薛新宇 顧 偉 徐 陽(yáng) 孫 竹 蘭玉彬
(1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所, 南京 210014; 2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院, 廣州 510642)
農(nóng)業(yè)航空的發(fā)展已有100多年歷史。美國(guó)早在1906年就開(kāi)始使用有人飛機(jī)噴灑化學(xué)藥劑消除牧草害蟲,1911年德國(guó)提出用飛機(jī)噴灑農(nóng)藥控制森林害蟲計(jì)劃[1],1922年,蘇聯(lián)采用飛機(jī)噴藥防治蝗蟲[2], 1949年美國(guó)研制出了適用于大規(guī)模農(nóng)田植保的固定翼農(nóng)用飛機(jī)[3],有人駕駛飛機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中逐步得到大面積應(yīng)用,歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家也形成了最早的農(nóng)業(yè)航空產(chǎn)業(yè)。1987年日本雅馬哈公司研制出世界上第一臺(tái)農(nóng)用無(wú)人直升機(jī)R50,于次年開(kāi)始銷售,無(wú)人飛機(jī)首次加入了農(nóng)業(yè)航空領(lǐng)域,并得到迅速發(fā)展,應(yīng)用面積逐年升高[4]。在有人駕駛飛機(jī)的農(nóng)業(yè)航空方面,美國(guó)是農(nóng)業(yè)航空最發(fā)達(dá)的國(guó)家,平均2萬(wàn)hm2耕地?fù)碛?架農(nóng)用飛機(jī),全美65%的化學(xué)農(nóng)藥采用飛機(jī)作業(yè)完成噴灑,年處理耕地面積占總耕地面積的50%以上,水稻生產(chǎn)中100%采用飛機(jī)施藥防治[5]。在無(wú)人機(jī)農(nóng)業(yè)航空應(yīng)用方面,日本是最為成熟的國(guó)家,無(wú)人直升機(jī)達(dá)到3 000余架,飛手約14 000人,作業(yè)面積40萬(wàn)hm2[4]。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展,美國(guó)和日本都已經(jīng)形成了較為完善的農(nóng)業(yè)航空法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)。
1951年5月,中國(guó)民航廣州管理處派出一架C-46型飛機(jī),連續(xù)2 d在廣州市上空?qǐng)?zhí)行了41架次的滅蚊蠅飛行任務(wù),揭開(kāi)了中國(guó)農(nóng)業(yè)航空發(fā)展的序幕[6]。1958年,南昌飛機(jī)制造廠生產(chǎn)的運(yùn)-5投入使用,對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)航空的發(fā)展壯大做出了重大貢獻(xiàn)[7];到2018年,我國(guó)有人駕駛飛機(jī)農(nóng)業(yè)航空年作業(yè)量約為41 570 h[8]。2008年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制出我國(guó)第一臺(tái)植保無(wú)人飛機(jī);2014年開(kāi)始,植保無(wú)人飛機(jī)在我國(guó)進(jìn)入規(guī)?;瘧?yīng)用階段,市場(chǎng)保有量、作業(yè)量、駕駛員人數(shù)大幅提升[9]。2019年,我國(guó)植保無(wú)人飛機(jī)保有量已達(dá)5萬(wàn)架,年作業(yè)量達(dá)3 000萬(wàn)hm2·次,植保無(wú)人飛機(jī)研發(fā)及組裝的生產(chǎn)企業(yè)達(dá)300多家,其中龍頭企業(yè)10余家,產(chǎn)品覆蓋單旋翼、多旋翼,油動(dòng)、電動(dòng)等多個(gè)品種,農(nóng)用無(wú)人飛機(jī)已逐漸成為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可或缺的一部分。近年來(lái),仿地飛行、避障、多機(jī)協(xié)同作業(yè)等技術(shù)的突破又進(jìn)一步提高了智能化水平,使農(nóng)用無(wú)人飛機(jī)成為具有中國(guó)特色的新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),具有國(guó)際影響力[10-12]。
我國(guó)對(duì)于農(nóng)業(yè)航空研究和應(yīng)用起步晚、發(fā)展快,農(nóng)業(yè)航空已逐步向多元化方向發(fā)展,作業(yè)種類涉及植保、播種、施肥、遙感、輔助授粉等方面,相關(guān)配套的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)還在探索與逐步制定中。本文主要對(duì)國(guó)內(nèi)外無(wú)人飛機(jī)農(nóng)業(yè)航空政策與標(biāo)準(zhǔn)情況進(jìn)行系統(tǒng)梳理分析和總結(jié),以期為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)與標(biāo)準(zhǔn)制定提供借鑒。
無(wú)人機(jī)的發(fā)展與日益民用化給各個(gè)國(guó)家的安全管控帶來(lái)了挑戰(zhàn)[13-14]。航空監(jiān)管框架的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)并保持最高且統(tǒng)一的安全級(jí)別。就無(wú)人機(jī)而言,是確保任何其他空域用戶的安全以及地面人員和財(cái)產(chǎn)的安全。在制定監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)、將無(wú)人機(jī)安全納入空域系統(tǒng)方面,許多國(guó)家正在采取一系列不同的方法和措施。其中一個(gè)共同的問(wèn)題是針對(duì)無(wú)人機(jī)及其操作方法所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定、修訂。一些國(guó)際無(wú)人機(jī)組織與國(guó)家無(wú)人機(jī)組織也致力于構(gòu)建、協(xié)調(diào)無(wú)人機(jī)規(guī)則,一方面確保無(wú)人機(jī)安全運(yùn)行,不損害公共和國(guó)家安全;另一方面,保證無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
目前,世界各地的無(wú)人機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)組織工作聚焦于:支持適航性,命令和控制(C2),感知和避讓以及其他功能的技術(shù)規(guī)范。下面介紹制定、實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的主要組織和機(jī)構(gòu)。
