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城市空中交通研究进展与趋势

飞行力学 2024年

作者：郑秀梅李智恒中国民航大学交通科学与工程学院

针对城市空中交通的研究进展与发展趋势进行了综合评述。首先，基于知识图谱分析了文献的基本特征，包括时间趋势、国家分布、机构分布、核心作者和主要期刊分布；其次，基于关键词和共现网络分析，识别出UAM研究热点；最后，结合发展... 详细信息

针对城市空中交通的研究进展与发展趋势进行了综合评述。首先，基于知识图谱分析了文献的基本特征，包括时间趋势、国家分布、机构分布、核心作者和主要期刊分布；其次，基于关键词和共现网络分析，识别出UAM研究热点；最后，结合发展特性和发展需求，提出未来研究方向。研究结果表明：城市空中交通研究正处于成长阶段，并呈现出热度上升的态势，研究主体集中在科技水平较高的地区，研究学者具有较高的分散性；研究主要集中在基础设施、运行安全、环境影响、运营组织和交通管理5个领域；未来研究可以进一步探讨起降场的设计规范和空域容量，高密度或多冲突情境下的运行控制，以及城市空中交通绿色发展模式等。

关键词：城市空中交通文献计量学可视化分析知识图谱

面向城市空中交通的电动飞行汽车关键性能指标分析

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机械工程学报 2024年

作者：刘文学侯聪杨亚联陈智航韩杰胡晓松广州汇天航空航天科技有限公司重庆大学机械与运载工程学院重庆大学机械传动国家重点实验室

深入理解并研究城市空中交通(Urban air mobility, UAM)场景下电动飞行汽车的飞行动力学及关键性能，对于研发和升级航空动力电池系统具有重要意义。首先，从概念和动力学模型两方面详细综述了当前七种典型的电动飞行汽车；然后，系统... 详细信息

深入理解并研究城市空中交通(Urban air mobility, UAM)场景下电动飞行汽车的飞行动力学及关键性能，对于研发和升级航空动力电池系统具有重要意义。首先，从概念和动力学模型两方面详细综述了当前七种典型的电动飞行汽车；然后，系统研究了UAM场景下的电动飞行汽车关键性能指标，包括航程、有效载重、巡航速度、能量效率、功率保持率、经济性、环境影响及安全性，并与常见地面车辆进行对比研究，进一步从动力电池系统角度阐述了提升上述关键性能指标的有效措施。研究结果表明，对于60 km的点对点通勤，电动飞行汽车相比电动乘用车能够节省约75 min。各类飞行汽车在满载满航程条件下的能量效率均分布于地面车辆区间，特别是倾转旋翼、倾转机翼、可停转机翼以及倾转涵道型飞行汽车具有与电动乘用车相当的能量效率。在电动飞行汽车起飞和着陆阶段，电池会经历超过5C的峰值电流并在电池系统侧产生约10%的功率损耗，而电动乘用车电池仅损耗约4%，考虑循环老化后电池功率损耗将会加剧。长远来看，固定翼飞行汽车在航程、有效载重和能量效率等方面具有显著优势，是未来城市空中巴士和末端配送等典型UAM应用场景的理想选择。

关键词：城市空中交通电动飞行汽车动力电池系统关键性能指标

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城市空中交通创新生态系统构建及运行机制

科技管理研究 2024年第7期44卷 18-26页

作者：任新惠王佳瑞中国民航大学经济与管理学院天津300300

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... 详细信息

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。

关键词：城市空中交通创新生态系统运行机制

面向城市空中交通的eVTOL飞行器航迹规划研究

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面向城市空中交通的eVTOL飞行器航迹规划研究

作者：朱星宇中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

近年来,随着科技进步,低空经济正逐渐崭露头角,成为引领新一轮经济增长的重要引擎,低空经济是新质生产力的代表,展现出前所未有的发展潜力和广阔的市场前景。城市空中交通(Urban Air Mobility,UAM)作为低空经济的核心组成部分,正日益受... 详细信息

