【小哈划重点：本文在梳理美国联邦航空局（FAA）和国家航空航天局（NASA）有关城市空中交通运行相关资料的基础上，总结研究分析美国城市空中交通运行体系，为我国推动城市空中交通运行提供参考借鉴。】
构建完善的城市空中交通运行体系，是发展城市空中交通的必要条件。
近年来，随着自动驾驶技术、电力推进技术以及宽带通信技术的蓬勃发展，城市空中交通（UAM）引起了社会各界的广泛关注。各种研究机构和组织纷纷对城市空中交通运行概念进行了大量的研究和探讨，随着城市化进程的不断加快，有限的交通资源与不断增长的交通需求之间的矛盾亟待解决，开发城市空中可用空间，发展垂直式立体交通，逐步构建融合空中交通的未来城市综合交通系统是目前面临的一项具有挑战和机遇的新课题。
城市空中交通是解决城市交通拥堵问题最有力的方式之一，未来必定在社会各界的共同努力下迎来繁荣兴盛的局面。目前，世界各国在城市空中交通领域的发展和研究均处于起步阶段，城市空中交通作为一种新型交通模式，必将为未来的运行管理带来挑战。本文在梳理美国联邦航空局（FAA）和国家航空航天局（NASA）有关城市空中交通运行相关资料的基础上，总结研究分析美国城市空中交通运行体系，为我国推动城市空中交通运行提供参考借鉴。
UAM概念
城市空中交通是指在城市低空空域内主要利用垂直起降或短距起降航空器及相关系统设施实现载人载货空中运输的活动。城市空中交通的载运工具主要包括短距起降（STOL）航空器、垂直起降（VTOL）航空器和电推进垂直起降（eVTOL）航空器等。这些航空器的特点在于起降所需场地少，节省城市空间，且不易受城市复杂环境的影响，飞行冲突解脱自由度高，对自动驾驶技术更为友好，容易实现点到点的按需运行，此外，航空器可以为有人驾驶航空器和无人驾驶航空器，航空器的驾驶模式取决于相关技术的发展成熟度和城市空中交通系统的综合要求。
美国城市空中交通进展
2014年，NASA首次提出了无人机交通管理（UTM）的概念，并对UTM运行概念进行了全面阐述。2016年，Uber发布了未来城市空中交通计划白皮书，全面阐述了未来城市飞行汽车运营构想。2017年，NASA正式提出了城市空中交通（UAM）这一专业术语。2018年，NASA正式提出了空域融合概念，并将UAM发展分为了3个阶段：（1）新兴阶段：沿固定航线进行低速度、低密度飞行；（2）发展阶段：围绕某一枢纽，实现小型立体网络运行；（3）成熟阶段：多枢纽、高速度、高密度运行。此外，美国MIT、UMich等也分别针对UAM的运行限制与发展途径做出了进一步深入研究。2020年FAA正式发布UAM运行概念1.0，详细论述了UAM运行相关方及职责、运行空域、运行场景、体系架构等内容。2022年，FAA通过工程简报发布了临时指导材料，用于指导电动垂直起降机场的设计和运行。2023年4月，FAA发布针对先进空中交通（AAM）运行的空域和程序变更的新版蓝图UAM运行概念（ 2.01o
美国城市空中交通运行体系
运行流程
（1）计划阶段
根据客户的飞行请求，UAM运营人从UAM服务提供者获取当前条件信息，包括空域、气象、情报及其他数据，来制订运行计划。
UAM运营人将UAM运行意图信息（如识别信息、机场位置、飞行路线、起降时间）提交给UAM服务提供者。UAM服务提供者收到UAM运行意图信息后，首先会根据已知的信息对意图信息进行评估，如果意图信息满足相关限制，并不会造成战略冲突，UAM服务提供者会通知UAM运营人其运行意图得到确认。如果不满足相关限制，UAM服务提供者会通知UAM运营人调整其运行意图。
（2）飞行阶段
飞行阶段UAM航空器驾驶员和运营人监视航空器性能以识别非正常事件，UAM服务提供者监视运行一致性。
① 起飞阶段
UAM航空器在起飞时隙内从UAM机场起飞并进入UAM空域。
图1 UAM航空器。
② 航路阶段
UAM航空器驾驶员根据确认的运行意图在UAM空域内飞行，并基于机载探测与避让功能，或UAM服务提供者的间隔服务保持与其他UAM航空器的间隔。
③ 到达阶段
当UAM航空器抵达降落机场时，驾驶员、UAM运营人、服务提供者和UAM机场共同确认降落点可用，驾驶员将航空器降落在指定位置。
（3）事后分析
UAM运营人向UAM服务提供者报告任务完成情况，UAM服务提供者对所需的运行数据进行归档。
空域规划
UAM运行空域与传统高空管制空域不同，需要特别考虑由建筑物、地形等固定障碍物以及飞鸟、气球、烟花等移动障碍物所产生的地理空间复杂性。合适的UAM空域结构将大大提升UAM运行的经济性与安全性。目前UAM空域范围与空域结构均没有明确定义。在UAM发展初级阶段，空域划设范围主要参考现有民航空域划设标准。以美国为例，其对UAM、UTM、ATM运行空域进行了分类，UAM航空器主要运行在UAM走廊，该走廊为一个有相关性能要求的三维航路段空间；UTM航空器主要运行在约122m及以下空域；固定翼航空器和直升机可以全空域运行，如图3所示。
