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要想获得超视距飞行的许可,无人机运营商必须消除GPS性能恶化的风险

要想让超视距(BVLOS)飞行变成现实,无人机运营商必须解决GPS信号恶化的问题。有两种思博伦解决方案可以在这方面提供帮助。

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超视距(BVLOS)无人机飞行已经离我们越来越近,而且各项限制也在逐步取消。自2018年以来,美国联邦航空局已经72次取消了其联邦法规(CFR)第107.31条中的飞行规则,授权所有小型无人机系统(sUAS)运营商可在无人机具备远程控制飞行员(RPIC)或指定视觉观察员(VO)的条件下执行超视距(BVLOS)飞行。对于重量大于55磅的无人机系统,联邦航空局(FAA)还给予第91条和第61条的豁免 。

在Part 107的迄今为止的豁免受益方中就包括Alphabet的Project Wing(试验型无人机包裹投递项目)、Matternet(试验型无人机医学样本投送),以及ARE(提供基于无人机的公用设施线路检查)。这些都是前景广阔的无人机系统用例,而且联邦航空局正致力于实现此类运营活动中“几乎无可限量的优势”。

BVLOS对监管部门和无人机运营商带来了诸多挑战

但联邦航空局(及其全球范围内各对等部门)面临的挑战是确保无人机能够在不产生安全风险的情况下执行超视距飞行,包括其它空域使用方或地面人员和建筑物所面临的风险。这项艰巨的任务涉及重新考虑空域的分隔方式、包含数百万无人机和传统飞行器时的空中交通管理方式,以及对无人机的安全性和适航性进行评估和验证的方式。

目前,联邦航空局超视距航空规则制定委员会(ARC)正在开展这一进程,并在未来几年中形成正式的法规。与此同时,任何希望执行超视距飞行的企业都必须申请联邦法规第107.31条豁免或第61/91条的免除。为实现这一目的,他们必须证明自己的无人机系统可以安全地飞行。

可靠的GPS是所有超视距豁免的基本安全条件

要想获得第107条的豁免,首先要了解联邦航空局命令8040.6条“无人机系统安全风险管理政策”。这项命令的关键要求与GPS的可靠性直接关联。我们所见过的每项第107条豁免(所有豁免都在联邦航空局网站上公布)规定无人机必须在整个飞行过程中具备可靠的GPS信号。

例如,第107条豁免虽已授予Wing、Matternet和ARE,但都包含下列的要求:“无论何时,当GPS信号丢失时,或当GPS位置信息恶化时,此项豁免所涉飞行活动必须中止。”

对于与较大和较重无人机相关的第61/91条免除,联邦航空局的要求是,如果在无法保障飞行过程中的GPS可靠性,禁止启动任何飞行活动。例如,授予A-Cam Aerials的免除条款中规定:“如果出现全球定位系统(GPS)服务中断、信号缺陷、完整性问题、涉及计划操作区域中任何部分的已生效航行通知、或任何影响或可能影响GPS信号功能性和有效性的其它条件,则控制飞行员(PIC)不应启动飞行,而正在执行的飞行也应立即中止。”

为突显对GPS可靠性和性能的相关考虑,该项豁免条款还进一步指出:“地理围栏需要依靠GPS的精度。要想使该软件成为一种有效的风险消减方式,控制飞行员(PIC)必须了解其无人机系统的GPS位置确信度,并将该因素纳入自己飞行计划中。例如,如果无人机系统的GPS位置确信度为+/- 10英尺,则无人机系统和拍摄人员之间应增加10英尺的缓存距离。”

这些要求代表着法规的未来,即导航将构成任何已定义法规中的一个关键组成部分。对于在开放农村空域开展飞行活动而言,这可能算不上是什么问题。但对于在都市或郊区设计的服务来说,这些要求将成为决定成败的关键。

这是因为无人机需要至少四颗具备视距传播条件的卫星的无线电信号(如果使用的是WAAS或SBAS之类的增强服务,则需要六颗),才能准确计算自己的位置。如果与这些卫星间的视线受到树木或建筑物的阻挡或扭曲,即使只是短短的几秒,无人机的GPS接收机也可能暂时失去信号锁定。

GPS可靠性可能成为基于无人机系统商业模型成败的关键

对于在无人机运营中投资的企业而言,这是一个重大的议题。如果无人机在飞行员不得不意外着陆,那么回收无人机和任务失败带来的成本将可能成为难以承受之重。如果在GPS信号可用性无法确定时而无法开展飞行活动,那么整个商业模型的竞争力也将会倍受质疑。

所有这一切都表明,我们需要一种能够解决GPS信号恶化问题的解决方案。如若不然,监管机构可能无法相信某型无人机可以在某些区域安全飞行,而企业也将很难获得在这些区域飞行的许可,而且当GPS问题发生时,需要获得超视距飞行授权才能执行的运营活动也受到干扰。

思博伦提供的是解决GPS信号恶化问题的双重解决方案

那么无人机运营商怎样才能确保在希望或需要飞行的任何地点都能获得可靠的GPS呢?作为全球领先的GNSS测试、测量和保障解决方案供应商,思博伦一直在与航空工业紧密合作,并开发出了一种双重解决方案。