ICAO的工作聚焦于制定基于性能的高水平標(biāo)準(zhǔn),為無(wú)人機(jī)設(shè)定最低性能要求。ICAO在國(guó)際航空領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一的主要方法是通過(guò)其標(biāo)準(zhǔn)和建議措施(SARPs),制定國(guó)際化的無(wú)人航空監(jiān)管框架。2007年,ICAO成立了一個(gè)制定無(wú)人機(jī)法規(guī)/標(biāo)準(zhǔn)的小組,早期工作重心在于統(tǒng)一術(shù)語(yǔ)和定義;2018年專家組完成了一系列的SARP,主要與適航性、運(yùn)營(yíng)(包括運(yùn)營(yíng)商證書)和遠(yuǎn)程飛行員許可有關(guān)。2020年,專家組將完成另一系列的SARP,主要涉及空中交通與無(wú)人機(jī)檢測(cè)。ICAO主要相關(guān)工作如下:
(1)328通告(Circular 328)
328通告是ICAO在國(guó)際層面有關(guān)無(wú)人機(jī)的首項(xiàng)文書[15],闡述了ICAO關(guān)于整合無(wú)人機(jī)的觀點(diǎn)。該文件涵蓋了航空法規(guī)的各個(gè)方面,并提供了ICAO對(duì)由每個(gè)方面代表的各種問(wèn)題的初步意見(jiàn)。它還提供了一些示例,說(shuō)明了國(guó)家和地區(qū)當(dāng)局在從航空電信程序到環(huán)境等方面的各個(gè)領(lǐng)域所采取的舉措。
(2)遙控飛機(jī)系統(tǒng)(RPAS)手冊(cè)
ICAO的RPAS手冊(cè)就適用于遙控飛機(jī)(RPA)提供了有關(guān)技術(shù)和運(yùn)營(yíng)問(wèn)題的指南[16],適用于RPA在非集成空域和機(jī)場(chǎng)中的集成。該手冊(cè)側(cè)重于商業(yè)目的的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。該手冊(cè)的內(nèi)容為開(kāi)發(fā)RPAS的專用SARP提供了指導(dǎo)。
美國(guó)聯(lián)邦航空管理局(FAA)有權(quán)對(duì)國(guó)際民用飛機(jī)進(jìn)行認(rèn)證。FAA的目標(biāo)是提供安全、高效的航空航天系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)行業(yè)的快速增長(zhǎng)催生了確保將該新技術(shù)安全地集成到美國(guó)國(guó)家空域系統(tǒng)(NAS)中的需求。主要工作是將無(wú)人機(jī)集成到NAS的標(biāo)準(zhǔn)體系中。這些無(wú)人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)使FAA制定規(guī)則變得可行,而且還增強(qiáng)了整個(gè)行業(yè)安全有效發(fā)展的能力。這些無(wú)人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)確保了公平的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境,以支持全球公平貿(mào)易并為消費(fèi)者提供期望的質(zhì)量[17]。
FAA參與的兩個(gè)主要以無(wú)人機(jī)系統(tǒng)為重點(diǎn)的國(guó)際機(jī)構(gòu)是ICAO的RPAS小組和JARUS。ICAO的RPAS小組由民航組織成員國(guó)和國(guó)際組織提名的專家組成。在推薦的ICAO標(biāo)準(zhǔn)中,協(xié)調(diào)RPS和其他標(biāo)準(zhǔn)。相似的是,JARUS是一個(gè)為世界各地的民航當(dāng)局推薦使用要求的國(guó)際專家小組。
歐洲航空安全局(EASA)由歐洲委員會(huì)(EC)于2002年成立,以確保民航運(yùn)營(yíng)的安全。僅次于FAA,歐洲航空安全局是第二家獲授權(quán)認(rèn)證國(guó)際使用民用飛機(jī)的機(jī)構(gòu)。ICAO的重心在于開(kāi)發(fā)高級(jí)標(biāo)準(zhǔn),而EASA則致力于這些標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施。EASA以安全、可靠和環(huán)保的方式制定無(wú)人機(jī)法規(guī),同時(shí)尊重隱私和數(shù)據(jù)保護(hù)。與ICAO不同的是,ICAO只關(guān)注安全,而EASA采取了更廣泛的方法來(lái)監(jiān)管無(wú)人機(jī),同時(shí)也涉及到環(huán)境和隱私。主要相關(guān)工作如下:
(1)條例216/2008 (Regulation 216/2008)
216/2008號(hào)條例是第一條適用于無(wú)人機(jī)的歐盟法律[16]。216/2008號(hào)條例確立了民用航空領(lǐng)域的共同規(guī)則。它涵蓋了航空監(jiān)管的重要領(lǐng)域,包括適航性、運(yùn)行、許可和認(rèn)證。但這項(xiàng)規(guī)定只適用于超過(guò)150千克的無(wú)人機(jī)。
(2)條例2018/1139 (Regulation (EU) 2018/1139)
歐洲航空安全局認(rèn)為條例216/2008導(dǎo)致了分散的監(jiān)管體系,阻礙了無(wú)人機(jī)和跨界無(wú)人機(jī)應(yīng)用的單一歐盟市場(chǎng)的發(fā)展。為了替代條例216/2008,條例2018/1139的建立旨在確保以運(yùn)營(yíng)為中心的比例風(fēng)險(xiǎn)和基于績(jī)效的監(jiān)管框架[18]。它還確保了無(wú)人機(jī)使用的統(tǒng)一安全性,支持無(wú)人機(jī)市場(chǎng)并有助于增強(qiáng)隱私保護(hù);同時(shí),該條例將EASA的管理范圍擴(kuò)展到了所有無(wú)人機(jī),而不僅僅是超過(guò)150千克的無(wú)人機(jī)。
RTCA目前是一個(gè)獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)組織(SDO)。一方面,與聯(lián)邦航空管理局(FAA)合作,制定全面的、經(jīng)過(guò)行業(yè)審核和認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn);另一方面,也與歐洲民用航空裝備協(xié)會(huì)(EUROCAE)合作,制定聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)[19]。
