低空管控经验 | NASA无人机系统空中交通管理（UTM）运行概念

一、引言

美国对空中交通管理（ATM）系统的需求源于1956年两架商用飞机在大峡谷上空的相撞事故。该空难造成机上128人全部遇难，成为当时最致命的航空事故。在此次灾难之前，仅有有限的服务用于管理国家空域系统（NAS）的整体交通流及调节需求/容量失衡。当时空域绝大部分为非管制空域，主要城市外的飞行员依靠"看见-避让"原则维持安全。这段历史的重要启示是：日益拥挤的空中交通需要建立适当层级的组织体系。类似的发展轨迹也可见于地面交通系统——道路、停车标志、车道、交通信号、信号同步系统、动态车道、自行车道、交叉路口通行规则、人行横道、安全护栏及其他规范被广泛采用。这些方法旨在平衡安全、效率与公平的需求。无论未来自动驾驶的特性或车辆设计如何演变，地面交通系统仍将延续结构化管控以确保安全、效率与公平的预期水平。

基于对未来低空小型无人机系统（UAS）需求的预测，历史经验表明必须采用有序的方法来实现运行安全与效率的平衡。此外，还需建立能够适应未来飞行器密度与混合模式的体系。当前通用航空、滑翔机与直升机已在低空非管制空域运行，以安全方式协调新进入者与现有空域用户至关重要。许多商业无人机应用（如手机信号塔检测）可在视距内（VLOS）运行，而更多商业运营商希望开展超视距（BVLOS）任务——相较于通过传统有人驾驶航空器或地面运输执行同类任务（如管道检测、电力设施巡检、货物配送），其经济价值显著提升。超视距飞行器运行预计还需具备自主化能力。

为安全容纳低空域内所有有人驾驶航空器、视距内及超视距无人机运行，需要建立系统化方法以适应多样化需求与未来规模扩张。美国宇航局基于数十年空管研发经验与洞察力，预见了这一未来趋势并启动无人机交通管理（UTM）研究。图一展示了UTM研究及初始版操作概念的总体框架。随着小型无人机（sUAS）行业及其应用场景与技术快速发展，UTM概念持续演进。尽管许多初始要素仍然适用，但在美国宇航局/联邦航空管理局研究转型团队会议及各利益相关方的频繁讨论中，相关角色职责与功能分配的界定正日益清晰。

图一，UTM小型无人机的多元应用场景设想

本文旨在阐述美国宇航局UTM研究计划当前的运行概念（ConOps）。该UTM ConOps侧重于在非管制空域中快速实现大规模小型无人机系统（sUAS）与其他传统航空器安全共存的低空运行。管制空域内的隔离式无人机运行亦将参考此运行概念。需要特别说明的是，与任何重大支撑技术的操作概念相同，本文档为动态演进文件，不应被视为最终运行模式的定式。随着分析研究及测试验证的持续推进，UTM ConOps将持续更新以反映最新研究成果。

二、问题陈述

商业及公共无人机系统在低空域的应用已被提出诸多有益民用的设想，包括基础设施监控、精准农业、公共安全、搜救行动、灾害救援、气象监测及货物配送（参见图二）。

图二、小型无人机的应用场景

随着这些无人机操作的开展，其将进入原本仅由通用航空器、直升机、滑翔机、热气球和跳伞人员使用的空域。现有传统操作的安全标准绝不能因新型无人机操作的引入而降低。然而，目前尚未制定适应大规模超视距（BVLOS）、视距内（VLOS）无人机与有人驾驶航空器混合运行的空域操作性能与集成要求。美国宇航局的研究始于开发一套运行概念，旨在界定如何以安全方式在低空非管制与管制空域中协调这些操作。当前非管制空域（即G类空域）虽受法规约束却未实施管制，这意味着空中交通管制或管理服务不适用于常规操作。因此，大规模无人机操作的根本障碍在于缺乏空域操作要求、程序及支持功能。

