未来城市空中交通管理研究综述

未来城市空中交通管理研究综述

雷斌

中国民用航空西北地区空中交通管理局空管中心区域管制中心   陕西西安   710000

摘要：城市运输是城市发展的基础，也是今后国家发展的重点。现在已经有很多关于未来的都市运营的理念，然而这些理念都与智慧的交通体系息息相关。近年来，随着5 G通信、自动驾驶和电动驱动技术的发展，UAM成为了一个非常关键的组成部分，本文将针对未来城市空中交通管理研究进行详细的论述。

关键词：未来城市；空中交通管理

引言：都市航空运输是一种以垂直或短距离方式进行的城市低空空间中的飞机及其有关的设备进行的空中运输。城市航空运输的空间面积尚未得到很好的界定。飞机具有较少的起飞和降落面积、节约城市面积、不容易受到城市的复杂地形、飞行碰撞释放的自由性。它对无人车技术更加友好，易于实现点对点的实时操作。立体的、便捷的、及时的城市航空运输可以与地面交通、地下轨道交通等交通方式相结合，并逐渐发展成为地面、地下三合一的立体交通系统。

一、市场需求

城市快速发展，城市居民人数迅速增加，土地利用空间趋于饱和，导致城市道路交通拥挤。由于我国现有的交通运输能力和日益增长的运输能力，迫切需要在现有的基础上充分利用现有的空域，发展立体交通，并逐渐建立起以航空运输为骨干的一体化的城市运输体系。从今年二月到四月，德国慕尼黑，包豪斯公司对248位回答者进行了一项关于都市交通选择的研究。研究发现，市民对都市航空运输模式的认同程度较高，而出行时间、成本、运输安全等是影响航空运输是否正常营运的重要指标。墨尔本皇家技术学院（RMIT）就澳大利亚墨尔本的城市交通运输模式进行了比较和分析。根据保时捷顾问公司的估计，2035年， eVTOL飞机公司将为740亿的全球市场提供23000台 eVTOL飞机。摩根士丹利（Morgan Stanley）预计在2040年，世界范围内的航空运输行业将会有1.5兆美金。NASA在都市航空市场的一份分析中表示，到2028年，航空巴士的运营将会有利润，到2030的时候，航空公司将会有7亿4千万的乘客。但是，虽然目前市场需求旺盛，应用前景广阔，但空域管理、适航条例、基础设施建设和公众认可程度还有待于进一步的改善。必须制定行之有效的航空运输发展策略，构建健全的航空运输系统，以达到安全高效、自动智能和绿色环保的目的。

二、城市空中交通发展现状

在今后的发展过程中，航空运输作为一种有效的手段，必然能够使我国的航空运输事业更加繁荣昌盛。当前，国内外的城市航空运输还处在初级发展的初级水平，而城市航空运输是 UTM与 ATM的交叉，还没有建立起一个完整的系统。文章试图从无人机系统、城市空中交通系统和常规空中交通系统之间的有机结合出发，对城市空中交通发展进行4个层次的规划，并对城市空中交通的运营理念进行了初步的探讨。对目前国内外航空运输的主要问题进行了分析，并对国内外航空运输的最新研究成果进行了归纳，为今后的航空运输经营提供了依据。近年来，随着自动驾驶技术、人工智能技术和5 G通信技术的不断涌现，我国的航空运输领域出现了一股新的研究浪潮。当前，国内外关于空中运输的研究进展很大，主要是针对城市的低地微型无人机的运输管理，还有基于空中出租车和空中巴士等 eVTOL飞机的 UAM运营理念等。中国已经初步建立了一个综合性的民航飞机运营管理平台，并于今年一月组织了《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例(征求意见稿)》，目的是为了对无人机的飞行行为进行规范化、限定和追究其法律义务。推动我国无人机工业的稳健发展。同年十一月，中国民航总局在深圳开展了无人飞机的飞行管制试验，并将中国民航总局的“无人飞机”空管信息服务体系（UTMISS）正式开通。利用 UTMISS，可以提供无人飞机的受限分区、申请飞行计划、信息共享等功能。在2019年2月份，民航总局颁布了《特定类无人机试运行管理规程(暂行)》，通过采用 JARUS提出的“特殊操作危险评价”（SORA）技术，实现了对无人机的安全性风险进行控制，并在正常运营场景下开展了无人机的试验和示范运行。在去年一月，亿航智慧推出了《未来城市空中交通系统白皮书》，从飞机设计、实际运行限制因素、未来应用和发展趋势等几个角度，展示了未来航空运输的广阔市场，并对无人机的设计思想和应用进行了展望。中国民航大学李诚龙等人就空域规划、地面基础设施、交通运行控制三个领域的发展状况进行了总结，并对其中一些核心问题进行了初步的讨论。根据自己的研究和初步的结果，对空域规划、流量控制、交通服务等方面提出了一种新的城市交通运营理念。对我国城市航空运输的研究领域、面临的挑战及发展对策进行了探讨。

