深圳市无人机行业协会专家潘泉等|无人机系统自主安全：定义、建模与分级

研究意义

       随着无人机系统自主性与智能化水平的不断提升，面向飞行环境复杂化、任务多变化、威胁多域化、以及人机交互深度化等挑战， 无人机系统安全性涌现出了新的系统性风险和脆弱问题。

       从机的角度看，飞行器飞行的自主能力提升几乎没有上界，而从人的角度看，安全保障却没有得到足够的重视与关切。现在和未来的飞行器，已经不是“高高在上，不‘视’人间烟火的空中机器人”，可以随时出现在我们身边，可以融入更广泛的赛博空间等领域。

       因此，以适航飞行为核心的传统安全定义已不能满足现在和未来无人机系统的自主与安全需求。类似于传统机器人技术经历迅猛发展进而建立艾西莫夫“机器人三原则”的过程，无人机安全需要从自主性这一固有的本质属性出发，给出新定义，建立新模型，构建新框架。

 无人机自主与安全

本文工作

       本文在系统综述了当前关于无人机自主性、无人机物理安全、无人机信息安全、以及无人机智能安全的相关研究现状和发展动态的基础上，从“自主性”这一无人机固有的本质属性出发，初步研究了无人机自主安全架构，主要贡献包括以下四个方面：

     （1） 从自主的角度研究安全，提出了无人机“自主安全”新概念。所谓“自主安全”指无人机本体所具备的面向系统高度自主或智能自主时自主提供一种高度可靠的安全保障措施的能力 （能够自主达到并保持系统安全的能力）。其中，无人机本体是关键，自主是内核，安全是保障功能，自主安全资源配置、外部资源以及人工干预程度为衡量指标。其内涵即为在特定任务场景下，无人机本体不依赖或很少依赖外部资源和人工干预，以最小的自主安全资源配置，最高程度地自主完成任务，最大限度地自主避免不安全状态和任务环境中的不安全因素，确保本体不遭受突发或者恶意的破坏或损毁，以及不形成对人、环境的威胁。

     （2） 以面向无人自主的物理、信息、智能等多域威胁为切入点，基于IPDRR 模型与 OODA 循环的共性属性特征，初步建立了无人机自主安全要素表征模型 （R3模型）。此表征模型提出的目标是构建无人机自主安全架构 （模型、分级等），探索无人系统应对多域安全威胁问题，提出在多域威胁与有限自主安全资源配置等复杂约束下无人系统自主安全的新理念和新范式。

     （3） 构建了面向多域安全威胁和系统高度自主的无人机系统自主安全新模型。一方面，采用 PASS （Power of Autonomous Safety & Security） 表示无人机在执行特定任务时、对人和环境产生威胁时、以及无人机系统遭遇物理、信息、智能等多域安全威胁时， 无人机本体所具备的自主性与安全保障能力， 其中 Safety & Security 表征面向多域威胁的安全性；另一方面，为获得对人工干预和外部资源依赖程度最低下的最小自主安全资源配置方案， 采用多域要素特征先验分布下的自主安全资源配置代价的最小期望估计构建无人机系统自主安全优化函数。

     （4） 将所无人机自主安全模型中的要素特征 （威胁的类型、威胁的数量、威胁的危害/损伤程度、无人机自主水平等）、自主可控与可恢复程度 （传感资源、各类计算资源、各类执行资源等机载自主安全资源配置方案）、人工干预和外界资源依赖程度 （人工决策和操作， 地面资源辅助） 作为评测无人机系统自主安全能力的三要素， 通过分析三要素所占比例提出了无人机系统自主安全能力分级。

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