今天我們繼續(xù)來(lái)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(xì)分析了智能家居入侵者檢測(cè)以及高速公路上的入侵者檢測(cè)的場(chǎng)景和需求，這些都屬于針對(duì)物體的監(jiān)測(cè)和跟蹤的用例。除此之外，還有針對(duì)環(huán)境和運(yùn)動(dòng)方面的監(jiān)測(cè)用例。

物體的監(jiān)測(cè)和跟蹤：Object?detection and tracking；環(huán)境監(jiān)測(cè)：Environment?monitoring；運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)：Motion?monitoring；

今天我們接著來(lái)了解另外一類物體的監(jiān)測(cè)和跟蹤：無(wú)人機(jī)相關(guān)用例。

01、無(wú)人機(jī)飛行軌跡追蹤用例

無(wú)人機(jī)，簡(jiǎn)稱UAV（Unmanned aerial vehicle）。目前各種商業(yè)無(wú)人機(jī)（commercial UAVs）服務(wù)正逐漸興起。商用無(wú)人機(jī)通常按照預(yù)先設(shè)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(wú)人機(jī)（package-delivery UAV）從包裹寄件人處飛行至包裹收件人處；任務(wù)執(zhí)行（例如環(huán)境監(jiān)測(cè)）無(wú)人機(jī)從無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)飛行至目標(biāo)區(qū)域。

對(duì)于這些商用無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，航線至關(guān)重要。它們的飛行路線由無(wú)人機(jī)服務(wù)運(yùn)營(yíng)商、無(wú)人機(jī)管理部門或無(wú)人駕駛航空系統(tǒng)服務(wù)供應(yīng)商(USS )/非螺旋槳航空系統(tǒng)交通管理 ( UTM ) 進(jìn)行優(yōu)化和批準(zhǔn)。通常，它們的飛行距離最短，需避開(kāi)禁飛區(qū)，并與障礙物（例如建筑物、樹(shù)木、山丘）和其他商用無(wú)人機(jī)保持安全距離。

雖然無(wú)人機(jī)配備了傳感器，來(lái)保持它可以沿著航線飛行，但外部的無(wú)人機(jī)飛行軌跡追蹤功能仍然是必要的，因?yàn)檫@些傳感器有時(shí)會(huì)受到限制。例如，攝像頭會(huì)受到光照的影響；無(wú)人機(jī)載雷達(dá)會(huì)受到降雨或降雪的影響等。如果發(fā)生這些事件，無(wú)人機(jī)將無(wú)法正確判斷自身的位置、高度或速度，從而無(wú)法遵循追蹤的航線。

雖然目前已有專用的無(wú)人機(jī)監(jiān)視設(shè)備和雷達(dá)，但由于可用場(chǎng)地不足、安裝和維護(hù)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(jīng)濟(jì)有效的方法來(lái)追蹤這些無(wú)人機(jī)，例如，無(wú)處不在的5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施可以更好地追蹤每架無(wú)人機(jī)的飛行軌跡。

具體來(lái)說(shuō)，5G RAN可以依靠無(wú)線電感知來(lái)獲取無(wú)人機(jī)位置和運(yùn)動(dòng)信息（例如距離、角度），并將3GPP感知數(shù)據(jù)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(diǎn)，并提高感知結(jié)果的準(zhǔn)確性和魯棒性。這種改進(jìn)是由于UE的密度高于基站，這增加了某些UE位于與無(wú)人機(jī)距離比與5G RAN距離更短的位置的可能性（例如，無(wú)人機(jī)位于兩個(gè)5G RAN中間，而UE位于無(wú)人機(jī)下方），或者考慮到無(wú)人機(jī)在不同反射方向上的雷達(dá)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(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施收集感知數(shù)據(jù)?？尚诺谌綉?yīng)用（例如無(wú)人機(jī)服務(wù)運(yùn)營(yíng)商、無(wú)人機(jī)管理部門、USS/UTM）提供無(wú)人機(jī)飛行軌跡追蹤服務(wù)。

服務(wù)流程的舉例如下：

某無(wú)人機(jī)運(yùn)營(yíng)商/UTM在5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域提供包裹遞送服務(wù)，向5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商訂購(gòu)無(wú)人機(jī)飛行軌跡追蹤服務(wù)。

無(wú)人機(jī)運(yùn)營(yíng)商/UTM向5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供待感知無(wú)人機(jī)特征、時(shí)間和空間（涵蓋管制的無(wú)人機(jī)飛行航線及可能的偏離航線地點(diǎn)）的無(wú)人機(jī)飛行軌跡追蹤服務(wù)。

