城市空中交通及其新型基础设施低空公共航路研究综述（下）

图2 UAM 运营管理框架

一、UAM 的行政管理

对于UAM 的行政管理，现在尚未有定论，但确立UAM 管控主体对促进其行业健康、有序发展具有重要意义，本文将根据我国现有的行政部门，提出UAM 的行政管理模式，如图3 所示。UAM 的运行区域以一座城市为主要范围，因此本文提出未来UAM 可以因城施策，考虑以地方交通局为管理主体制定UAM 发展规划战略与地方政策法规，地方市政部门负责组织UAM 基础设施建设，民用航空管理部门负责载运工具、空域相关标准与准则的制定。此外，还应考虑下设UAM 监管部门，对包括载运工具的适航审定、运行空域管控、事故责任认定、违法行为处罚在内的UAM 运行全流程进行监管。

图3 UAM 的行政管理模式

作为管理主体的地方交通局是UAM 发展方向与发展战略的主要规划者，其制定的UAM 相关政策、标准、基础设施布局规划不仅能反映地方发展需求，也具有一定的参考意义和普适性。市政部门组织UAM 基础设施建设时，需综合考虑城市现在交通方式的特性和UAM 更适合城区内部中远距离出行的特性。在进行地面站点选址与建设、运行基础设施布设、低空公共航路规划与建设时，考虑与其他交通方式进行有效衔接，帮助乘客无缝衔接进行多式联运，形成一体化的立体交通枢纽。民航局需要对UAM、民航、通航使用空域的范围进行界定，并制定相应的申请准入规则。根据UAM 使用空域的范围与准入规则，制定UAM 整体性行业标准、载运工具适航标准制定、载运具生产制造标准。

现有的行政管理部门能从顶层设计上对UAM 的发展进行掌控，但还需要专门的执行部门根据UAM 的运输特性综合地面交通和空中交通的技术手段对空中交通流进行管控，以应对UAM 非正常运行情况和违法违规情况的发生。其职能主要包括监管、沟通、审查和处罚。监管是指对载运工具禁止进入的空域和规划好的航路进行监管，若发现禁区内或者航线上出现“黑飞”航空器入侵，则可采取相应的措施进行阻止，警告或强迫备降等。沟通是指UAM 与民航运输、通航飞行共用同一空域时，管控部门需与民航、通航管制员进行沟通，以分离UAM 载运工具和民航运输航班、通航飞机。审定是指一旦UAM 载运工具之间发生意外事故，监管部门需要根据每起不同的事故起因进行责任认定。此外，监管部门有权利在UAM 载运工具运营前审定eVTOL 航空器的适航资质，并在起飞前后随机抽查UAM 载运工具的资质。处罚是指监管部门有权对运行过程中发生的违法违规行为的UAM 载运工具的责任主体进行处罚，处罚的形式可仿照现有道路交通对载运工具和运营人的处罚形式，主要表现为罚款和飞行允许资格。

二、UAM 的运营

UAM 的运营还有诸多问题未得到解决，本文将从UAM 运营框架、运营模式以及运营过程中各角色所承担的责任等方面对UAM 运营相关问题进行讨论。

在运营框架方面，是否开放私人购买eVTOL 航空器权这一问题始终备受争议，不开放eVTOL 航空器个人购买权在运营方面将会是开放个人对eVTOL 航空器购买权的子集，本文将以此为基础进行UAM 运营框架的讨论。在运营模式方面，Uber 指出，UAM 使用拼车模式费用有望低至1.5 元/km，即Uber X 的水平。在UAM 的发展前期，出行成本相比与其他交通方式较高，UAM 的票价的降低能有效促进出行需求的增长，共享运行模式将有助于UAM的运营。且乘客只能在固定位置的专用登机站起飞和降落，如图4所示。这聚合了乘客行程的起止点选择范围，为共享使用eVTOL 航空器创造了有利条件。因此，本文认为最适合UAM 运营的方式是将eVTOL 航空器作为一种公共的共享式的交通载运工具向公众开放。通过统一的承运商、统一制式的载运工具在一座城市范围内开展相关服务，能够确保在UAM 发展初期阶段具有更高安全水平的运营能力，这是保证UAM 行业健康有序向前发展的关键。关于UAM 运营过程中的不同角色，本文提出大致有3 个：用户、私有eVTOL 航空器拥有者以及第三方运营平台。用户是指使用UAM 出行服务的乘客与货物，其可以根据需求选择私人定制运输服务或共享出行，货物的配送依靠物流中心完成。私有eVTOL 航空器拥有者可根据自身需求选择盈利性运营或私用，其运营需要依靠平台并向平台提交相关适航资质，同时，私用也相应需要进行空域申请、航路申请、飞行计划报备。但如果人人以私有形式占有eVTOL 航空器，这将浪费过多的地面停放空间。这与NASA 提出UAM 概念之初所强调的按需供应（Ondemand）和共享出行（Riding-share）概念有所违背，不利于载运具利用率的提升，因此私用eVTOL 航空器拥有者情况应尽量避免。第三方运营平台拥有购买eVTOL 航空器并进行运营的权利，负责办理、审核eVTOL 航空器的相关适航证明，匹配用户与eVTOL 航空器，与航路监管部门进行沟通反馈。

