美国低空授权和通知备案能力运行概念及对我国空管工作的启示

胡轶强 陈静娴

2018年3月6日，在巴尔的摩会议中心举办的第3届美国联邦航空局（FAA）无人驾驶航空器系统年度研讨会上，美国联邦航空局宣布，将其低空授权和通知备案能力（LAANC）系统，扩展应用至全国500个机场。鉴于低空授权和通知备案能力系统对无人驾驶航空器空域使用的巨大作用，美国联邦航空局这一决定对美国以及我们国内业界都产生了很大影响。我们在此对低空授权和通知备案能力系统做简要介绍，探讨对我国空管工作的一些有启发和可以借鉴之处。

系统运行概念的产生

近年来，民用无人驾驶航空器技术迅速成熟，被广泛应用，各种无人驾驶航空器大量出现，如何对其进行有效、安全监管，成为全球民航主管机关面临的一个全新挑战。在美国，2015年12月21日起，美国联邦航空局正式要求无人驾驶航空器进行注册；到2018年2月，总注册数量已经突破104万架，其中包括90万娱乐爱好用途，以及14万架商用、公共事务及其它用途的无人驾驶航空器。可以预见的是，这种快速增长的趋势在未来5～10年仍将保持下去。无人驾驶航空器事实上已成为美国国家空域系统（NAS）最重要、最常见的一个用户；如何让它融入美国国家空域系统，与其它用户一起安全、高效的运行，成为一个无法忽视、必须解决的问题。

美国政府对包括航模在内的无人驾驶航空器的飞行活动，历来都有监管要求。但是，此前的很多监管方法已不再适用于当下的无人驾驶航空器应用大量出现的情况。因此，近年来美国制定、修订了一系列法律法规，主要有：

（1）依据《2012年美国联邦航空局现代化和改革法案》（公法L112-95编）第336节，仅用于娱乐爱好的航空模型开展飞行活动，这些内容也随后被纳入到FAR 101的E分部（Subpart E）；

（2）依据FAR 107运行，使用用于商业用途的小型无人驾驶航空器系统开展飞行活动；

（3）申请FAR 107部运行偏离，适用于商业用途的小型无人驾驶航空器系统开展飞行活动；

（4）依据《2012年美国联邦航空局现代化和改革法案》（公法L112-95编）第333节，颁发偏离，使用用于商业用途的25kg及以上起飞重量的无人驾驶航空器系统开展飞行活动；

（5）政府航空器，依据FAR 107运行，或获得运行偏离/授权（Certificate of Waiver or Authorization，CoA）（2017年底，仅占非航空模型类用户的3%）。

在美国，如果要合法合规地使用民用无人驾驶航空器开展飞行活动，必然要遵守上述某一项要求。然而，除了少数特殊情况，例如森林灭火、紧急救援，可以通过美国联邦航空局的特殊公共利益（SGI）程序，获得空域使用的申请备案或授权过程很简短；在其它情况下，过程往往十分漫长，甚至需要90天或更多。

上述运行方式在管制空域内、机场附近等条件下有空域使用通知备案、申请、批准限制。无人驾驶航空器运营人也需要从空管的角度，了解在哪些区域、时间限制内是可飞的。 FAR 101/公法112-95编336节，以及FAR 107是美国当前绝大部分无人驾驶航空器系统运行应遵守的标准和规范，所以，针对它们提供便捷高效的空域使用通知备案、申请、审批服务，是最为迫切的需求。美国联邦航空局对无人驾驶航空器运行相关的空域使用主要要求如下：

（1）《公法112-95编》336节（a）（5）条款规定，模型飞行器运营人/操作者，如果在机场周围8.05km（5 miles）范围内开展飞行活动，应事先通知机场运营人和塔台；如果在机场周围8.05km（5miles）范围内某一点起飞，应飞行活动的程序和细节获得机场运营人和塔台的同意，方可进行。

（2）FAR 107规定，除非事先获得ATC的授权，任何人不得在B、C、D类空域，或某一机场水平边界旁的E类空域，使用小型无人驾驶航空器系统开展商业飞行活动（B、C、D是机场周边空域，E是机场附近终端区域与航路之间的过度区域，均为管制空域）。

（3）G类空域是非管制空域（可以向上划设到4400m（14500ft），但通常仅为366m（1200ft），如果在此使用无人驾驶航空器开展飞行活动，且距离机场距离不到8.05km（5miles），仍然需要或空管部门的事先授权。

虽然存在这些法规要求，然而传统的空管体系下，没有出现百万数量级的用户申请空域使用通知备案或授权的情况，此前的工作流程严重依赖于人工作业；因此，在空管部門和无人驾驶航空器运营人之间，没有自动化的通知备案或授权（N&A）工作方式，在低空授权和通知备案能力系统运行概念出现，主要依赖于Web门户提交信息，后台人工审核处理。实践证明，这种处理方式已经造成了大量的申请审批工作积压（参考表格1），到2017年初，每周的FAR 107部运行空域使用申请已经超过了3000个，积压待处理的工作有数万件；而美国联邦航空局的体制和资金预算，决定了无法大规模增加人力处理这些工作。