RTCA制定聯(lián)邦航空管理局(FAA)要求的最低性能標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)材料,并成為聯(lián)邦航空管理局航空系統(tǒng)和設(shè)備法規(guī)的部分依據(jù)[20]。自1935年以來(lái),RTCA成功地制定了以下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):安全性能要求(SPR)、運(yùn)行服務(wù)和環(huán)境定義(OSED)、互操作性要求(IRR)、最低航空系統(tǒng)性能標(biāo)準(zhǔn)(MASP)、最低運(yùn)行性能標(biāo)準(zhǔn)(MOP)、報(bào)告和指南。這些文件形成了新設(shè)備安全和效率的認(rèn)證體系,并為這些技術(shù)的實(shí)施提供了一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)性的市場(chǎng)。FAA在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和咨詢通告中經(jīng)常提及MASP和MOP,其為設(shè)備認(rèn)證提供了部分依據(jù)。
EUROCAE的重點(diǎn)是飛機(jī)設(shè)備/系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的制定,包括航空相關(guān)設(shè)備或工藝方面。主要涉及領(lǐng)域包括:指揮、控制、通信、頻譜和安全(C3S)以及感知和避讓(DAA);增強(qiáng)的RPAS自動(dòng)化(ERA);U空間(當(dāng)前稱為無(wú)人機(jī)交通管理(UTM));特定操作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估(SORA);設(shè)計(jì)和適航標(biāo)準(zhǔn)(D&AW)。
EUROCAE與其他無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)相關(guān)組織/機(jī)構(gòu)(EAS、JARUS、EDA、SESAR JU、EUROCONTROL)和其他標(biāo)準(zhǔn)化組織(如RTCA SC-228、ASTM F38、ISO TC20 SC16)有相互交流、協(xié)調(diào)[21]。
ASTM的無(wú)人飛機(jī)系統(tǒng)委員會(huì)(F38)聚焦無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、性能、質(zhì)量驗(yàn)收測(cè)試和安全監(jiān)控等問(wèn)題[22]。創(chuàng)建了十幾個(gè)有關(guān)適航性、飛行操作、人員培訓(xùn)和認(rèn)證等標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)包含從無(wú)人機(jī)操作到控制系統(tǒng),以及介于兩者之間的所有內(nèi)容[23-24]。主要包括:①最低安全、性能和飛行熟練度要求。②質(zhì)量保證-安裝制造控制裝置,確保飛機(jī)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。③生產(chǎn)驗(yàn)收試驗(yàn)和程序,確保完成的飛機(jī)系統(tǒng)滿足原型飛機(jī)系統(tǒng)中所示的報(bào)告性能。④持續(xù)適航系統(tǒng)的基線計(jì)劃,包括監(jiān)控和維護(hù)持續(xù)運(yùn)行安全的方法,以及識(shí)別、報(bào)告和補(bǔ)救飛行安全問(wèn)題的流程。
ASTM F38委員會(huì)成員在廣泛領(lǐng)域中創(chuàng)建附加標(biāo)準(zhǔn)。包括自動(dòng)化、超視距運(yùn)輸、操作手冊(cè)、設(shè)計(jì)制造、感知和避讓技術(shù)、固定翼系統(tǒng)、燃料電池設(shè)計(jì)、維修技術(shù)員資格/證明、運(yùn)營(yíng)、性能、安全、培訓(xùn)等。
美國(guó)機(jī)動(dòng)車工程師學(xué)會(huì)在航空航天標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域已經(jīng)出版了近6 700個(gè)標(biāo)準(zhǔn),其中許多也適用于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。為了更好地滿足無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的獨(dú)特要求,SAE成立了專門的無(wú)人機(jī)委員會(huì)(AS-4),已經(jīng)制定了許多新的和修訂的標(biāo)準(zhǔn),特別是關(guān)于從美國(guó)國(guó)防部遷移到SAE的無(wú)人系統(tǒng)聯(lián)合架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。已發(fā)布的SAE無(wú)人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)包括以下主題:接線;飛行控制設(shè)計(jì);執(zhí)行機(jī)構(gòu);飛行員培訓(xùn)建議;安全操作和武器釋放;輔助電源;消息和數(shù)據(jù)格式;互操作性;軟件體系結(jié)構(gòu);控制段架構(gòu)[25]。
美國(guó)飛機(jī)工業(yè)協(xié)會(huì)涉及無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的關(guān)注點(diǎn)包括:無(wú)人機(jī);操作該無(wú)人機(jī)所需的設(shè)備;基于地面的控制器以及兩者之間的通信系統(tǒng)[26]。主要涉及領(lǐng)域:發(fā)展技術(shù)的認(rèn)證;安全;操作方式。目前AIAA已被任命為ISO/TC 20/SC 16,無(wú)人機(jī)系統(tǒng)美國(guó)技術(shù)咨詢小組(U.S. TAG)的管理員[27]。
組織制定以下領(lǐng)域的無(wú)人機(jī)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn):無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的術(shù)語(yǔ)和定義;無(wú)人機(jī)類型的分類;對(duì)用于制造無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)材料和加工的要求;確保無(wú)人機(jī)的可靠性的要求;對(duì)地面系統(tǒng)和工具的要求,以確保無(wú)人機(jī)的飛行;合理使用無(wú)線電頻段的要求,以確保用于各種目的的無(wú)人駕駛飛機(jī)安全可靠地同時(shí)運(yùn)行。