當(dāng)指定時(shí)間開(kāi)始時(shí)，5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在指定空間啟動(dòng)無(wú)人機(jī)飛行軌跡追蹤功能，直至指定時(shí)間結(jié)束。

無(wú)人機(jī)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(guò)無(wú)線電感知，一組5G基站和UE探測(cè)到無(wú)人機(jī)#1，然后估算其位置和運(yùn)動(dòng)相關(guān)指標(biāo)（例如距離、角度）以及目標(biāo)物體是否在覆蓋范圍內(nèi)，從而生成3GPP感知數(shù)據(jù)。5G RAN和UE隨后將3GPP感知數(shù)據(jù)發(fā)送到 5G感知處理單元。

在某些情況下，在飛行過(guò)程中，如果基于感知和位置信息檢測(cè)到 UAV#1?離開(kāi)了舊基站的覆蓋范圍并進(jìn)入了新基站的覆蓋范圍，則舊基站可以停止無(wú)線電感知并以省電模式運(yùn)行。新基站將啟動(dòng)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(jù)5G感知處理單元估計(jì)的 UAV 位置和速度來(lái)判斷 UAV#1?是否離開(kāi)了基站的覆蓋范圍。因此，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)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(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)指定的時(shí)間段配置基站感知操作的啟動(dòng)和停止。在其他情況下，無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中，基于位置信息、飛行軌跡、感知需求、網(wǎng)絡(luò)狀況（例如網(wǎng)絡(luò)負(fù)載）等，如果檢測(cè)到當(dāng)前監(jiān)測(cè)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(lái)監(jiān)測(cè)UAV#1，則可以觸發(fā)主動(dòng)感知切換。這將有利于感知服務(wù)的連續(xù)性。

5G傳感處理單元從一個(gè)或多個(gè)RAN和UE收集無(wú)人機(jī)3GPP感知數(shù)據(jù)，并估計(jì)其位置和速度，并將感知結(jié)果（例如無(wú)人機(jī)位置、速度）實(shí)時(shí)發(fā)送給無(wú)人機(jī)操作員和/或UTM。

根據(jù)接收到的傳感結(jié)果，無(wú)人機(jī)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(cè)到偏離航線事件，則會(huì)進(jìn)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(yùn)送到目的地，或者其偏離航線的行為被感知到。

無(wú)人機(jī)飛行軌跡追蹤傳感結(jié)果性能要求

所以在這個(gè)用例中，5G系統(tǒng)應(yīng)能夠支持RAN和UE感知感興趣的空中無(wú)人機(jī)的特征，包括生成與物體的位置和運(yùn)動(dòng)指標(biāo)相關(guān)的3GPP感知數(shù)據(jù)。并可以暫時(shí)關(guān)閉不參與感知和通信操作的發(fā)射器和接收器，或者調(diào)整感知操作參數(shù)（例如感知頻率）。并且根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的政策，5G網(wǎng)絡(luò)可為運(yùn)營(yíng)商提供安全手段，向可信第三方公開(kāi)所需感知服務(wù)區(qū)域位置的感知服務(wù)可用性信息。5G系統(tǒng)應(yīng)能夠提供支持感知服務(wù)連續(xù)性的手段，等等。以下是性能需求KPI：

場(chǎng)景：無(wú)人機(jī)飛行軌跡追蹤置信度：不適用定位估計(jì)精度：1-2米（水平/垂直）速度估計(jì)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(wù)延遲：100~1000 ms刷新率：1Hz漏檢率：5%誤報(bào)率：5%

02、無(wú)人機(jī)入侵檢測(cè)感知用例

無(wú)人機(jī)廣泛應(yīng)用于航拍、警務(wù)、城管、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、氣象、電力、搶險(xiǎn)救災(zāi)等各種場(chǎng)景。特別是未來(lái)的智慧城市，大量的無(wú)人機(jī)將被用于改善我們?nèi)粘Ｉ畹馁|(zhì)量，包括工業(yè)巡檢、治安巡邏、貨物運(yùn)輸、視頻直播等。然而，這也給無(wú)人機(jī)監(jiān)管帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，原因如下：

1 ）低空無(wú)人機(jī)具有數(shù)量多、體積小、飛行區(qū)域廣、廣泛用于執(zhí)行復(fù)雜多樣任務(wù)的特點(diǎn)，如果僅使用傳統(tǒng)的雷達(dá)系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)監(jiān)管將變得非常困難。

2 ）無(wú)人機(jī)可能會(huì)有意或無(wú)意地侵入某些禁飛區(qū)（如機(jī)場(chǎng)、軍事基地），并導(dǎo)致嚴(yán)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(wú)人機(jī)交通等。

