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優(yōu)步、波音、空客等無(wú)人駕駛載人飛行器公司認(rèn)為，2025年無(wú)人駕駛載人飛行服務(wù)將進(jìn)入市場(chǎng)，而且市場(chǎng)龐大。隨著時(shí)間腳步的臨近，許多資本和公司紛紛踏足該領(lǐng)域，如何運(yùn)營(yíng)一家無(wú)人駕駛載人飛行服務(wù)公司是大眾普遍關(guān)注的問(wèn)題。

要在城市里開(kāi)展按需無(wú)人駕駛載人飛行器運(yùn)營(yíng)，非常有必要根據(jù)當(dāng)?shù)氐男枨竽Ｊ秸{(diào)整基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)營(yíng)需求。都市區(qū)域內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)不僅取決于高效運(yùn)營(yíng)的需求和模式，還取決于當(dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施的占地面積以及是否需要改變現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的用途。在很多情況下，現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的適用性以及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)?？赡芏加兴啡?。

要開(kāi)發(fā)城市所需的無(wú)人駕駛載人飛行器基礎(chǔ)設(shè)施，需要了解當(dāng)前的交通需求，并模擬未來(lái)的通勤模式。運(yùn)營(yíng)商還必須主動(dòng)與當(dāng)?shù)鼐用褚约爱?dāng)?shù)?、州和政府接觸，開(kāi)發(fā)有利于消費(fèi)者、社區(qū)和交通網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)運(yùn)營(yíng)的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施。此外，還需要初步明確基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)營(yíng)問(wèn)題。這些問(wèn)題是城市及眾多合作伙伴在考慮無(wú)人駕駛載人飛行服務(wù)前需要仔細(xì)進(jìn)行評(píng)估的。

城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

目前的機(jī)場(chǎng)和停機(jī)坪(或垂直起降場(chǎng)和垂直起降站) 是如何設(shè)計(jì)的？如何調(diào)整這些基礎(chǔ)設(shè)施以滿足未來(lái)無(wú)人駕駛載人飛行器的需求？運(yùn)營(yíng)商在選擇起飛/降落地點(diǎn)時(shí)該考慮什么？基礎(chǔ)設(shè)施如何與機(jī)場(chǎng)、維修中心以及路線制定實(shí)現(xiàn)交互？這是都是一家未來(lái)無(wú)人駕駛載人飛行服務(wù)公司首先要考慮的問(wèn)題。

起降場(chǎng)/站建設(shè)

以美國(guó)為例，美國(guó)一共有5664個(gè)直升機(jī)停機(jī)坪，其中私用的有66個(gè)。這些基礎(chǔ)設(shè)施大多數(shù)未投入使用，很多停機(jī)坪都位于非常理想的市中心位置，可快速到達(dá)城市的其他區(qū)域。僅洛杉磯的市中心附近就有40多個(gè)高層直升機(jī)停機(jī)坪。舊金山等城市也有很多高層建筑直升機(jī)停機(jī)坪，但是由于當(dāng)?shù)貒?yán)格的噪聲限制，這些停機(jī)坪都沒(méi)有獲得使用許可。

在過(guò)去兩年中，美國(guó)國(guó)家航空航天局對(duì)在密集的城市區(qū)域運(yùn)營(yíng)無(wú)人駕駛空中出租車(chē)的構(gòu)想進(jìn)行了研究。簡(jiǎn)單地說(shuō)，美國(guó)國(guó)家航空航天局選擇舊金山作為考察對(duì)象，詳細(xì)考察了地理位置、土地使用、基礎(chǔ)設(shè)施、天氣和運(yùn)營(yíng)限制，力求研究這些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。通過(guò)這種方式，美國(guó)國(guó)家航空航天局就可以針對(duì)如何使用飛行器以及所需配套基礎(chǔ)設(shè)施的部署位置制定詳細(xì)的運(yùn)營(yíng)概念。美國(guó)國(guó)家航空航天局的這項(xiàng)研究提供了一些見(jiàn)解，有助于更好地了解展開(kāi)密集運(yùn)營(yíng)無(wú)人駕駛載人飛行器的可行性。

圖1 建設(shè)浮動(dòng)式駁船垂直起降場(chǎng)，在水上提供載人飛行的進(jìn)近和出發(fā)路徑

城市可以通過(guò)同時(shí)建設(shè)垂直起降場(chǎng)和垂直起降站，支持無(wú)人駕駛載人飛行器機(jī)隊(duì)的運(yùn)營(yíng)。垂直起降場(chǎng)是擁有多個(gè)著陸位置的大型區(qū)域，且擁有為多架無(wú)人駕駛載人飛行器和乘客提供服務(wù)的配套設(shè)施(如充電器、保障人員等) 。根據(jù)紐約及其他地區(qū)的垂直起降場(chǎng)使用范例，垂直起降站的最大容量限定為在任意時(shí)間可容納約12架無(wú)人駕駛載人飛行器，一方面可以精簡(jiǎn)基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)模，另一方面可以允許多架無(wú)人駕駛載人飛行器同時(shí)起降，從而最大限度地增加行程吞吐量。垂直起降站則是供單架飛機(jī)起降的位置，沒(méi)有配套設(shè)施，但是無(wú)人駕駛載人飛行器在起降站可供乘客快速上下飛機(jī)，無(wú)需停留很長(zhǎng)時(shí)間。

起降場(chǎng)/站設(shè)計(jì)

美國(guó)國(guó)家航空航天局提出了兩種可行的垂直起降場(chǎng)和垂直起降站設(shè)計(jì)方案。一種提案是在舊金山市區(qū)建設(shè)浮動(dòng)式駁船垂直起降場(chǎng)，在水上提供飛機(jī)的進(jìn)近和出發(fā)路徑，一方面可以限制對(duì)社區(qū)的干擾和風(fēng)險(xiǎn)，另一方面無(wú)須在現(xiàn)有的密集建筑物中間建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施。這類(lèi)駁船/碼頭式垂直起降場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施已在紐約、溫哥華等擁有現(xiàn)成運(yùn)營(yíng)程序的很多城市投入使用。為適應(yīng)越來(lái)越多的飛行運(yùn)營(yíng)，這些垂直起降場(chǎng)可以使用短程地面導(dǎo)航輔助系統(tǒng)自動(dòng)為無(wú)人駕駛載人飛行器的進(jìn)近和出港安排時(shí)間順序。

另一個(gè)方案是針對(duì)硅谷高速公路的苜蓿葉型立交橋提出的另一個(gè)新穎的垂直起降站解決方案。在這個(gè)案例中，主干路上的立交橋經(jīng)過(guò)用途改造，加建增高的直升機(jī)停機(jī)坪結(jié)構(gòu)。在對(duì)比一般立交橋的直徑時(shí)，優(yōu)步公司參照了針對(duì)直升飛機(jī)場(chǎng)后退線和運(yùn)營(yíng)問(wèn)題的美國(guó)聯(lián)邦航空局的指導(dǎo)建議。一般立交橋的直徑大約是225ft，以供汽車(chē)的減速和轉(zhuǎn)彎。一般的直升機(jī)停機(jī)坪需要50ft的停機(jī)坪，直徑為115ft的最終進(jìn)近和起飛區(qū)，以及直徑約200ft的公共安全區(qū)。美國(guó)國(guó)家航空航天局建議設(shè)立一個(gè)架高平臺(tái)，讓垂直起降站和立交橋處于同一高度，從而在道路車(chē)流之上提供最大的高度間隙，并將對(duì)地面交通的干擾降至最低。架高平臺(tái)的下方區(qū)域還可容納垂直起降站的其他功能，如乘客接載和候機(jī)區(qū)。這種類(lèi)型的公共垂直起降站追求的是順應(yīng)目前的拼車(chē)潮流，并不需要停放或存放無(wú)人駕駛載人飛行器或地面車(chē)輛。針對(duì)垂直起降場(chǎng)或垂直起降站指定私有飛機(jī)型號(hào)將導(dǎo)致所需的基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模增大和增加成本。美國(guó)國(guó)家航空航天局和麻省理工學(xué)院正在聯(lián)合對(duì)洛杉磯等其他都市區(qū)域開(kāi)展研究，調(diào)查各種垂直起降站基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)想的可擴(kuò)展性。