解决方案1:GNSS可用性预测解决方案

思博伦GNSS Foresight使用先进的三维建模和波束追踪来预测和绘制GNSS信号可能遭遇恶化的区域,并指出在一天中的哪些时候会发生怎样的情况。无人机运营商可以在飞行前和飞行过程中使用Foresight来查明、预测和规避存在已知GPS性能恶化的区域。

Foresight以两种独立解决方案的方式提供,由客户可根据自己的需求加以选择。Foresight Live可对于地面以上1至100米范围内每一米、每一秒的GNSS进行计算,包括当前时间和未来数日/数小时的时间跨度。通过这种方式,该解决方案可以实现规划和实时的决策,确保GNSS的连续性和可靠性。与此同时,Foresight Risk Analysis(Foresight风险分析)可以提供对特定服务区域的最佳情况、最差情况和90百分位预测,确定在哪些位置的GPS永远可以得到保障。

解决方案2:GNSS关联设备测试解决方案

从GNSS芯片到整个无人机系统,思博伦的硬件和软件解决方案可以测试各类设备在GPS恶化区域内执行导航的能力。无人机运营商可以将这些知识与思博伦GNSS Foresight提供的数据结合起来,以智慧方式确定无人机可安全执行超视距飞行的地点和时间。

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作者:Jeremy Bennington
思博伦通信公司定位、导航和授时保障业务副总裁
Jeremy在多个行业的领先新技术和业务创新领域拥有20年的丰富工作经验,包括电信、视频和运输行业。Jeremy目前负责领导思博伦的PNT保障业务,目的是提高各类运营活动中GNSS系统的性能和可靠性。Jeremy不仅活跃在工程和业务领域,他还加入了ITU、CableLabs、SCTE、IEEE、TIA、ASTM、ANSI和其它标准制定机构,确保各行业能够增加对新技术的采用并实现规模经济的优势。Jeremy拥有普度大学的管理学硕士和计算机工程学士学位,并且是一位专利作者。此外,他还是一名现役飞行员。

【西海调查|#青海# 小娃托育难题应该如何破解?】随着二孩、三孩政策落地,家长育儿观念不断改变,托育市场需求日益增大,0岁至3岁孩子的托育问题成为很多人关注的焦点。当前,我省的托育市场发展如何?面临哪些发展困境和问题?面对困难,又该如何破解?

妈妈的烦恼

3月23日,家住西宁市昆仑东路的冯女士,正在为一件难心事纠结。

冯女士是一名一岁半孩子的妈妈,此前孩子一直由婆婆帮忙照顾。前不久,婆婆突然腰部不适,需要休养,而父母那边也腾不出时间来帮着带孩子。这让身为上班族的冯女士犯了难:请保姆,费用太高,开销难以承担;送去托育机构,孩子太小,自己又不放心。

也正因为这件烦恼事,原本打算要二胎的冯女士,打消了这个念头。与冯女士不同的是,90后的高颖,有个两岁的女儿,父母虽然愿意带,但两代人常常因为育儿观念不同发生矛盾。高颖觉得父母过分溺爱孩子,而父母也因她的挑剔心生不满。

34岁的徐莉有两个孩子,儿子5岁,女儿不到3岁。因为夫妻俩都要上班,孩子没人带,女儿不到两岁就送去了家门口的私立幼儿园。“现在经济压力大,辞职在家带娃不现实。”徐莉说,送女儿去幼儿园前,她曾找过托育机构,但家附近没有合适的选择,太远的托育机构又需要考虑上下班接送的问题。

记者随机采访了20名80后、90后父母,其中有13名家长称,家庭曾因谁带孩子发生矛盾,而11名家长表示,正由于没有足够精力带孩子,所以拒绝生二胎。此外,有8名家长说,对私立托育机构安全和保障问题心存疑虑,而且私立托育机构收费普遍较高。

园长的尴尬

3月24日10时许,西宁市童心婴幼儿托育中心,两岁的贝贝(化名)正在和小伙伴拼积木。看到别的小朋友在旁边的活动区域滑滑梯,贝贝也跑了过去。在两名老师和1名保育老师的带领下,孩子们开始了游戏时间。

童心婴幼儿托育中心负责人王亚巧介绍,托育中心总建筑面积800多平方米,是针对0岁至6岁婴幼儿托幼一体化的园所,根据家庭的实际需求,可以提供全日托、半日托、计时托等多样化的婴幼儿照护服务。

“我们中心,3岁以下孩子的托位有50个,但目前只有5个孩子。”王亚巧说,开办托育中心之初,他们做过一次调研,周围小区3岁以下的幼儿有1000多名,但很多家长对托育服务并不了解,没有想送孩子入托的想法。

记者走访发现,招生难是托育机构的共性问题。西宁市瑞馨婴幼儿托育中心占地约1000平方米,分上下两层区域,托育中心配备了生活用房、服务管理用房和供应用房以及足够宽敞的活动场地。此外还配有消洗间、晨检室、家庭咨询室等。