航空運(yùn)輸和航空安全活動(dòng)由日本民用航空局(CAB)管理,該局隸屬于國(guó)土、基礎(chǔ)設(shè)施、交通和旅游部。日本目前沒(méi)有單獨(dú)監(jiān)管無(wú)人機(jī)的材料,只涉及無(wú)人機(jī)操作。在日本,唯一涉及無(wú)人機(jī)操作的航空法規(guī)為要求無(wú)人機(jī)飛行在150 m以下,距離機(jī)場(chǎng)至少9 km[25]。
日本沒(méi)有正式的法規(guī)(農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)之外)來(lái)管理無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的使用,但在制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面仍有大量工作需要做。為了滿足這類需求,JUAV應(yīng)運(yùn)而生。JUAV代表了在日本開(kāi)發(fā)、制造和運(yùn)營(yíng)無(wú)人機(jī)的日本產(chǎn)業(yè),應(yīng)用領(lǐng)域包括農(nóng)業(yè)、監(jiān)測(cè)、監(jiān)視和災(zāi)害援助[28]。其致力于建立日本無(wú)人機(jī)行業(yè)統(tǒng)一的安全標(biāo)準(zhǔn),目前已經(jīng)為在無(wú)人居住區(qū)域運(yùn)行的固定翼和旋翼類無(wú)人機(jī)制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),這些安全標(biāo)準(zhǔn)適用于不超過(guò)50千克的遠(yuǎn)程操作的無(wú)人駕駛直升機(jī),在人口稀疏的地區(qū)飛行;最近JUAV對(duì)Yamaha Rmax GI認(rèn)證自動(dòng)直升機(jī),并為固定翼無(wú)人機(jī)建立了新標(biāo)準(zhǔn)。除此之外,JUAV和日本宇航局(JAXA)合作、討論在非隔離空域中商業(yè)無(wú)人機(jī)運(yùn)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)。
農(nóng)業(yè)是我國(guó)目前無(wú)人機(jī)應(yīng)用最多的行業(yè),植保作業(yè)是農(nóng)業(yè)中應(yīng)用無(wú)人機(jī)最多的生產(chǎn)領(lǐng)域。植保無(wú)人飛機(jī)低空低量施藥模式與傳統(tǒng)地面植保機(jī)械以及與其他行業(yè)應(yīng)用的無(wú)人機(jī)作業(yè)模式都有很大區(qū)別,因此參考其他國(guó)家農(nóng)用無(wú)人飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)建立我國(guó)農(nóng)用無(wú)人飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)體系具有重要意義。
日本是最早將單旋翼無(wú)人機(jī)(無(wú)人直升機(jī))施藥技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的國(guó)家,也是當(dāng)今世界上該技術(shù)發(fā)展最成熟的國(guó)家之一,自20世紀(jì)80年代就開(kāi)始進(jìn)行飛防作業(yè)[29]。同樣作為東亞國(guó)家,我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式與日本有較高的相似性,因此具有較高的參考價(jià)值。日本農(nóng)用無(wú)人飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)主要分為無(wú)人機(jī)通用性要求標(biāo)準(zhǔn)和植保、撒播作業(yè)要求標(biāo)準(zhǔn)。不同管理部門的標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)在使用時(shí)大多互相引用或參考執(zhí)行,政策法規(guī)主要由國(guó)土交通省安全局和農(nóng)林水產(chǎn)省(相當(dāng)于我國(guó)的中國(guó)民用航空局和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部)制定發(fā)布[30],標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范主要由日本產(chǎn)業(yè)用無(wú)人航空機(jī)工業(yè)會(huì)和日本農(nóng)林水產(chǎn)航空協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)制定發(fā)布。
日本產(chǎn)業(yè)用無(wú)人航空機(jī)工業(yè)會(huì)發(fā)布的無(wú)人機(jī)安全標(biāo)準(zhǔn),主要包括設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、維護(hù)檢查、駕駛員、操作、客戶管理等方面內(nèi)容[31-32]。而用于植保作業(yè)的旋翼無(wú)人機(jī)相關(guān)要求還應(yīng)當(dāng)參照日本農(nóng)林水產(chǎn)航空協(xié)會(huì)發(fā)布的產(chǎn)業(yè)用無(wú)人機(jī)使用指南[33-34],該指南性文件規(guī)定了無(wú)人機(jī)的使用要領(lǐng)、人員與裝備、法律法規(guī)、安全培訓(xùn)、安全檢查、飛行限制、作業(yè)規(guī)范、農(nóng)藥安全使用、危險(xiǎn)危害防范、藥效調(diào)查等要求[35],并且已由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所林勇研究員編譯在國(guó)內(nèi)出版[36]。
此外,日本農(nóng)林水產(chǎn)航空協(xié)會(huì)還發(fā)布有無(wú)人機(jī)及撒播裝置性能確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)人機(jī)登記管理標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)人機(jī)培訓(xùn)基地指定標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)人機(jī)駕駛員技能認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn),對(duì)產(chǎn)品性能考核、培訓(xùn)及駕駛員認(rèn)定等方面做出了規(guī)定(見(jiàn)表1)。
日本農(nóng)林水產(chǎn)航空協(xié)會(huì)和全國(guó)農(nóng)林航空事業(yè)推進(jìn)協(xié)議會(huì)又聯(lián)合發(fā)布了產(chǎn)業(yè)用無(wú)人直升機(jī)導(dǎo)航手冊(cè),規(guī)定了對(duì)領(lǐng)航員的設(shè)置、無(wú)人直升機(jī)噴灑作業(yè)參數(shù)要求、領(lǐng)航員的作用、與駕駛員的信息傳達(dá)方法、作業(yè)前的安全檢查、作業(yè)時(shí)的注意事項(xiàng)等要求[39]。