這種基于高速公路立交橋的基礎(chǔ)設(shè)施方案有很多運(yùn)營(yíng)優(yōu)勢(shì)，包括可以重復(fù)利用交通部現(xiàn)有的土地。飛機(jī)進(jìn)近和出發(fā)軌跡可以在主干道上完成，低于500ft時(shí)不會(huì)在私人物業(yè)上飛行，而且現(xiàn)有高速公路的噪聲和設(shè)想的無(wú)人駕駛載人飛行器噪聲級(jí)別一致，有助于減輕對(duì)社區(qū)的干擾。這種類(lèi)型的基礎(chǔ)設(shè)施與現(xiàn)有地面道路相結(jié)合，有助于將地面交通時(shí)間降至最低，而且非常適應(yīng)新興的拼機(jī)商業(yè)模式，減少對(duì)地面或航空飛行器停放設(shè)施的需求。美國(guó)國(guó)家航空航天局的研究還指出，一種可能的垂直起降場(chǎng)建設(shè)方式是建在與相鄰物業(yè)之間有較大間距的私有公司園區(qū)。

圖2 針對(duì)高速公路的苜蓿葉型立交橋提出的另一個(gè)新穎的垂直起降站解決方案

同樣，利用停車(chē)場(chǎng)的頂層也是一個(gè)特別有吸引力的方案，可以重復(fù)利用閑置的房地產(chǎn)設(shè)施作為垂直起降場(chǎng)。架空的停放結(jié)構(gòu)還有運(yùn)營(yíng)優(yōu)勢(shì)，例如，有助于確保無(wú)障礙的下滑道角度符合美國(guó)聯(lián)邦航空局針對(duì)安全運(yùn)營(yíng)方面的規(guī)定。如圖3所示，已有方案提出在洛杉磯機(jī)場(chǎng)興建這種建筑。

圖3 在房頂上垂直起降是未來(lái)載人飛行垂直起降場(chǎng)的一種選擇

從考慮使用不同的機(jī)場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的角度來(lái)看，垂直起降場(chǎng)的占地面積緊湊，無(wú)人駕駛載人飛行器可以大下滑角飛行，避免在鄰近物業(yè)的上空飛行。使用除了具有垂直飛行能力的飛機(jī)之外的任何其他飛機(jī)都需要使用大量的地面資源和土地。美國(guó)國(guó)家航空航天局在他們的城市無(wú)人駕駛載人飛行器研究中，考慮了常規(guī)、短距離和極短距離跑道飛機(jī)解決方案，但他們發(fā)現(xiàn)，這些方法在已建成的都市區(qū)域均不可行，原因是土地購(gòu)置成本過(guò)高，而且存在其他土地使用問(wèn)題，例如，避免在低于500ft的高度飛越鄰近的私人物業(yè)。小角度導(dǎo)致進(jìn)場(chǎng)路徑長(zhǎng)的低空飛行會(huì)加重鄰近物業(yè)的負(fù)擔(dān)，而這并不只是運(yùn)營(yíng)會(huì)干擾鄰居的問(wèn)題。法律判例不允許低空飛越私人物業(yè)。美國(guó)最高法院的裁決確立了個(gè)人財(cái)產(chǎn)所有權(quán)可延伸至該財(cái)產(chǎn)上方的直接空域，同時(shí)駁斥所有權(quán)無(wú)限向上延伸的訴求。盡管所有權(quán)可延伸至多高的空域在法律方面仍然有很大的爭(zhēng)議.麻省理工學(xué)院的按需出行運(yùn)營(yíng)研究正在對(duì)此進(jìn)行調(diào)研，但無(wú)人駕駛載人飛行器的運(yùn)營(yíng)必須尊重地面上其他人及土地所有者的權(quán)利。

拼機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)

垂直起降能力對(duì)城市運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要的另一個(gè)原因，飛機(jī)在起降過(guò)程中要適應(yīng)不同的風(fēng)向和陣風(fēng)。雖然短距起降和極短距起降飛機(jī)需要的起降功率較小，但如果這些飛機(jī)要在各種風(fēng)向和條件下飛行，那么它們可能需要多個(gè)方向的跑道。這是因?yàn)樵诘退倨痫w和著陸時(shí)，側(cè)風(fēng)著陸特別困難。由于風(fēng)的原因，某些地區(qū)的短距起降或極短距起降機(jī)場(chǎng)可能需要更多設(shè)施而不只是一條跑道，并且由于爬升角度比無(wú)人駕駛載人飛行器小，可能需要多個(gè)方向的越地飛行權(quán)，相比之下，無(wú)人駕駛載人飛行器不依賴跑道，可以在懸停、起飛或著陸時(shí)過(guò)程中使其自身和風(fēng)向相同。

優(yōu)步公司繪制了渲染圖，展示了垂直起降場(chǎng)可能具備的特征，同時(shí)更清楚地展示拼機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的按需無(wú)人駕駛載人飛行器用到的各類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施。在這個(gè)示例中，一個(gè)8層的市中心停車(chē)場(chǎng)的頂部被改建為能為12架無(wú)人駕駛載人飛行器提供支持的垂直起降場(chǎng)。在這張圖中，假設(shè)該城市區(qū)域必須能夠滿足美國(guó)聯(lián)邦航空局的直升機(jī)停機(jī)坪指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，即在預(yù)想的進(jìn)出路徑中有一個(gè)無(wú)障礙的下滑道。根據(jù)這一要求，垂直起降場(chǎng)的選址地點(diǎn)四周不能有高層建筑物。

由于無(wú)人駕駛載人飛行器拼機(jī)運(yùn)營(yíng)商將在特定的垂直起降場(chǎng)提供常規(guī)服務(wù)，優(yōu)步公司繪制了兩個(gè)直徑為50ft的著陸區(qū)。雖然對(duì)間距沒(méi)有正式要求，但應(yīng)最大限度地增加著陸區(qū)之間的間距，以將運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)降至最低。隔離有助于避免兩個(gè)著陸區(qū)相互干擾，還能同時(shí)進(jìn)行起降。著陸區(qū)為美國(guó)聯(lián)邦航空局分類(lèi)中的接地和離地區(qū)，另一個(gè)較大的區(qū)域?yàn)槊绹?guó)聯(lián)邦航空局分類(lèi)中的最終進(jìn)近和起飛區(qū)。進(jìn)近和起飛區(qū)的直徑約為100ft，要求沒(méi)有任何構(gòu)筑物、燈桿或其他障礙物，以確保飛行安全。通常，垂直起降場(chǎng)或垂直起降站還設(shè)有公共安全區(qū)，提供直徑約為200ft的附加后退區(qū)域，這一區(qū)域必須進(jìn)行管制。不過(guò)，對(duì)于屋頂位置，則無(wú)需公共安全區(qū)，原因是這一區(qū)域會(huì)延伸到屋頂之外(該區(qū)域在管制范圍內(nèi)) 。

除了抵達(dá)和出發(fā)之外，處于停放狀態(tài)的無(wú)人駕駛載人飛行器需要遠(yuǎn)離著陸區(qū)。每個(gè)停放位均提供一個(gè)傳統(tǒng)充電器，其中有兩個(gè)位置提供快速充電器。在高峰時(shí)段，無(wú)人駕駛載人飛行器都處于飛行狀態(tài)，因此大多數(shù)停放位將是空的。兩個(gè)著陸區(qū)也各自提供快速充電器。這些快速充電器可供只是短暫降落接著繼續(xù)載客的無(wú)人駕駛載人飛行器在短時(shí)間內(nèi)再次充電，從而最大限度地增加飛行時(shí)間。嵌入式充電插頭甚至可以在電機(jī)停止后自動(dòng)展開(kāi)。

有效的飛行運(yùn)營(yíng)區(qū)將有配套的建筑物，該建筑物承擔(dān)安保、安檢、修機(jī)區(qū)及其他功能，而且只能通過(guò)該建筑物才能進(jìn)入著陸區(qū)。乘客只需步行很短距離即可到達(dá)著陸區(qū)，且能在飛機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)靠近。停放的無(wú)人駕駛載人飛行器將遠(yuǎn)離用戶，盡量避免用戶接觸到飛機(jī)。無(wú)人駕駛載人飛行器需要能借助輪殻電機(jī)在地面進(jìn)行短距離滑行，以在著陸區(qū)和停放區(qū)之間移動(dòng)。屋頂?shù)牧硪粔K區(qū)域供乘客下機(jī)并到達(dá)汽車(chē)或行人出口位置，從而結(jié)束他們的行程。