图4 eVTOL 航空器登机站示意图

对于UAM 如何进行共享运营（图5），本文根据实时出租、网络约机、P2P 租赁、定制公交这4 种城市交通现有共享出行模式，提出高端定制飞行服务、起降点拼机、网络约机、P2P 租用以及定制空中巴士这5 种UAM 的共享模式。

图5 UAM 的运营框架

高端定制飞行服务根据用户的出行需求在指定地点专机接送，适合时间敏感、经济条件良好的人群，这种模式共享车辆但不共享行程。起降点拼机是指用户未事先预约行程直接到达登机站点，UAM 运营方随机为其分配空闲eVTOL 航空器进行UAM 运输服务的运营模式。这种模式较难给予选择拼机的用户一个准确的等待时长预期，无法保证用户的共享出行体验，且很难保证站点随时都有空闲的航空器待命。网络约机是指用户利用智能终端设备向运营平台发起行程需求，运营平台根据用户位置信息、行程起讫点为乘客匹配周边处于空闲状态的eVTOL 航空器提供运输服务。该模式下，UAM 运营方能够提前掌握用户的出行需求，可以为选择接受共享出行方式的用户提前匹配拼机用户，调配机型资源，并以系统提醒等交互方式敦促共享乘机用户按预期登机时间到达站点。P2P 租用是指在成熟商业运作和完备的个人信用体系保障下，通过运营平台将闲置的私人eVTOL 航空器在物权人同意的前提下租赁给其他用户使用的模式。这种模式再次配置了载运工具资源，且UAM 运营情境中解决了在私家车共享方面存在的监管、个人信用体系不完善的问题。因为所有eVTOL 航空器都具备相关资质证明与机主信息，接受运营平台的统一调度。定制空中巴士是为出行起讫点、出行时间、服务水平需求相似的人群量身定做的一种公共交通运营服务方式。该种模式固定起止站点，一站送达，前期价格可能仍会远高于地面公交、地铁等交通方式，但可以通过增加eVTOL 航空器的座位数量来降低个人成本。

三、UAM 管理与运营的关键技术

UAM 安全、高效的管理与运营离不开技术的支持，其中包括但不限于基于低空公共航路的运行规则进行流量控制，对低空公共航路的运行风险进行评估，本小节将这2个问题进行综述性研究。

1、低空公共航路运行规则设计与流量控制

运行规则常常与流量控制一起讨论，运行规则是流量控制的前置条件，影响流量的布局与控制方式。对于航路上的运行规则设计与流量控制，通常可用速度控制、雷达引导排序、时间以及高度层分离等手段。Jang 等对城市低空空域内交叉口的运行规则进行了讨论，仿真模拟了加载流量后的交叉口，对不同结构的交叉口的性能进行了分析。这种方式是对路面交叉口设计的延伸，具有一定的借鉴意义。Xue通过研究发现集中式的控制架构性能略优于分布式控制架构，但其鲁棒性较差，分布式控制架构中，统一的运行规则性能优于混合运行，因为在混合规则的情况下，系统安全性能受到破坏，并由表现不佳的人主导。对于垂直起降点的的运行规则设计与流量控制，Shao 等和Yeo 利用eVTOL 航空器能够悬停的特点，无需考虑垂直起降机场进出路径无障碍下滑角的问题，基于背压策略设计了多环模式的起降航线的自适应垂直起降站（图6）。相比传统五边飞行，其鲁棒性与效率性更高。Song 和Yeo设计了3 种不同进近过程的多环进近结构（图7），仿真结果证明，分支排队法（Branch Queuing Approach，BQA）在准时性和分离风险上均表现出较好的性能。在亿航216 的试飞实验中，航空器在起飞与落地前均有一段垂直爬升或下降的阶段，这说明这种多环垂直起降设计结构在城市低空空域内实际运行过程中完全有可能实现，这大大降低了垂直起降机场周边障碍物高度的要求。

图6 MVS-TA 模型的三维运行示意图

图7 3 种vertiport 的进近控制方法

总之，UAM 的发展还需要公众接受、市场培育、相关法律标准的健全和相关从业人员的培养，但UAM 出现和发展是符合未来通用航空运输的发展趋势，即空中流量更加密集，运输场景更加广泛，空地协同管理能力更进一步提高，地面系统与机载电子信息系统耦合将变得更加紧密。虽然前路曲折，但依然值得期待，相信在不远的将来，城市空中交通这样一种新型交通方式将会真正融入人们的生活中。