近年来,随着科技进步,低空经济正逐渐崭露头角,成为引领新一轮经济增长的重要引擎,低空经济是新质生产力的代表,展现出前所未有的发展潜力和广阔的市场前景。城市空中交通(Urban Air Mobility,UAM)作为低空经济的核心组成部分,正日益受到社会各界的关注,UAM系统指以一种电动垂直起降(electric Vertical Take-Off and Landing,eVTOL)飞行器作为交通工具,为居民提供出行服务的方式。由于城市建筑物众多,eVTOL飞行器必然会在建筑物间穿行,要确保eVTOL飞行器在城市中安全运行,eVTOL飞行器的安全航迹规划就显得尤为重要。对此,本文进行了以下研究:本文首先确定了eVTOL飞行器与城市建筑物之间的安全裕度。安全裕度是指eVTOL飞行器在城市飞行过程中与周围建筑物应保持的最小安全距离,安全裕度的确定对于防止碰撞、提高飞行安全性至关重要,且涉及多方面影响因素。为应对评估过程中的不确定性和模糊性,本文采用主客观结合的方法来确定安全裕度,并引入模糊综合评价(Fuzzy comprehensive evaluation,FCE)的方法对影响因素进行量化评估。通过分析eVTOL飞行器的飞行特性与城市建筑物的空间分布特征,确定评价指标体系,包括但不限于建筑物特性、环境条件、飞行器性能等诸多关键指标,进而使用决策试验与评价实验室(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory,DEMATEL)法确定各指标权重,最后进行综合评分,得出影响因子,确定合理的安全裕度。其次,本文分析了现有的航迹规划相关研究并结合eVTOL飞行器自身特点,提出了两个衡量eVTOL飞行器航迹代价的指标:航迹的路径长度、航迹的经济性,并建立以两个指标总代价最小的目标函数。同时,为确保生成航迹的安全性,本文通过安全裕度的计算结果,根据不同的建筑物类型分别将城市环境的障碍物建模向外进行了扩展。针对传统航迹规划算法存在的航迹并非最短、航迹不平滑等问题,本文选用Theta*算法用于航迹规划研究并提出了一种改进的Theta*算法,进一步缩短规划航迹并提高搜索效率。最后,为验证本文提出方法的可行性,进行仿真验证。主客观结合的方法在安全裕度确定中的应用,为处理安全裕度评价中的不确定性和模糊性提供了一种有效途径。同时,相比传统算法,本文算法能够在保证eVTOL飞行器在城市中安全飞行的同时,有效减少飞行航迹长度和飞行器能耗,显示出更优的航迹规划性能。

关键词：城市空中交通 eVTOL飞行器安全裕度航迹规划

粤港澳大湾区城市空中交通高质量发展的探索及其研究

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品牌与标准化 2024年第2期 111-116页

作者：付国印广东外语外贸大学南国商学院空港经济协同创新研究中心广东广州510000 广东贸促国际商事认证中心广东广州510000

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... 详细信息

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。

关键词：城市空中交通空域环境 UAM全产业链垂直起降航空器

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面向未来的城市空中交通法律规制框架

北京航空航天大学学报(社会科学版) 2024年

作者：贾圣真姚怡行中国民航大学法学院

城市空中交通（urban air mobility,UAM）是指在城市低空空域内主要利用电动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。中国UAM具有良好的发展基础和广阔的发展前景。UAM发展需要法律和制度保障，UAM系统的... 详细信息

城市空中交通（urban air mobility,UAM）是指在城市低空空域内主要利用电动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。中国UAM具有良好的发展基础和广阔的发展前景。UAM发展需要法律和制度保障，UAM系统的优势与风险是制定相关法律规则的现实基础。面向未来的城市空中交通法律制度，应该秉持包容审慎、动态安全、智能高效、综合协同的理念，构建要素保障、交通管理、产业政策、市场监管、技术标准等五个方面互相联系、互相支撑的法律制度，形成完整的城市空中交通法律规制框架。

关键词：城市空中交通规制理念规制框架低空经济通用航空交通法

城市空中交通及其新型基础设施低空公共航路研究综述

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航空学报 2023年第24期44卷 1-29页

作者：廖小罕屈文秋徐晨晨贺洪波王俊伟石伟博中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 中国民用航空局民航低空地理信息与航路重点实验室北京100101 中国科学院无人机应用与管控研究中心北京100101 中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院区域生态过程与环境演变实验室武汉430074

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... 详细信息

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。

关键词：城市空中交通低空空域公共航路 eVTOL航空器管控与运营

探索飞行汽车通勤新模式的城市空中交通发展分析

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北京理工大学学报 2023年第7期43卷 665-675页

作者：王芳白傑杨丽平饶兵黄李波浙大城市学院信息与电气工程学院杭州310015 哈尔滨工程大学水下机器人技术重点实验室黑龙江哈尔滨150001

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... 详细信息

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.

