键因素，是衡量无人机是否具有的安全标准的重要指标。首先对无人机的分类以及应用情况进行结合；
行情况进行介绍；最后介绍无人机相关不确定性
。
关键词：无人机；空域集成；安全评估
中图分类号：V279，V328文献标识码：A文章编号：2096-4390（2020）10-0018-02
无人机进入融合空域后，航空器在一定间隔下飞行时的安
也成为
无人机，是由控制站管理的航空器，“遥控驾驶飞行
（
TargetLevelofSafety，器”（RemotelyPilotedAircraft,RPA）或者“遥控驾驶平台”全目标水平TLS）可以来衡量无人机是
（RemotelyPilotedVehicle,RPV）。大多数无人机系统由无人机或否与有人机拥有相同的性能标准。
无人机系统操作监管的主要
遥控飞行器、人的因素、任务载荷、指挥与控制单元、发射回收目标是确保适当水平的安全性，大多数国家的航空机构将此目
单元以及通信数据链等组成
[1]
。
远
探、渔业等多领域应用广泛，一些远程大型无人机不断涌现
，
标量化为与“有人机”具有相同安全水平标准，
称为
ELOS
对于预期死亡频率
f
F
公式在地面撞击死亡事故中，目前
，
农业、资源勘
（EquivalentLevelofSafety）随着智能化水平快速提升，无人机在军事
、
原则
。
表达式也有细
程无人机使用全空域运行已是必然趋势
。融合空域具有高度复
在不同文献中，由于研究偏重与考虑细节不同
，
杂性、线性、非线性之间相互耦合，具有高度不确定性。目前对微差别
[2]
。
在融合空域内的无人机不确定
无人机在隔离空域的研究较多，
性与安全风险评估研究较少
。
1无人机系统安全风险评估
f
F
N
exp
P(fatality|exposure)f
GIA
（1）
表
式中
，
N
exp
表示暴露在事故中的人数，P（fatality|exposure）
示暴露在事故中的人受到伤害的概率
，
f
GIA
表示地面
（转下页
）
采用电感耦合
化，所以，出风口和入风口的气体流量不受改造的影响
。
自动化程度最成熟，即使操作人员技术不熟练
，
5.2内部改造等离子体发射光谱仪专家制定的方法也可顺利完成相关工作。
不足2微米的微尘是能够进入仪器设备内部的粉尘，将过对电感耦合等离子体发射光谱仪设备中粉尘的形态和粒径进
可过滤不足
2微米的行分析，滤网安装在仪器设备内部的自循环系统
，
对电感耦合等离子体发射光谱仪设备的外部和内部循
微尘。采用飞利浦空气净化器中的过滤网对粉尘进行过滤
。将
环冷却系统进行改造，进而使粉尘明显减轻影响仪器设备运行
过滤网在光路冷却进口和涡轮风机出口进入内部循环冷却气的程度，电感耦合等离子体发射光谱仪设备有效降低日常维护
在相应部位上进行安
成本及维护频率，部位进行安装，适当裁剪采购的过滤网
，
电感耦合等离子体发射光谱仪设备的使用效
电感耦合等离子
装。经测试后，进风和出风口风速改造前达到2.8米/秒的风速，率进一步提高，并对某苛刻的操作环境而言
，
为将精密仪器日后在不同环
改造后达到2.8米/秒的风速，仪器设备内部的冷却气循环流量体发射光谱仪设备不再受到限制
，
在改造前后未发生任何变化
。
境中的应用积累十分重要的实践经验。
6研究结果及分析参考文献
仪器设备经改造后，仪器设备内部冷却管路内的粉尘运行
[1]赵娜.除尘技术及设备研究[J].绿色科技，2017（10）.
一段时间后能够明显减少。比较内外部冷却循环系统中的粉尘
[2]张浩军.灰场粉尘污染的原因及治理措施[J].资源节约与环保
，
外循环送风系统经改造后，
2016
在改造前后发生的变化，结果显示
，
（5）.
每周只需清洗一次初
[3]季晶晶，
唐荣生，等
.具有自适应测量功能的空气粉尘
送风口部位能够被过滤掉大颗粒的粉尘
，
邹丽新，
过滤网，每周清洁一次的内部冷却循环管路减少到每月清洗一测量仪设计[J].现代电子技术，2018（11）.
安勇等
.雾霾的形成原因及治理方法小析[J].
次。将每周清洁一次的内部冷却风扇的页面减少到每月清洁一
[4]王勤波，肖文娟
，
从每周收集约
0.2克的内部冷科技视界
，
次，能够明显改善富集粉尘情况
，
2017（22）.
却循环管路部位减少到每月收集0.01克。从每周收集约0.5克
[5]金小汉.我国防尘产品实验室试验选用试验粉尘的科学性初
的内部冷却风扇页面减少到每月收集约0.02克，具有比较显著探[J].煤矿安全，2017（19）.
的效果。电感耦合等离子体发射光谱仪仪器操作软件中改造后
[6]周欢，李从举.过滤粉尘用纺织材料的发展现状[J].产业用纺织
仪器设备能够正常运
品
，
的空气冷却报警系统未再发生报警情况
，
2018（5）.
陈荣策
.湿式纤维层除尘器的研究[J].环境工程
，
转，此经验可用于改造供其它精密仪器设备的防尘工作
。
[7]孙光玉，2018
7结论
（16）.
