2016年2月无人机地理围栏系统 Geo-Fencing GPS蓝牙WiFi定位技术

Parker Gyokeres，一个退役的美国空军随军摄影记者，如今借助无人机经营着自己的航空摄影业务，客户包括美国国防部和耐克。

不过，有段时间Gyokeres的无人机并不能正常起飞，这不是硬件设备本身的错，也不是Gyokeres的问题——实际上，是无人机内置的地理围栏系统（Geo-Fencing）阻止了其飞行，这种限制常常出现在机场区域、华盛顿特区、天安门广场等“禁区”。

“我之前去马萨诸塞州做武装车辆的拍摄工作，不过事实上我没能这样做，因为其所在地正好位于一个废弃的海军航空兵机场的周围。”Gyokeres表示，这个机场此前曾在二战期间成为海军ZP-11飞艇中队的基地，并从1997年开始就停用了。不过，他的无人机的地理围栏系统至今都没有更新这些信息，仍然对其标记着“禁飞区”。

事实上，在无人机热潮开启的早期，自动化的地理围栏系统已经就位。从最基本的意义来讲，地理围栏系统可以预先划定一些多边形的区域，并通过蓝牙、WiFi、GPS等定位技术完成对定位源的跟踪和报警，由此防止无人机进入危险的限制空域。

目前，全球范围的各大科技公司都在此有着自己的部署：

谷歌

基于Google Lititude API，开发者可在谷歌地图上标记多边形的围栏区域，APP在进入该区域时会收到Push信息，其通过云端来推送。

苹果

即大名鼎鼎的iBeacons，其精度高达1米，这可让很多的实际物体都有条件具有定义自己地理位置标识的能力，主要适用于商场等室内环境。与谷歌的云端不同，iBeacons需要建立蓝牙基站，并借此实现对周围设备的广播。

英特尔

其方案将地理信息整合进了移动平台，从而可以更好的在系统待机时间与响应时间之中取得平衡，即实现低功耗、快速响应和高精度识别。

百度

实际上，对于监管部门而言，地理围栏系统是存在吸引力的，最近发生的某些事件表明有些操控无人机的“飞行员”并不可靠。最近，无人机干扰森林灭火行动、影响民用航班起降的事件频频发生，甚至还出现在了白宫的草坪上，此举也导致了无人机在华盛顿特区的全面禁飞。

但毫无疑问的是，无人机会迅速占领我们的天空。美国联邦航空局曾预测在刚刚过去的圣诞假期中会有价值百万美元的产品售出，而民用无人机市场将在不到十年的时间内扩展成为40亿美元的大市场。找到一种方法以确保无人机拥有者对自己的行为负责，是很重要的。

标配

早期的地理围栏系统很容易出现错误和混乱，所以无人机的制造商和监管者要在安全性方面慎之又慎。

“这些东西并不一定是坏事，因为这方面的市场还没成熟。”Gartner研究总监Brian Blau表示，“ 这类设备仅处于起步阶段，而且我们相信，过段时间，一些特性就会显现出来，尤其是关于禁飞区的特性。”

2013年，大疆推出了自行开发的“禁飞区”标记系统，尽管对于以其为代表的这些无人机公司来说在技术上并不复杂，但是要对禁飞区进行统一编码则要有所受限。

美国联邦航空局正在不断设立临时禁止通行区域：体育赛事的领空，总统车队经过的区域等等。原始的地理系统不仅会产生诸如关于废弃飞艇基地的误报，还对更新的新禁区一无所知。

成本

眼下，地理围栏系统还只搭载于高端无人机上。这些无人机的飞行员往往是专业人士，拥有美国联邦航空局给的无人机商用的许可证，可进行空中摄影和录像。这些人往往对空域限制最为清楚，在飞行中也很负责任。并且，地理围栏系统并不便宜，而玩具式的无人机的控制者更可能是孩子或缺乏经验的经营者。也就是说，这些地理围栏系统可以区分哪些飞行员更应该对飞行负责。

不过，这些系统并不能确保无人机的安全。地理围栏系统能够起到一定的防护作用，但并不能被完全指望。“这是最后的防护手段，”Gyokeres说。“但如果无人机自行关闭的话，更大的问题就出现了。这意味着我需要更加关注在那里而不是有什么在身边发生。”

美国联邦航空局也同意这个观点，它承认建立关于无人机的飞行限制软件是有用的，但仍希望无人机的飞行员能对自己的行为负责。虽然禁飞区的数据是基于联邦航空局的信息，但其并不认可那些特定的地理围栏系统（其建议使用官方的应用程序和资源来确保得到的信息是最准确的）。

