城市空中交通创新生态系统构建及运行机制

基于城市空中交通(UAM)的研究现状,进一步引入创新生态系统理论,探索UAM创新生态系统的构成要素,深入剖析参与主体、外部环境和系统资源如何实现良性发展。研究结果表明,UAM创新生态系统由“技术-应用-商业”主体系统和环境系统构成;在政策引领机制、技术驱动机制、场景驱动机制、金融支持机制驱动下,从政府、技术和应用场景层面提出建议,促进UAM创新生态系统持续发展。研究结果为发展UAM创新生态系统、完善低空经济产业生态和创新UAM相关企业商业模式提供管理启示,为未来智慧城市建设发展提供新方向。

城市低空空中交通及无人机路径规划研究综述

随着城市交通拥堵的日益严重和社会的智能化发展,城市空中交通(UAM)的概念逐步形成。近年来,电动垂直起降(eVTOL)航空器发挥着越来越重要的作用,无人驾驶航空器(简称无人机)在城市低空空域的运行应受到更加有序的管理。简要概述了城市空中交通的基本概念及国内外的发展和应用现状。分别概述了城市低空空域设计概念、城市低空航路规划和城市低空无人机路径规划方法。结合国内外研究现状,从不同方面提出了城市低空空中交通研究展望。

复杂网络城市空中交通生态下eVTOL运行风险演化分析

为明确城市空中交通(UAM)生态下电动垂直起降飞行器(eVTOL)风险因素间的关联性,并探究各类风险因素对风险防控的影响,采用复杂网络理论建立风险演化模型,以国内外无人机事故数据库和通用航空事故统计结果为基础,结合eVTOL在城市低空场景下的运行特点,从人-机-环角度确定35类风险因素和10类危险事件;采用Gephi软件构建网络模型,采用节点度、接近度中心性、介数中心性与网页排序(PR)算法综合评估关键节点,采用边介数评估关键边,确定关键风险传播路径;以降低系统风险为目标,提出断链减灾措施,通过网络效率指标衡量断链控制后的系统安全性。研究结果表明:UAM生态下,eVTOL风险因素关联性较强,且存在8条关键风险传播链。阻断关键人为因素、关键系统技术故障因素及关键中间危险事件3种断链方案,分别使系统安全性提高4.74%、16.21%、18.10%。

粤港澳大湾区城市空中交通高质量发展的探索及其研究

粤港澳大湾区交通体系建设在区域发展中起着决定性作用,在着力发展铁路、公路、海运、河运和传统运输航空的同时,如何针对区域需求发展更高质量的交通方式是区域交通整体筹划的题中之义。电动垂直起降(EVTOL)是航空器制造业领域一场重大技术革命,它使城市空中交通(Urban Air Mobility,UAM)从梦想走向现实。长期以来,城市空中交通以直升机为主,但出于成本高、噪声大、污染重和对环境要求高等原因,其发展规模非常小,没有受到人们关注。近年来EVTOL技术快速发展,万亿“蓝海”赛道雏形日益清晰,各国竞争开始加剧。粤港澳大湾区具有天然发展UAM的基础、条件和环境,发展的成效对湾区整体水平又有重要价值。面对这一全新课题,本文从必要性、可行性出发,研究其价值所在,提出发展思路和路径,对存在的问题进行简要剖析并给出解决对策,期望对UAM的发展有所帮助。

面向城市空中交通的eVTOL飞行器路径规划算法对比

随着城市空中交通(UAM)迅速发展,为实现eVTOL飞行器在城市低空空域高效安全运行,解决其路径规划面临的空域复杂多变、障碍物繁杂、低空飞行、噪声和气象等问题,从而推动城市空中出行时代的快速到来,文章引入AirMatrix空域规划概念作为城市低空空域规划方案,并针对eVTOL的城市低空运行特点对AirMatrix空域作了四维区块化分割,结合这一空域规划方案,选取了快速搜索随机树(RRT)算法、改进A^(*)算法和粒子群算法(PSO)算法进行了综合分析和三维地形中的仿真验证,其结果表明:RRT算法搜索速率最快;改进A^(*)算法具有最好的路径规划质量;PSO算法在路径规划长度和搜索速度两方面均有所欠缺。改进A^(*)算法相对RRT算法和PSO算法更适用于低密度城市空域路径规划。

城市空中交通:重塑城市交通的未来

城市化促进城市地区经济和社会活动的集中,从食品、住房、出行、医疗、教育、购物、娱乐等多方面提供优质服务,全面提升人们的生活水平。然而,随着集中程度的不断提高,城市化面临一系列挑战,例如交通拥堵、环境污染、人口超负荷等。其中,交通拥堵是日益严重的关键问题,给人们生活质量带来负面影响,削弱了城市化带来的效益。交通拥堵还导致时间浪费和经济损失。根据交通数据分析公司INRIX测算,2019年纽约和洛杉矶因交通拥堵导致通勤者年均浪费140小时/人次和103小时/人次,同时造成110亿美元和82亿美元的经济损失[1]。对于像北京、上海等人口密集城市来说,情况更加严峻[2]。