综上所述，在日常工作中电感耦合等离子体发射光谱仪的
2020.10科学技术创新
撞击事故的概率
。
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19
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虽然综合发挥了两种制导方式
控制两种控制方式结合在一块，
进一步对上式进行实际化，在地面撞击事故中，往往存在的优势，但也具有两种控制方式的劣势，系统误差造成的不确
这时候
定性无法避免，多个伤害场景，不同的伤害场景的模型参数差异过大，对无人机空中运行安全造成了威胁
。
就需要应用多组模型进行衡量事故死亡率
。
f
F
f
GIA
N
i,exp
P
i
(fatality|exposure)N
exp
i
2.3复杂空域环境不确定性
与无人机在“隔离空域”运行情况不同，融合空域内航空器
入侵机速度、体积、航线等因素
（2）类型多元，有人机与无人机混杂
，
式中，i表示事故伤害的场景数，分组模型公式更好地对事多元；融合空域内空域类型多样，飞行禁区、军事训练区、临时飞
效果也比单场景
行禁区、故状况进行模拟，但也需要提供更多得参数，终端区、航路航线等空域类型构成了复杂的融合空域
，
模型好
。
无人机如何在不确定的空域类型中保证其安全飞行以及巡航
空域环境
人口密度ρ在不同撞击场景中往往取值差异较大。
伤害
能力，是目前无人机进入国家空域急需解决的问题
；
从低空
面积A
exp
与无人机的机械结构与撞击角度有关
，暴露在事故中
具有高度不确定性，航空器处于空域内不同的高度层
，
的人受到伤害的概率P（fatality|exposure）表示为
：
P(fatality|exposure)
Z(
lnE
imp
lna
b
)
特别是在低空区域，随着
到高空都分布着不同类型的航空器，
“低空开放”政策的逐步落实，低空将成为最复杂的空域
。这些
（3）因素都给无人机运行带来巨大风险与挑战
。如何克服无人机复
解决无人机在运行过程中的在
杂融合空域内的不确定性因素，
感知与避撞能力、协同能力、执行任务能力是无人机进入国家
空域的关键因素
。
3结论
对无人机
融合空域内无人机的安全运行是一项系统工程，
式中
，
Z为正态分布参数，E
imp
表示撞击动能。
2无人机运行不确定性因素
2.1人为因素不确定性
人是无人机系统重要的组成部分
。目前无人机的闭环任务
执行过程，都需要人为参与，但目前影响无人机运行的人为因
具有高度不确定性。
进入国家空域后风险评估进行阐述
，再对无人机在运行过程遇
素类型多、主观意愿强，具有不可预测性，
如何降低无人机运行过程中的人为因素，是无人机进入融合空到的人为因素、机载设备、复杂空域环境等不确定性因素进行
这也
综述，域的关键因素。无人机智能化是当前无人机发展的趋势
，
为下一步无人机离开隔离空域进入融合空域提供了理论
会造成无人机认为因素的干扰降低
。
友好的操
操作环境主要是由人-机交互界面等因素组成，
依据
。
参考文献
有
[1]沈林成.无人机系统导论，
国防工业出版社
[M].北京
，
作环境能保证无人机操作员在面临高度不确定性环境下
，
2014.
涉及对技术层面、人为因
safety
HSI）是一项涉及多领域的系统工程，
积极的人
menttodocument323-99.
素、执行效率、人力、训练、安全等领域的综合化集成，
为因素有助于人-机集成系统执行高效。
系统自动化旨在降低
[3]WeibelRE,HansmanRJ(2003)Safety
criteriaforunmannedairvehiclesrationale
效、高效地执行程序。人-系统集成（Human-SystemsIntegration,
[2]RangeSafetyGroup,RangeCommandersCouncil（1999）Range
considerations
and
for
操作员的工作量，从系统的层面上提高无人机态势感知的能
operationofsmallunmannedaerialvehiclesoncivilairspace.
力。同时机组规模、编成和训练等因素对无人机效能发挥起到
PresentedinMITJointUniversityProgramQuarterlyMeeting.
辅助作用
。
2.2机载设备不确定性
程序化的控制策略
无人机具有体积小、高机动性等特点，
已经不能满足多任务的需求，无人机智能化、自动化执行任务
但无人机由于自身机
已成为无人机进入国家空域的核心技术
，
信
载电子设备的系统性误差，会造成无人机系统在信息探测
、
无人机接收到具有
息传输、信息接收等领域的数据产生失真
，
不确定性的数据信息，执行的指令效果也大打折扣，从而影响
无人机的安全运行。
无人机的系统不确定性主要由三个方面产生
。
第一，指令遥测遥控，与有人机的驾驶员能够实时进行态
势感知与精确判断不同，无人机的操作指令都是通过地面站与
机载设备的数据链进行传输，缺乏有人机驾驶员那种直接感
受、判断、决策的精准。
制导
第二，预编程序控制，无人机通过内置程序进行导航、
误差
与控制，但这种控制方式随着无人机在融合空域内运行
，
无法返航、定位误差等结果。
逐步累积，造成无人机偏离航向
、
第三，复合控制技术，无人机将指令遥测遥控与预编程序
生，研究方向：不确定性建模与仿真
。
（
1995-）
硕士
作者简介：张宏宏，男，汉族，安徽省阜阳人
，