選址

最初，無(wú)人駕駛載人飛行器不可能直接上門(mén)接送乘客，而是在垂直起降場(chǎng)和垂直起降站之間運(yùn)行。不過(guò)，根據(jù)當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)和空間限制，無(wú)人駕駛載人飛行器可能會(huì)在私人住宅起飛和降落。這些地點(diǎn)需要登記在冊(cè)并考察其進(jìn)近和出發(fā)路線。例如，在加利福尼亞州，非企業(yè)區(qū)域的個(gè)人“機(jī)場(chǎng)”是完全合法的。也就是說(shuō)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的行程將不太可能與其他行程重疊(與擁有有限的高吞吐量節(jié)點(diǎn)的垂直起降場(chǎng)/起降站網(wǎng)絡(luò)相比) ，因此這些乘客需要愿意支付相對(duì)高昂的費(fèi)用。

有鑒于此，運(yùn)營(yíng)商可能會(huì)主要關(guān)注拼機(jī)的無(wú)人駕駛載人飛行器網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)只包含垂直起降場(chǎng)/起降站之間的多模式行程。目前優(yōu)步公司提供與公共交通相結(jié)合的第1mile/最后1mile接駁，而且在紐約，優(yōu)步已成功要求乘客步行至優(yōu)步拼車(chē)的上車(chē)區(qū)(作為交換，乘客更有可能共享一程，這樣所有乘客的費(fèi)用都會(huì)減少) 。多模式交通可以最大限度地提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，節(jié)省更多時(shí)間，同時(shí)將步行/驅(qū)車(chē)前往/離開(kāi)站點(diǎn)的時(shí)間縮至最短。

在城市部署無(wú)人駕駛載人飛行器機(jī)隊(duì)的最大運(yùn)營(yíng)障礙是缺少足夠的空間來(lái)建立降落點(diǎn)。即使今天無(wú)人駕駛載人飛行器已獲得飛行資格，城市也沒(méi)有足夠的起飛和著陸地點(diǎn)讓飛機(jī)以機(jī)隊(duì)規(guī)模運(yùn)行。少數(shù)城市已經(jīng)擁有多個(gè)直升機(jī)場(chǎng)，并可能有足夠的能力來(lái)提供有限的初始載人飛行服務(wù)，前提是這些機(jī)場(chǎng)位置合適，可以很容易從街道抵達(dá)，且擁有增設(shè)充電站所需的空間。但是如果希望發(fā)揮無(wú)人駕駛載人飛行器的全部潛力，還需要增加基礎(chǔ)設(shè)施。

優(yōu)步等運(yùn)營(yíng)商可以幫助尋找位置并消除障礙，以建立垂直起降場(chǎng)和垂直起降站，讓載人飛行服務(wù)成為現(xiàn)實(shí)。雖然通勤通道的城市遠(yuǎn)郊一端有更多更便宜的土地，但密集的市中心空間非常有限，而且現(xiàn)有的屋頂可能不能進(jìn)行改造。周?chē)母邔咏ㄖ赡軙?huì)導(dǎo)致起飛時(shí)的垂直爬升速度必須提升，從而顯著增加對(duì)動(dòng)力的需求，還可能造成風(fēng)洞等微氣候，需要慎重考慮。

許多城市嚴(yán)格限制只能在特定地點(diǎn)使用直升機(jī)，而且只允許直升機(jī)在有限的時(shí)間范圍內(nèi)飛行。然而，導(dǎo)致這些限制的大多數(shù)公眾反對(duì)意見(jiàn)并不適用于電動(dòng)無(wú)人駕駛載人飛行器。例如，關(guān)于醫(yī)院直升機(jī)選址的公眾意見(jiàn)表明，所討論的飛機(jī)所產(chǎn)生的短期噪聲遠(yuǎn)高于無(wú)人駕駛載人飛行器。

機(jī)場(chǎng)和維護(hù)中心設(shè)計(jì)

大多數(shù)城市區(qū)域都有各種現(xiàn)成的機(jī)場(chǎng)。以舊金山灣區(qū)為例，該地區(qū)有三個(gè)大的航空公司基地、兩個(gè)已退役的軍用機(jī)場(chǎng)、一個(gè)聯(lián)邦/民用機(jī)場(chǎng)、7個(gè)通用航空機(jī)場(chǎng)、一個(gè)私人機(jī)場(chǎng)和一個(gè)私人水上飛機(jī)基地，這些都在離舊金山約35mile的范圍內(nèi)。其中的每個(gè)地點(diǎn)都是進(jìn)行初始運(yùn)營(yíng)的不錯(cuò)備選地址，優(yōu)步公司在洛杉磯地區(qū)進(jìn)行的第一性原理分析得出了同樣的結(jié)論。

任何城市或地區(qū)都需要設(shè)立維護(hù)和保障點(diǎn)，以便能在停飛期間停放數(shù)百架無(wú)人駕駛載人飛行器并進(jìn)行維修和檢查。垂直起降場(chǎng)或起降站肯定不會(huì)承擔(dān)這些功能(雖然維護(hù)基地也可以作為面向乘客的垂直起降場(chǎng)) ，可能要由當(dāng)?shù)氐墓潭ɑ剡\(yùn)營(yíng)商來(lái)為這個(gè)新興市場(chǎng)提供支持。任何垂直起降場(chǎng)都需要機(jī)動(dòng)維護(hù)人員，以處理非適航飛機(jī)的問(wèn)題。在緊急著陸或設(shè)備故障導(dǎo)致無(wú)人駕駛載人飛行器需要維修時(shí)，維修人員要到達(dá)指定地點(diǎn)，類(lèi)似于當(dāng)前的直升機(jī)運(yùn)營(yíng)。也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，無(wú)人駕駛載人飛行器要采用完全冗余推進(jìn)系統(tǒng)和可以提供“跛行回家”操作模式的控制設(shè)計(jì)。

路線規(guī)劃

除了垂直起降場(chǎng)和垂直起降站的選址和建設(shè)之外，無(wú)人駕駛載人飛行器還將需要從一個(gè)位置到其他位置的航線規(guī)劃，以便與實(shí)際的空中交通管制相融合。雖然美國(guó)國(guó)家空域系統(tǒng)中還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)無(wú)人駕駛載人飛行器航線的規(guī)定，通過(guò)與空中交通管制機(jī)構(gòu)的協(xié)商，很容易定義相同的結(jié)構(gòu)，就像為新聞和醫(yī)療飛機(jī)制定航線時(shí)一樣。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，在城市區(qū)域內(nèi)飛行的飛機(jī)仍將與空中交通管制機(jī)構(gòu)通過(guò)語(yǔ)音進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)交通的多樣性，但在未來(lái)幾年內(nèi)，所有飛機(jī)都將配有現(xiàn)成的座艙顯示器，可顯示附近所有其他飛機(jī)。隨著在同一航線中有人駕駛飛機(jī)的經(jīng)驗(yàn)積累，運(yùn)營(yíng)商有可能為自動(dòng)駕駛航線規(guī)劃奠定基礎(chǔ)，可以避免與現(xiàn)有飛機(jī)運(yùn)營(yíng)發(fā)生沖突。

在一些類(lèi)似舊金山灣區(qū)這樣的地區(qū)，某些自然特征本身(如灣區(qū)本身) 就能夠?yàn)闊o(wú)人駕駛載人飛行器路線規(guī)劃提供幫助。用以制定路線的工具與現(xiàn)今其他低空交通所采用的工具相同。這是必須進(jìn)行謹(jǐn)慎的路線優(yōu)化的又一個(gè)領(lǐng)域。例如，如果在一定程度上隨機(jī)排列路線結(jié)構(gòu)，同時(shí)保留符合空中交通管制機(jī)構(gòu)規(guī)定的走廊內(nèi)結(jié)構(gòu)，便有可能規(guī)避美國(guó)聯(lián)邦航空局在將下一代路線規(guī)劃方法應(yīng)用于舊金山國(guó)際機(jī)場(chǎng)時(shí)所遇到的噪聲等問(wèn)題。安靜且容易操縱的低空飛行器帶來(lái)了以往空中交通規(guī)劃情景中從未呈現(xiàn)的獨(dú)特機(jī)遇。

