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智慧赋能 | 城市空中交通畅想低空飞行筑梦未来

2022-08-31 21:25

来源：澎湃新闻·澎湃号·媒体

原创李佳为中国民航报

城市空中交通（UAM），旨在通过无人机和载客空中出租车等新型运载工具，在人口稠密地区建立一个安全高效的空中运输系统。作为现有地面、地下交通的补充选项，城市空中交通不仅能通过解决城市交通拥堵问题提高城市运行效率，而且有望彻底变革公路、铁路、传统航空和水路等行业现状。

发展城市空中交通进一步完善全球交通网

发展低空空域是大势所趋。将来，无人机、飞行汽车等新型运载工具将在低空层面发挥很大作用，其中前景最大的就是城市低空空间。

城市人口密集，需求量大，交通出行方式的改变以及效率的提升具有巨大的经济和社会价值。在全球各大主要城市，不断加剧拥堵的地面交通是世界性难题。虽然目前各国一直着力开发地下空间，但毕竟资源是有限的。未来如何有效利用和开发空中0米~ 500米的低空空域，已成为全球航空界、交通界关注的前沿热点问题之一。

近年来，我国加快推进低空空域管理改革。民航局今年印发的《“十四五”通用航空发展专项规划》明确，要坚持包容审慎、创新引领，拓展无人机应用领域，引导建立市场化、社会化服务保障体系，大力发展新型智能无人驾驶航空謈驱动的低空新经济。民航局空管行业管理办公室副主任陈向阳表示，中国要构建的低空飞行服务保障体系与国外模式有所不同，要充分发挥地方政府在低空飞行服务保障体系中的作用。低空飞行服务保障体系的建设应当统筹考虑运输航空发展、通用航空发展以及社会公众空域使用需求。“随着亚轨道飞行器、无人机等新空域使用者的进入，未来无人驾驶航空器系统交通管理、空中交通管理也将逐渐融合一体，要共同研究制定面向未来的一体化通信导航监视技术发展与实施路线等”。

根据美国国家航空航天局（NASA）预测，低空空域在未来将产生巨大的社会需求。到2030年，城市空中公共交通将达到一定规模；到2040年，全球城市空中交通产业规模可达1.5亿美元，其中中国约占20%。有关专家表示，中国拥有北斗、5G以及相关基础设施，再加上庞大的人口资源，将产生巨大的需求。

突破关键技术初步搭建低空空域模型

在2022（第三届）民航空中交通管理科学技术交流会上，南京航空航天大学通用航空与飞行学院副院长张洪海表示，在开始构建低空空域前，需要搭建智慧空管系统平台，其将成为空管运行的核心。不仅如此，还应在机场建成后利用智慧空管系统合理规划空中路线、航线，进而形成空地协同。平台如何实现对城市空中交通网络进行精密规划设计？怎样做到主动应急？后续又将如何优化运行？要回答这些问题，我们需要突破一些关键技术。

设想未来低空领域的高度范围在0米~ 500米之间，我们要在其中建立一个全天候的、精密的、不受楼宇干扰的智联网，并在智联网的基础上结合空域规划对相关航路进行管理，在城市中布局大型起降机场和临时起降点。在多级场点与空中航路协同规划的同时，我们还需要构建相关协同规划的模型，实现城市空地资源的高效管理与灵活配置。

在实现运用方面，构建城市空中交通的第一要务是构建城市末端物流运输的无人机在飞行计划中所需要的模型库、算法库。在运行过程中，设计者需提前预防各种复杂化的交通状况，例如城市的空中交叉口或空中交通拥堵等问题，让各种差异化、多样化的新型载具可以自主完成运行，同时保障工作人员的实时协同管理。

在安全识别、风险识别方面，城市空中交通的核心技术就是标定最小安全间隔。目前，高空航班已经设定了针对有风、无风条件下两架航班之间必须保持的标准间隔，但低空领域还没有此类规定，即无人机之间、无人机与楼宇之间、无人机与有人机之间，特别是不同机型之间的标准间隔还未建立。此外，要想实现安全高效的飞行，飞行器需要识别它所处的环境，通过获取多种来源的数据，例如气象数据、数字地图，特别是来自雷达和其他传感器的数据，以实现对环境的识别和判断，从而将飞行过程中的数据收集起来传递给地面数据中心，使飞行器可以基于丰富的数据库全面了解飞行途中的相关因素，实现安全无人起降和飞行。

此外，让无人机绿色飞行是最重要也是最难的一部分。如今的技术可以实现无人机的污染零排放，但如何做到降噪甚至“零噪”仍是一个挑战。未来，新型运载工具会处于离市民较近的空域范围中，决不能因此影响市民的正常生活。新型运载工具在居民区运营时更要确保绝对安全，避免出现摔落伤人情况。

除此之外，城市空中交通还需要实现机路协同。地面交通上有很多不同种类、通往各个方向的车辆，空中运载工具须不受任何干扰地完成原定飞行计划，或者要做到智能抗干扰，优化航线从而完成飞行计划。

仿真系统上线尝试点对点运输

研制绿色、低碳的直升机或者无人机，构建安全、高效、经济、绿色、规范的城市空管体系和严密精准的空中交通法规，是未来整个行业必须完成的任务。

城市空管将是一个全新体系，与传统民航空管系统有很大的不同。城市空管体系在城市或者城乡、城际之间运行，需要考虑军地民协同，同时更多地与地方政府、地方产业界融合，只有多方共同强效率、强协同、强智慧，才能使城市空中交通更快实现。

张洪海介绍，目前，南京航空航天大学已经自主研发出了一套仿真系统，该系统可以对空中路网和起降点进行划设，结合空域设置禁飞区，并开展模拟飞行。比起地面交通，航行路线实现了点对点的运输，会更加简单。

不过，城市空中交通运输也有空域限制，比如一些政府大楼、高耸建筑、高压电线等敏感要地需要避开。据悉，张洪海所带领的团队选择了人口密度适中的居民小区做为试验区域。他在分享中坦言：“在飞行航路设计中，我们遇到了很多实际问题，比如飞行计划如何管理？每个城市运营商申请飞行相同航线时，怎样审批、调配、运行？遇到临时增加的航线，如何在几分钟内完成调配？当它偏离航线或者航空器本身出现问题时又该如何解决？”在他看来，城市空中交通的发展涉及很多集成技术，现阶段，这些技术的瓶颈仍有待突破。但未来，这个领域一定能够实现共商、共建、共享、共赢。（中国民航报李佳为）