城市低空交通管理体系构建研究

城市低空交通管理体系构建研究

吴忌

中国民用航空西北地区空中交通管理局   陕西西安   710000

摘要：近几年，在民航“放管服”和低空对外开放的推动下，城市空运这一新兴的交通方式为未来的城市发展提供了广阔的发展前景，特别是在中国，低空空运和无人驾驶飞机的物流行业更是备受关注。

关键词：低空交通；关键技术；体系建设

引言

要适应低空航空的发展需求，虽然有必要建立以城市低空交通为基础的管理系统。文章将国内外的低空空城管理情况相结合，介绍了该系统的关键技术、建设内容和需要解决的问题。低空交通管理系统的开发考虑了无人机低空航线可能存在的风险，明确了无人机在低空飞行时对城市拥堵、城市商业活动以及机场、火车站、水电站等重要设施的威胁，并解决了对低空飞行产业安全发展有重要意义的公共安全、噪音和隐私问题。

一、城市低空交通管理现状

（一）国外城市低空交通的现状

对于城市低空飞行， Balakri于2017年首次提出了 UAS （UAS）概念，并提出了一套适用于 UAS的分布式整数规划算法。2018年，美国爱华大学的 Brittain和 Wei等人提出了一种新型的分层深度学习方法，通过对飞行时间和飞行时间的排序，使其能够安全、自主、高效地解决飞行时间和飞行时间的调整，并在空间上完成了对飞行时间的自动调整。2019年，美国爱荷华大学等以“UAM”（中文简称“城市航空运输”）为基础，针对 UAM的运营特点，提出了“面向需求、面向规划的” UAM “混合运营”概念，以满足 UAM运营的“商业约束”和“市场需求”。普渡大学以这一理论为依据，建立了一套适用于灵活无人驾驶飞机的交通调度系统，并给出了相应的仿真结果。斯蒂文斯理工大学针对智慧城市的 UAV调度问题，设计了三个新的计算方法，以减少计算的复杂性。佐治亚理工学院提出了一种多物网络流构型，用以优化 UAM 机场的航空计程车业务佐治亚理工大学针对亚特兰大地区的空运出租车系统，设计了多物网状流动结构，并将其应用于 UAM机场空运出租车服务，并取得良好效果。此外，美国国家航空航天局也在低空飞行、 UTM、 UAM等领域开展了系统的仿真与仿真。其中，为实现城市空运网络的自动化， NASA拓展了针对传统民用飞机的高度自动调节（Auto Resolver)，使其能够对城市空运进行持续的航迹控制，保证空运网络的安全运行，减少空运时延。实际应用表明， UAM自适应调节系统能够有效地避免无人驾驶飞机的接近，并且当调度时间大于无人驾驶飞机的时候，大部分的碰撞都可以在飞机起飞前得到处理。

（二）国内城市低空交通发展现状

国家一直以来都大力支持低空运输，在“放管服”方面，中国民航总局的“无人驾驶飞机飞行检查”政策推动了以亿航和小鹏汇天为代表的低空旅游和城市旅游等低空运输项目的快速发展。中国民用航空管理局于2022年2月9号公布《亿航EH216-S型无人机驾驶航空器系统专用条件》（SC-21-002)，并将其正式实施，这是我国广州、珠海等城市低空运输工程的试点，对我国有关行业的发展具有很好的指导意义，并在国际上取得了一定的领先地位。

二、城市低空交通管理体系关键技术

（一）城市低空交通管理体系架构

其关键技术在于：建立和完善低空基本飞行信息系统，编制并出版电子预警地图，以实时通报航空发展状况和有关的环境情况，并加强低空侦察、气象监测、预警等方面的工作。在制定飞行计划、协调飞行任务、批准与放行等方面，建立了一套完整的信息交流体系。该系统为城市低空交通数据提供了数据管理、查询、筛选和空间分析等功能。需求预测，可视化展示，为实现城市低空运输的自动化管理和无缝运行打下了坚实的基础。

