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消费级无人机飞行安全的那些事儿

站长折腾 KANZHAJI 372浏览 1评论  赞 1

其实各家的消费级多旋翼无人机在诞生之初,都只为满足极其简单的需求,仅需具备自稳功能并能自行返航。那时候的消费级多旋翼无人机并未配备双向收发的无线电系统,只能在视距内飞行,即使卫星模块的存在已经让它彻底区别于传统航空模型。

—大疆精灵夜入白宫—

直到2015年1月,初代大疆的精灵无人机不知何故飞落白宫草坪之上,负责白宫安保工作的美国特勤局紧张不已,影响实在是太坏~~这要精灵无人机挂上臭豆腐对着美国总统就去了,白宫食堂又没有馒头片,馋坏了算谁的!还怎么对全球局势运筹帷幄?

随后的消费级精灵固件才增加了白宫行政限飞区设计。

—飞行控制器出事儿更早—

而飞行控制器的限飞出现得更早,因为2013年前后,传闻~ 传闻哈,某人的无人机掉落到北京最敏感的XX海之内。 :D  这事儿可就大了!零度智控是北京公司,首当其冲~X6、X4多旋翼飞行控制器的限飞区设计以天安门为中心直接到四环,大疆创新也紧随其后,将当时销量最火爆的WooKong-M、NAZA-M飞控也做了同样限制。但这一切都是在暗地里悄悄的进行,非业内人士无从知晓。随后飞行控制器的产品逐渐开始走下坡路,到手飞的消费级无人机开始占据市场。

具备一体化三轴云台相机的精灵2V+,是大疆当年与GOPRO闹掰后的旷世之作,也是抛开模拟图传走向数字图传时代的产物。
无人机+遥控器连接智能手机APP的飞行方式首次登场,此时开始在当时还不方便更新的无人机固件禁飞区之外,又增加了APP内置的禁飞区。
虽然初代Lightbridge高清数字图传已经发布,但精灵2V+并未搭载,所以中继WIFI数字图传的画质也就稍强于模拟图传罢了。接下来主流智能手机处理器性能不断提升(高清数字图传相当耗用处理器算力),才是最终消费级无人机全面拥抱高清数字图传的基础,这是后话暂且不提。
可依赖于用户主动更新固件这种方式增加限飞区,不更新又能耐我何?

—锁电机!限高!实名制!动态禁飞区!—

不更新固件的事儿嘛,好办!稍后推出的新机厂家留了个心眼~~ 固件有时效,不在我指定的时间升级固件,直接锁死无人机。 :jx 并且厂家未提供专用降级固件的情况下,升级是不可逆滴。与此同时引入的无人机实名制和激活制度,不绑定手机、不连接或未登录APP,无人机将会被限高30米,限远50米,让你啥也干不了。当年让一些飞手深恶痛绝的500米限高,也作为基本安全限制,永远留在了无人机固件代码中。
而稍晚一些时间,更是只要手机号激活无人机,相关数据就会自动同步到民航局以及相关部门的数据库中。

固件升级期限首先堵死了不升级这条路,随后对应的固件版本必须搭配对应APP版本使用,终于完成限飞区闭环。如果你买无人机之前不查询一下禁飞区地图,激活后看到这张姨妈巾,应该会是崩溃的吧~~ :17

而这一切跟政府要求的管理层次尚有差距,做不到实时性,这还不够!消费级无人机市场占有率已经一骑绝尘的大疆,祭出了GEO动态禁飞区,从服务器实时获取禁飞数据并在APP上实现禁飞。

Geospatial Environment Online (GEO) 将为大疆创新无人机产品的用户实时提供有关所在区域的飞行限制和安全提示等信息。空域监管机构有时会因山林火灾、体育赛事、贵宾出访或其他原因对某些空域提出临时性禁飞要求,借助全新升级的GEO,大疆用户首次得以在操控无人机飞行过程中获取与之有关的实时信息提示。此外,GEO还首次将一些其他敏感区域(如监狱、发电站等)的飞行限制信息纳入其中。


于是在大红圈圈之外,还有了其他圈圈~~ :12df 每逢重大活动,政府都可以通过大疆下发数据到APP,通过动态禁飞区来实现特定区域的临时无人机管制。

—有盾就有矛—

完全依赖卫星定位的限飞系统,在早期也存在锡纸遮挡卫星模块来强行禁飞区起飞的漏洞,随后厂家也通过无卫星强行限高30米(各机型略有区别),有视觉定位时仅限高8米,堵上了这个窟窿。而关于无人机的限高策略,最早有返航不限高BUG可以突破,而这个漏洞被封堵后,又有大神研究出真空箱抽气法,高空内八二次解锁法来逃避限高,与厂家你来我往玩得不亦乐乎。 :dx

(锡纸覆盖的大疆御PRO)

