直升机自诞生起就被应用于城市短途运输，例如从机场到市中心的短途运输或空中观光等，这意味着城市空中交通早就存在。近年来，远程机长驾驶系统、分布式电力推进系统以及自动控制系统等方面的技术取得突破，并成功应用于电推进垂直起降（electric Vertical Take-Off and Landing，eVTOL）航空器。以eVTOL 作为核心载运工具、以个人用户出行为特点的城市空中交通（Urban Air Mobility，UAM）引起广泛关注并于2018 年被美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）明确定义。与直升机不同，eVTOL 航空器具有噪音小、环保、安全性高、维护成本低等特点，为UAM 的常态化运行提供了解决安全与管理痛点的关键。同时，航空器技术的快速突破和企业的持续关注预示着UAM 具有非常广阔的商业化应用前景。

UAM 运输优势是显而易见的，其主要使用的载运工具包括直升机、eVTOL 航空器、飞行汽车等，可在复杂的城市空间内进行垂直起降，能够确保UAM 可利用不同水平高度的垂直空间并兼容更加灵活的飞行路径。尤其是面向拥堵的城市交通场景，通过UAM 可实现点对点运输，使得飞行路线更短直，能够极大地提高运输效率、降低延误风险。然而，城市低空环境复杂，飞行约束要素众多且更新快，严重影响航空器的安全运行。同时，商业化运行背景下eVTOL 航空器运行将呈现出流量大、密度高、飞行性能及操控方式多样的交通流特性，这要求城市空中交通具备大规模集群飞行的高效管控能力。因此，如何保障复杂城市空中规模化航空器的安全、高效运行，是UAM 发展必须解决的瓶颈问题。

针对以上问题，国内外学者展开了诸多探索，并提出了一些解决方法，例如地理围栏和无人机交通管理走廊。然而，这些方法通常仅适用于小范围、典型性场景的UAM 管控，无法满足UAM 规模化运行需求。类似于AirMatrix的规模化管控场景则对UAM 系统的自动化程度提出了较高的要求，但目前的技术很难满足实时更新UAM 空域网格与eVTOL 航空器状态的需求。鉴于低空空域资源的公共属性，通过国家所有权的代表对其进行管制是保证这一公共自然资源利用效率最大化的一种最直接有效的手段。因此，对UAM 的管控需要从系统层面入手，“自上而下”地解决问题。低空公共航路网就是这样一种由相关部门通过顶层规划来实现安全、高效管控UAM 规模化运行的可行解决方案。低空公共航路是在低空和超低空空域内，为多航空器同时飞行划设的公共空中通道。它是根据低空地理信息约束要素、低空飞行环境、多种载运工具特性、UAM 需求等因素综合划设的航路网络，具有结构化特征。与其他航路不同，低空公共航路是一种面向社会大众多类型航空器、多用户、多行业共享使用的固定的UAM 基础设施。通过合理规划低空公共航路网，可以从顶层设计上约束不同类型、不同任务需求的UAM 载运工具的飞行路径，以此确保UAM 规模化运行的有序性、安全性。因此，本文将聚焦基于低空公共航路的UAM 管控，并对UAM 的科学、高效管控进行综述性研究。

本文将从以下6 个部分阐述UAM 和低空公共航路的研究现状。第1 节探讨UAM 发展历程、商业化试点应用现状以及UAM 与其他交通方式的联系与区别。本节重点提出，UAM 具有地面交通的特性，不能简单纳入传统意义上的民用航空管理范畴。第2 节阐述UAM 所包含的基本问题，重点讨论了UAM 的基础设施、载运工具以及UAM 与UTM 的区别。第3 节对低空公共航路与UAM 的联系进行了分析，并对低空公共航路的研究现状与规划的关键技术进行综述性研究。第4 节提出了以共享运营为基础的UAM 管理与运营框架。第5 节讨论了建设以低空公共航路网为载体的低空无人机应用服务系统。第6 节提出了UAM 的罗落实建议。最后，对全文进行总结，对建设UAM 在政策、技术、市场以及社会方面的机遇与挑战进行讨论。

UAM 是指利用具有自主驾驶能力或有人驾驶的航空器在城市空域内进行载人载货的运输。承载人类飞天梦想的UAM 作为一种新型交通方式，因其按需响应的特性发展一直备受关注。在UAM 时代有望到来的今天，其商业化应用所涉及相关问题也需要进一步解决。UAM 是如何发展的，商业化应用现状如何，以及这种交通方式与现有交通方式的本质异同点是什么，对其进行剖析与思考都会对UAM 真正实现常态化运行有所启发。本节对UAM 的不同阶段的发展历程、商业化应用现状进行综述性研究，分析UAM 常态运行时与城市地面交通、民航运输的区别与联系，提出UAM 不能简单的纳入民航范畴，甚至更具城市地面交通的特性。