基礎(chǔ)設(shè)施模擬

在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)開(kāi)始之前，確定最優(yōu)的基礎(chǔ)設(shè)施是運(yùn)營(yíng)商必做的功課之一。這不僅可以確定最初方案的不足，而且可以找到最佳的盈利途徑。

優(yōu)步公司通過(guò)其核心業(yè)務(wù)了解到網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是復(fù)雜運(yùn)輸系統(tǒng)功效的最基本驅(qū)動(dòng)因素之一。如果符合要求的垂直起降場(chǎng)數(shù)量較多，那么選擇使用其中特定的一部分對(duì)設(shè)施和運(yùn)輸成本都會(huì)產(chǎn)生絕對(duì)的影響。垂直起降場(chǎng)的選擇也會(huì)影響載人飛行服務(wù)的人口總數(shù)，以及相較于其他交通方式他們對(duì)垂直起降場(chǎng)所抱有的期望。優(yōu)步公司利用2016年9月一周的長(zhǎng)途優(yōu)步行程對(duì)大洛杉磯和倫敦地區(qū)可能的垂直起降場(chǎng)位置進(jìn)行了初步分析，行程的半正矢(“直線距離”) 距離超過(guò)20mile。但遺憾的是，優(yōu)步公司的長(zhǎng)途行程對(duì)普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)仍然過(guò)于昂貴，因此數(shù)據(jù)量有限。也就是說(shuō)，經(jīng)過(guò)多年服務(wù)的積累才會(huì)獲得足夠的行程數(shù)據(jù)來(lái)分析傳統(tǒng)非優(yōu)步長(zhǎng)途路線通勤的潛在需求。

優(yōu)步公司基于一系列候選垂直起降場(chǎng)位置研制了一種模型，用于選出一部分理想的位置，能在滿足各種限制條件的情況下，最大程度提高行程的覆蓋范圍。這些限制包括相對(duì)于開(kāi)車(chē)所節(jié)省的時(shí)間(限制了所選垂直起降場(chǎng)的總數(shù)) 和垂直起降場(chǎng)選擇的空間限制。優(yōu)步公司使用大規(guī)模優(yōu)化模型從這些位置中選出25個(gè)，最大限度地提高無(wú)人駕駛載人飛行器路線的可達(dá)性，最終得到的符合要求位置的預(yù)計(jì)用時(shí)比地面行程節(jié)省40%以上。

地形圖回放調(diào)繪內(nèi)容和方法與傳統(tǒng)方法一致，地形圖編輯過(guò)程根據(jù)成果地形圖要求可使用iData數(shù)據(jù)工廠、清華山維EPS和南方CASS等軟件進(jìn)行。

隨著城市中的機(jī)場(chǎng)增多，每個(gè)邊緣機(jī)場(chǎng)的吞吐量將減少；規(guī)模較小的機(jī)場(chǎng)主要用于提高運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的效率，而不是用作帶有充電設(shè)施的關(guān)鍵高吞吐量節(jié)點(diǎn)，因此，最好作為垂直起降站。

場(chǎng)景設(shè)想

為實(shí)現(xiàn)模擬，優(yōu)步公司提出了以下設(shè)想：

(1) 所有乘客都將經(jīng)歷一段沒(méi)有中途停留的載人飛行行程。

(2) 最大飛行距離為120mile。

(3) 行程中的空速為170mile/h。

(4) 將起飛時(shí)間和降落時(shí)間分別增加了60s和75s。

(5) 乘客登機(jī)和下機(jī)分別需要3min和2min的時(shí)間。

(7) 當(dāng)且僅當(dāng)路線的預(yù)計(jì)歷時(shí)至少比地面行程的預(yù)計(jì)歷時(shí)縮短40%時(shí)，乘客才是乘坐此飛行路線的潛在顧客。

(8) 通過(guò)按需服務(wù)可滿足所有搭乘請(qǐng)求(不考慮提前預(yù)約行程的情況) 。

飛行路線規(guī)劃

為了確定最佳的垂直起降場(chǎng)位置組合，運(yùn)營(yíng)商要考慮為每個(gè)乘客分配特定的行程路線。該行程路線由以下任一路線組成：地面行程和包含三個(gè)路段的飛行路線，即飛行路線一般是從乘客的出發(fā)點(diǎn)到出發(fā)機(jī)場(chǎng)路段、垂直飛行路段和抵達(dá)機(jī)場(chǎng)到乘客的目的地路段。運(yùn)營(yíng)商要力圖確保從中選出的機(jī)場(chǎng)組合能夠最大限度擴(kuò)大整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中長(zhǎng)途乘客的總體行程覆蓋范圍。

該模型可確保滿足以下條件：

● 所選垂直起降場(chǎng)的數(shù)量不會(huì)超過(guò)可允許的最大值；

● 所有乘客的行程能夠剛好由一個(gè)行程路線覆蓋；

● 正如用戶規(guī)范所規(guī)定的那樣，不會(huì)同時(shí)選擇兩對(duì)位置足夠接近的垂直起降場(chǎng)；

● 未選擇的垂直起降場(chǎng)均不得分配給任何乘客；

● 采用第三方商業(yè)優(yōu)化求解器，通過(guò)大規(guī)模整數(shù)規(guī)劃進(jìn)行解算。

不同場(chǎng)景部署計(jì)劃不同

不同城市基礎(chǔ)設(shè)施的部署計(jì)劃不同。主要區(qū)別尤其集中在以下幾方面：

城市地理和設(shè)計(jì)特征對(duì)城市或其遠(yuǎn)郊和近郊地區(qū)需求提升的促進(jìn)方式和現(xiàn)有公共交通節(jié)點(diǎn)對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施選址和多模式行程可能起到的作用，以及基于地面的有限基礎(chǔ)設(shè)施以次優(yōu)的方式服務(wù)于現(xiàn)有(或抑制潛在) 需求，可由替代基礎(chǔ)設(shè)施選項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)充。

優(yōu)步公司選擇了分別覆蓋洛杉磯60%的長(zhǎng)途行程和倫敦35%的長(zhǎng)途行程的25個(gè)垂直起降場(chǎng)。優(yōu)步公司發(fā)現(xiàn)，隨著垂直起降場(chǎng)數(shù)量不斷增加，這兩個(gè)城市的長(zhǎng)途行程覆蓋范圍將不斷擴(kuò)大。不出所料，以中心商務(wù)區(qū)和公共交通樞紐機(jī)場(chǎng)為起點(diǎn)和目的地的長(zhǎng)途行程密度很高。特別是在洛杉磯國(guó)際機(jī)場(chǎng)、倫敦希思羅機(jī)場(chǎng)和倫敦蓋特維克機(jī)場(chǎng)等大型機(jī)場(chǎng)，這種現(xiàn)象尤為明顯。

有些行程的起點(diǎn)或目的地距垂直起降場(chǎng)很近，因此這些行程的起始路段或最終路段無(wú)需乘車(chē)。如果行程前后路段的半正矢距離小于一定的閾值(如250m、500m和1000m) ，將此行程路段定義為可步行。在倫敦，包含可步行路段的行程所占比例較高。這主要是因?yàn)榕c洛杉磯相比，到當(dāng)?shù)貦C(jī)場(chǎng)的行程所占比例要高得多。

多模式效益

優(yōu)步公司發(fā)現(xiàn)，在洛杉磯，為數(shù)不多的垂直起降場(chǎng)可覆蓋很大部分長(zhǎng)途行程，而在倫敦等大城市，相同數(shù)量的機(jī)場(chǎng)所覆蓋的行程數(shù)量要少得多。這意味著，呈現(xiàn)起點(diǎn)與目的地位置相距較遠(yuǎn)的出行模式的倫敦等大城市，要想實(shí)現(xiàn)與其他城市相同的行程覆蓋可能會(huì)面臨更大的基礎(chǔ)設(shè)施壓力。

與此相反，倫敦250m閾值內(nèi)的可步行垂直起降行程所占凈百分比則更高，接近洛杉磯的五倍。這是因?yàn)閭惗氐拇罅抗步煌屑~與預(yù)設(shè)的垂直起降場(chǎng)位置(地鐵、多個(gè)機(jī)場(chǎng)) 重疊，而在洛杉磯，地鐵幾乎不占主要地位，且主要的國(guó)際機(jī)場(chǎng)更靠近城市中心。因此，在公共交通和現(xiàn)有交通樞紐更為有限的城市，構(gòu)建垂直起降場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)際上可能會(huì)加強(qiáng)現(xiàn)有交通模式的聚集。在過(guò)渡時(shí)期，這些城市中包含乘車(chē)路段(而非步行路段) 的多模式行程路線將占據(jù)更大的比例。