那么5G無(wú)線信號(hào)可用于提供通信的無(wú)線接入，同時(shí)還可以生成用于物體檢測(cè)的傳感數(shù)據(jù)，例如感知特定區(qū)域內(nèi)非法飛行的無(wú)人機(jī)的存在或接近程度。5G系統(tǒng)可以通過(guò)處理感知數(shù)據(jù)并輸出感知信息（例如相對(duì)位置、高度、距離、速度、方向）來(lái)提供感知服務(wù)。在這種情況下，5G系統(tǒng)可用于在無(wú)人機(jī)非法飛行禁區(qū)場(chǎng)景中感知無(wú)人機(jī)入侵，包括輕軌、機(jī)場(chǎng)、政府設(shè)施、研究機(jī)構(gòu)、高鐵站、臨時(shí)演出場(chǎng)地以及其他永久或臨時(shí)禁區(qū)等。

此外，考慮到無(wú)人機(jī)進(jìn)入禁區(qū)是違法的，甚至無(wú)人機(jī)本身也可能是違法的，這種感知操作不需要無(wú)人機(jī)的配合。這意味著無(wú)人機(jī)可能不知道這種感知操作。當(dāng)多架無(wú)人機(jī)出現(xiàn)在同一禁區(qū)時(shí)，5G系統(tǒng)可以感知多架無(wú)人機(jī)的存在或接近。下圖展示了無(wú)人機(jī)與輕軌碰撞風(fēng)險(xiǎn)（一級(jí)）。

另一個(gè)例子是航線保護(hù)區(qū)入侵檢測(cè)：無(wú)人機(jī)航線碰撞事故（二級(jí)）。與寬闊的禁飛區(qū)（例如機(jī)場(chǎng)、軍事基地）相比，無(wú)人機(jī)的飛行路線由UTM預(yù)先分配，在給定的時(shí)間段內(nèi)，垂直和水平空間受到限制，并且通常更窄更長(zhǎng)，對(duì)入侵者的位置要求更嚴(yán)格。此類空間路線應(yīng)受到保護(hù)，以防止非法或未合作的無(wú)人機(jī)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(gè)橫截面積為40 x 20米的3D隧道，5G系統(tǒng)應(yīng)在空間和時(shí)間上連續(xù)監(jiān)控或感應(yīng)該隧道，以檢測(cè)是否存在未經(jīng)授權(quán)的使用。如果在給定的無(wú)人機(jī)路線上檢測(cè)到非法無(wú)人機(jī)，5GS將觸發(fā)入侵警報(bào)，UTM將采取進(jìn)一步措施，警告已分配該路線的無(wú)人機(jī)可能重新規(guī)劃路線或采取其他必要行動(dòng)。

例如，有三架無(wú)人機(jī)（A、B、C）在禁區(qū)周圍飛行。無(wú)人機(jī)A飛入物流無(wú)人機(jī)的航線保護(hù)區(qū)并被檢測(cè)到，并以所需的精度進(jìn)行密切跟蹤；當(dāng)無(wú)人機(jī)B和無(wú)人機(jī)C在輕軌附近飛行被檢測(cè)到，并以所需的精度進(jìn)行密切跟蹤。在感知領(lǐng)域，5G系統(tǒng)實(shí)時(shí)向UTM上報(bào)感知結(jié)果，并持續(xù)感知。

USS /UTM 可以觸發(fā)向無(wú)人機(jī)發(fā)送警告信息，通知控制器根據(jù)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感信息的分析結(jié)果，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行預(yù)警?；蛘撸琔SS/UTM將觸發(fā)無(wú)人機(jī)對(duì)抗措施，阻止無(wú)人機(jī)在物流無(wú)人機(jī)的禁飛區(qū)或航線保護(hù)區(qū)內(nèi)飛行。

無(wú)人機(jī)入侵檢測(cè)感知結(jié)果性能要求如下：

場(chǎng)景：戶外無(wú)人機(jī)入侵檢測(cè)（一級(jí)）置信度：95%定位估計(jì)精度：≤10m（水平/垂直）速度估計(jì)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(wù)延遲：≤1000 ms刷新率：≤1Hz漏檢率：≤5%誤報(bào)率：≤5%
（二級(jí)）置信度：95%定位估計(jì)精度：≤5m（水平/垂直）速度估計(jì)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(wù)延遲：≤1000 ms刷新率：≤1Hz漏檢率：≤5%誤報(bào)率：≤5%

（未完待續(xù)）

3GPP的通感用例和需求分析-1