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随着低空空域开放进程的加快,城市低空航路规划成为保障航空器安全高效运行、推动低空经济发展的关键。本文旨在对《城市低空航路规划研究综述》《城市空中交通及其新型基础设施低空公共航路研究综述》《低空经济发展与低空路网基础设施建设的效益和挑战》《民用无人机交通管理体系架构及关键技术》这 4 篇文献进行综述,梳理分享其主要观点。
·基本概念与发展历程
低空空域是 “低慢小” 航空器活动空间,在中国通常指真高 1000m(含)以下区域,未来可能扩至 3000m。航路是有宽度和高度的空中通道,配备助航设施保障航空器安全运行。城市低空航路规划研究涉及空域规划、航路构建等多领域,国外如南洋理工大学等已开展相关研究,国内也逐步重视,部分地区进行了低空航路建设试点。
·规划体系框架
由空域范围规划、基础设施建设、航路网络构建和运行安全评估四部分组成。空域规划需明确分类标准;基础设施建设包括通信导航监视(如 4G/5G 通信、北斗导航等)和起降点选址布局(其位置和结构影响航路网络服务水平);航路构建要考虑构型与网络布局,如南洋理工大学提出的矩阵节点型等航路类型;运行安全评估涉及容量(如低空空域容量定义及影响因素)和安全评估(包括航空器对地风险、空中风险、碰撞概率等)。
·城市空中交通发展与构成
城市空中交通发展历经多个阶段,早期直升机用于城市短途运输,如今 eVTOL 航空器兴起。其运行范围、载运工具等有自身特点,与城市地面交通和民航运输在交通流特性、管控方式等方面存在区别与联系。eVTOL 航空器具有噪音小等优势,市场关注度高,其发展受多种因素影响,如适航标准等。城市空中交通基础设施包括垂直起降机场(其布局选址和设计重要)、低空公共航路、运行基础设施(通信、导航、监视等)和管控系统。
·低空公共航路相关内容
低空公共航路是新型基础设施,能保障航空器有序运行,促进城市交通与空中交通耦合。其概念提出后得到深化研究,相关国际标准已颁布,部分地区开展了试验基地建设。航路规划需综合考虑多种因素,如地理信息、环境约束等,可采用改进蚁群算法等进行路径规划,同时要考虑结构化航路网布局,解决如噪音等社会性问题。基于低空公共航路的城市空中交通管理与运营需明确行政管理主体(如交通局、市政部门、民航局等),探索运营模式(如共享运营),并重视运行规则设计、流量控制和风险评估等关键技术。
·低空经济的研究与发展现状
低空经济是新兴经济活动,学界对其定义尚未统一,与空域经济、通用航空经济、无人机经济等概念相关。目前以通用航空经济和无人机经济为典型代表的低空经济产业已发展,但面临监管政策、标准规范等问题,如无人机国内市场需求不足。城市级无人机应用已崭露头角,但低空 “无路可走” 制约其发展,低空路网建设迫在眉睫。
·低空路网的效益与建设探索
借鉴地面交通发展经验,通过投入产出法分析,低空路网投资可带动显著经济效益,如增加 GDP 和就业岗位,拉动内需,促进产业发展。国外在低空路网发展上有不同观点和探索,如美国、欧洲等提出多种空域结构和运行概念;国内中科院团队提出 “低空公共航路” 概念并开展相关工作,美团、顺丰等企业也有 “私家” 航路运营实践。低空路网基础设施建设包括可行性研究、规划、构建及运行养护等环节,需考虑区域需求、空域环境等因素。同时,要超前探索空域收益机制,解决空域权与空间权冲突,可参考国外经验,由政府主导建设低空路网及相关机制。
·国外管理现状与体系架构设计
美国、欧洲、新加坡等国家和地区纷纷提出无人机交通管理运行概念或路线图,如美国的无人机交通管理(UTM)和城市空中交通(UAM)运行概念等,涉及不同运行场景和服务内容。中国虽在无人机产业有优势,但顶层设计概念文件缺失。基于此,提出民用无人机交通管理体系架构,包括运行场景(如超低空隔离运行、低空混合运行、高空融合运行、超高空运行)、管理策略(开放、特许、审定三类)和运行生态(涉及监管方、服务方、运行方、保障方等)。
·关键技术研究现状与趋势
关键技术包括运行技术(无人机空域精细化管理、运行安全与间隔管理、交通引导与控制)和支撑技术(智能化设施规划与应用)。在空域精细化管理方面,需重构空域系统,解决无人机空域分类、规划、评估等问题;运行安全与间隔管理方面,缺乏成熟安全间隔标准和应急管理手段;交通引导与控制方面,无人机在环境感知、引导控制精度和智能化程度等方面存在不足;智能化设施规划与应用方面,起降场规划和通信导航监视技术需满足无人机复杂飞行需求。未来研究需考虑多场景、多类型、多阶段、交互性、大规模、高自主等因素。
参考文献:
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