一、UAM 的发展历程

UAM 并非是新的概念，早在20 世纪40 年代纽约航空和洛杉矶航空就已经利用直升机进行城市空中交通的商业化运输。通过回顾城市空中交通的发展历程，将城市空中交通运输的发展大致分为3 个阶段。

第1 阶段为1941—1979 年。这个阶段的城市空中运输服务主要依托直升机展开，纽约航空和洛杉矶航空分别于1947 年和1949 年开始利用直升机运输人员与邮件，纽约航空公司的运营量甚至在1967 年达到120 万人次。启发于直升机运输，此阶段是城市空中交通概念的萌芽阶段，诞生了对城市空中交通商业化运营、空中交通管制以及发展规划等方面的诸多思考。Davis和Wood分别在1964 年和1967 年对可用于城市空中交通运营的航空器进行了讨论。NASA 在1972 年对城市空中交通系统的管控与运营，引入城市交通系统中所产生的影响以及影响系统性能的因素等问题进行了深入探讨。这个阶段城市空中交通运行航线少，且主要服务对象为支付得起高额费用的商务人士，后由于载运工具技术问题，事故频发，UAM 发展陷入低潮。

第2 阶段大致为2000—2014 年。该阶段的主要标志是Moore首次提出了针对个人出行的航空器（Personal Aerial Vehicles，PAV）概念。这一概念的提出将垂直起降航空器赋予私人属性，其按需运行，支持居民在城市内部或郊区间短途通行，所产生的通勤成本被认为在个人家庭的可承受范围内。Cwerner以巴西圣保罗直升机发展史为例，分析了人们对于门到门空中运输服务的需求，他指出无论这种交通方式是否能够得到大规模发展，但仍是城市交通十分具备发展前景的方向之一。

第3阶段大致为2014年至今，是无人机全面来临的时代。此阶段关于无人机交通管理的理论体系开始逐步建立与完善，用于城市空中运输的载运工具研发也得到了极大的关注。2014 年，NASA正式提出城市低空空域无人机交通管理系统（Unmanned Aircraft System（UAS）Traffic Management（UTM）），其目的是从风险保障角度来确保大规模、高密度的无人机在城市低空空域内安全高效运行。由欧洲单一天空空中交通管理研究计划（SESAR 3 Joint Undertaking，SESAR JU）研发的U-space则侧重于在指定空域内为飞行的航空器提供系统所集成的多种服务。南洋理工大学与Uber也相继提出了关于城市空中交通管控的相关设想。此阶段是UAM 全面发展的新时期，但随着eVTOL 航空器自动化水平的提高，管控系统的进一步完善，UAM 在管制方式、航路规划、空域设计以及空域容量等方面必然会提出新的要求。NASA从载运工具、空域以及社会接受度3 个方面入手，提出了UAM 成熟度模型（UAM Maturity Levels，UML）。该模型将UAM 的发展分为初始阶段、中间阶段以及成熟阶段，每个阶段包含2 个层级，同时阐述了每个层级UAM 将要面对的挑战。对于eVTOL 航空器的管控问题，虽未有成熟的管控措施，但NASA 开发无人机交通管理系统并将其开发验证分为4 个技术阶段（Technical Capability Level，TCL），其中包括运行概念、数据传输、无人机动态避让以及无人机通讯导航监视验证等方面的内容。

二、UAM 的商业化试点现状

经历过去几十年的发展，关于UAM 的理论体系已经得到逐步完善。近年来，随着分布式电力推进、自动驾驶、电池、电机等载运工具技术的快速突破，许多公司开始致力于设计eVTOL 航空器，该领域的投资目前已经超过20 亿美元。技术上的保障催生了载运工具的快速发展，也加快了UAM 发展进程，UAM 商业化试点工作也在全球范围内陆续开展。

国外如刀锋（Blade）与优步（Uber）均开通了曼哈顿至纽约市机场之间的城市空中交通运输服务；Flytrex 与包括Just Wings 和El Pollo Loco 在内的多家美国餐厅合作，通过eVTOL 航空器进行食品配送服务；Urban Footprint 已与美国联邦航空管理局（Federal Aviation Administration，FAA）合作在农村地区开展药物和疫苗运输。除了直接配送外，空客（Airbus）通过Voom 平台响应订单，利用直升机在巴西、墨西哥提供按需响应的城市空中运输服务。

中国对UAM 的发展也十分重视，中国民航局于2022 年8 月发布《民用无人驾驶航空发展路线图V1.0（征求意见稿）》提出了先载货后载人，先通用后运输，先隔离后融合的发展路线。上海市政协十三届三十五次常委会议提出建设以浦东机场和铁路东站为核心的综合交通枢纽建设，率先引入新型交通工具和交通方式，推广eVTOL 航空器。国家发改委、商务部以深圳作为先行先试单位，打造海陆空三位一体的新兴城市综合交通体系。除了政府外，许多企业也积极推动UAM 的发展。亿航智能与天行健达成合作，将在中国湖南吉首矮寨奇观旅游区开展EH216 自动驾驶飞行器低空游览项目，且亿航216 获得来自日本、新加坡以及印尼等多国的订单。美团与上海市金山区合作推动全国首个城市低空物流运营示范中心落地；迅蚁在杭州开展全国首条常态化城市空中急救送血航线，在疫情期间打开了一条“空中通道”。国内外对于城市低空空域内利用eVTOL 航空器进行载人运输和物流运输的探索，都表明UAM 实现商业化运营势在必行。