有人驾驶航空与设想中的无人机操作存在显著差异：首先，无人机没有随机飞行员实现探测避撞；其次，无人机存在大量未知的新性能特征；第三，小型无人机通常无法搭载重型或高功耗设备；第四，其间隔标准和要求与传统航空截然不同。最大风险在于对地面人员资产及有人航空的安全威胁，而小型无人机在特定情况下可能需极近距离飞行。因其独特性能特征（如低质量导致的抗风性弱），安全操作无人机所需信息与传统航空差异巨大。最后，空域操作密度可能远超有人航空数个数量级——例如国家空域系统当前同时段航班量约为5000架次，而截至2016年5月12日FAA注册数据库显示美国已有469,950名无人机注册用户（多为业余爱好者，因商业运营仍需特许审批）。FAA预测2016年需注册商用小型无人机销量高端值将超60万架，至2020年年均增长达270万架⁴。Teal集团向FAA提供的预测认为商用无人机市场需时培育，预计五年内机队规模约54.25万架。但该预测未涵盖配送等大规模超视距操作——此类应用一旦放开可能新增数百万次飞行。应对不同性能特征、应用场景、地理与空域约束下的大规模运行，正是UTM体系面临的重大挑战。

三、当前技术现状

目前尚未能在低空域实现安全的大规模视距内（VLOS）及自主超视距（BVLOS）无人机操作。全球范围内对于低空域安全大规模运行的概念、操作要求、技术路径仍存在空白。任何支持低空域大规模小型无人机运行的概念都需考量三个核心维度：

1.保障区域与国家安全：在低空域启用无人机操作时，确保国家及区域安全至关重要。这些安全考量包括保护关键资产（如白宫、机场运营）及各类重要设施（如历史纪念碑）。

2.空域运行安全：必须确保无人机在与其他无人机及传统航空器共存时空域运行的安全。多数无人机操作将对地面人员与建筑产生重大影响，某些情况下甚至需延伸至门户区域。保障单次飞行与多重操作的安全至关重要。

3.低空域应用经济价值：通过采集数据或运输物资实现商业、公共安全及个人用途的空域利用将创造巨大经济效益。风险投资行业已投入超十亿美元追逐这些效益。

需谨慎平衡这三方面考量，才能在确保安全的前提下实现无人机操作的最大经济价值。美国宇航局将聚焦第二维度——空域运行安全研究，并借助行业及其他联邦机构在安全与应用领域的投资。

实现低空域大规模无人机操作的根本障碍在于社会接受度。新技术的接纳通常涉及多维度考量，具体可分解为：

1.经验证的空域运行与集成要求：包括空域构型与地理围栏、飞行器追踪、指挥控制与通信、碰撞管理、气象/风力预测集成、设计与运行的整体安全性，以及基于应用场景与地理特性的风险管控需求

2.隐私考量：无人机的小型化、高机动性及多传感器承载能力在带来商业价值的同时，也可能引发隐私问题。美国国家电信和信息管理局（NTIA）正联合产业界、隐私保护组织、政府与学术界制定民用及商用无人机隐私保护、透明度与责任承担的自律性最佳实践

3.区域与国家安全考量：涉及三类网络安全问题：非合作/恶意系统对空中或地面资产的攻击；经认证系统未经批准闯入关键地理围栏区域；已认证无人机被黑客劫持造成故意或无意的损害

4.环境因素：低空运行产生的噪音可能影响大规模应用接受度

5.公众接受度：由于民用无人机仍处于发展阶段，公众需在充分理解其民用价值与潜在效益后才可能消除疑虑。

必须突破这些障碍，才能以可信赖且可持续的方式实现大规模无人机操作。

四、操作概念

本节阐述UTM运行概念体系。首先明确初始版操作概念主要适用于低空非管制空域运行；其次说明在此环境中快速实现小型无人机系统（sUAS）操作的整体方法；继而界定加速实现这些操作的高层级原则；最后讨论拟议架构及其底层角色与责任划分。

A. 适用范围

操作环境存在多种划分方式。为明确UTM操作概念范围，我们主要依据与管制航空器的交互关系进行区分。由此可预期空域系统内至少存在三类操作环境：

1.非管制空域（G类）内的无人机操作：此环境中因与管制空域操作隔离，不会与管制空交通生交互。但需与通用航空器、直升机、滑翔机、热气球及跳伞人员等空域用户共享空域。

