简评｜NASA发布UAM远景运行概念UML-4

Posted 2021-04-17 民航管干院-通航系

2020年12月，NASA发布了UAM远景运行概念UML-4。相比2020年6月FAA发布的UAM运行概念1.0中正经八版的写法，NASA的UML-4更像是科幻故事——详细的描述了一种建立在假设和想象中的运行——这也是为什么其被称为远景（Vision）运行概念。尽管如此，文中还是有不少创新性的概念和思考值得借鉴，下文仅就运行直接相关的内容略作介绍和点评。

1.什么是UML-4

UML是UAM成熟度（Maturity Levels）的简写，主要从航空器、空域和社会接受3个方面考量。UML被划分为6个阶段，一个基本假设是整个UAM生态系统会逐渐进阶。UML4是指自动和辅助系统下的中等密度和中等复杂程度的运行，其基本假设包括：

• 整个UAM系统还未实现完全自动化，但相关的规章和监管机构已经建立

• UML1-3的运行都已实现，且至少有一个城市实现了UML-4。

• UAM的运行量和运行复杂程度远远超出现有ATC的保障能力，因此管制服务主要由PSU（Provider ofServices to UAM）提供，且PSU不隶属于FAA

• 至少部分空域能够保障各种天气情况下一定数量UAM安全运行。

• 正常运行下的UAM都是从UAM起降场起飞和降落的

简评：在UML-4阶段，传统运行中管制员的角色已经被PSU替代，但飞行员职责依然由PIC（Pilot in Command）承担。FAA的1.0同样要求PIC，但UML-4的PIC可以是机载，也可以是远程，甚至是一人远程监视多机，从人在环路内（HOTL）过渡到了人在环路之上(HOVTL)。UML显然与NASA 对小型无人机运行管理的TCL概念异曲同工，但为什么一上来就是UML-4，NASA并没有交代，或许是1、2太简单，而5和6又太过遥远难以想象吧。

2.运行环境UOE

所谓UAM运行环境，即UOE，是用于UAM高频飞行活动的动态空域，主要划设在城市中心区，具有以下特点：

• 动态性。UOE一般位于城市中心，其可使用区域的边界是实时动态变化的，以同时满足UAM运行需求、其他空域用户的运行要求以及城市管理的需要；

• 融合性。UOE并非独立于现有空域的另外一类空域，而是可以延伸到现有管制空域，甚至可以在机场空域内运行，此时需要在管制空域中为UAM航空器划设进离场航路；

• 开放性。UAM可以在UOE内运行，也可以在UOE之外运行，同时其他航空器如通用航空器、小型无人机也都可以在UOE中运行。

  

图2 UOE示意图

简评：UOE是FAA1.0运行概念中廊道（Corridors）的进化和扩展。UOE概念的提出，使UAM城市运行的典型场景，如机场摆渡、门到门服务等成为可能，决定了UAM可以融入到城市交通体系中去，这对于UAM初期的发展具有决定性意义。

3.UAM服务提供商PSU

PSU的概念同样从FAA继承而来，合格的PSUs为UOE中运行的航空器提供飞行计划服务和空管服务（通信、间隔、排队、信息交换等），并与运营人和FAA共享相关信息。PSU可以是公办（地方政府）也可以由私人企业作为第三方提供商。PSU与UTM中的USS是平行的关系，为不同类型的无人机提供服务，而现有的ATM则继续为有人机用户提供服务。

所有在UOE中运行的航空器，必须链接到一个PSU中，进一步通过PSU之间的交互，使每个航空器的运行信息，通过数字化形式在所有UOE用户中共享。在UOE与管制空域甚至机场终端区重叠时，UOE中运行的UAM仍然只接受PSU服务，而仅在应急情况下与ATC通信。

图3 UAM的通信网络

简评：传统的民航运行，可视为管制员、自动化系统和飞行员的交互写作文过程，人始终是信息分析和决策的主体。人类的生理极限，决定了这种模式能够支撑的运行量有限。PSU替代了管制员的角色，是整个管制系统自动化程度的根本性提升，从而为UAM大规模运行提供了可能。

4.其他

UML4.0将UAM生态系统总结为空域设计与实施、私人航空器管理与运行、空域和运行人管理、航空器研发和生产、社会接受，同时NASA还将UAM面临主要阻碍归纳为：安全、安防、可负担、噪音、自动化、起降场和规章6个方面。这一体系有助于我们系统的理解UAM生态体系。

图4 NASA的UAM分析框架

总结：UML4.0是介于试验测试和成熟运行之间的一个过渡阶段。以适应UAM大规模城市运行为目标，通过UOE实现UAM与现有空域用户的融合运行，通过PSU提升运行保障能力适应UAM高密度运行，试图建立一套基于新技术和新规则的过渡运行模式，实现不同空域用户按照既定规则和谐共处。

UML4.0清晰的描绘了UAM城市规模化运行的蓝图，使我们感觉离梦想又近了一步。在世界主要国家纷纷启动UAM运行测试之时，我国多家UAM企业也正在申请或开展试运行。我们也将利用疫情带来的空档期，持续学习和研究UAM相关知识，做好准备与大家共迎未来。 

原文链接：https://ntrs.nasa.gov/citations/20205011091

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