该系统的特色在于可以实现全天候、全地性的汇报，并且可以利用监测平台对监测区域内的低空飞行器进行监测，因此可以有效的克服对低空飞行器的探测距离的限制。就算是遇到了飞机坠毁，也可以快速定位出最后的地点，大大缩短了搜救的时间，提高了紧急情况下的工作效率。

（二）低空无人机交通管理平台技术

低空无人车交通管理平台通过对低空无车车实施实名制身份验证，利用导航、通信、定位等技术，在主动、被动低空检测等的支持下，构建低空监视网络，通过对飞行轨迹的优化，实现对低空无车车的实时监视与动态信息服务。在构建低空无人驾驶飞机的道路交通管理平台时，需要对无人驾驶飞机进行实名制认证和身份验证。本课题提出了一种基于GPS导航芯片、5 G通信模块、 ARM可编程芯片、电池等多种功能的新型检测模块，为一种可外挂式或集成式的小型、轻量化装置。该系统的主要作用是对低空无人飞机进行先期确认，并对其整个飞行过程进行监控。

三、城市低空交通管理体系构建的内容

（一）低空资源协调管控

空域规划属于一项战略规划，城市空中交通规划也属于这一类，但是它的管理方法也会根据其自身的运行需要而做出动态的、实时的调整，总体来说，它包含了以下三个方面：(1)区域划分：根据特定的划分标准，对不同区域的飞行极限进行决定，从而决定区域的时空。如按能否飞过的不同，可将飞机划分为禁飞区、限飞区、可飞区、自由空域、分层空域、扇形空域和通道空域。空域的种类在空间利用上扮演了一个很大的角色。建筑的形态对建筑的利用有很大的影响。即使是在同样的特点下，在不同的空间中，其形态也会有很大的差异。(2) 轨迹网络：随着城市低空域时空变化的日益复杂，轨道网络成为 UAM研究的一个重要内容。按轨道的空间构成，轨道可分为自由轨道、层状轨道、扇形轨道和槽形轨道。对于某一地区的构造和接入点的知识，可以决定在这一地区（一般）航空线路的连通特征。(3)运力评估： UAM运力评估的重点是对航空运输网络的运力评估。重点研究了城市轨道交通在规划阶段和运行阶段的容量评估。通过对空港吞吐量进行评估，不仅可以为空港旅客的有效管理和有效的交通服务，而且还能从一定程度上反应空港的航线布局与运营状况。

（二）流量控制

在此基础上，本文提出了一种基于理论分析和实证分析相结合的城市航空交通流量控制模型。传统空中交通流量管理按实施时机可分为预备期、飞行前、实时三类，其中，预先和飞行前的交通管理是主要的，而实时的交通管理则是辅助的，包括地面、空中、空中等车策略。然而，在城市交通发展中后期，由于 UAM是按需实施的，其时效性、动态特性、空域条件更为复杂、可预见性较低，单纯依靠出发前或离港前的流量调控难以应对 UAM的动态变化，因而难以有效解决 UAM的不平衡问题。在此基础上，提出了一种对航向变化、空中等待和地面等待等多目标的基于实时流量的控制方法。

结语

中国应该按照“航空优先、安全优先”的方针，积极、稳健地发展航空航天和航空航天等相关行业。在这个过程中，也应该对无人机低空飞行时可能带来的噪音、污染或事故等问题给予足够的关注，并对地面人民的日常生活造成一定的影响。无人机在低空飞行中极易发生隐私侵犯、机密信息泄漏和暴力犯罪，给航空运输、公共安全甚至是敏感区域安全造成极大威胁。针对无人机的噪音问题，提出无人机的噪音要遵守《中华人民共和国噪声污染防治法》等法律法规；针对无人机的隐私权保护，提出了无人机的监控摄像头被不法人士使用，从而引发了一系列的侵权行为；对无人机的保险问题，提出了一种新的解决方案，即在无人机上安装了一种新型的无人机，并对无人机的使用提出了更高的要求，同时也提出了更多的解决方案。

参考文献

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