2.管制空域内但与管制空交通隔离的无人机操作：鉴于多数小型无人机操作需邻近机场或在管制空域内运行，可在管制空域划设隔离区域（根据机场与空域构型及管制空域运行标准动态调整的过渡通道或空域区块）供无人机使用。

3.融入管制空交通流的无人机操作：此类操作需完全遵循传统航空规范，满足现行管制空域所有运行要求。相关集成要求已通过近年研究确立并于专项文件中明确。

本操作概念及NASA初期UTM研究聚焦第(1)类环境（非管制低空域运行），虽为过渡至管制空域隔离运行提供无缝衔接设计，但尚未涵盖该领域的诸多问题。融合运行则属NASA"国家空域系统中的无人机"项目下FAA/NASA/国防部联合研究范畴。下文将重点探讨非管制低空域启用小型无人机操作的整体方法。

B. 整体方法

预期无人机将很快能在多种气象条件下自主运行于管制与非管制空域，通过机载探测避让系统规避其他航空器、危险天气、地形及人工/自然障碍。但当前技术尚未完全实现该愿景：先进航电设备、气象感知装置及地形规避能力因成本或重量限制难以搭载于低空小型无人机；经认证的探测避让系统仍处于需求定义阶段。因此需采用基于风险的分步推进模式——从低风险环境起步，逐步扩展至高风险环境。

初始版UTM操作概念致力于在G类空域快速实现低空小型无人机运行，通过空域设计、飞行规则、操作程序、地面自动化系统与飞行器能力的多元结合，确保国家空域系统（NAS）的新用户安全运行。虽然无人机应用潜力无限，但多数并不需全自主能力。故UTM操作概念规划了渐进式的程序与能力发展路径，使无人机操作类型、数量及所用空域范围随时间逐步扩展。

初始阶段无人机运行将对国家空域系统（NAS）产生最小影响。通过在人烟稀少区域实现无人机操作与其他潜在空域用户的隔离来保障安全。随后利用现有技术，逐步拓展至与其他空域用户交互有限的区域并实现超视距（BVLOS）运行。操作程序将确保无人机间的安全间隔，并通过向邻近空域用户发送警示信息提升态势感知能力。最终，借助先进的探测避让等未来技术，实现无人机在人口稠密拥挤空域的运行——自动化系统将提供飞行间隔服务，并采用应急程序处理不同规模的异常事件。

C. 高层级原则

本节从三方面阐述UTM操作概念的指导原则：（1）空域准入加速原则；（2）小型无人机操作原则；（3）运行特性的基本准则。

1、空域准入加速指导原则

初始UTM计划旨在通过安全、高效、公平管理所有无人机操作，加速G类空域的无人机利用。五大指导原则包括：安全推进G类空域超视距运行、提升操作透明度、适应多样化无人机机型、允许差异化运营商准入、支持新型未来任务。这些目标将贯穿整个UTM操作概念。

UTM将支持G类空域超视距运行。当前此类操作仅在少数偏远地区以繁琐的临时方式开展，需提前48-72小时发布航行通告（NOTAM）警示飞行员，无法实现按需运行。部分区域甚至未向共享空域的所有运营商开放NOTAM信息，运营商通常通过电子邮件协调，仅共享起止时间、计划路径等有限信息。这种低效协调方式在规模扩大时将产生安全风险，尤其在已有有人机运行的区域更为突出。

UTM将提供适度的操作透明度。公众关注重点在于隐私安全与责任追溯，缓解这些担忧的关键在于便捷获取操作主体、目的及许可区域等信息，同时保护运营商的专有敏感数据。

UTM将兼容多类型无人机：涵盖固定翼、直升机、多旋翼及垂直起降混合翼机型；动力源包括燃油发动机、电池电机等系统；在飞控、导航、探测避让、通信链路、性能包线及载荷方面呈现差异化特性；操控方式从远程遥控到全自主运行全覆盖。精确建模这些无人机的行为比传统有人机更具挑战性，但对支持预期操作密度至关重要。