日本近年來(lái)不斷推出新標(biāo)準(zhǔn),目前已經(jīng)涵蓋了植保無(wú)人飛機(jī)產(chǎn)品、駕駛員、作業(yè)規(guī)范、作業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)等基本要求。多旋翼無(wú)人機(jī)因價(jià)格低、操作簡(jiǎn)便,應(yīng)用越來(lái)越廣,日本產(chǎn)業(yè)用無(wú)人航空機(jī)工業(yè)會(huì)和日本農(nóng)林水產(chǎn)航空協(xié)會(huì)也開(kāi)始陸續(xù)制定發(fā)布多旋翼機(jī)型的標(biāo)準(zhǔn)。
我國(guó)早期無(wú)人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)幾乎全為國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn),有50余項(xiàng),近年來(lái)民用無(wú)人機(jī)發(fā)展迅猛,現(xiàn)行軍用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)還未能形成標(biāo)準(zhǔn)體系,對(duì)非軍用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立借鑒有限[40]。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)是多領(lǐng)域多專業(yè)融合的產(chǎn)物,其管理涉及研制、注冊(cè)、適航、環(huán)保、進(jìn)出口、銷售、運(yùn)行、報(bào)廢、行業(yè)應(yīng)用等,主管部門涉及國(guó)務(wù)院中央軍委空中交通管制委員會(huì)、國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)、工業(yè)和信息化部、公安部、海關(guān)總署、科學(xué)技術(shù)部、商務(wù)部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、中國(guó)民用航空局、生態(tài)環(huán)境部、國(guó)家安全部、海事局等部門,協(xié)調(diào)統(tǒng)一管理具有一定難度[41]。近年來(lái),我國(guó)無(wú)人機(jī)監(jiān)管制度逐步完善,形成了包括法律、行政法規(guī)、部門規(guī)章、規(guī)范性文件和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的無(wú)人機(jī)監(jiān)管體系[42]。
表1 日本農(nóng)林水產(chǎn)航空協(xié)會(huì)發(fā)布的無(wú)人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Issued UAS standards by Agriculture, Forestry and Fishery Aviation Association of Japan
在民用無(wú)人機(jī)監(jiān)管的過(guò)程中應(yīng)根據(jù)其全生命周期所存在的風(fēng)險(xiǎn)在各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)防和管控。無(wú)人機(jī)監(jiān)管的各環(huán)節(jié)應(yīng)相互約束相互補(bǔ)充,才能有效進(jìn)行[43]。中國(guó)民用航空局是民用無(wú)人機(jī)主要管理部門,近年來(lái)頒布了一批民航法規(guī),主要從運(yùn)行管理、空中交通管理、駕駛員管理、經(jīng)營(yíng)管理、實(shí)名制管理、飛行數(shù)據(jù)管理等方面規(guī)范整個(gè)民用無(wú)人機(jī)行業(yè)[44-49]。
《輕小無(wú)人機(jī)運(yùn)行規(guī)定(試行)》(AC-91-FS-2015-31)基于民用無(wú)人機(jī)的分類,簡(jiǎn)要對(duì)不同類型的無(wú)人機(jī)規(guī)定了運(yùn)行方式,主要包括人員、無(wú)人機(jī)設(shè)備、飛行限制區(qū)域、電子圍欄、無(wú)人機(jī)云、運(yùn)營(yíng)人的要求,另外對(duì)植保類無(wú)人機(jī)作出了針對(duì)性要求[44]。《民用無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)空中交通管理辦法》(MD-TM-2016-004)規(guī)定,無(wú)人機(jī)滿足最大起飛重量小于或等于7千克,在視距內(nèi)飛行的,駕駛員符合相關(guān)資質(zhì)等多項(xiàng)條件無(wú)需飛行審批[45]。但根據(jù)植保無(wú)人飛機(jī)的特點(diǎn),顯然無(wú)法滿足這個(gè)條件,原則上講當(dāng)前的植保無(wú)人飛機(jī)作業(yè)絕大部分運(yùn)行不符合法規(guī)規(guī)定。不過(guò)由于植保作業(yè)絕大多數(shù)在農(nóng)村地區(qū),遠(yuǎn)離人口密集區(qū)域,除機(jī)場(chǎng)凈空保護(hù)區(qū)外,極難觸及禁飛空域或管控空域,而主流的植保無(wú)人飛機(jī)均設(shè)置有機(jī)場(chǎng)凈空保護(hù)區(qū)的禁飛區(qū),因此植保無(wú)人飛機(jī)除臨時(shí)管制外,在空域方面問(wèn)題不大。據(jù)調(diào)查,在部分地區(qū),飛防服務(wù)公司或生產(chǎn)企業(yè)需在各級(jí)公安機(jī)關(guān)備案植保無(wú)人飛機(jī)和駕駛員信息,每次作業(yè)前則無(wú)需報(bào)備審批,因此植保無(wú)人飛機(jī)作業(yè)總體上均能順利開(kāi)展。另外,舉辦植保無(wú)人飛機(jī)大型賽事或大型演示等活動(dòng),主辦方或企業(yè)均能自覺(jué)主動(dòng)提前向飛行管制部門和民航主管部門報(bào)備審批。可見(jiàn),植保無(wú)人飛機(jī)行業(yè)的自律性能夠滿足管理要求。植保無(wú)人飛機(jī)的駕駛員目前由飛機(jī)生產(chǎn)企業(yè)自行培訓(xùn)并頒發(fā)“駕駛證”,但是根據(jù)最新《民用無(wú)人機(jī)駕駛員管理規(guī)定》(AC-61-FS-2018-20R2),農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等農(nóng)業(yè)行業(yè)主管部門規(guī)定的符合資質(zhì)的企業(yè)才能培訓(xùn)考核[47]。然而農(nóng)業(yè)行業(yè)主管部門并未開(kāi)始駕駛員培訓(xùn)資質(zhì)的認(rèn)證與授權(quán)。