發(fā)現(xiàn)服務(wù)水平不足的路線

城市機(jī)場(chǎng)之間的路程是一種有趣的需求源，有可能利用與飛機(jī)相關(guān)的現(xiàn)有地面基礎(chǔ)設(shè)施支持航線補(bǔ)充次優(yōu)的地面基礎(chǔ)設(shè)施。模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，倫敦幾個(gè)主要機(jī)場(chǎng)間的路程，希思羅機(jī)場(chǎng)到蓋特維克機(jī)場(chǎng)、希思羅機(jī)場(chǎng)到盧頓機(jī)場(chǎng)是最好的例子。例如，眾所周知，希思羅機(jī)場(chǎng)在倫敦西部，蓋特維克機(jī)場(chǎng)在倫敦南部，在兩個(gè)機(jī)場(chǎng)之間轉(zhuǎn)機(jī)頗具挑戰(zhàn)性，許多國(guó)際旅客要在有限的時(shí)間內(nèi)從一個(gè)機(jī)場(chǎng)出發(fā)到另一個(gè)機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)機(jī)。但兩個(gè)機(jī)場(chǎng)間的地面路程大約為38mile，在交通高峰期最多要花費(fèi)1.5h的時(shí)間，這就意味著轉(zhuǎn)機(jī)乘客可能會(huì)錯(cuò)過(guò)轉(zhuǎn)機(jī)，還會(huì)增加焦慮情緒。而時(shí)速200mile的載人飛行則只需10min(包含起飛和降落時(shí)間) 。

圖4 節(jié)省時(shí)間是載人飛行最好的體驗(yàn)之一

倫敦機(jī)場(chǎng)存在城市外圍存在的東西向和環(huán)線公路的出行難題。這些難題要么是由于現(xiàn)有公路和鐵路基礎(chǔ)設(shè)施有限，要么僅僅是由于高峰時(shí)段交通擁堵造成的。倫敦現(xiàn)有的直升機(jī)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施非常有限，如果能利用面向城市外圍服務(wù)水平低下的經(jīng)濟(jì)中心開(kāi)放的大量飛機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和空中紐帶，將為載人飛行帶來(lái)巨大優(yōu)勢(shì)。在模擬試驗(yàn)中，在洛杉磯，預(yù)想的垂直起降場(chǎng)模擬了居民上班或休閑時(shí)的出行模式。如果能對(duì)許多城市中心建筑上原先就存在的直升機(jī)停機(jī)坪重新加以利用，將滿足在模擬模型中看到的那一類(lèi)需求。

影響城市交通需求模式的根本原因有很多，導(dǎo)致不同地方既存在差異又有相似性，這會(huì)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響?；A(chǔ)交通方式組合和公共與私人交通方式的基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量等因素往往會(huì)影響市民的生活地點(diǎn)，推動(dòng)走廊地帶需求和人口密度增長(zhǎng)。

地形難題也會(huì)影響中心商業(yè)區(qū)及周邊科技、商業(yè)和制造業(yè)園區(qū)的可達(dá)性。在給定關(guān)鍵地區(qū)位置的情況下，日常活動(dòng)涉及的純粹距離和路線會(huì)對(duì)高峰需求流量影響典型通勤的時(shí)間和方式產(chǎn)生影響。

最終，運(yùn)營(yíng)商需要與各個(gè)特定城市的領(lǐng)導(dǎo)人員、交通專(zhuān)家和現(xiàn)有交通網(wǎng)絡(luò)管理者及規(guī)劃者密切合作，確定明確的短期和長(zhǎng)期使用案例，爭(zhēng)取給城市內(nèi)部和周邊通勤帶來(lái)快速和潛在的根本性轉(zhuǎn)變。

如何節(jié)省時(shí)間

根據(jù)駕車(chē)完成整條路線與搭乘無(wú)人駕駛載人飛行器駕駛或步行前往/離開(kāi)最近的垂直起降場(chǎng)(共25個(gè))的速度對(duì)比，優(yōu)步公司用40%的時(shí)間節(jié)省閾值進(jìn)行了模擬。

在從0%～100%的各種時(shí)間節(jié)省閾值的敏感度測(cè)試中，優(yōu)步公司發(fā)現(xiàn)超過(guò)倫敦70%和洛杉磯75%的節(jié)省閾值后，行程便不可能節(jié)省時(shí)間。這個(gè)結(jié)果十分合理，因?yàn)閮蓚€(gè)垂直起降場(chǎng)/垂直起降站間的平均直線駕駛速度至少為40mile/h，而飛行速度則為170mile/h，因此任何特定路線都可以節(jié)省近70%～75%的時(shí)間。

優(yōu)步公司還發(fā)現(xiàn)，在上述條件下，洛杉磯的通勤行程(平均30.4mile) 總體來(lái)講比倫敦的通勤行程(26.0mile) 更長(zhǎng)。此外，與倫敦相比，洛杉磯的超長(zhǎng)距離行程節(jié)約的時(shí)間更長(zhǎng)：分別為 75%(32.1與26.8mile) 、95%(53.1和 38.4mile) 、99%(82.5和51.9mile) 。行程距離越長(zhǎng)，節(jié)省的時(shí)間越多。因此，在通勤端點(diǎn)間往來(lái)距離更遠(yuǎn)的城市，對(duì)于采用城市航班替代駕車(chē)通勤的潛在需求可能會(huì)更大。

充電

目前的無(wú)人駕駛載人飛行器續(xù)航時(shí)間有限，為了將乘客運(yùn)送到目的地，無(wú)人駕駛載人飛行器必須保證擁有充足的電力。如何為無(wú)人駕駛載人飛行器充電？需要什么樣的基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)為其提供保障？這是運(yùn)營(yíng)商面臨的重要問(wèn)題。

如果其他無(wú)人駕駛載人飛行器需要充電，或下一個(gè)乘客行程還未預(yù)約，無(wú)人駕駛載人飛行器需要從垂直起降場(chǎng)的停機(jī)坪移走，為其他無(wú)人駕駛載人飛行器騰出位置。但是，如果電力充足且乘客已準(zhǔn)備就緒，無(wú)人駕駛載人飛行器只能在停機(jī)坪上停留足以讓乘客上下飛機(jī)的時(shí)間?？s短周轉(zhuǎn)時(shí)間對(duì)實(shí)現(xiàn)較高的利用率十分重要。將無(wú)人駕駛載人飛行器滑行至垂直起降場(chǎng)停機(jī)位讓乘客下機(jī)不僅需要大量時(shí)間，還需要乘客在其他飛機(jī)運(yùn)營(yíng)期間到達(dá)停機(jī)坪。電池需要在下次飛行前充滿電，以盡可能提高利用率。每個(gè)垂直起降場(chǎng)都配有多個(gè)高壓快速充電器，以及數(shù)量充足的低壓充電器(可在每個(gè)垂直起降場(chǎng)停機(jī)位低速充電)。

圖5 充電是城市載人飛行網(wǎng)絡(luò)持續(xù)運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵

優(yōu)步公司目前的垂直起降場(chǎng)模型根據(jù)實(shí)現(xiàn)每年飛機(jī)使用時(shí)間超過(guò)2000h的所需充電比率設(shè)計(jì)，假定將有三分之一的充電器為高壓/高容量充電器。特斯拉已經(jīng)展現(xiàn)了快速充電的能力，研發(fā)的電池可以在 30min內(nèi)充滿 80%的電量。但是，高壓充電器比常規(guī)的慢速充電器價(jià)格更高，且快速充電可能對(duì)電池造成巨大損害，縮短預(yù)期電池使用壽命。提供適當(dāng)配比的充電器是市場(chǎng)特定的機(jī)隊(duì)優(yōu)化問(wèn)題。當(dāng)然，基礎(chǔ)設(shè)施可能會(huì)為每架無(wú)人駕駛載人飛行器配備充電器，實(shí)現(xiàn)夜間充電。將電池充電特征與放電特征(功率系數(shù)和充放電率，表示電子進(jìn)入電池或從電池中釋放的速度) 相匹配對(duì)于飛行器、飛行任務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施都是至關(guān)重要的。