UTM对运营商能力要求保持灵活性：以运行绩效而非人机界面细节作为标准，支持单任务巡检到多机并发配送等不同规模操作，允许单遥控操作或自动化平台控制机群。

UTM将利用非传统信息源：通过共享交通、气象、地形信息构建生态体系，类似众包交通应用模式，以弥补非合作有人机监视、低空气象预报及障碍物地图的固有局限（需建立验证机制）。

UTM最大限度降低对现有空域用户的影响：不创设新空域类别，不主动隔离无人机与传统航空，而是采用分阶段策略——从与传统航空交互稀少区域起步，逐步扩展服务范围。

最终，UTM需具备未来场景扩展能力：安全引入新型任务模式，既适应当前短时按需飞行（续航＜1小时/速度≤60节），也兼容未来长时高速运行场景。NASA与FAA密切合作主导空域运行性能要求研究，并联合其他政府机构、产业界及学术界共同推进。

2、小型无人机操作原则

为安全实现低空运行，确立以下原则：

(1) 仅允许经认证的无人机与操作员运行

(2) 无人机间保持安全间隔

(3) 无人机与有人航空器相互避让

(4) 全面感知空域约束及地面人/物/结构并保持距离

(5) 公共安全无人机享有优先权

3、基本准则

基于两大准则提供操作灵活性：

(1) "可能之处求灵活，必要之处设结构"：在无需求冲突空域提供最大灵活性；当多机同时同空域运行导致需求过载时，引入走廊、定向高度、交叉限制等结构化管控

(2) "基于风险定制空域性能要求"：根据空域风险等级（偏远空域vs拥挤城市空域）及任务需求（管线巡检vs门户配送）差异化设定性能标准——偏远无障碍区域与城市多障碍环境在定位追踪、大规模应急处理（通信/GSS中断）、轨迹一致性监控等方面提出不同要求

D. 拟议架构

经多方研讨形成满足扩展性与上述原则的通用架构，其核心包含三大主体：

• 无人机运营商

• 无人机服务供应商（USS）

• 空中导航服务提供商（ANSP）

图三展示一种高层级组织方案，其中公共安全与公共接入代表与其他利益相关方的交互接口。

图三、UTM生态系统主要组成部分间的潜在架构与信息流

在此架构中，由空中导航服务提供商（ANSP）（美国为FAA）运营的无人机交通管理系统（UTMS）将与其他国家空域系统（NAS）对接，并通过无人机服务供应商（USS）网络向无人机操作发布指令与约束。USS可由无人机运营商、商业机构或政府实体运营。运营商通过USS组织协调操作，确保符合ANSP系统的所有约束与指令。ANSP的UTM系统可监控所有操作，并接收可能影响国家空域系统的任何偏差信息。

E. 角色与职责

操作概念的核心内容在于界定UTM生态系统中主要实体的角色与职责。相关利益方包括无人机运营商、无人机服务供应商（USS）、空中导航服务提供商（ANSP）、公共安全机构及公众。本操作概念聚焦前三大主体。

首要区别在于ANSP与无人机运营商之间的职责分配。从ANSP视角看，USS属于运营商责任范畴，故在总体职责上不作区分。表一概括了本概念中无人机运营商（及USS）与ANSP的角色与职责：

表一、无人机运营商/USS与ANSP的角色与职责

1、空中导航服务提供商（ANSP）

ANSP负责建立基于性能的监管环境，根据应用场景类别、运行环境等因素制定性能要求。ANSP需实时定义和更新空域约束（如机场构型变更或特定空域关闭），与无人机运营商/USS的交互主要通过接口控制文件（ICD）和基于应用程序接口（API）的组件集成实现，以此构建促进多利益相关方协作与信息交换的架构。ANSP可设置静态/动态地理围栏等空域管控手段并向运营商发送通知，同时管理管制空域的准入权限。

2、无人机服务供应商（USS）：服务供应商网络

• 角色定位

USS核心职能是为空域安全运行提供支持，其组织本身可能不直接操作无人机。基于性能的空域运行要求这些功能与运营商主业务分离。USS需共享所支持操作的信息（排除机密数据），确保各供应商对所有无人机运行具备一致认知，从而实现机间避让。信息交换通过统一API实现，USS间需就数据交换与异常处理的互操作性达成共识，所有通信需遵循共同协议，并统一认证方案以保证网络安全与一致性。

