Dronetoiminnan automaatio etenee kokeilujen kautta

Ilmailu on pitkään ollut edelläkävijä liikennevälineen automatisoinnin suhteen. Lentokoneissa kokeiltiin jo vuonna 1912 ensimmäisiä autopilotteja, jotka pystyivät pitämään lentokoneen suoralla kurssilla. Ensimmäinen täysin automatisoitu laskeutuminen tehtiin 1960-luvun puolivälissä, jolloin mukana oli kuitenkin vielä pilotti valvomassa tilannetta. Nykyään joillain lentokentillä on jo mahdollista automaation taso, jossa lentokone itse lentää lähtöpaikan kiitotien päästä laskeutumiseen ja jarrutukseen asti määränpäässä itsenäisesti lentäjän vain tarkkaillessa prosessia.

Tällä hetkellä voimakkaan kehityksen keskellä on miehittämätön ilmailu eli dronetoiminta, jossa kauko-ohjaaja ohjaa laitetta muualta kuin ilma-aluksen kyydistä tai ohjaaja jopa puuttuu kokonaisuudesta kokonaan. Miehittämättömän ilmailun lainsäädännössä on erikseen määritetty automaattinen toiminta, jota ihminen kuitenkin tarkkailee ja autonominen toiminta, missä järjestelmä hoitaa itse omat päätöksensä.

Dronetoiminnassa kehitystä ja kokeiluja tehdään tällä hetkellä kahteen eri suuntaan. Toisessa kehityksen suunnassa siirrytään hyötykuorman kantamisesta sen kuljettamiseen ja luovuttamiseen. Samalla kuorman kokoa pyritään kasvattamaan ja laajentamaan ihmisten kuljetukseen. Toinen kehityksen suunta taas lisää laitteiden autonomiaa. Tällä hetkellä ollaan kohdassa, jossa laitteet voivat tehdä paljon asioita lentäjän tai kauko-ohjaajan puolesta, mutta ihmistä ei ole poistettu prosessitarkkailijan roolista.

Tässä blogissa tarkastelen sitä, miten Traficom edistää automaation kehittymistä dronetoiminnassa, kerron U-space ympäristöstä, pohdin viestiliikenneyhteyksien tarpeita osana kehitystä ja tuon esiin vuoropuhelun merkitystä kehityskulussa.

Traficom tukee dronejen tutkimusta ja mahdollistaa kokeiluja

Suomen keskeisenä tavoitteena on olla houkutteleva ympäristö dronekokeilujen ja -testien tekemiselle ja olla yksi edelläkävijämaista, joissa miehittämättömän ilmailun palveluita otetaan käyttöön teknisen kehityksen sallimassa tahdissa.  Miehittämättömässä ilmailussa nähdään iso kaupallinen potentiaali. Meillä Traficomissa keskeistä on teknologisen kehityksen mahdollistaminen.

Suomi ja Traficom haluavat olla mukana kehityksen ja tutkimuksen tukena, ja siinä olemme ihan hyvin onnistuneetkin. Toimijat tiedostavat, että meillä on

1. Positiivinen ja mahdollistava asenne dronekokeiluja kohtaan. Olemme valmiit etsimään asiakkaan kanssa yhdessä niitä ratkaisuja, millä heidän kokeilunsa voidaan toteuttaa voimassa olevan sääntelyn puitteissa.
2. Suomessa on käytettävissä vapaata ilmatilaa ja sen ilmatilan alla ihmisistä tyhjää maastoa. Kokeilut suuntautuvat aiemmin kerrotusti kahteen pääsuuntaan: hyötykuorman kuljettamiseen ja laitteiden autonomian lisäämiseen. Kummankin suunnan kokeiluille voidaan löytää alueita, joissa on mahdollista kokeilla, kehitysaskeleen koosta riippumatta, uusia ratkaisuja, ja joissa pystymme perustellusti hallitsemaan sekä ilmariskiä muiden ilmatilan käyttäjien suhteen että maariskiä maassa olevan rakennetun infran ja kokeiluihin osallistumattomien henkilöiden suhteen.

Olemme tukeneet asiakkaiden tarpeita tehdä kokeiluja isojen, autonomisten tai ihmistä kuljettamaan pystyvien laitteiden osalta esimerkiksi erilaisten ilmatilaratkaisujen avulla tutkimus- ja kokeilutoimintaa varten. Toimintaa on testattu esimerkiksi isojen ja pitkään lentävien tarkkailudronejen osalta, vilkkaassa lentokenttäympäristössä, maiden rajat ylittävässä toiminnassa sekä tavarakuljetuksissa.

Kansainvälisesti Suomi pyrkii pitämään mahdollistavan dronesääntelyn lippua korkealla.  Vaikutamme aktiivisesti siviili-ilmailun ja erityisesti miehittämätöntä ilmailua koskevan sääntelyn valmisteluun EU:ssa ja osallistumme miehittämätöntä ilmailua koskevien kansainvälisten standardien ja suosituksien kehittämiseen kansainvälisessä siviili-ilmailujärjestö ICAO:ssa.