電池更換是有助于最大限度提高飛機(jī)效率和利用率的另一個(gè)備選方案。特斯拉投資開(kāi)發(fā)了一個(gè)機(jī)器人電池更換系統(tǒng)，能夠在90s內(nèi)完成電池更換。雖然更換電池可優(yōu)化飛行器性能，但會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后勤壓力，這也是特斯拉公司終止其電池更換計(jì)劃的原因之一。如果采取電池更換方案，則要確保為所有垂直起降場(chǎng)妥善分配電池，這可能需要通過(guò)地面交通在垂直起降場(chǎng)之間運(yùn)輸電池。另一個(gè)因素在于，電池是一項(xiàng)主要的開(kāi)銷(xiāo)，每個(gè)飛行器需要多個(gè)電池組，這會(huì)產(chǎn)生一筆龐大的機(jī)隊(duì)附加費(fèi)用。在添加新電池后，重新確認(rèn)飛行器整體飛行安全性的認(rèn)證難題是需要額外考慮的一個(gè)重要方面。

運(yùn)營(yíng)

持續(xù)運(yùn)營(yíng)是運(yùn)營(yíng)商的主要目標(biāo)。如何解鎖城市載人飛行網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)效率，解決運(yùn)營(yíng)效率以及惡劣天氣所帶來(lái)的空域挑戰(zhàn)？在安全性和公眾關(guān)注方面需要考慮哪些事情？運(yùn)營(yíng)商也面臨著一系列問(wèn)題。

空中交通管理

根據(jù)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)交通管理計(jì)劃，至少有三種強(qiáng)有力的發(fā)展路徑可以提升城市載人飛行網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)效率，并解決這些網(wǎng)絡(luò)將帶來(lái)的空域難題：

(1) 高流量無(wú)人駕駛空中交通管理交互

對(duì)于載人飛行器，儀表飛行氣象條件下的飛行需要像目視飛行一樣，讓飛行員只需執(zhí)行簡(jiǎn)單的低負(fù)荷操作。基于語(yǔ)音的飛行員操作對(duì)空域控制器會(huì)造成一系列容量瓶頸，限制空域系統(tǒng)的容量和可擴(kuò)展性。未來(lái)空中導(dǎo)航系統(tǒng)中的管制員飛行員數(shù)據(jù)鏈通信等技術(shù)的成熟，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛空中交通管理流程的自動(dòng)化。

(2) 延伸至500ft高度類(lèi)的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)交通管理

美國(guó)國(guó)家航空航天局的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)交通管理系統(tǒng)目前致力于打造一種空域管理系統(tǒng)，用于在500ft以下空域飛行的小型無(wú)人機(jī)。這種方法將小型無(wú)人機(jī)與通常在更高高度飛行的其他空中飛機(jī)隔離開(kāi)來(lái)。但是，由于私有飛機(jī)高度限制，以及需要獲得與通用航空和商業(yè)交通隔離的保障，因此即使是小型無(wú)人機(jī)也很可能無(wú)法以完全隔離的形式運(yùn)行。

美國(guó)國(guó)家航空航天局通過(guò)擴(kuò)大與工業(yè)界和大學(xué)的合作，將無(wú)人機(jī)系統(tǒng)交通管理應(yīng)用至通用航空飛機(jī)，提供一個(gè)涵蓋高達(dá)幾千英尺的全面的空中交通管理解決方案。

(3) 與機(jī)場(chǎng)和航站樓區(qū)域的無(wú)縫集成

幾乎所有主要城市的周邊都有大型機(jī)場(chǎng)，部分城市(如洛杉磯) 在市中心建有樞紐機(jī)場(chǎng)。這些機(jī)場(chǎng)對(duì)在5～10mile半徑范圍(從地面延伸至約2000ft) 和高達(dá)35mile半徑的階梯狀范圍(達(dá)10000ft) 內(nèi)擁有B、C或D類(lèi)進(jìn)行空域擴(kuò)展管制。在洛杉磯，城市的43%陸地區(qū)域在這些空中交通管制部門(mén)的管制范圍內(nèi)，部分地區(qū)的航班需要管制人員批準(zhǔn)，語(yǔ)音交互無(wú)處不在。然而，這種由管制人員管理的空域大多利用率極低；根據(jù)按需出行的運(yùn)營(yíng)方面研究表明，航空公司運(yùn)營(yíng)僅使用了這些保留區(qū)域的5%。受管制的保留空域的使用率之所以受限，部分原因在于近來(lái)精確進(jìn)近和出發(fā)的技術(shù)進(jìn)步大大降低了航線的變更頻率。

隨著載人飛行交通量的提高，其他難題也需要得到重視。例如，如何以適當(dāng)?shù)姆绞礁咝У毓芾盹w行器和垂直起降場(chǎng)資源的時(shí)間和順序安排，確保在實(shí)現(xiàn)高系統(tǒng)容量和效率的同時(shí)優(yōu)化該系統(tǒng)用戶的門(mén)到門(mén)行程次數(shù)和變動(dòng)。此外，鑒于優(yōu)步公司對(duì)無(wú)人機(jī)的了解，還需要考慮管理不同機(jī)隊(duì)對(duì)其自主出行決策控制方式的標(biāo)準(zhǔn)，這一點(diǎn)非常重要。

(4) 以無(wú)人駕駛為目標(biāo)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

圖6 與機(jī)場(chǎng)和航站樓區(qū)域的無(wú)縫集成非常關(guān)鍵

優(yōu)步公司認(rèn)為，無(wú)人駕駛飛行器將遵循民航規(guī)章的操作程序，擁有自己的內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)，即使在沒(méi)有飛行員操作的情況下也能實(shí)現(xiàn)精確的導(dǎo)航和定位。試點(diǎn)階段的基礎(chǔ)設(shè)施開(kāi)發(fā)將直接針對(duì)自主運(yùn)行的要求。主導(dǎo)航系統(tǒng)將基于現(xiàn)有的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)，同時(shí)接收全球定位系統(tǒng)、GLONASS以及在此期間可用的GALILEO和北斗任何其他國(guó)際系統(tǒng)。此外，還可能需要組合使用WAAS增強(qiáng)的全球定位系統(tǒng)和微波轉(zhuǎn)發(fā)器技術(shù)，對(duì)前往垂直起降場(chǎng)和垂直起降站的飛行器進(jìn)行精確定位。與用于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)交通管理一樣，美國(guó)聯(lián)邦航空局并不會(huì)像對(duì)航空公司和通用航空交通那樣為低空無(wú)人駕駛飛行器提供隔離服務(wù)。無(wú)人駕駛飛行器在處于常規(guī)飛機(jī)未使用的空域中時(shí)必須能夠獨(dú)立于空中交通管制飛行。所有這些要求都會(huì)在無(wú)人機(jī)社區(qū)共享，并且適用于無(wú)人駕駛飛行器的相同方法可能會(huì)并行發(fā)展并達(dá)到更高的載客飛行可靠性水平。

通信或數(shù)據(jù)鏈路部分可能會(huì)結(jié)合ADS-B、現(xiàn)有手機(jī)和低地球軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)以及低功率地面微波數(shù)據(jù)鏈路。一開(kāi)始，系統(tǒng)預(yù)計(jì)將具有三重冗余，用以應(yīng)對(duì)所有意外事件；即使在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法運(yùn)行的情況下也將保有全部功能。對(duì)于需要網(wǎng)絡(luò)范圍可見(jiàn)性的基本功能，所需的數(shù)據(jù)帶寬相當(dāng)?shù)?。?dāng)飛行器彼此非常接近時(shí)，需要提高帶寬，縮短延遲，但在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，已有幾種具有此功能的方法正在研發(fā)中。

排序和空間劃分必然需要通過(guò)優(yōu)步公司機(jī)載拼機(jī)生態(tài)系統(tǒng)垂直整合。不僅必須有可用的飛行器和垂直起降場(chǎng)/垂直起降站空間，還必須保留飛行空域，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每架飛行器的狀態(tài)和位置。目前，這一領(lǐng)域的人員正通過(guò)美國(guó)國(guó)家航空航天局/美國(guó)聯(lián)邦航空局下一代計(jì)劃不斷研發(fā)體積更大的飛行器，而無(wú)人駕駛飛行器可以使用類(lèi)似的方法來(lái)滿足飛行要求。