• 空域运行相关数据

USS应就最低功能要求使用相同或兼容数据，包括但不限于：（a）临时飞行限制（TFR）、航行通告（NOTAM）、特殊用途空域（SUA）；（b）空域等级与边界（如D/C/B类机场）；（c）气象/地形/障碍物数据库。此外可提供静态动态地理围栏、高精度三维约束、社区特定需求等补充信息。虽数据源可差异，但需就一致性、更新频率、数据粒度达成协议，同时确保安全协议与数据完整性。

• 间隔管理

USS通过可重复预测的机制实现运行冲突化解（如实时或近战术级方法），包括空域使用公平协议（优先保障公共安全与应急操作）。USS间协作不得形成第三方实质空域管理，可提供战略级冲突规避（如占用区域避让）或潜在冲突推送通知。高密度区域可采用集体约定的定向高度分层策略，并基于机型敏捷性协商实时冲突解决方法。机载实时避撞需设定性能标准（如50米外探测0.5英寸线缆或无人机），支持多种技术路径（广播定位、机间通信、光学/激光/声学传感等）。

• 外部接口

USS需公开任务信息（操作类型、短期意图、公共安全状态等），保护敏感个人信息，依法向执法机构/FAA提供完整运行数据（含航线与运营商身份）。按ANSP要求对接系统，并在进入管制空域前获取准入许可。

3、无人机运营商

运营商需向USS网络提供位置/遥测数据，就可靠性、频率、精度等性能指标达成一致。技术路径可包括蜂窝网络/无线、ADS-B、卫星Ku波段、信标系统等，报告要求基于风险评估（偏远地区可降低频次）。除战略级冲突化解外，无人机需具备感知避让能力：视距内操作遵循娱乐飞行指南，超视距操作需满足额外性能要求（如50米探测细线或无人机）。非航空频谱可能用于小型无人机通信，运营商需履行事故报告义务（如失控事件），USS应协助高效完成报告。

F. 附加属性

架构与职责明确后，需进一步确立以下关键属性：

• 服务类型：确保UTM生态系统中各实体成功运行所需的服务体系

• 数据信息交换：为规避约束并实现商业目标，需获取气象、三维地图、其他航空器运行及障碍物等信息

• 性能标准：基于风险评估（地面/周边资产风险及应用场景差异）制定差异化要求（如城市门户配送与海上鲸群监测的风险差异），通过风险分级策略优先开放低风险环境运行

FAA/NASA研究转型团队将持续完善这些属性，指导相关概念与技术的研发验证工作。

五、研究考量

美国联邦航空局（FAA）与美国宇航局（NASA）通过联合研究转型团队（RTT）密切开展UTM研究合作。此外，NASA还与国土安全部、国防部及内政部协作，共同识别安全空域运行的应用场景与需求，并联合多家产业及学术机构完善概念设计。NASA持续开展内部研究，并积极与产业界、学术界在以下领域合作：追踪定位、感知避障、首末50英尺运行、飞行器设计、空域构型、地理围栏界定与合规性、无GPS或信号降级运行，以及整体角色/责任界定。

NASA正牵头开发UTM研究平台，通过基于应用程序接口（API）的协调机制将无人机操作与服务整合至研究软件环境。根据项目发布协议，部分可执行研究软件组件与合作伙伴共享。NASA联合合作伙伴利用该平台测试评估日益复杂的无人机操作及相应UTM技术能力等级（TCL）。各TCL阶段的研究成果为UTM生态系统及相关应用场景的概念与技术提供关键见解，将成为NASA/FAA研究转型团队的核心产出。

NASA计划分两阶段测试各TCL：第一阶段由NASA独立进行可行性验证，第二阶段联合FAA及其测试基地共同评估广泛适用性。本节将首先介绍研究平台并举例说明运行案例。

