芯耀
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今天我們繼續(xù)來看3GPP定義的通感用例。在3GPP的通感用例和需求分析-1中，詳細分析了智能家居入侵者檢測以及高速公路上的入侵者檢測的場景和需求，這些都屬于針對物體的監(jiān)測和跟蹤的用例。除此之外，還有針對環(huán)境和運動方面的監(jiān)測用例。
物體的監(jiān)測和跟蹤：Object?detection and tracking；環(huán)境監(jiān)測：Environment?monitoring；運動監(jiān)測：Motion?monitoring；
今天我們接著來了解另外一類物體的監(jiān)測和跟蹤：無人機相關用例。
01、無人機飛行軌跡追蹤用例
無人機，簡稱UAV（Unmanned aerial vehicle）。目前各種商業(yè)無人機（commercial UAVs）服務正逐漸興起。商用無人機通常按照預先設定的航線飛行，遵循規(guī)定的位置、高度、速度和方向。例如，包裹遞送無人機（package-delivery UAV）從包裹寄件人處飛行至包裹收件人處；任務執(zhí)行（例如環(huán)境監(jiān)測）無人機從無人機機場飛行至目標區(qū)域。
對于這些商用無人機來說，航線至關重要。它們的飛行路線由無人機服務運營商、無人機管理部門或無人駕駛航空系統(tǒng)服務供應商(USS )/非螺旋槳航空系統(tǒng)交通管理 ( UTM ) 進行優(yōu)化和批準。通常，它們的飛行距離最短，需避開禁飛區(qū)，并與障礙物（例如建筑物、樹木、山丘）和其他商用無人機保持安全距離。
雖然無人機配備了傳感器，來保持它可以沿著航線飛行，但外部的無人機飛行軌跡追蹤功能仍然是必要的，因為這些傳感器有時會受到限制。例如，攝像頭會受到光照的影響；無人機載雷達會受到降雨或降雪的影響等。如果發(fā)生這些事件，無人機將無法正確判斷自身的位置、高度或速度，從而無法遵循追蹤的航線。
雖然目前已有專用的無人機監(jiān)視設備和雷達，但由于可用場地不足、安裝和維護成本高，其大規(guī)模部署面臨很大挑戰(zhàn)。相比之下，使用5G系統(tǒng)可以提供一種經濟有效的方法來追蹤這些無人機，例如，無處不在的5G網絡基礎設施可以更好地追蹤每架無人機的飛行軌跡。
具體來說，5G RAN可以依靠無線電感知來獲取無人機位置和運動信息（例如距離、角度），并將3GPP感知數(shù)據發(fā)送到位于5G系統(tǒng)中的感知處理單元。如下圖所示，連接到5G RAN的UE可以配置為輔助感知操作，從而增加感知覆蓋范圍，提供更多定位參考點，并提高感知結果的準確性和魯棒性。這種改進是由于UE的密度高于基站，這增加了某些UE位于與無人機距離比與5G RAN距離更短的位置的可能性（例如，無人機位于兩個5G RAN中間，而UE位于無人機下方），或者考慮到無人機在不同反射方向上的雷達截面 (RCS) 變化，某些UE位于比5G RAN具有更大RCS的反射方向上。
5G感知處理單元可以從一個或多個網絡基礎設施收集感知數(shù)據?？尚诺谌綉茫ɡ鐭o人機服務運營商、無人機管理部門、USS/UTM）提供無人機飛行軌跡追蹤服務。
服務流程的舉例如下：
某無人機運營商/UTM在5G網絡覆蓋區(qū)域提供包裹遞送服務，向5G網絡運營商訂購無人機飛行軌跡追蹤服務。
無人機運營商/UTM向5G網絡運營商提供待感知無人機特征、時間和空間（涵蓋管制的無人機飛行航線及可能的偏離航線地點）的無人機飛行軌跡追蹤服務。
當指定時間開始時，5G網絡運營商在指定空間啟動無人機飛行軌跡追蹤功能，直至指定時間結束。
無人機操作員控制UAV#1，并按照規(guī)定的飛行路線飛往包裹投遞目的地。
通過無線電感知，一組5G基站和UE探測到無人機#1，然后估算其位置和運動相關指標（例如距離、角度）以及目標物體是否在覆蓋范圍內，從而生成3GPP感知數(shù)據。5G RAN和UE隨后將3GPP感知數(shù)據發(fā)送到 5G感知處理單元。
在某些情況下，在飛行過程中，如果基于感知和位置信息檢測到 UAV#1?離開了舊基站的覆蓋范圍并進入了新基站的覆蓋范圍，則舊基站可以停止無線電感知并以省電模式運行。新基站將啟動并持續(xù)感知 UAV#1，直到其超出覆蓋范圍。需要注意的是，可以根據5G感知處理單元估計的 UAV 位置和速度來判斷 UAV#1?是否離開了基站的覆蓋范圍。因此，網絡可以根據此信息決定在某些基站中激活或停用感知功能。在其他情況下，網絡可以根據指定的時間段配置基站感知操作的啟動和停止。在其他情況下，無人機在飛行過程中，基于位置信息、飛行軌跡、感知需求、網絡狀況（例如網絡負載）等，如果檢測到當前監(jiān)測UAV#1?的基站的感知覆蓋范圍減弱，或有新的基站可以提供更好的感知覆蓋范圍來監(jiān)測UAV#1，則可以觸發(fā)主動感知切換。這將有利于感知服務的連續(xù)性。