在這個(gè)領(lǐng)域中，微處理器速度和存儲(chǔ)器容量的持續(xù)發(fā)展直接體現(xiàn)為以更高的精度處理更密集空中交通的能力。

行程可靠性

行程可靠性是決定從預(yù)約到下機(jī)的端到端時(shí)間的主要因素之一，也是優(yōu)步公司想要實(shí)現(xiàn)的節(jié)省時(shí)間價(jià)值理念的主要技術(shù)路徑。行程可靠性是網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的一個(gè)函數(shù)，即在用飛行器的數(shù)量和分布與需求之間的函數(shù)。行程可靠性可以用從預(yù)約到抵達(dá)的時(shí)間來(lái)衡量，即從預(yù)約飛行器后到其出現(xiàn)期間用戶要等待的時(shí)間。反過(guò)來(lái)，行程可靠性又受許多因素的影響，例如，垂直起降場(chǎng)/垂直起降站的位置、飛機(jī)的空駛比，以及相較于汽車(chē)更易受其影響的天氣。

無(wú)人駕駛載人飛行器需要利用其他技術(shù)來(lái)增強(qiáng)可見(jiàn)性，在陣風(fēng)條件下有效、安全地操縱。應(yīng)對(duì)大多數(shù)結(jié)冰問(wèn)題，運(yùn)營(yíng)商充分利用增強(qiáng)的天氣信息和預(yù)測(cè)功能最大限度地提高可用運(yùn)行時(shí)間的百分比，所有這些反過(guò)來(lái)將實(shí)現(xiàn)飛行器利用率和經(jīng)濟(jì)可行性最大化。運(yùn)營(yíng)商可以利用從自動(dòng)除冰到自主駕駛的各種技術(shù)，提高控制精度和飛行適宜性決策的一致性，進(jìn)而顯著增加無(wú)人駕駛載人飛行器的可用性。

無(wú)論無(wú)人駕駛載人飛行器的可用性存在怎樣的差距，航線網(wǎng)絡(luò)的多模式特性都會(huì)對(duì)系統(tǒng)可靠性有所助益。如果飛行器由于某種問(wèn)題必須著陸，該系統(tǒng)可以自動(dòng)協(xié)調(diào)其他交通工具，從著陸點(diǎn)繼續(xù)行程。當(dāng)然，這會(huì)構(gòu)成降級(jí)的服務(wù)形式，因此無(wú)人駕駛載人飛行器可用性將存在一定的下限。低于該下限時(shí)，人們將認(rèn)為載人飛行服務(wù)并不具備足以讓用戶依賴的可靠性。因此，在早期部署中，運(yùn)營(yíng)商將選擇具備有利于確?？捎眯詶l件的位置。

天氣

飛機(jī)比汽車(chē)更易受到環(huán)境條件和天氣的影響。在起飛、巡航和著陸過(guò)程中，雷暴會(huì)造成巨大亂流、結(jié)冰和低能見(jiàn)度，是干擾飛機(jī)運(yùn)營(yíng)的最大外部條件之一。在起飛和著陸期間，強(qiáng)降水和陣風(fēng)形成的不穩(wěn)定條件會(huì)進(jìn)一步造成干擾，導(dǎo)致難以保持飛行控制和合理的安全裕度。

一般來(lái)說(shuō)，在最近的機(jī)場(chǎng)仍然能夠進(jìn)行商業(yè)航空公司運(yùn)營(yíng)時(shí)，運(yùn)營(yíng)商期望載人飛行能隨時(shí)提供服務(wù)。惡劣的天氣條件(如強(qiáng)雷暴天氣) 下，包括載人飛行在內(nèi)的所有飛機(jī)都會(huì)延誤。所以，運(yùn)營(yíng)商可能會(huì)優(yōu)先考慮將最初的載人飛行運(yùn)營(yíng)部署在不存在阻止運(yùn)營(yíng)的環(huán)境或天氣條件的市場(chǎng)中。

隨著技術(shù)不斷發(fā)展，無(wú)人駕駛載人飛行器將可以在各種更具挑戰(zhàn)性的天氣環(huán)境下的運(yùn)營(yíng)，如果能夠克服一系列關(guān)鍵障礙，載人飛行就可能提高在各個(gè)市場(chǎng)的普及率。

(1) 密度和高度

在較高海拔和較低空氣密度環(huán)境下，環(huán)境通常會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生兩大不利影響。第一，空氣密度減小意味著產(chǎn)生所需的升力需要更高的真實(shí)空速和/或旋翼速度。第二，空氣密度減小意味著可用的發(fā)動(dòng)機(jī)功率降低。隨著空氣密度的減小，吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的功率損失將超過(guò)30%以上，取決于具體設(shè)計(jì)(即機(jī)械齒輪箱限制) 。這使常規(guī)直升機(jī)面臨巨大的挑戰(zhàn)。雖然無(wú)人駕駛載人飛行名義上是在相對(duì)于地平面低于3000ft的低空運(yùn)行，但在高海拔地區(qū)運(yùn)行就相當(dāng)于在標(biāo)準(zhǔn)大氣中10000ft以上的高空運(yùn)行。

(2) 冰

雪和冰不僅會(huì)黏附在轉(zhuǎn)軸和機(jī)身部件上，還可能在這些部件上凍結(jié)成形，從而增加重量并改變機(jī)翼的形狀。結(jié)冰條件不僅僅是寒冷的氣候環(huán)境現(xiàn)象，在偶然出現(xiàn)的天氣條件下，某些高度也會(huì)發(fā)生這種狀況。雖然無(wú)人駕駛載人飛行器不太可能在較高的海拔高度運(yùn)營(yíng)，但電力推進(jìn)提供了獨(dú)特的運(yùn)行安全優(yōu)勢(shì)，可在短時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生很高的功率，直到電動(dòng)機(jī)達(dá)到熱極限(通常需要運(yùn)行30s到120s) 。這種能力可在緊急情況下用于短時(shí)間的功率突發(fā)，或者用于短期高速攀升，在冰凝結(jié)前快速穿過(guò)結(jié)冰層海拔高度。

(3) 可見(jiàn)度

即使采用傳統(tǒng)的儀表飛行操作，在飛行的最后幾秒也必須讓飛行員能夠查看著陸環(huán)境。機(jī)場(chǎng)“低于最低條件”意味著在最近的安全進(jìn)近點(diǎn)，不具備這種查看著陸環(huán)境的條件。無(wú)人駕駛載人飛行器在進(jìn)近時(shí)可以用比常規(guī)飛機(jī)慢得多的速度飛行，因此要求較低可見(jiàn)度，但在它們完全自動(dòng)飛行前，仍然需要具備目視條件。

未來(lái)，我們可以利用已經(jīng)研發(fā)成功并部署在商務(wù)級(jí)噴氣飛機(jī)上的紅外光譜透視霧氣的視覺(jué)系統(tǒng)輔助飛行。這些類(lèi)型的系統(tǒng)增強(qiáng)了低能見(jiàn)度條件下的運(yùn)營(yíng)能力。無(wú)人駕駛載人飛行器還可以利用激光雷達(dá)和激光掃描系統(tǒng)，規(guī)避其他飛機(jī)/障礙物，看清到達(dá)著陸點(diǎn)的路徑。我們完全有理由相信，隨著高性能合成視覺(jué)系統(tǒng)的快速發(fā)展，在較低可見(jiàn)度條件下的運(yùn)營(yíng)必將實(shí)現(xiàn)。

(4) 陣風(fēng)

對(duì)于無(wú)人駕駛載人飛行器而言，城市環(huán)境中的高層建筑物周?chē)年囷L(fēng)具有很大的威脅性。無(wú)人駕駛載人飛行器需要遵守與人造物體的安全間距，美國(guó)聯(lián)邦航空局要求所有固定翼飛機(jī)與建筑保持至少500ft的距離。無(wú)人駕駛載人飛行器的地圖系統(tǒng)中需要內(nèi)置此類(lèi)緩沖器，確保它們可以避開(kāi)這些安全區(qū)，特別是在不斷變化的城市環(huán)境中。在結(jié)冰問(wèn)題中提到的短時(shí)間可用額外功率適用于這種情況，因?yàn)樵黾拥目刂屏捎糜诘窒囷L(fēng)條件的影響。相互連接的無(wú)人駕駛載人飛行器網(wǎng)絡(luò)可監(jiān)視和共享所經(jīng)歷的大氣條件。這種網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)陣風(fēng)位置的實(shí)時(shí)和歷史映射，啟用動(dòng)態(tài)的路徑選擇和抵達(dá)程序，最大限度降低遭遇陣風(fēng)的幾率。這種高度分散的天氣采樣類(lèi)型還能提高當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。目前，航空天氣信息平臺(tái)還能利用其他機(jī)隊(duì)天氣數(shù)據(jù)提供局部地點(diǎn)的準(zhǔn)確天氣狀況，讓飛行員在非最佳天氣條件下更自信地執(zhí)行短途飛行。