还有一些其它因素，制约了自动化空域使用处理方式的出现。无人驾驶航空器是一个全新事物，没有先例可以借鉴，其自身的特性、飞行性能和运行特性与有人飞行器差异巨大，会引起额外的安全问题，往往需要做初步、系统的研究。美国联邦航空局对常见的无人驾驶航空器作业飞行任务类型和特性，进行了大量的统计分析，有针对性的确定相应的处理工作流程，也延长了自动化处理系统的开发周期。

有鉴于以上考虑，基于大量的工作实践、统计分析，以及与业界广泛的沟通和调研，美国联邦航空局的空中交通组织（ATO）在2016年秋季选择了12家企业组建了转向工作组，开展前期研究；2017年5月12日，正式提出了低空授权和通知备案能力系统运行概念；并于2017年10月30日，启动试点运行，SunPower公司成为第一个低空授权和通知备案能力系统试运行用户。截至2018年3月15日，全美国有45个机场参与了低空授权和通知备案能力系统的Beta版测试，涉及8个空管负责机构，3个B类空域、4个C类空域、2个D类空域、36个E类空域（具体清单请查询FAA网站，在随时间不断变化）。2018年3月6日，美国联邦航空局宣布将低空授权和通知备案能力系统测试向全国约500个机场、近300个空中交通管机构施全面铺开，具体工作进度安排如下：

系统基本概念和特征

（1）低空授权和通知备案能力系统是一种高度自动化的系统

该系统能自动化地完成查询、通知备案、审批授权等工作。它也是一种美国联邦航空局与企业合作的产物，利用社会资源，由社会组织提供公共服务，并允许商业化运作，绕开了美国联邦航空局的人力资源和资金预算限制。

低空授权和通知备案能力系统的主要要素包括：美国联邦航空局的工作授权、航图数据资料、为运营人提供服务的第三方服务提供方（Third Party Provider，TPP）。第三方服务提供方是直接为无人驾驶航空器系统运营人直接提供服务的实体，通过授权承担了很多美国联邦航空局的工作，可以商业化运行并获取一定利润；可以由多个第三方服务提供方提供服务，截至2018年3月，有AirMap、Project Wing、Rockwell Collins和Skyward四家企业可以提供低空授权和通知备案能力系统服务。美国联邦航空局正在考虑新增一批服务提供商，新一轮的服务商资质申请截至5月16日。

USS是无人驾驶航空器系统服务供应商（UAS Service Supplier），无人驾驶航空器系统服务供应商是美国联邦航空局在低空授权和通知备案能力系统概念中对第三方服务提供方的正式称谓，目前两个概念经常互换使用。无人驾驶航空器系统服务供应商承担着接收、转发、回复空域使用请求信息（RFI）的职责。依据美国联邦航空局的授权和航图资料，它也可以完成自动化的审批。美国联邦航空局鼓励无人驾驶航空器系统服务供应商建立更有竞争力的商业模式，为无人驾驶航空器运营人提供更好的服务。美国联邦航空局也倡导实行一定程度的无人驾驶航空器系统服务供应商市场化竞争，有准入门槛限制，但也在不断的引入新的竞争者参与。美国联邦航空局、无人驾驶航空器系统服务供应商和无人驾驶航空器系统运营人将通过一系列的授权、委托协议，明确彼此的责任、权利和义务关系。

（2）低空授权和通知备案能力系统是一个经历循环迭代、不断发展的运行概念，是一个动态化的过程

目前的低空授权和通知备案能力系统处于阶段1，初始验证阶段（Phase 1），它会建立和规划很多能力、进行概念验证、收集运行数据并进行分析。未来可能基于阶段1的经验教训，对现有的低空授权和通知备案能力系统运行概念做大幅度的调整。

在阶段1，美国联邦航空局向无人驾驶航空器系统服务供应商提供无人驾驶航空器系统设施航图（UAS Facility Map，UASFM）、运行规则；无人驾驶航空器系统服务供应商向美国联邦航空局提交通知备案和授权申请信息。美国联邦航空局建立初始的能力，向相关空管单位传递和显示通知备案、授权申请信息；来自于多个无人驾驶航空器系统服务供应商的信息可以在一个空管单位融合、接收和显示。阶段1通过使用美国联邦航空局授权和无人驾驶航空器系统设施航图实现自动化授权；如果不能实现，则通过与相关空管单位协调沟通实现。