（1）在UAM走廊空域内
① 所有航空器都在UAM特定的规则、程序和性能要求下运行；② 固定翼航空器和UTM航空器可穿越UAM走廊空域运行；③ 直升机和UAM航空器可穿越或在UAM走廊空域内运行。
（2）在UAM走廊空域外
在UAM走廊空域外，所有运行必须满足相关ATM或者UTM的规则、程序和性能要求。
流量控制
传统空中交通流量管理根据实施时间不同，可分为战略管理、预战术管理、战术管理和事后分析4个阶段，且以战略和预战术管理为主，而战术流量管理为辅，主要采取的流量控制措施有地面等待策略、空中等待策略和改航策略等。然而，在城市空中交通运行中，UAM多为按需运行，其实时性、动态性较强，空域态势较为复杂，可预测性相对较低，仅通过战略和预战术的流量控制策略，难以适应UAM的实时变化，无法解决UAM容流不平衡问题。因此，城市空中交通流量控制应当以战术流量控制为主：将流量控制作用于航路网络节点，实现类似于地面交通的信号控制，促使航空器实施改航、空中等待、地面等待等策略，以此来实现航路网络交通流的自适应调控。
图2 FAAUAM运行概念（2.0）。
交通服务
UAM交通服务提供者向UAM运行提供信息服务、间隔服务、航迹规划服务和应急管理服务等交通服务，具体如下：
（1）在UAM相关参与方间提供通信桥梁，支持UAM相关方协同运行；（2）向UAM运营人提供信息服务，包括空域限制、起降点可用性、气象条件等信息；（3）分析UAM运营人的意图信息是否完整，是否满足当前的相关限制，并从战略上消除与其他UAM运营人、UAM空域容量、空域限制、起降点可用性等因素的冲突；（4）提供协同间隔管理服务，以及一致性监视、咨询服务等；（5）决定UAM空域适用状态（激活、非激活）；（6）存储、分析UAM运行数据。
图3 UAM运行空域。
运营人运行
运营人根据客户需求提供按计划或按需求的服务，运行过程需遵守相关法律法规及UAM运行规定。UAM运营人通过获取当前限制条件及服务（环境、情景意识、战略运行需求、UAM机场可用性及其他数据）来决定UAM运行意图信息，即四维航迹信息，包括：起降点、航路、起降时间等内容。UAM意图信息主要有以下功能：
（1）可有利于UAM服务提供者实现信息共享，以提升安全水平和情景意识；（2）可有利于UAM服务提供者加强战略无冲突规划；（3）可有利于UAM服务提供者识别和发布相关空域约束和限制；（4）可有利于UAM服务提供者提供间隔管理服务，以及一致性监视、咨询服务等。
起降场运行
UAM机场是一个满足UAM航空器起降、乘客上下飞机，及为UAM飞机提供能源补充等服务的固定地点。机场管理人员负责机场日常运营，同时可向UAM运营者提供当前和未来资源可用性信息（例如：开放/关闭，停机坪可用性等），以支持UAM运营者规划、UAM服务提供者战略无冲突规划等工作开展。
每个起降场需要在城市空中交通管理平台中登记备案，从而使飞行器仅在已经登记批核并可以识别的起降场之间运行，确保运行的合法性。各个起降场的规模和重要性取决于该起降场的航线密度和客流量。起降场可以是单一的停机坪，也可以是配备多个停机坪、充电站、候机区和其他设施的枢纽。虽然目前城市空中交通路线仅采用点对点连接，但城市空中交通网络的进一步扩张，能够为用户提供更方便的乘机地点。
中国UAM发展建议
开展UAM相关研究
城市空中交通作为一种前所未有的新兴交通模式，必然会带来新需求、新问题和新挑战，现阶段需深入开展UAM相关理论研究。在技术层面，需重点研究城市空中交通特性、垂直起降航空器冲突智能感知避让、自主飞行、机群路径规划和管理等相关基础理论与关键技术。在运行层面，重点研究空域划设、航路规划、流量智能控制及与传统空中交通管理的融合运行等问题。
规范相关标准体系
目前，城市空中交通在运行层面、技术层面和管理层面等方面的法律、标准、规范几乎空白，亟须通过试点探索建立城市空中交通法律法规、行业标准、管理机制、运行规则等，逐步形成一套科学严谨、完整自洽的城市空中交通标准规范体系，例如各类航空器最小安全间隔标准和垂直起降机场最大运行容量规范等。
完善基础设施建设
融合应用北斗、5G、物联网、大数据、人工智能等新技术手段，推进UAM航空器、空地链路、垂直起降机场等基础设施布局规划建设，构建多方协同、空地一体、互联互通的城市空中交通运行环境，研制国家信息管理系统、区域信息集成系统和城市空中交通管理系统三级城市空中交通管理平台。
开展示范验证活动
选择空域条件良好、人口密度不大的中小城市或新城区，结合云大物智移等新一代ICT技术和基于航迹运行、全系统信息管理等行业新概念与新技术，按照由点及面、先行先试和逐步推广的原则，开展城市空中交通示范性应用试验，推动构建一个安全、高效、绿色、可持续发展的城市空中交通体系，加快推进城市空中交通成为现实。
作者单位：新疆机场(集团)有限责任公司、中国国际航空公司