U-space ympäristö mahdollistaa dronejen automatisoidun liikenteen ohjauksen

On mielenkiintoinen kysymys, kuinka voimakkaasti liikenneinfran tulee tukea itsenäistä liikennevälinettä. Robottiautoissa on meneillään vaihe, jossa autoon itseensä laitetaan merkittävä määrä sensoreita ja laitteita sekä tietokonelaskentakykyä, jotta se pystyy infrasta huolimatta havainnoimaan ympäristöstään riittävästi ja tekemään omien havaintojensa perusteella päätöksiä. Ilma-aluksissa on laitteen toiminnan kannalta ja fysiikan lakien mukaisesti hyvät syyt välttää turhan painon kantamista mukana. Jokainen lisätty anturi lisää painoa, jota pitää nostaa ja ylläpitää nostettuna maan vetovoimaa vastaan.

Miehittämättömän ilmailun kehityskulussa on tunnistettu tärkeäksi se, että infra tukee liikennevälinettä. Dronejen tiiviimpää yhteensovittamista, autonomisia lentoja sekä miehitetyn ja droneilmailun haasteita ratkomaan on määritetty yhteiseurooppalaista lainsäädäntöä dronejen automatisoidulle liikenteenohjaukselle. Tämä kuuluu kokonaisuuteen, johon viitataan yleensä sanalla U-space. U-space lainsäädäntö on jo julkaistu, ja se tulee sovellettavaksi ensi vuoden tammikuussa. U-space-sääntelyllä pyritään dynaamiseen ja joustavaan ilmatilan käyttöön, jossa miehittämätön ja miehitetty ilmailu voidaan sovittaa yhteen turvallisesti.

U-space ympäristössä on mahdollista ohjata miehittämättömän ilmailun liikennettä automatisoidusti huomioiden kaikkien toimijoiden tarpeet. Iso muutos näiden ilmatilojen osalta on saada kaikki ilma-alukset, sekä miehitetyt että miehittämättömät, näkymään digitaalisesti siten, että miehittämättömän ilmailun palveluntarjoajat pystyvät pitämään miehittämättömän ilmailun poissa miehitetyn tieltä. Miehittämätön alus väistää näin aina miehitettyä alusta. Jälkimmäisen ei tarvitse huolehtia ilmatilassa viuhuvista droneista, kun näkyy itsekin digitaalisessa ympäristössä.

Automatisoidun liikenteen viestintäyhteydet

Kuten on käynyt ilmi, liikennevälineen toimiessa pääosan ajasta itsenäisesti, tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että se olisi täysin omassa kuplassaan. Usein välttämättömänä ja kriittisenä osana yhtälöä ovat liikennevälineen yhteydet muihin asioihin, kuten infraan, toisiin liikennevälineisiin, ohjausasemiin ja liikenteenjärjestelyfunktioihin.

Tämä tietysti aiheuttaa omat reunaehtonsa ja tarpeet viestiliikenneyhteyksille ja niiden käytettävyydelle. Yksi helpoiten tunnistettavista laajan maantieteellisen peittoalueen ja halpojen laitteiden ratkaisu on ihmisten mielissä matkaviestinverkko ja sen hyödyntäminen automatisoidun liikenteen viestiyhteysratkaisuna.

Ilmailu on tällä hetkellä siinä mielessä erikoisasemassa, että matkaviestinverkkoa ei ole erityisesti suunniteltu käytettävän ilmasta käsin. On useita näkökulmia, joita tulee huomioida, kuten esimerkiksi se, että verkkopalvelun toteuttaminen, saatavuus ja laatu ovat ilmanäkökulmasta varsin erilaisia kuin maan pinnalta katseltuna ja ilma-alusten nopeudet saattavat olla aika suuria. Lisäksi ilmailu on perinteisesti tukeutunut vain ilmailun käyttöön varattuihin taajuuksiin. Laajamittainen matkaviestinverkkojen käyttö ilma-aluksissa vaatii vielä kehittämistyötä. Siksi päätelaitteen käyttö ilmassa on luvasta vapaata tänä päivänä vain viranomais- ja huoltovarmuuskriittiseen toimintaan. Muut voivat hakea Traficomilta radiolupaa.

Tämä tuo selkeästi esille tarpeen poikkitieteelliseen keskusteluun ja yhdessä tekemiseen Traficomin sisällä viestintäverkkojen ja liikennejärjestelmien välillä. Keskustelu on välttämätöntä, ja meille on siihen hyvät edellytykset ja tarvittava osaaminen.

Laaja-alainen vuoropuhelu vie eteenpäin

Kehitys kehittyy ja siinä tarvitaan laaja-alaista vuoropuhelua. Tulevatko ihmisiä kuljettavat dronet joskus osaksi joukkoliikennejärjestelmää? Mitä tapahtuu kauko-ohjaajan, lentäjän tai lennonjohtajan roolille automaation edetessä? Skaalautuvatko matkaviestinverkot automaattisen ja autonomisen liikennejärjestelmän tarpeisiin kaikissa liikemuodoissa vai tullaanko ilmailua varten tukeutumaan johonkin omaan ratkaisuun? Elämme tulevaisuutta nyt.

Kirjoittaja Patrik Söderström työskentelee erityisasiantuntijana Traficomin miehittämättömän ilmailun tiimissä