三、城市空中交通管理体系结构框架

当前中国的航空运输还处于初级阶段，尚未建立起一套完善的航空运输系统架构。基于 UAM的运作理念，结合中国空中交通管理的特征和管理方针，结合国外的 UOM/UTM系统的实践和发展趋势，给出了中国城市空中交通管理系统的总体架构。其中，城市空运系统的系统包括空管局、交通局、公安局等各级行政机关。将城市空中交通信息网与全国空中交通管理、运营和服务相结合，实现了对空域的整合。城市航空运输管理系统提供了基于城市航空运输的流量控制、间隔保持、风险预警、导航智能等多种运输业务。都市航空公司为其自己的航班规划和接收各种类型的业务。为用户提供数据支撑，使用5 G网络，北斗卫星等通信和导航。监控设备为城市航空公司和运营商的运营数据提供支撑。

四、城市空中交通管理研究现状

（一）空域是航空领域的一种基本资源，是飞机的基本生存环境。与常规的高海拔相比，城市的空中空间资源更为稀缺，飞机的飞行高度也更为紧凑。所以，在空域布局上，必须对空域进行适当的布局，以增加空域容量，有效利用空域的空间，是目前空域最重要的问题。

（二）、流量控制

机场布局为实现城市航空运输运营提供了切实可行的实体场所，使其能够有效地发挥其空间的作用。但是，在未来的发展过程中，空域和空间都得到了有效的利用，这也是一个流量管理的问题。

（三）、交通服务

机场的空间布局和交通控制是对空域空间和时间的最大限度进行宏观上的空间资源的优化分配，并使其在空中飞行的过程中最大限度地发挥其空间的作用。而运输业务则是在宏观上将飞机与空域的无缝对接，从而为 UAM的运营提供了现实的可能性。鉴于 UAM中的交通安全是其最重要的问题，因此，其主要的工作应该是车辆碰撞报警、风险预警和紧急反应。

（四）、基础设施

航空运输的高效运营需要综合的地面基础建设。未来的城市航空应该是一种以地为单位的联合运输方式，航线网的规划要充分考虑到地面上的垂直降落，而 UAM的运作也要保持在通信、导航和监视的有效距离。当前国内外有关机场的理论和方法多集中在机场概念设计、机场布局选址、机场容量评估和机场网分析等方面。卡塔尔大学在2017年根据作业时限和电池能量限制，构建了一个基于处罚权重的K-means聚类和 PSO算法来快速解决该问题。通讯与导航监控是 UAM高效运作的关键支持，美国国家航空航天局格伦研究机构正致力于开发先进通用、安全可靠、成本低廉的 CNS体系，以便适应各种情况下的 UAS操作。

结束语：总而言之，在今后的发展过程中，航空运输作为一种有效的手段，必然能够使我国的航空运输事业更加繁荣昌盛。当前，国内外的城市航空运输还处在初级发展的初级水平，而城市航空运输是 UTM与 ATM的交叉，还没有建立起一个完整的系统。为此，需要建立航空运输的系统架构，厘清其核心要素，并对其最新的发展进行归纳和总结，为今后的城市航空运输经营提供理论依据。

参考文献：

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