三、UAM 与其他交通方式区别与联系

虽然UAM 已经开始进行商业化试点工作，但UAM 与现有交通方式在流量特性、服务目的、管控方式等方面的区别与联系、是否与现有交通方式形成互补或竞争关系均尚未明晰，这些都是真正实现UAM 常态化运营所必须考虑的问题。关于UAM 管理与运营，更多的学者将其纳入民航运输的范畴。但本文认为UAM 与出租车、公交以及地铁等地面交通的交通工具的实质区别是以不同空间维度的载运工具服务于城市交通系统，即使其运行空域与现有的运输航空或通用航空有部分重合，但其服务目的、服务区域、载运工具流量特性等多方面因素融合了城市交通的属性，因此不能简单的将UAM 归入传统意义上的民用航空管理范畴。本小节将对UAM 与其他交通方式的区别与联系进行阐述，如表1 所示。

表1 UAM 与地面交通、民航运输的区别与联系

1、UAM 与城市地面交通

在交通出行方面，UAM 服务目的和交通发生原因与城市地面交通一致。两者的服务目的都是为城市内部有出行需求的居民提供一种出行的可能，只是在表现形式、运行空间、服务水平上各有优劣。两者交通发生的原因均为以个体居民为基本单位，不同出行目的的交通发生行为，居民根据其出行目的的紧要性、自身收入水平、不同出行方式的可达性等因素综合考量对城市中各种交通方式进行选择。在流量管控方面，两者均为高流量密度的交通方式，设置统一的交通规则对流量统一管控，出行的过程由驾驶员自主负责。在服务特性方面，两者主要的服务范围是城区内、城郊的短距离出行，具有按需响应、可达性高的特性。基于以上三点，本文推测两者极大概率上会是统一的管控主体。一方面，统一的管控主体有助于UAM 加快融入城市交通系统的进程，为构建综合化、立体化的城市交通系统提供便利。另一方面，深圳市民用无人机管理暂行办法（征求意见稿）明确指出市政府对无人机管理工作进行统一领导，组织建设低空领域无人机空中感知系统，明确公安、工信、市场监督管理等各部门职责分工，建立与相关军民航空管单位的信息共享和协调联动机制，协调解决无人机管理中的重大问题。

在载运工具方面，现有城市交通方式载运工具类型相对比较固定。由于UAM 尚未运营，实施技术细节并未明晰等原因，载运工具的动力模式、气动布局方式与应用场景之间的关系还有待进一步探讨。当前eVTOL 航空器类型有多旋翼、倾转旋翼、复合翼以及垂起固定翼等，动力模式、气动布局方式不同，起飞重量、巡航速度、续航时间以及机体尺寸差距也十分明显且无统一规律。在运行维度方面，城市现有交通方式还处于二维运行的阶段，UAM 为拓展现有城市交通的维度，实现立体化的交通运输场景提供了可能。这更好地利用了城市低空空域资源，提高了交通运输量。但需要注意的是，三维场景也给城市交通带来了更多的不确定性，UAM 的前期接受度相较于其他交通方式更低。有调查表示，教育程度更高、更年轻以及收入更高的人会对这种交通方式接受度更高。

2、UAM 与民航运输

UAM 与民航运输均在三维空间内运行，具备计划性特点，其在运行维度与运行方式的相似性，可为UAM 的管控提供参考，即通过设置飞行计划来提高空域监管能力。但2 种交通方式本身差异较大，在管制方式方面，UAM 更侧重于自动化的系统设计与运行机制，而非人力监管运行过程，这从源头上提升了整体安全水平。城市三维运行场景复杂，UAM 运行风险远大于民用航空，这也要求UAM 管控系统对于科学性、有效性、可靠性等方面要求更高。因此，打破民航运输监管的传统思维模式，逐步建立针对UAM 应用场景的管控系统，完善UAM运行管理的法规标准和技术工具至关重要。在服务范围方面，现阶段eVTOL 航空器的续航时间决定了其单架次运行距离只能满足执行大城市区域内或城郊的运送任务，运行区域以城市为主要范围，沿途停靠的机动性能力是其特点和满足未来需求的优势。在服务方式方面，民用航空单架次服务量通常大于UAM，属于广义的公共交通范畴。eVTOL 航空器体积小，灵活性更高，可以利用低空空域建筑物上方的空间，路线更短直，延误风险低，具有按需响应的特性，因此在执行末端配送和紧急配送任务时，可以发挥更好的效果。正是由于这种特性，UAM相比于民航运输与地面联系更紧密，对于构建智能化、立体化、信息化的城市交通系统大有裨益。