“一架飞行中的飞机，无论上面有没有人，都需要对规则进行了解，并实现安全的飞行。”

系统

尽管美国联邦航空局对此兴趣平平，圣莫尼卡的AirMap还是在致力于推动实践无人机测绘的想法，其将在下一代的地理围栏系统和三维机器人中扮演一个重要的角色——据悉，大疆的地理围栏系统即是基于其的公开测试版本，不少机器人也内置了AirMap的应用程序。

AirMap的推出不足1年，但它想要做的不仅仅是提供无人机地图，它的最终目标是要实现对无人机的自动化控制。

AirMap的主要优势是它提供的信息具有广度和时效性。随着永久飞行限制和国际空域的信息，它拥有临时飞行限制和关于禁飞区的最新信息。“我们直接从美国联邦航空局获得了临时飞行限制信息，”格雷格·麦克尼尔，AirMap联合创始人如是说。 “我们已经创建了自己的专有算法发布（那些）未被发表的临时飞行限制。”

这些未发表的限制通常适用于可容纳3万人以上的体育场馆，而且美国联邦航空局并没有列出体育赛事所有禁飞区。所以当无人机遇到禁飞区时，是要自动登陆还是对驾驶员进行警告则就要看制造商打算如何处理了。

不同于第一代地理围栏系统，AirMap的数据集包括有关临时飞行限制的总和，同时它的信息适用于航空公司飞行员数据系统的标准。 “这就是所谓的DO-200A标准认证，”麦克尼尔说。 “要实现飞行安全的话，是不能依靠众包或开放源码的信息的。”

这并不意味着没人能将装有地理围栏系统的无人机飞入禁飞区。大疆的地理围栏系统虽然可以被“永久锁定”，但还是可让通过验证的用户绕过某些飞行限制。 “在消防方面，我们要避免无人机产生干扰，但是我们也希望，能够让消防队员使用无人机来更安全更有效地进行灭火工作。”布伦丹·舒尔曼，大疆政策和法律事务的负责人这样表示。 “而且，通过验证的的用户提供了对有害事件问责的可能性。”

地理围栏系统

在无人驾驶飞机的安全性和导航意识方面，更聪明的地理围栏系统只是实现更安全空域的第一步。美国联邦航空局、飞行员和无人机制造商都同意，如果天上有越来越多的无人机，那就需要有一个可以确保他们能够实现合理飞行的通信系统。

Gyokeres根据无人机、飞行员、地方和联邦机构之间的数据设想在不久的将来，准确性和空域信息的即时更新只是其中的一部分。“我对未来的憧憬是，”Gyokeres说道， “在我出发之前，我会通过手机将我的飞行计划提交给美国联邦航空局。然后，我要走出去，打开无人机，并且无人机会与空域系统进行沟通。系统会将无人机的高度，距离与位置都告诉我。”最终，这将是关于沟通的问题。 “我想了很多的问题，但似乎问题在于，美国联邦航空局不知道到底我们在做什么。”

AirMap的长期计划与这个愿景相关。麦克尼尔说增加导频意识仅仅是实现目的的第一步。他说，AirMap已经在考虑通信和对系统进行集中控制。这些对于实现有人驾驶和无人驾驶的安全共存很重要。

“运营商能了解无人机周围的领空状况，所以为什么不让无人机通过技术实现位置信息的交互？”麦克尼尔说。 “不过无人机要实现位置信息的互换，至少需要五到十年。”

这就是美国航天局的项目，其与斯坦福大学的科学家和一些私营公司建立了无人机的无人交通管理系统，致力于解决无人机之间的沟通问题，避免碰撞，并对空中交通进行辅助管理。无人机交通系统将需要更多的专用运输线，麦克尼尔表示，由于在天空中的环境和身体状况总是在不断变化，所以需要强大的计算机来创建动态路由占比的变化。

这并不完全是在为谷歌和亚马逊而建的航空基础设施。麦克尼尔说AirMaps正在与几个小型的希望在安全特性上有所作为的的无人机制造商进行商讨。这些便宜的无人机没有配置GPS，但可以使用智能手机来获取关于空域的信息——玩具无人机、专业消费级无人机和商业无人机都将在不久的将来更聪明。目前，更大的障碍是如何实现他们之间的沟通。

也许，这是我们离科幻电影中城市上空小型飞行器纷飞、却在高速中井然有序的画面，最近的一次。