无人机固件限飞区、APP限飞区完善,能飞的区域已经越来越少,尤其在大城市。直到终于有懂硬件的飞友,通过给无人机卫星模块串联一个小电路,以当前坐标为基础把当前卫星偏移出几十到数百公里,即可轻松绕过无人机的固件限飞区。笔者也跟飞友测试过基于硬件的偏移电路,确实有效,详见《大疆创新无人机劫持欺骗,实现禁飞区域功能绕过》。于是绕过禁飞区的卫星坐标偏移法,开始在飞友小圈子里为人所知,更有一些爱好者和商家以此牟利。

(Arduino迷你开发板加少量代码,即可绕过无人机固件禁飞区设计)

(既然破解禁飞区有利可图,就有商家去冒这个风险)

随后无人机APP升级为需要验证终端的坐标位置,于是只偏移无人机坐标来绕过禁飞区的方法失效了。但战斗民族不服,俄罗斯Coptersafe开发的软件可以修改大疆产品对飞行区域、高度和速度的限制(既有硬件偏移器方案也有纯软件破解APP),售价超过200美元。使用DJI GO、DJI GO 4 APP的悟2、精灵4、御PRO等大疆无人机相继破防。

大疆不得不紧急发布新固件,并通过联网就自动更新来堵上漏洞。
然而财源广进的Coptersafe也没高兴多久,黑客大神对Coptersafe的软件进行了破解,并将其免费发布在网上。 :gan
同年的另一件大事儿,大疆前员工在Github上以纯文本形式发布了大疆的AES密钥,访问密钥将允许访问大疆加密飞行控制固件,从而为绕过大疆无人机的地理围栏和其他性能限制提供了可能性,相关报道详见《大疆前员工Github上AES密钥泄密入狱事件始末》。
黑客破解,厂家升级,黑客又破解,厂家又升级~~~ 这是场永无休止的战争。而直到现在,一小撮无人机厂家的卖点依旧还是不限飞限高,虽然不能放在明面上去宣传,但大家都心照不宣。

—无人机扰民航,大疆搬出水果糖—

2016年成都双流机场无人机扰航导致跑道关闭事件,2017年杭州萧山机场无人机近距离拍摄客机进场事件陆续发生~

(2016年5月双流机场无人机扰航的新闻报道)

(2017年1月上海飞友的大疆御PRO无人机,在萧山机场航路下滑道拍摄了首都航空客机的降落,详见《Mavic航路上拍摄首航客机进场杭州萧山国际机场》)

无人机现有的圆形禁飞区已不能满足需要,亟需设立更科学合理的禁飞区形态。但其实大疆在无人机扰航事件之后,已经搞出了更合理的“小糖果”多边形禁飞区,只是与后来民航局要求的设计略有区别。

所以2017年9月29日,DJI大疆创新再次对中国大陆地区的机场禁飞区与限高区范围进行调整。此次的禁飞区策略更新,以5月17日民航局发布的《关于公布民用机场障碍物限制面保护范围的公告》为基础。调整后的多边形机场禁飞区、限高区设置如下:
以民航局公布的民用机场障碍物限制面及容差缓冲区的12个坐标点为基础,将民航局定义的机场保护范围坐标向外拓展100米形成新的禁飞区。飞行器无法在禁飞区内起飞;从外部接近禁飞区边界时,将自动减速并悬停。

以跑道两端中点向外延伸20公里,跑道两侧各延伸10公里,形成大致20公里宽、40公里长的长方形区域为限高区(与禁飞区不相交的部分)。在限高区中,飞行器的限制飞行高度为120米。唯独例外是一些较老的机型,因机载硬件性能受限无法处理多边形禁飞区,只能沿用圆形禁飞区。

(实际的DJI GO APP多边形禁飞区显示效果)

—政策开始收紧—

2017年5月,民航局下发了《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》,从2017年6月1日起,最大起飞重量为250克以上(含250克)的民用无人机拥有者必须进行实名登记,并在无人机显眼位置张贴二维码。

(民航局无人机实名制注册网站 https://uas.caac.gov.cn

(实名制无人机二维码,需要粘贴在无人机显眼位置)

与此同时,公安系统也对各电商无人机销售数据、驻地内的无人机持有人开始造册摸底。特定重大活动期间,处于敏感地带的北京飞友便会接到派出所的电话通知,甚至封存无人机的情况。什么置之不理?一意孤行?….那就有派出所的免费茶水可饮用了。 :D

(一位北京飞友的亲身经历)

笔者当年也还在北京工作,重大活动必有来自派出所民警的温馨电话提醒,不过因为工作地点远在六环外,因此无需封存我名下的无人机。
昆明长水机场、成都双流机场和重庆江北机场在2017年频繁遭遇无人机干扰,于是地方政府纷纷推出比无人机厂家严格得多的本地禁飞政策,成都政府划分的禁飞区几乎覆盖了全部主城区,重庆也开始严打违规无人机。

—无人机数据实时报送—

无人机机身上的固件禁飞区有了,APP端的禁飞区可随时联网迭代还验证终端坐标,还有动态禁飞取推送,这就够了吗?显然还不够!因为根据一些地方政策的要求,只要不申报到民航的任何无人机起飞都属违法。这就要求无人机厂家必须通过终端实时报送无人机数据,虽然现阶段实时报送尚未强制执行,终端只要手动关闭报送选项或断网即可,但笔者认为,国家法规迟早会强制要求必须联网才能解锁无人机,以彻底实时管控。