2017年,國(guó)家八部委聯(lián)合組織制定了《無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》[50]。該指南分別從管理和技術(shù)兩個(gè)角度,提取共性抽象特征,各自構(gòu)建無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)管理架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu);將管理架構(gòu)的分級(jí)分類維度和應(yīng)用對(duì)象維度依次映射到生命周期維度的7個(gè)層級(jí),形成研發(fā)、注冊(cè)、鑒定、制造、流通、運(yùn)行和報(bào)廢7類管理標(biāo)準(zhǔn);將技術(shù)架構(gòu)的分級(jí)分類維度和平臺(tái)構(gòu)型維度依次映射到系統(tǒng)層級(jí)維度的3個(gè)層級(jí),形成系統(tǒng)級(jí)、分系統(tǒng)級(jí)和部件級(jí)3類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);最終將基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)與管理標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共同構(gòu)成無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)。全國(guó)航空器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)分技術(shù)委員會(huì)主要負(fù)責(zé)民用無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)(不含飛行機(jī)器人)設(shè)計(jì)、制造、交付、運(yùn)行、維護(hù)、管理領(lǐng)域國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定、修訂工作,與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織航空航天器技術(shù)委員會(huì)無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)分技術(shù)委員會(huì)(ISO/TC 20/SC 16)對(duì)口,由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)指導(dǎo)。
2018年以來(lái),無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)分技術(shù)委員會(huì)制定了一批無(wú)人機(jī)標(biāo)準(zhǔn),如GB/T 35018—2018《民用無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)分類及分級(jí)》、GB/T 38058—2019《民用多旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試驗(yàn)方法》、GB/T 38152—2019《無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)》等,截止到2020年7月,累計(jì)約20項(xiàng)。此外,由我國(guó)主導(dǎo)制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)標(biāo)準(zhǔn)共計(jì)6 項(xiàng),其中ISO 21895:2020《民用無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)分類及分級(jí)》作為我國(guó)主導(dǎo)的第一項(xiàng)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已于2020 年2 月7 日正式發(fā)布[51]。而目前《無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》涉及的農(nóng)業(yè)類行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部相關(guān)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)制定。
農(nóng)用無(wú)人飛機(jī)最大的應(yīng)用領(lǐng)域是植保作業(yè), 2017年9月,農(nóng)業(yè)部、財(cái)政部、中國(guó)民用航空局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼引導(dǎo)植保無(wú)人飛機(jī)規(guī)范應(yīng)用試點(diǎn)工作的通知》[52],推動(dòng)了我國(guó)植保無(wú)人飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)制定?,F(xiàn)有的傳統(tǒng)植保機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)中的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出制定,主要規(guī)定了植保機(jī)械通用零部件、各種整機(jī)的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法等,已基本覆蓋了常用植保機(jī)械產(chǎn)品種類,其中大多數(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[53]。農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)則由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出制定,主要規(guī)定了各機(jī)具的質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范、安全施藥技術(shù)規(guī)范、作業(yè)質(zhì)量等農(nóng)機(jī)化方面的內(nèi)容,NY/T 3213—2018《植保無(wú)人飛機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》為目前唯一發(fā)布的農(nóng)用無(wú)人飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn);另外,安全施藥技術(shù)規(guī)范和作業(yè)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)正在制定中[54]。