5G傳感處理單元從一個或多個RAN和UE收集無人機3GPP感知數(shù)據，并估計其位置和速度，并將感知結果（例如無人機位置、速度）實時發(fā)送給無人機操作員和/或UTM。
根據接收到的傳感結果，無人機操作員和/或UTM追蹤UAV#1?的飛行軌跡。一旦UAV操作員和/或UTM檢測到偏離航線事件，則會進一步控制UAV#1?的飛行軌跡。
UAV#1?沿著追蹤的飛行路線將包裹運送到目的地，或者其偏離航線的行為被感知到。
無人機飛行軌跡追蹤傳感結果性能要求
所以在這個用例中，5G系統(tǒng)應能夠支持RAN和UE感知感興趣的空中無人機的特征，包括生成與物體的位置和運動指標相關的3GPP感知數(shù)據。并可以暫時關閉不參與感知和通信操作的發(fā)射器和接收器，或者調整感知操作參數(shù)（例如感知頻率）。并且根據運營商的政策，5G網絡可為運營商提供安全手段，向可信第三方公開所需感知服務區(qū)域位置的感知服務可用性信息。5G系統(tǒng)應能夠提供支持感知服務連續(xù)性的手段，等等。以下是性能需求KPI：
場景：無人機飛行軌跡追蹤置信度：不適用定位估計精度：1-2米（水平/垂直）速度估計精度：1-2米/秒（水平/垂直）范圍感知分辨率：1m x 1m ~10m x 10m?速度感知分辨率：1m/s x 1m/s ~ 10m/s x 10m/s?最大感知服務延遲：100~1000 ms刷新率：1Hz漏檢率：5%誤報率：5%
02、無人機入侵檢測感知用例
無人機廣泛應用于航拍、警務、城管、農業(yè)、地質、氣象、電力、搶險救災等各種場景。特別是未來的智慧城市，大量的無人機將被用于改善我們日常生活的質量，包括工業(yè)巡檢、治安巡邏、貨物運輸、視頻直播等。然而，這也給無人機監(jiān)管帶來了巨大的挑戰(zhàn)，原因如下：
1 ）低空無人機具有數(shù)量多、體積小、飛行區(qū)域廣、廣泛用于執(zhí)行復雜多樣任務的特點，如果僅使用傳統(tǒng)的雷達系統(tǒng)，無人機監(jiān)管將變得非常困難。
2 ）無人機可能會有意或無意地侵入某些禁飛區(qū)（如機場、軍事基地），并導致嚴重后果，如使用攝像頭泄露保密或私人信息、阻塞飛行路線上的其他無人機交通等。
那么5G無線信號可用于提供通信的無線接入，同時還可以生成用于物體檢測的傳感數(shù)據，例如感知特定區(qū)域內非法飛行的無人機的存在或接近程度。5G系統(tǒng)可以通過處理感知數(shù)據并輸出感知信息（例如相對位置、高度、距離、速度、方向）來提供感知服務。在這種情況下，5G系統(tǒng)可用于在無人機非法飛行禁區(qū)場景中感知無人機入侵，包括輕軌、機場、政府設施、研究機構、高鐵站、臨時演出場地以及其他永久或臨時禁區(qū)等。
此外，考慮到無人機進入禁區(qū)是違法的，甚至無人機本身也可能是違法的，這種感知操作不需要無人機的配合。這意味著無人機可能不知道這種感知操作。當多架無人機出現(xiàn)在同一禁區(qū)時，5G系統(tǒng)可以感知多架無人機的存在或接近。下圖展示了無人機與輕軌碰撞風險（一級）。
另一個例子是航線保護區(qū)入侵檢測：無人機航線碰撞事故（二級）。與寬闊的禁飛區(qū)（例如機場、軍事基地）相比，無人機的飛行路線由UTM預先分配，在給定的時間段內，垂直和水平空間受到限制，并且通常更窄更長，對入侵者的位置要求更嚴格。此類空間路線應受到保護，以防止非法或未合作的無人機發(fā)生碰撞和非法使用。
以下圖為例，飛行路線的特征可以虛擬化為一個橫截面積為40 x 20米的3D隧道，5G系統(tǒng)應在空間和時間上連續(xù)監(jiān)控或感應該隧道，以檢測是否存在未經授權的使用。如果在給定的無人機路線上檢測到非法無人機，5GS將觸發(fā)入侵警報，UTM將采取進一步措施，警告已分配該路線的無人機可能重新規(guī)劃路線或采取其他必要行動。
例如，有三架無人機（A、B、C）在禁區(qū)周圍飛行。無人機A飛入物流無人機的航線保護區(qū)并被檢測到，并以所需的精度進行密切跟蹤；當無人機B和無人機C在輕軌附近飛行被檢測到，并以所需的精度進行密切跟蹤。在感知領域，5G系統(tǒng)實時向UTM上報感知結果，并持續(xù)感知。
USS /UTM 可以觸發(fā)向無人機發(fā)送警告信息，通知控制器根據移動網絡傳感信息的分析結果，對目標進行預警。或者，USS/UTM將觸發(fā)無人機對抗措施，阻止無人機在物流無人機的禁飛區(qū)或航線保護區(qū)內飛行。
無人機入侵檢測感知結果性能要求如下：
場景：戶外無人機入侵檢測（一級）置信度：95%定位估計精度：≤10m（水平/垂直）速度估計精度：不適用距離感知分辨率：10m?速度感知分辨率：5m/s?最大感知服務延遲：≤1000 ms刷新率：≤1Hz漏檢率：≤5%誤報率：≤5%（二級）置信度：95%定位估計精度：≤5m（水平/垂直）速度估計精度：不適用距離感知分辨率：10m?速度感知分辨率：5m/s?最大感知服務延遲：≤1000 ms刷新率：≤1Hz漏檢率：≤5%誤報率：≤5%
（未完待續(xù)）
3GPP的通感用例和需求分析-1