阶段2将解决非常态化出现的飞行活动类型问题，以及关注于提高效率；实现有关飞行活动的小型无人驾驶航空器系统注册相关的管理，政府航空器的偏离/授权管理；将信息分发扩展至无人驾驶航空器飞行空域受影响的其它用户；处理国防部管制空域的授权和通知备案。在阶段2或其后阶段，低空授权和通知备案能力系统可能会加入多架关联无人驾驶航空器（如蜂群）的处理，分发其它飞行信息等特性。

现阶段，无人驾驶航空器系统服务供应商的服务功能基于应用程序接口（API）开发实现，这些应用程序接口设计成模块化的，在架构设计之处就考虑到极强的可扩展性、灵活性和升级能力。随着新版本的低空授权和通知备案能力系统服务能力的引入，应用程序接口也会更新版本。从而在技术架构上保证需求的实现。低空授权和通知备案能力系统能力设计之处，就考慮到了与NextGen项目的融合，融入到SWIM（美国联邦航空局系统范围信息管理），与SWIM之间预留有接口。

无人驾驶航空器系统设施航图由美国联邦航空局制定，确定小型无人驾驶航空器飞行的高度限制，在该高度以下可以依据FAR 107运行自动颁发授权。只要无人驾驶航空器系统服务供应商使用了当前有效版本的无人驾驶航空器系统设施航图、依据局方授权和低空授权和通知备案能力系统运行规则、工作程序，就可以直接自动化处理并颁发授权给运营人，而无需转交美国联邦航空局，进行逐一人工审核。无人驾驶航空器系统服务供应商颁发的授权依然要转发给美国联邦航空局，而美国联邦航空局仍然保留权利可以撤销该授权。如果运营人提交的申请超出了低空授权和通知备案能力系统的授权范围，该申请也将转交美国联邦航空局处理；美国联邦航空局估计，由于低空授权和通知备案能力系统会自动化处理大部分申请，降低了局方工作压力，局方的人工审核工作将大大加速。无人驾驶航空器系统设施航图对于依据FAR 101E运行的航空模型，也起到了警告作用，在其高度之上，通常是管制空域。

（3）低空授权和通知备案能力系统信息的分发

无人驾驶航空器系统服务供应商将信息转发给：1）美国联邦航空局，包括所有信息；2）机场及其相应负责空管机构，由美国联邦航空局作为中心进行分发；3）美国国家空域系统内其它用户，包括小型无人驾驶航空器系统运营人、模型飞行器运营人、通用航空用户、民用运输航空用户等，在阶段1，并不会实现给美国国家空域系统内其它用户分发低空授权和通知备案能力系统信息。

低空授权和通知备案能力系统概念的信息流框图见图3。

（4）运行场景（Operational Scenarios）

它代表着最常见的一些运行和空域使用类型，分别针对性地建立不同的处理工作流程和要求。目前，已经实施的包括：

在G类空域，自愿向美国联邦航空局通知备案。例如依据FAR 107运行，在G类空域内（非管制空域），距离机场超过8.05km（2miles）。

在机场附近依据FAR101E运行，向美国联邦航空局通知备案。例如，依据FAR101E运行，在C类空域内（管制空域），距离机场中心点不超过 8.05km（2miles）。

在机场附近依据FAR107运行，在无人驾驶航空器系统设施航图规定的批准高度以下开展飞行活动，无人驾驶航空器系统服务供应商自动批准。例如，在旧金山机场3.22km（2miles）外，依据FAR107运行，B类空域内，高度60.96m（200ft），无人驾驶航空器系统设施航图规定的空管机构允许的批准高度为30.48m（100ft），因此必须获得SFO塔台的批准方可飞行（参考下图，拟飞行区域为红色矩形）。

与美国联邦航空局协调获得授权。例如，依据FAR107运行，在B类空域内，但无人驾驶航空器系统设施航图规定拟飞行区域的可飞行高度为0m（0ft），需要与美国联邦航空局协调，获得局方的人工审批授权。

（5）当前低空授权和通知备案能力系统的适用范围限制

低空授权和通知备案能力系统刚刚开始部署，进行测试，很多能力都出于开发阶段，所以有很大的应用限制。121.92m（400ft）高度限制。FAR 107限制了小型无人驾驶航空器最大飞行高度为121.92m（400ft）；虽然B、C、D、E类空域可以划设得更高，目前，低空授权和通知备案能力系统无法为超出121.92m（400ft）的飞行活动提供自动化审批。复杂飞行运行活动不可以通过低空授权和通知备案能力系统提交。复杂飞行运行活动，是在机场设施图中的红色禁飞区内或需要批准偏离的飞行活动（如，在管制空域内，获取夜间飞行偏离的批准开展的飞行）。沿多转向点曲折飞行，使用多边形空域，政府航空器的偏离/授权也无法通过低空授权和通知备案能力系统审批。