关键词：飞行汽车电动垂直起降城市空中交通客运载运具技术按需服务

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面向城市空中交通无人机视觉导航方法研究

面向城市空中交通无人机视觉导航方法研究

作者：曾龙中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

城市空中交通(Urban AirMobility,UAM)这一全新交通运输模式近年来正被工业界和资本市场广泛关注。具有无人驾驶能力的电推进垂直起降航空器(e VTOL)因其具有起降灵活、运行成本低、噪音小等特点成为UAM运行概念中的主要载运具。e VTOL... 详细信息

城市空中交通(Urban AirMobility,UAM)这一全新交通运输模式近年来正被工业界和资本市场广泛关注。具有无人驾驶能力的电推进垂直起降航空器(e VTOL)因其具有起降灵活、运行成本低、噪音小等特点成为UAM运行概念中的主要载运具。e VTOL在城市超低空巡航、进近过程中,容易受城市复杂地形和电磁环境的影响。比如高层建筑会对全球卫星导航定位系统信号产生多径干扰和屏蔽效应,城市中部分区域甚至还可能出现一些恶意的电磁攻击,这会导致机载全球卫星导航与定位系统的工作连续性和可靠性大大下降,因此引入卫星之外的导航信源(如视觉信息)来为e VTOL提供导航备份对于城市空中运行显得尤为重要。基于以上问题背景,本文以具有无人驾驶能力的e VTOL航空飞行器(简称:无人机)为载体,将无人机在城市复杂地形和电磁环境下如何基于视觉手段实现备份导航能力作为主要目标开展课题研究工作。本文首先介绍了视觉导航相关的基础理论,研究了无人机位姿估测技术,提出了无人机位姿估计的数学问题;其次分析了城市空中交通的运行特点,对城市空中交通中导航性能需求进行了概括,针对视觉位姿估计技术中误差累计以及尺度不确定问题,添加IMU数据进行更正并改进算法消除误差累计;最后在设计好的城市空中交通仿真环境中进行了实验验证和分析,证明了本文提出的视觉导航算法的精度性、实时性和稳定性。本文主要完成了以下工作:1、将无人机位姿估计问题通过数学语言建立数学模型,分别建立运动方程和观测方程分析了无人机位姿估计中需要解决的关键问题。介绍了无人机运动中使用的数学描述,包括旋转向量与平移向量、四元数表示无人机位姿、李群和李代数。建立了单目相机模型,并进行了相关的坐标转换。2、分析了城市空中交通的特性,在空域使用、航路规划、定位导航等方面与传统航空运输进行了比较,并详细分析了城市空中交通的飞行器选用、空域规划、地面基础设施等方面。对城市空中交通中的导航系统进行了分析,对其导航系统提出了相关标准要求。3、提出了面向城市空中交通视觉导航方案的整体结构,设计实现了视觉里程计,对ORB-SLAM算法提出了改进,改进后的算法更适用于城市空中交通环境。4、对比了目前常用的几种无人机仿真系统,对各类仿真系统的优缺点进行分析,选取了AirSim作为本课题飞行仿真实验的基础平台。对AirSim系统架构与各个模块进行分析,基于AirSim搭建了专用的仿真场景。5、对AirSim仿真平台进行搭建与运动控制验证,介绍了AirSim中控制无人机的各类API以及传感器API,之后进行了航路设计,最后对设计好的城市空中交通视觉导航算法进行系统测试,验证了设计算法在精度与稳定性方面的先进性。

关键词：城市空中交通无人机单目视觉视觉导航视觉定位