(大疆 DJI GO 4 APP的隐私设置界面,目前尚可手动关闭飞行动态数据报送)

(“黑飞”机主收到短信)

—消费级无人机装“雷达”—

应该说走到实时飞行数据报送这一步,政府要求的消费级无人机管控就相对完善了。但无人机对载人机威胁存在依旧,因为城市和景区观光、海洋勘探、救护、通航都存在大量载人机运行,它们的作业飞行高度常常与消费级无人机飞行高度重叠。消费级无人机感知载人机位置、高度开始被FAA提上日程,美国联邦航空总署(Federal Aviation Administration, FAA) 有可能针对无人机立法,如不搭载ADS-B In系统(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,中文名称为广播式自动相关监视),不得上市销售。而国内民航部门对于对消费级无人机是否需要搭载ADS-B In系统的态度尚不明朗,立法更是遥遥无期。
众所周知,大疆无人机利润7成以上来自海外市场,因此FAA说要有ADS-B与是便有了ADS-B。 :kb
大疆2020年1月1日之后发布的,所有重量超过250克 DJI 无人机新机型将包括 AirSense技术,该技术接收来自附近飞机和直升机的 ADS-B 信号,并警告无人机飞行员。于是随后推出的DJI Mavic Air2(仅海外版)、DJI AIR 2S、DJI FPV都搭载了AirSense技术的ADS-B In系统,可以通过APP提示无人机飞行员并显示有人机位置。


(DJI AIR 2S起飞后能观察到附近的民航客机,来源:大疆吧-百度贴吧)

—穿越机被严管,能怪谁?—

四轴穿越机其实早在2013年就有小圈子在玩,但当时的高清摄像机体积庞大,模拟图传录像下来的效果实在差强人意。直到GOPRO把高清运动摄像机的体积和重量都降低到可接受的范围,才有了海外穿越机高手种种肾上腺飙升的视频。国内穿越机用户的快速上升期,实际还得到2015年之后~大疆在2016年也为穿越机开发了Snail动力系统。

(大疆Snail动力系统)

此类机型绝大部分为消费者自行采购部件DIY,9成以上穿越机没有卫星模块,而限飞限高又是什么东西?禁飞区又是个什么垃圾?穿越机飞行控制器根本就不支持,飞控厂家也没有任何动力去实现。 :D
好嘛~~~穿越机完全架空了业内多年来一步一步建立起来的管控体系,成为政策法规的漏网之鱼。一些目无法规的穿越机飞手,操纵着穿越机任意肆虐在城市的各个角落,对可能带来的人身伤害和财产损失无动于衷。


(在城市马路上狂飙的穿越机)

(详见《抖音网红博主无人机“黑飞”!泸州警方开出首张罚单!》)

刚刚过去的中国共产党成立100周年,期间无法管理的穿越机就成了风口浪尖。并且说不好,接下来穿越机还会迎来更严格的监管手段。

在此期间,即使有完善飞行安全策略的大疆无人机也不能幸免,大疆Mavic Mini、DJI Mini 2、Mavic Air 2、DJI Air 2S、DJI FPV五款机型,首次迎来了飞行限速,运动档和M档在中国大陆地区的最大飞行速度,临时限制为低于50公里/小时。

(DJI FLY的限飞提示)

硬件上没有任何飞行安全考量的穿越机,且飞且珍惜。。。。

—无人机自己的防撞呢?—

随着消费级无人机越来越多,热门区域无人机扎堆的情况比比皆是,而无人机自身的防撞系统还是个空白~~

但其实大疆无人机本身就具备利用无线电广播自身飞行数据的特性,不然大疆自家的云哨系统又怎么去实现自家无人机的实时数据显示。

只是消费级无人机的“TCAS”目前还未到需要登场的程度,这一份牙膏什么时候挤出来,又不知道是大疆御几的事儿罗~~ :ddwed


汇总来了,消费级无人机的飞行安全历经如下:
1、固件禁飞区首次添加机场外的行政禁飞区—-》
2、固件禁飞区+APP禁飞区—-》
3、实名制、固件时效、锁电机、版本校验、APP自动升级、有无卫星的分别限高—-》
4、固件禁飞区+APP禁飞区+动态禁飞区+终端坐标校验—-》
5、圆形禁飞区升级为糖果型多边形禁飞区+激活民航局数据同步—-》
6、增加终端无人机飞行数据实时报送—-》
7、内置ADS-B In系统—-》
8、临时飞行限速管制

写完这篇稿子的同时,笔者也仿佛回顾了自己一生的无人机经历,大出一口长气!几个月没写新稿,竟然把篇幅写超了这么多。
实在对不住各位看官,担待了,就此停笔。 :12df

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网友最新评论 (1)

  1. 我来抢沙发
    Damon2个月前 (07-23) [广西梧州市 联通网友]回复