城市空中交通空域架构及轨迹规划方法

随着航空领域分布式电推进技术的成熟和航空电动化的趋势,各国相继提出基于电动垂直起降(eVTOL)航空器载具的城市空中交通(UAM)运行概念。在该运行概念设计中如何选择适合eVTOL运行的空域架构及其配套的轨迹规划方法是实施城市空中交通运行的关键技术问题。对eVTOL载具现状与运行性能指标进行初步调研,研讨不同城市空域架构的利弊,并基于选定的高度层空域架构设计多机协同轨迹规划方法,与传统智能算法相比,较好地实现了多机协同轨迹规划功能,且规划时间效率提高了53.13%。

探索飞行汽车通勤新模式的城市空中交通发展分析

随着电池以及分布式推进技术的发展,具有电动垂直起降(eVTOL)能力的新型飞机设计能力将得到进一步提升.特别是汽车与航空领域的跨界渗透与融合,极大推动了飞行汽车与城市空中交通(UAM)的发展.飞行汽车与城市空中交通(UAM)有可能成为空中交通运输的变革性因素,为航空业、交通系统和城市规划带来颠覆性创新.本文主要介绍了飞行汽车的概念以及发展历程.论述了支撑城市空中交通(UAM)未来的关键支撑元素,包括载运具技术、推进技术、自治技术、通信与导航、空域管理等.同时还探讨了城市地面基础设施、社会接受度、政策因素等方面的影响,以及商业模式选择.本文结合UAM的发展与实施讨论了可能遏制该主题概念成功应用发展的主要挑战和多学科限制.

基于通信信号管制的城市空中交叉口设计研究

为确保城市低空空域内无人机规模化运行安全,缓解低空交通运行瓶颈,本文借鉴地面交通较为成熟的研究成果,结合城市低空及无人机运行特色,提出一种基于通信信号管制的城市空中交叉口设计模型。首先,考虑航路构型设计与航路运行主体,构建无人机运行所需的城市低空航路。其次,从进出口道、冲突响应距离2方面对空中交叉口几何结构进行设计,再从进口航道划分、通信信号管制、无人机高度调整3方面对交通组织进行设计,实现对空中交叉口的基本模型设计。最后,设置仿真实验验证该模型的可行性,并分析不同参数组合下的交叉口综合通行效率。实验结果表明:当飞行速度为18 m/s,纵向间隔为50 m,管制信号周期时长为226 s时,综合通行效率达到最佳。本研究可为未来城市空中交通航路网络精细划设与管理提供支撑,增强低空无人机交通的实践性。

基于风险管控的城市空中交通无人机路径规划

为保证电动垂直起降无人机在城市空中交通中的飞行安全,提出了一种考虑安全裕度的城市环境模型建立方法,在此基础上设计了融合人员密度因素的垂直起降无人机路径规划环境,并提出了量化无人机航迹对地面人员风险的路径风险评估模型。采用A*算法对无人机在普通城市环境模型中和融合地面人员密度因素的城市环境模型中的路径进行求解。仿真结果表明,融合地面人员密度因素的城市环境模型下的路径规划可以使垂直起降无人机有效规避人员密度相对较高的区域,降低无人机对地面人员伤害的风险。

城市空中交通系统的设计构想——以成都市为例

随着成都市这座城市的快速发展,现有的交通能力与人们的日常出行需求之间的矛盾日益凸显。这种大背景环境下,城市空中交通(UMA)的概念逐渐引起了人们的关注~[1]。本文主要以成都市为研究对象,分别从政府交通管理部门、城市空中交通服务商和用户三个角色出发,结合成都市地形特点、人口和建筑分布特点,阐述在成都市未来城市空中交通系统设计过程中,每个角色需要履行的职责,希望为成都市未来的城市空中交通系统的发展提供帮助。

城市空中交通无人机群尾流危险区域评估方法

为了避免在城市空中交通无人机群造成的尾流危险遭遇事件的发生,对无人机群产生的复杂尾涡场危害区域进行评估。首先,以单架无人机为基础,建立了适用于无人机群的尾流环量和诱导速度模型。其次,通过计算滚转力矩系数评估后机飞行安全区域。最后,对后机的飞行速度、机翼展长和机翼面积对危险区域的影响进行探究。结果表明:后机在大于旋翼机飞行路径宽度的4.5倍和大于固定翼无人机飞行路径宽度的2.33倍处区域飞行,更能保障飞行安全;后机飞行速度变为原来的3倍时,危险区域覆盖面积减小为原先的1/3;后机翼展变为原来3倍时,危险区域覆盖面积减小为原来的1/3;机翼面积不影响危险区域大小。该模型能更好地预测后机在复杂尾流场下的安全位置,为无人机提供航行指导。