A. UTM研究平台描述

1、概述

UTM研究平台对图三所示要素进行概念验证实现，通过可访问的研究环境实例化功能，助力UTM概念、技术及程序的评估。该平台使NASA及其合作伙伴能开展关键研究，确定运行特性、角色责任、架构信息流、服务及性能要求。需明确的是，该平台非实际运行系统，但其开发评估所获数据与经验将为定义和开发运行系统提供重要参考。NASA研发的所有技术将延续其空管技术转化传统，向FAA及其他利益相关方转移。

UTM研究平台促进七大组件的交互：UTM核心、USS功能、UTM客户端、无人机、外部数据服务、FAA系统及其他（非FAA）利益相关方系统（架构见图四）。目前研究平台仅需并实际接入部分组件，例如虽连接SWIM数据流，但未与真实FAA空管系统交互。现阶段研究重点集中于无人机运营商与支持服务间的交互、ANSP约束动态调整，以及面向公众与其他利益相关方的示例显示与应用开发。多数组件通过UTM API及外部系统专用API通信，UTM API规范详见接口控制文件ICD5。

图四、完整UTM架构（研究平台当前实现部分组件）

NASA已开发概念验证软件服务，包括飞行器注册与用户认证、飞行计划与约束管理、合规性监控等，并随仿真与实地试验复杂度提升持续增加研究功能。外部数据服务提供地形图、障碍物数据、气象数据与影响模型、空域定义信息，以及监视数据与航行通告等运行数据。

参与UTM研究的各无人机运营商需部署UTM客户端以接入平台服务。该客户端作为软件应用，通过标准化消息协议与平台通信。UTM研究目标之一在于界定生态系统内的信息需求，优先采用国际通用标准协议（如开放地理空间联盟OGC标准），以提升现有及未来系统集成便利性。平台与客户端间共享数据主要具有地理属性，故OGC标准被纳入平台实现与需求定义。

通过NASA开发的多种显示终端与移动应用（见图五），可在研究平台内可视化运行场景。图五展示了UTM仿真实验室场景：采用iPad、笔记本电脑及三维渲染技术可视化UTM操作。该平台充分融合实况、虚拟与构造仿真能力——由于所有与UTM核心及USS的交互均通过API实现，这些服务可兼容任何类型的组件（实况/虚拟/构造）。

图五、UTM研究实验室

B. 测试案例示例

研究平台使NASA及其合作伙伴能评估按本文所述概念与范式开展小型无人机操作时所需的多个步骤。图六展示了实地试验中演练的典型序列：

该案例描述了配送操作流程。无人机运营商向模拟USS的UTM研究平台提交运行计划（含航点或空域范围、起止时间、飞行器及操作员信息）。USS首先校验无人机注册码（UVIN）并获取性能数据，随后核查静态约束。若计划无违规，则进一步检查动态约束（如气象条件、与其他计划的冲突、基于飞行器性能的可行性）。通过研究平台实例化的USS将批准/拒绝结果及约束信息返回运营商。若运营商决定执行任务，其启动操作后信息将共享至象征ANSP功能的UTM系统。当出现新空域约束时，系统将重新核查运行并可能终止或重规划航线。若发生地理围栏突破或控制链路（C2）中断等故障，USS将协助启动应急程序。无异常情况下操作将顺利完成。

图六、事件序列示例

六、NASA开发与测试方法

UTM研究平台采用螺旋式开发模式，通过逐级提升的技术能力等级（TCL）实现功能演进。每个新TCL扩展前一等级能力，增加服务类型与无人机操作支持范围。系列迭代覆盖从遥控驾驶到指令导向及全自主无人机的全谱系运行。TCL分级基于四项风险指标：地面人员与财产密度、有人机邻近程度、无人机运行密度。各级能力针对特定应用类型、地理区域及风险等级的场景开发，以12-18个月为周期通过仿真与实地试验进行测试验证（能力谱系与测试计划见图七）。

图七、UTM研究技术能力等级

测试由NASA联合政府、产业界及学术机构共同开展。NASA主要负责测试协调、执行、数据分析以及UTM研究平台及其API/接口控制文件（ICD）的开发；合作伙伴提供飞行器、任务场景、高级数据服务、监视资产及与核心平台互操作的支撑技术。