瑞馨婴幼儿托育中心负责人王顺兰说,他们主要托育1.5岁至3岁的孩子,以本小区的孩子为主,因为托育中心今年才投入使用,虽然设置了50个托位,但目前只有8个孩子,远远没达到预期人数。

记者调查发现,入托需求高,但入托率低,是当前托育行业面临的困境。在不少家长看来,孩子太小,不放心把孩子送去托育中心。此外,家长的顾虑也源于对当前托育机构专业性的疑虑,对从业者的资质不放心。

多家幼儿托育机构的负责人表示,托育行业有两个问题,一方面是托育需求总体缺口大,另一方面是一些托育机构“吃不饱”。此外,这两年,受疫情和资金问题的影响,不少托育机构因为投资大、回报少先后倒闭。家长看上的托育机构,一般收费比较高,而收费低的机构,家长又对硬件软件不放心,纠结再三,最终选择不送孩子去托育机构。

市场的矛盾

据青海省卫生健康委的数据显示,截至2021年年底,全省0岁至3岁婴幼儿有21万名,全省可提供0岁至3岁婴幼儿托育服务的各类机构共65家,共设置托位数5517个。虽然我省婴幼儿照护服务发展工作取得了初步成效,但仍存在不少困难和问题。

托育服务有需求,但收费并不是所有家长都能承担起的。“孩子两岁半,一直是我自己带,今年想把孩子送到托育机构。看了附近两家机构,环境挺好,但托育费加上餐费要用去家庭收入的一大半。真希望普惠性托育机构多一点,让我们的孩子能上得起就好了。”西宁市民张女士说。

记者了解到,西宁市场七成以上的都是营利性托育机构,普惠性托育机构占不到三成,这两类托育机构主要为1.5岁至3岁的孩子提供全日托、半日托等服务,托育服务时间大多在8时至18时。两者的主要区别在于地理位置、专业师资、硬件设施、功能配套以及课程内容等方面。目前,西宁托育市场大多数机构根据托育家庭的需要,按月卡、季卡、半年卡、年卡等方式收费,收费每月1500元至4500元不等。

“得益于政府对普惠性托育机构的政策支持,我们托育中心的收费标准为每个月1500元,相较于其他私立托育中心价格要低,但要盈利可能还需要一段时间。”王顺兰说,普惠性托育机构的关键在于普惠,既要保证高质量的托育服务,价格也要让大部分家长接受。

对于托育机构来说,3岁以下的孩子很难带,安全隐患多,一旦出现问题,便难以厘清。“2019年托育行业才慢慢开始建立市场,目前仍处于发展阶段,虽然很多家庭有托育方面的需求,但大部分家长的托育意识不强,所以托育中心的数量、规模也不算大。”西宁市茂楷婴童学苑夏都区负责人巫女士说。

多名业内人士表示,托育机构大多分布在城镇地区,托育服务资源与群众需求间存在较大供需矛盾,托育服务还有不少的发展瓶颈。同时,托育机构由于运营模式尚不成熟,普遍面临投资回报期长、资金吃紧、人才不足、培训成本高、生源不稳定等情况,再加上托育服务收费政策不完善,从事托育服务的人员缺口、流动性较大,托育服务队伍整体素质偏低以及部分家庭对高收费难以承受,导致托育贵、托育难等问题。

待解的难题

三孩生育政策实施后,婴幼儿照护、托育服务体系建设等工作受到社会广泛关注。当前,我省相关工作推进如何?

3月25日,省政府召开新闻发布会,向社会公布2022年青海省民生实事工程,省卫生健康委副主任、一级巡视员王虎在答记者问时介绍,省卫生健康委作为牵头单位,将协调省直各部门,以“十四五”规划每千人口拥有3岁以下婴幼儿托位数达4.5个为目标,持续推进普惠性托育机构建设和服务。

增设托育机构。通过直接投资建设、支持单位建设、鼓励社会力量建设等多种途径,鼓励社会资本注入,增设托育机构,提升接纳婴幼儿入托能力,完善婴幼儿照护服务体系。加强社区服务。依托社区建设全日托、半日托、计时托的社区托育点或设置临时性托管站,为生育家庭提供类型多样的看护服务。

为进一步完善托育服务体系,就要加大“托幼一体化”“托育联合体”建设力度,省卫生健康委人口监测与家庭发展处相关负责人李娟建议,鼓励支持有条件的幼儿园在满足区域内3岁至6岁儿童入园需求基础上进行改、扩建,开设托班,加大公办托育服务机构建设力度,制定支持企业举办托育机构的政策措施。

同时,加强从业人员队伍建设。一方面,加大源头供给力度,重点依托现有高校、职业院校扩大招生规模,促进职业教育发展。另一方面,加大非学历在职人员培训力度,重点依托开放大学系统开展培训。同时,根据婴幼儿照护在大部分家庭的实际情况,加强对婴幼儿父母(或看护者)的照护知识、技能培训。(西海全媒体记者 徐变银 文/图)


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