空轨——开拓空中交通轨道

德国政府支持、西门子研发制造的H-Bahn是目前世界上最先进的现代化轨道交通系统。H-BAHN是德语的缩写,可以翻译为悬挂式空中轨道城市公交系统,它可以很低的代价将地面的交通移到空中,从而改善城市交通和污染问题。具有投资少、工程快、技术成熟安全可靠、环保节能无噪音等特点,该项技术在中国具有很大的市场前景。

城市空中交通创新生态系统构建及运行机制

任新惠、王佳瑞在《科技管理研究》2024年第7期撰文指出,近年来随着交通拥堵和环境污染等问题的加剧以及电池技术、自动化、电动垂直起降等技术的快速发展,公众趋于以安全、便捷、绿色的方式解决出行和配送问题。城市空中交通(urban air mobility,以下简称“UAM”)概念应运而生,伴随科技创新发展,有望成为未来空中交通的颠覆性新兴产业,成为城市交通发展新趋势。

城市空中交通及其新型基础设施低空公共航路研究综述

新一代信息技术的突破再次催生了诸多对于在城市低空空域进行城市空中交通(UAM)商业化运输的关注。城市低空空域环境复杂,商业化场景下城市空中交通流量密度大,载运工具规格不统一。低空公共航路作为UAM的新型基础设施,是UAM进行精细化管理的重要手段。然而,UAM所需配备基础设施、运营与管控模式以及低空公共航路的规划方法等问题尚无统一定论。本文针对以上问题,梳理了UAM与低空公共航路的基本概念、发展历程以及基于低空公共航路的UAM管理等内容;提出了一种UAM运营管理框架,就相关行政部门在城市空中交通发展中可能承担的职责提出了建议和应对措施;最后,总结了低空共航路的构建方法,UAM发展过程中的难点及落实建议,以期对UAM产业健康有序发展有所裨益。

城市无人机交通管理研究——以新加坡为例

文章首先概述了城市无人机的发展现状和存在的问题,从指导方针、管理框架、解决方法 3个方面充分阐述新加坡城市无人机空中交通管理模式,并对该模式进行评价,为我国城市无人机管理模式提供借鉴参考。

面向无人机城市空中视觉导航仿真平台实现

系统仿真是无人机飞行导航与控制程序设计的重要手段,面向城市空中交通场景视觉导航算法设计的开发需求,首先调研了针对无人机所开发的多种飞行器仿真模拟平台,确定了基于Airsim搭建所需城市空中视觉导航仿真平台的技术路线,并进一步详细介绍了该仿真平台的搭建方法,最后给出了该仿真场景的搭建结果。

面向预期功能安全的eVTOL智能避障系统运行时保证方法

为保障电动垂直起降飞行器(eVTOL)在城市空中交通(UAM)场景下的预期功能安全(SOTIF),降低人工智能算法的验证难度,建立基于运行时保证(RTA)方法的避障模型。首先,使用人工势场法改进的柔性动作评价(SAC)算法作为eVTOL智能避障系统的复杂功能;然后,使用动态反应规划(DRP)作为智能航电系统的备用功能,以减缓SOTIF危险,同时,使用监视和决策模块采集环境状态,搭建RTA架构;最后,分别仿真仅使用复杂功能和具有RTA架构的避障系统,对比避障效果。结果表明:2种方法均可实现避障,但仅使用复杂功能的传统避障系统会带来SOTIF危险;经过RTA架构设计,可使eVTOL的安全飞行时长占比由78.4%提高到98.15%,总航路长度仅增加0.95%,在保障效率的同时,降低了在运行场景中的风险。

基于城市无人机的烟草物流运输应用研究

文章通过对烟草行业物流运输的特点进行分析,提出应用城市无人机代替传统送货车辆进行卷烟配送,不仅可以降低卷烟物流运输过程中的碳排放,促进物流管理的可持续发展,还能规避堵车延误风险,更加安全高效地完成卷烟配送环节,对烟草行业物流建设的绿色转型具有一定的实用价值。

城市空中交通发展中的美欧竞争

近年来,先进城市空中交通(AAM)成为解决城市拥堵、提高城市及其周边区域交通便捷性的热点研究领域,近年来在世界范围内快速发展。早在20世纪中后期,空客等公司就已尝试利用传统直升机实现城市空中交通,但受限于飞行载具的运行成本、安全性和噪声等问题而未能广泛普及。