（6）低空授权和通知备案能力系统不是无人机空中交通管理

通过前述介绍可以看出，低空授权和通知备案能力系统只是一种运行服务，不是无人机空中交通管理（Unmanned Aircraft Systems Traffic Management，UTM）。它只是无人机空中交通管理的一个组成部分、实现了部分功能，是无人机空中交通管理设计和功能验证的重要工具。无人机空中交通管理是美国联邦航空局自有和部署的一套系统，而低空授权和通知备案能力系统的主要基础设施和服务由提供；未来，低空授权和通知备案能力系统将与无人机空中交通管理实现数据交换。目前，美国的无人机空中交通管理由美国宇航局（NASA）主导开发，预计将于2019年转交给美国联邦航空局主导开发，进入实际运行测试。

按照现行的美国联邦航空局定义，无人机空中交通管理是一种用于非管制空域的空中交通管理生态系统，它与美国联邦航空局的空中交通管理系统是互相独立、互为补充的。无人机空中交通管理系统的开发包括建立身份识别服务、确定职能和责任划分、信息交换架构、数据交换接口、软件功能实现、基础设施建设、通讯和导航、发现与避免碰撞、性能要求确定等内容。

对我国空管工作的启示

政府职能转变和公共服务的社会化供给。在十三五规划纲要中，明确提出了“加快政府职能转变，持续推进简政放权、放管结合、优化服务，提高行政效能，激发市场活力和社会创造力”的要求。十八大以来，党中央把转变政府职能作为深化行政体制改革的核心，多次做出重要部署，提出明确要求。这是目前政府进行公共事务管理、提供公共服务的工作的总体思路和方向。在这种大环境下，很难要求获得额外的财政、人力资源等方面的支持，建立无人驾驶航空器空管服务这样全新的公共服务。要么就重新抽调、组合现有资源，要么就积极发挥社会组织机构、企业承担政府职能。美国联邦航空局用美国低空授权和通知备案能力系统的方式，绕开了预算和人力资源的限制，用商业化的做法激励企业提供更好的服务。国内也已出现了类似的服务，2016年3月至今，民航局飞标司已经为6家企业的云系统颁发了批准信，包括U-Cloud、U-Care、飞云、北斗云、无忧云和大翼云。这些云系统提供了美国低空授权和通知备案能力系统类似的功能或服务，但仍然存在很多管理、体制性的问题，这些系统尚不能很好地解决飞行计划报备、航行情报获取等问题。提供空管服务，需要有军民航主管部门提供必要授权；像美国低空授权和通知备案能力系统模式一样，如果军民航主管部门给予服务商足够授权，它们可以进行自动化审批，将大大推动无人驾驶航空器的应用和产业发展。

循序漸进、分批逐步开发适用于小型无人驾驶航空器飞行活动的航图。航图是制约我国航空产业发展的重要因素，因为相关信息掌握在很多家政府主管单位和军方，若要毕全功于一役的全部制定妥当是不现实的。要清醒的看到，低空航图制定必然是一个长期的、动态化的过程，需要很多轮次迭代，不断与很多单位沟通。目前，民航局通过飞标司、空管局等渠道，向公众公布了民航机场的障碍物限制面保护范围；具体信息精确度、要求严格程度相比美国仍显不足。例如，在美国低空授权和通知备案能力系统支持下，距离旧金山机场中心点609.6m（2000ft）的地方可以进行无人驾驶航空器飞行活动，国内没有哪一个云系统做得到，我们的禁飞区基本上是绝对禁飞的。美国低空授权和通知备案能力系统用的是全新开发的121.92m（400ft）以下高度的航图，由各个机场及其负责管制单位进行安全评估后制定，每30.48m（100ft）为一个高度层，技术特征和传统航图相比有很多创新，这是针对小型无人驾驶航空器在低空飞行定制化开发的必然结果。我们在制定航图时，要借鉴这种创新思维，不要简单地沿用传统的管理通用航空低空飞行的思维去制定适用于无人驾驶航空器的航图。

非管制空域和空中交通服务。美国存在很广阔的G类空域（非管制空域），在这些空域中，满足距离机场超过8.05km（5miles）、向上不超过121.92m（400ft）等条件，依据FAR 107或FAR 101E运行可以不进行空域使用通知备案或审批。我国拟对小型无人驾驶航空器放开管控的为地面以上、120m以下的空域，但要排除11种情况，例如空中禁区及周边5000m范围、省级人民政府会同战区确定的管控空域等。这些信息很难被普通的小型无人驾驶航空器运营人所全面、及时掌握，并不断跟进掌握动态变化情况。事实上，在这类非管制空域飞行，也需要空中交通服务。为了促进行业和社会经济发展，这种服务、公共产品的提供问题也应由政府要研究解决的。目前，有一些云系统和其它的应用，也可以提供这种服务，但信息并不全面、及时、权威，也缺乏一些必要的授权和行业管理约束。