|美团内部讲座｜北航全权：一种城市空中移动性管理分布式控制框架( 二 )

在避免碰撞的前提下顺利完成飞行任务

应对天气、禁飞区等不确定因素的影响：无人机临时在飞行过程中，我们有时需要切断某些航线，这种情况下，我们希望飞行器仍然能够能够飞到目的地，至少它能安全的回到附近的机场。

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2. 空中高速公路基础：网络和时空大数据
开展空中高速公路研究，我们需要有网络和时空大数据的一些研究基础。
首先我们需要有通信、导航、监视功能等基础设施，这些功能充当着整个无人机交通管理系统的眼睛、耳朵和神经系统，负责态势感知和信息传输。其中，通讯就是4G/5G、卫星通讯等，这是我们的网络。导航是我们飞行器需要导航，比如说通过基站定位、雷达、卫星、惯导以及视觉的导航。而监视跟导航的区别在于导航是给飞行器用的，监视是我们作为官方需要了解飞行器在空中的动态。有些飞行器可能会自己导航，通过导航或者通信告诉地下的地面站，这样的话我们可以监视。但有些飞行器是航模，没有通讯的功能，只能被动的被看到，那么我们可以通过一些可见光、声波等来监视，还有飞行器可能通过一些ADS-B等来广播自己的信息。因此通过以上这些功能，可以实现我们对飞行器飞行周边环境的了解，地面对空中环境的了解，这是我们做空中高速公路研究的一个基础。
另一方面，我们需要时空大数据的支撑。首先我们需要了解所有禁飞区，禁飞区也会动态的变化。其次我们需要了解气象大数据，以便我们规划飞行器避开极端天气。同时我们也需要获取地理大数据的信息，比如通过地理大数据我们可以了解什么位置有障碍物，哪些区域下方是草地等，根据这些信息可以进一步的提取一些信息，来规划飞行器的航路、航路网等以及规划飞行器的航线。另外我们还可以通过移动互联网知道哪些地方人口密集，这样在规划航路网或者航线的时候，就能避开这些人口密集的地方。以上这些都是我们研究需要的时空大数据基础。
前面提到，网络是我们研究空中高速公路的基础，目前在空中交通，主要是通过网络来分享信息。但是网络会有网络质量，那么网络质量与飞行安全是什么样的关系呢？网络质量通常由三个因素决定：噪声，延迟，丢包（Packet loss）。由于网络质量原因，无人机获取到的障碍物位置，和障碍物实际的位置可能就不一样了。以下图为例，无人机估计自身的位置产生了偏差，随之估计障碍物位置也发生了偏差。因此我们需要设计一个飞行的安全距离，以应对网络质量造成的这种不确定性。这跟我们在高速公路上开车需要保持车间距是一个道理，我们车间距这个概念用到无人机的空中交通，希望以此来应对这些丢包延迟。当然也有人通过一些控制的方法来解决这些问题，我们这种方法应该更适合交通的场景。

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传统的空中交通的距离没有这么复杂，飞机之间的距离间隔非常远，那么无人机之间的距离应该怎么来控制呢？通过研究，我们认为无人机的安全半径应该满足上图中的关系， rm是飞行器本身的半径， ro是障碍物本身的半径， rv是跟飞行器速度以及机动性相关的， re表示网络的影响。网络影响怎么来理解？延迟丢包率是Θ ，如果丢包率为1的话，那就表示飞机完全失联了。从保守角度来说，飞行器可能在任何位置。所以Θ越接近于1 ，安全半径越大， τd表示延迟，网络传递会有延迟。有些同学可能认为像我们现在打电话的延迟已经非常小了，但是在空中，我们通过实验证实网络存在一定的延迟，另一方面丢包率会随着距离的增加而增加。因此，我们需要对网络影响进行评估，根据评估结果设计飞行器安全半径。在安全半径下，可以认为飞行器没有网络噪声，是完全精确的，只要保证两个飞行器的安全半径不相交，那么飞机器肯定不会相撞，这就是我们安全半径的设计。