能力等级1已于2015年8月在加州克罗斯兰丁机场及2016年4月六大FAA无人机测试基地完成同步实地测试，为低风险乡村视距内（VLOS）运行提供交互式规划与约束管理能力，采用简易空域预留系统实现人烟稀少区地理围栏隔离操作，并提供用户认证与飞行器注册服务。相关显示与移动应用已交付FAA测试基地进一步使用评估。能力等级2将扩展至超视距（BVLOS）运行，通过空域分时段与高度分层提升运行密度，重点开发视距外共享空域的程序化规则与单机应急管理自动化。能力等级3支持中度人口区域邻近有人机的操作，重点研发空中间隔服务、轨迹一致性监控及多机应急管理自动化。能力等级4涵盖大规模多机协同应急处理，聚焦"全体着陆"及广泛监视中断场景的处置技术与程序。

这些TCL体现了从乡村稀疏运行到城市密集运行的概念演进。需注意的是，具体操作只需满足必要服务可用性与性能要求即可实施，无需与TCL完全对应。例如乡村高速公路交通事故监测需部分（非全部）TCL4能力即可实现。

七、超越UTM：从小型无人机运行中学习——渐进式革命

美国国家航空航天局（NASA）开展空中交通管理相关研究已有数十年历史。上世纪90年代，NASA提出了"分布式空管-地面交通管理"（DAG-TM）概念，其核心要旨是重新优化分配空管员与地面系统、飞行员与驾驶舱、调度员与航空公司运营中心之间的角色责任。效益研究表明，DAG-TM可有效提升系统扩展能力。基于该概念衍生出集成调度、基于航迹的运行及先进驾驶舱功能等创新理念。经过十年研发，终端排序与间隔（TSAS）研究成果已从NASA移交至美国联邦航空管理局（FAA），预计2020年前实现全面运营部署。NASA还持续深入研究高度自动化空域运行技术，旨在将空管员的间隔责任转移至地面或机载自动化系统。研究结果表明，这种变革可显著提升空域运行效率，且特定混合运行模式具有可行性。然而，此类责任重组需要对ANSP（空中导航服务提供商）、驾驶舱及航空公司运营中心的现有角色与技术体系进行重大变革，若直接应用于现行国家空域系统（NAS），将面临巨大成本与安全风险。低空无人机系统的出现为探索责任分配提供了独特契机：在无驾驶舱飞行员的运行环境中，如何将职责与辅助功能分布于无人机运营商及其自动化系统、飞行器自身能力、提供认证/追踪定位/气象/三维地图等服务的USS（无人机服务供应商），以及ANSP之间。UTM体系正是DAG-TM架构实践应用的绝佳试验案例。

安全实现大规模超视距自主运行是革命性目标。NASA"循序渐进、基于风险"的四级TCL推进策略，正通过渐进演化实现这场革命，并为未来运行提供可扩展路径。

八、结论

NASA基于航空历史教训、分布式空管研究积淀及低空大规模无人机运行安全需求提出UTM概念。其核心原则包括：仅认证无人机允许运行、机间避让、人机避让、全空域与地面约束感知、公共安全优先。两大准则为：（1）可能之处求灵活，必要之处设结构；（2）基于地理资产与应用场景的风险评估确定空域性能要求。UTM通过通用API接口提供空域约束与运行信息共享，使运营商在满足所有约束前提下规划最优商业轨迹。

NASA通过四级技术能力等级评估从偏远地区到城市空域的渐增复杂度运行，并开发UTM研究平台验证运营商、服务供应商、空管机构角色、数据交换及可扩展架构。平台涵盖认证、追踪定位、气象集成、三维地图、需求容量平衡及大规模应急管理等功能。NASA与FAA、国防部、国土安全部、内政部、FAA测试基地、无人机卓越中心及产业界、学术界紧密合作，精化验证UTM概念，已完成技术能力等级1的初步联合测试。UTM为实现系统可扩展性指明路径，已引发国际社会广泛关注。

（全文完）

丨声明：本文稿内容来源于NASA，图片版权归原作者所有，如果分享内容侵犯您的版权或者所标来源非第一原创，请及时联系小编，我们会第一时间做出处理。

 （原文支持免费下载，请关注留言或底部添加助手）

 

1、《无人机系统交通管理运行概念》