格雷厄姆·沃里克

城市環(huán)境的復(fù)雜性制約了無(wú)人機(jī)的使用。為了使得無(wú)人機(jī)能夠在城市環(huán)境下的載人、貨物運(yùn)輸?shù)葔?mèng)想成為現(xiàn)實(shí)，研究人員正積極探索控制城市大規(guī)模無(wú)人機(jī)交通流的方法，值得高度關(guān)注。

在正確的道路上行駛，在紅綠燈處停車，在轉(zhuǎn)彎前發(fā)信號(hào)，所有這些都是我們現(xiàn)在認(rèn)為理所當(dāng)然的道路規(guī)則，但經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，其中一些規(guī)則的起源可能只能在歷史上追溯了?，F(xiàn)在想象一下，嘗試如何科學(xué)地定義這些規(guī)則，并以安全的方式實(shí)施它們，在未來(lái)幾十年或幾百年內(nèi)，不會(huì)對(duì)交通流量和增長(zhǎng)施加意外的限制。

這正是世界各地的研究人員在努力開(kāi)發(fā)空中交通管理系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)所做的工作，將使無(wú)人機(jī)系統(tǒng)能夠在城市地區(qū)進(jìn)行常規(guī)和安全的大規(guī)模操作，從運(yùn)送包裹的無(wú)人機(jī)到運(yùn)送人的自主飛行出租車。2017年1月，美國(guó)航空航天研究所

（American Institute of Aeronautics and astronautics）在德克薩斯州葡萄藤市召開(kāi)的科學(xué)技術(shù)會(huì)議，讓人對(duì)地面交通從未發(fā)生過(guò)的空中飛行過(guò)程有了一個(gè)發(fā)人深省的認(rèn)識(shí)，對(duì)替代性基本空中“道路規(guī)則”進(jìn)行科學(xué)探索和評(píng)估。

想象一下明天的城市峽谷里擠滿了飛機(jī)，飛機(jī)在不同的高度、以相反方向飛行，加入或離開(kāi)交通流，隨意停飛，在任何程度上都像是《星球大戰(zhàn)》電影或《第五元素》中的場(chǎng)景。這能安全有效地實(shí)現(xiàn)嗎？

這種空域的復(fù)雜性遠(yuǎn)在未來(lái)，但即使是在城市中的常規(guī)無(wú)人機(jī)交付也需要一些地面規(guī)則，例如“道路”的哪一邊飛行，相隔多遠(yuǎn)，誰(shuí)讓路給誰(shuí)？此外，如今的小型無(wú)人機(jī)很容易受到街道上狂風(fēng)的影響，而且GPS在城市峽谷中不可靠，常規(guī)和安全操作面臨的挑戰(zhàn)往往令人望而生畏。

空中通道

空中走廊

美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心（Ames Research Center）正在探索城區(qū)無(wú)人機(jī)交通流控制的潛在替代操作概念。正如科學(xué)技術(shù)研究者江大松所闡述的，基本概念是空中通道（sky-lane）、空中管道（skytube）和空中走廊（sky-corridor）。在空中通道上，無(wú)人機(jī)必須沿著每條通道的中心線行駛；在空中管道上，無(wú)人機(jī)可以在每條管道內(nèi)自由移動(dòng)，但在這兩條通道上，車輛只能朝一個(gè)方向飛行。在空中走廊上，它們可以向任何方向飛行，但無(wú)人機(jī)必須保證安全分離。

一個(gè)概念是將建筑物之間的空域按高度分成多個(gè)層次，每一層都復(fù)制下面的道路系統(tǒng)，在交叉口處形成一條帶狀交匯通道，需要“交通信號(hào)”來(lái)控制流量。另一種方法是給每條帶狀通道一個(gè)獨(dú)立的層，然后將它們堆疊起來(lái)，這樣它們就不會(huì)在穿過(guò)交叉路口時(shí)交匯。空中只能容納一半的通道，這減少了空域利用率，但不間斷的通道增加了吞吐量。

有了空中通道，無(wú)人機(jī)可以通過(guò)橫向移動(dòng)改變一條帶內(nèi)的通道，通過(guò)層間移動(dòng)改變高度，并在交通信號(hào)燈處左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)到交叉帶上。在一些設(shè)計(jì)中，出口匝道允許右轉(zhuǎn)。在最復(fù)雜的概念中，堆疊的通道有交替的方向和連接各層的坡道，這樣車輛不僅可以移動(dòng)到交叉帶，還可以反向移動(dòng)——一個(gè)多層的絕緣管連接點(diǎn)，可以保持無(wú)人機(jī)空中交通的流動(dòng)。

空中管道的概念是類似的，但由于其在管道內(nèi)移動(dòng)的自由度增加，系統(tǒng)可以通過(guò)將無(wú)人機(jī)過(guò)渡航路點(diǎn)和時(shí)間窗分配給交叉口來(lái)控制交通流，而不是使用交通信號(hào)。在空中走廊的概念中，每架無(wú)人機(jī)本身決定如何在交叉走廊之間過(guò)渡，而流量控制系統(tǒng)只批準(zhǔn)或拒絕該計(jì)劃。

江大松提出的無(wú)人機(jī)交通管理的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是通道上無(wú)人機(jī)之間的距離。對(duì)于固定翼飛機(jī)來(lái)說(shuō)，尾流旋渦可以設(shè)置安全間隔，但是在建筑物之間空域飛行的旋轉(zhuǎn)翼無(wú)人機(jī)能夠停止和盤旋。因此，安全系數(shù)是制動(dòng)距離，與汽車一樣，縱向分離將由速度、機(jī)動(dòng)性和傳感器能力決定。

無(wú)人機(jī)選擇那條通道取決于無(wú)人機(jī)類型和需求，并確保在空中不碰撞。關(guān)于未來(lái)無(wú)人機(jī)交通控制的決策可能是持久的，希望這些決策會(huì)更科學(xué)?！?/p>