農(nóng)用有人駕駛飛機(jī)主要為民航行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),由中國(guó)民用航空局提出制定,主要規(guī)定了航空噴霧裝備、飛播裝備的要求及作業(yè)規(guī)范、作業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)等?,F(xiàn)有的植保機(jī)械國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)涵蓋名詞術(shù)語(yǔ)、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、產(chǎn)品安全要求、田間施藥規(guī)范和作業(yè)質(zhì)量等方面內(nèi)容[53],使得植保機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)、檢驗(yàn)、安全認(rèn)證、推廣鑒定、應(yīng)用評(píng)價(jià)等方面的工作能夠有章可循、有法可依。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),主要圍繞在國(guó)外大量使用的大田噴桿噴霧機(jī)以及有人駕駛飛機(jī),涉及小型植保機(jī)械的內(nèi)容比較少,其中涉及安全的要求越發(fā)嚴(yán)苛,內(nèi)容越來(lái)越細(xì)化。近年來(lái),國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織:農(nóng)林拖拉機(jī)和機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)作物保護(hù)設(shè)備分技術(shù)委員會(huì)(ISO/TC 23/SC 6)也開(kāi)始制定農(nóng)用無(wú)人飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn),首個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)林機(jī)械無(wú)人噴霧系統(tǒng)第1部分:環(huán)境要求》(ISO/WD 23117-1 Agricultural and forestry machinery-Unmanned aerial spraying systems-Part 1: Environmental requirements)正在制定中[55]。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截至2020年6月,我國(guó)現(xiàn)行的農(nóng)業(yè)航空標(biāo)準(zhǔn)主要有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)、農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)、民航行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)16項(xiàng)(表2)。上述植保相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以操作規(guī)范、噴灑裝備要求、安全評(píng)價(jià)、作業(yè)質(zhì)量及試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法等為主,另外還有飛播作業(yè)等其他農(nóng)業(yè)航空應(yīng)用的3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)(MH/T 1002.2—1995、MH/T 1008.2—1997、MH/T 1012—2001)。有人駕駛飛機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)大多轉(zhuǎn)化自國(guó)際或國(guó)外標(biāo)準(zhǔn),而在我國(guó)廣泛應(yīng)用的植保無(wú)人飛機(jī),除了在東亞地區(qū)有應(yīng)用外,在國(guó)外其他地區(qū)應(yīng)用較少,缺乏可直接參考的國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)。因此,國(guó)內(nèi)有人駕駛飛機(jī)植保標(biāo)準(zhǔn)為植保無(wú)人飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的制定指明了方向。
以小型旋翼無(wú)人機(jī)為平臺(tái)的植保無(wú)人飛機(jī)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),目前僅有NY/T 3213—2018《植保無(wú)人飛機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所牽頭制定,規(guī)定了植保無(wú)人飛機(jī)的型號(hào)編制規(guī)則、基本要求、質(zhì)量要求、檢測(cè)方法和檢驗(yàn)規(guī)則,用于植保無(wú)人飛機(jī)質(zhì)量評(píng)定。該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)提出了植保無(wú)人飛機(jī)限高限速限距、電子圍欄、失效保護(hù)、避障等概念與檢測(cè)方法,充分考慮了產(chǎn)品的安全性[56]。
表2 農(nóng)業(yè)航空國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 National standards and industry standards of agricultural aviation
中國(guó)民用航空局于2018年發(fā)布了關(guān)于行業(yè)應(yīng)用的無(wú)人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)MH/T 1069—2018《無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)作業(yè)飛行技術(shù)規(guī)范》,涉及到包含農(nóng)業(yè)作業(yè)在內(nèi)的各類行業(yè)應(yīng)用的固定翼無(wú)人機(jī)、無(wú)人直升機(jī)以及多旋翼無(wú)人機(jī),規(guī)定了人員、設(shè)備、作業(yè)環(huán)境的基本要求、作業(yè)的組織與實(shí)施、信息傳輸與數(shù)據(jù)要求、維護(hù)保養(yǎng)、異常處置以及其他要求,提出了作業(yè)準(zhǔn)備、作業(yè)實(shí)施、作業(yè)后各階段的具體要求[57]。