安檢

將安檢無(wú)縫融入到無(wú)人駕駛載人飛行器使得運(yùn)營(yíng)更加順利?；趹?yīng)用程序的運(yùn)營(yíng)商具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可利用技術(shù)來(lái)集成和最大限度地減少任何安全要求帶來(lái)的不便，同時(shí)減少乘客在乘坐飛機(jī)時(shí)所經(jīng)歷的耗時(shí)步驟。例如，優(yōu)步在匹茲堡的自動(dòng)駕駛汽車(chē)后座設(shè)有平板電腦，將來(lái)它可用于驗(yàn)證乘客身份，車(chē)內(nèi)不需要任何人為監(jiān)督。

此外，驗(yàn)證乘客身份和相關(guān)偏好所需的數(shù)據(jù)可能會(huì)繼續(xù)作為拼機(jī)服務(wù)商移動(dòng)應(yīng)用程序的一部分；因此，運(yùn)營(yíng)商可以開(kāi)發(fā)類(lèi)似于美國(guó)聯(lián)邦航空局運(yùn)輸安全局預(yù)檢查的系統(tǒng)，在通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和其他輸入數(shù)據(jù)確定乘客為低風(fēng)險(xiǎn)乘客時(shí)，簡(jiǎn)化安檢程序，讓乘客快速通過(guò)機(jī)場(chǎng)安檢。無(wú)人駕駛載人飛行運(yùn)營(yíng)不要求像乘客乘坐商業(yè)航空公司航班那樣的安檢水平，但運(yùn)營(yíng)商要在飛行前提供技術(shù)支持的安檢與合理的地面安全參數(shù)的理想組合方式，為乘客打造安全無(wú)憂、愉快的旅程。

圖7 將安檢融入到無(wú)人駕駛載人飛行器登機(jī)流程中

圖8 噪聲和隱私是大眾比較關(guān)注的問(wèn)題

采納公眾意見(jiàn)

運(yùn)營(yíng)商、城市和政府、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和社區(qū)將仔細(xì)考慮無(wú)人駕駛載人飛行及其垂直起降場(chǎng)站對(duì)當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的影響。無(wú)人機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)及其日益廣泛的使用已經(jīng)帶來(lái)了一些問(wèn)題，這將對(duì)無(wú)人駕駛載人飛行在城市環(huán)境的發(fā)展起到指導(dǎo)作用。對(duì)于確定會(huì)影響飛行器和基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)的問(wèn)題，當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)將給予有價(jià)值的反饋。運(yùn)營(yíng)商就無(wú)人駕駛載人飛行問(wèn)題與潛在用戶和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)開(kāi)展對(duì)話，能讓運(yùn)營(yíng)商、監(jiān)管機(jī)構(gòu)、制造商和社區(qū)與潛在用戶和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)分享這種潛在的變革性交通解決方案的發(fā)展。相反，如果運(yùn)營(yíng)商、政府機(jī)構(gòu)、飛機(jī)設(shè)計(jì)者、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和其他利益相關(guān)者從這場(chǎng)探索中一開(kāi)始就沒(méi)有與正在從這種新型飛機(jī)中受益并為其做出貢獻(xiàn)的人群進(jìn)行有效接觸，就會(huì)錯(cuò)過(guò)一個(gè)重大機(jī)會(huì)。如果用戶和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)沒(méi)有看到載人飛行在改善他們生活方面的潛在應(yīng)用價(jià)值，那么他們對(duì)載人飛行運(yùn)營(yíng)的支持將有限。社區(qū)甚至可以采取各種各樣的手段延遲、限制甚至禁止運(yùn)營(yíng)活動(dòng)。

安全

雖然安全不僅是政府機(jī)構(gòu)關(guān)注的問(wèn)題，而且也是社區(qū)擔(dān)憂的問(wèn)題。運(yùn)營(yíng)商需要采用無(wú)人駕駛飛行器設(shè)計(jì)中固有的保障措施來(lái)建立所需的信任水平。當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)也會(huì)關(guān)注這些飛行器的安全性，以及它們易受劫持和黑客攻擊的弱點(diǎn)。政府機(jī)構(gòu)必須密切參與所有載人飛行服務(wù)的運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)，但當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)也要全面了解已經(jīng)實(shí)施的安全保障措施。雖然最初并非全自主飛行，但無(wú)人駕駛飛行器本身是由軌跡控制而不是由狀態(tài)控制的，這意味著如果需要，可以遠(yuǎn)程修改飛行路徑。通過(guò)適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)安全保障措施，可以在緊急情況下提供由遠(yuǎn)程飛行員接管機(jī)載飛行員的功能。運(yùn)營(yíng)商會(huì)了解到，垂直起降場(chǎng)和垂直起降站將成為城市景觀的新特征或更顯著的特征。確保這些站點(diǎn)的安全和安保以實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)目的和無(wú)縫低調(diào)地融入城市結(jié)構(gòu)，這無(wú)疑將是當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)、地方執(zhí)法機(jī)構(gòu)、國(guó)家安全機(jī)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商共同努力的結(jié)果。

噪聲

載人飛行給社區(qū)帶來(lái)的主要問(wèn)題之一就是噪聲。在機(jī)場(chǎng)周?chē)ㄔ煨碌拇怪逼鸾祱?chǎng)/垂直起降站或改變飛行模式是可以理解的，也是重要的問(wèn)題。運(yùn)營(yíng)商必須評(píng)估為了享受到載人飛行帶來(lái)的好處，社區(qū)可以接受什么樣的噪聲水平，無(wú)論是來(lái)自載人飛行運(yùn)營(yíng)還是與之相關(guān)的垂直起降場(chǎng)周邊交通流量增加。每個(gè)社區(qū)都有一個(gè)獨(dú)特的聲音場(chǎng)景，因此在提供無(wú)人駕駛載人飛行服務(wù)的同時(shí)不會(huì)帶來(lái)明顯的聲音影響十分重要。這需要在飛機(jī)設(shè)計(jì)、著陸點(diǎn)和路線規(guī)劃之間進(jìn)行規(guī)劃和密切協(xié)調(diào)，并動(dòng)態(tài)調(diào)度每次飛行?；A(chǔ)設(shè)施選址和載人飛行運(yùn)營(yíng)模式規(guī)劃將依靠實(shí)際聲音監(jiān)測(cè)，并確保飛行模式能夠在不超過(guò)終點(diǎn)和飛行航線的目標(biāo)噪聲水平的情況下完成。通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量生理音量和擾人時(shí)段，動(dòng)態(tài)操作規(guī)劃可制定相應(yīng)的社區(qū)噪聲標(biāo)準(zhǔn)。憑借動(dòng)態(tài)噪聲測(cè)量和操作規(guī)劃，運(yùn)營(yíng)商可以在距離相等的前提下將交通量引導(dǎo)到噪聲較高的備用起降場(chǎng)(最近的航班較少或背景噪聲水平較高) 而不是較安靜的位置。

隱私

在美國(guó)，社區(qū)已對(duì)無(wú)人機(jī)帶來(lái)的隱私問(wèn)題采取行動(dòng)。迫于民眾壓力，各州的立法機(jī)構(gòu)頒布了新的法律。由于無(wú)人駕駛飛行器大部分時(shí)間都處在高空，涉及隱私問(wèn)題的主要是垂直起降的過(guò)程。運(yùn)營(yíng)商需要?jiǎng)討B(tài)、精確地將每個(gè)航班路線規(guī)劃在較不敏感的區(qū)域，確保離私人領(lǐng)地之上始終留有適當(dāng)?shù)木嚯x。在美國(guó)，在飛越人口密集地區(qū)時(shí)，固定翼飛機(jī)的飛行高度為最高的障礙物上方1000ft到2000ft之間。在人口較少的地區(qū)，高度限制為500ft。