植保無(wú)人飛機(jī)近年來(lái)有一批地方標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布(表3),包括湖南省、重慶市、廣西壯族自治區(qū)、江西省、吉林省、河南省、貴州省、遼寧省、山東省、河南省安陽(yáng)市等16項(xiàng)。其中湖南省、重慶市、江西省是最早開(kāi)始制定地方標(biāo)準(zhǔn)的省(市),3個(gè)省(市)均為《關(guān)于開(kāi)展農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼引導(dǎo)植保無(wú)人飛機(jī)規(guī)范應(yīng)用試點(diǎn)工作的通知》指定的6個(gè)試點(diǎn)省(市)之一[52],這3個(gè)省(市)對(duì)植保無(wú)人飛機(jī)比較重視,雖然應(yīng)用面積不如黑龍江省、新疆維吾爾自治區(qū)等地,但推廣應(yīng)用時(shí)間早、力度大。
植保無(wú)人飛機(jī)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)(表4),主要由中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化協(xié)會(huì)、中國(guó)農(nóng)藥工業(yè)協(xié)會(huì)等全國(guó)性社會(huì)團(tuán)體制定,中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化協(xié)會(huì)制定的標(biāo)準(zhǔn)偏向于農(nóng)機(jī)化應(yīng)用,中國(guó)農(nóng)藥工業(yè)協(xié)會(huì)則偏向于施藥規(guī)范。地方性社會(huì)團(tuán)體制定的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)較少,且主要集中在江蘇省、廣東省、浙江省等發(fā)達(dá)省份,這些地區(qū)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)具有較強(qiáng)活力,植保無(wú)人飛機(jī)最新技術(shù)大多來(lái)自這些地區(qū),所以團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的需求旺盛,具有一定的制定動(dòng)力。
表3 植保無(wú)人飛機(jī)地方標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Local standards of plant protection UAS
表4 植保無(wú)人飛機(jī)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)Tab.4 Group standards of plant protection UAS
隨著無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,無(wú)人機(jī)安全運(yùn)行成為各國(guó)關(guān)注目標(biāo),各國(guó)政府委托標(biāo)準(zhǔn)化組織和行業(yè)主管部門從產(chǎn)品、運(yùn)行、應(yīng)用、培訓(xùn)、登記認(rèn)證等方面制定標(biāo)準(zhǔn)支撐安全管理,是國(guó)際上通常做法。國(guó)務(wù)院中央軍委空中交通管制委員會(huì)主要負(fù)責(zé)劃分空域以及空中交通管制,中國(guó)民用航空局主要負(fù)責(zé)民用無(wú)人機(jī)的基礎(chǔ)與通用標(biāo)準(zhǔn),工業(yè)和信息化部主要負(fù)責(zé)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn),而各行業(yè)主管部門負(fù)責(zé)行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。
近年來(lái),我國(guó)無(wú)人機(jī)逐步形成了包括法律、行政法規(guī)、部門規(guī)章、規(guī)范性文件和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的無(wú)人機(jī)監(jiān)管體系。根據(jù)《無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》的分類,農(nóng)業(yè)無(wú)人飛機(jī)相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部主導(dǎo)制定。目前農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)僅有NY/T 3213—2018一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)用于產(chǎn)品檢測(cè),在設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用、運(yùn)營(yíng)、人員管理等環(huán)節(jié)只能由部分民用無(wú)人機(jī)通用性的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)約束,農(nóng)業(yè)規(guī)范化生產(chǎn)難以得到保障,下一步應(yīng)從產(chǎn)品(質(zhì)量)標(biāo)準(zhǔn)、子部件與性能試驗(yàn)等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)范與人員培訓(xùn)等管理標(biāo)準(zhǔn)方面繼續(xù)開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化工作;并且目前標(biāo)準(zhǔn)局限于植保無(wú)人飛機(jī),其他農(nóng)業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)仍然缺失,下一步應(yīng)同步制定播種、施肥、遙感、輔助授粉等應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn);重視團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)與應(yīng)用,由中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化協(xié)會(huì)制定的9項(xiàng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)為農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定及其體系的建設(shè)作了一定探索,值得農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)借鑒。