規(guī)劃和擬建中的城市無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)

林一平

為解決城市“點(diǎn)到點(diǎn)”直航便捷服務(wù)，一些國(guó)家正在進(jìn)行城市無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)規(guī)劃，采用安全、通達(dá)、便利、環(huán)保等多元素集一體的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)飛機(jī)機(jī)場(chǎng)方案截然不同，頗受啟迪。

全球航空運(yùn)輸業(yè)迅猛發(fā)展，干線、支線航路與目標(biāo)終端對(duì)接的現(xiàn)實(shí)需求，以及城市“點(diǎn)到點(diǎn)”直航便捷服務(wù)的需求，極大推動(dòng)了無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前無(wú)人機(jī)應(yīng)用日益廣泛，無(wú)人機(jī)數(shù)量與日俱增，不少國(guó)家正在規(guī)劃城市無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)，而供無(wú)人機(jī)起降、停機(jī)和運(yùn)營(yíng)的城市無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)規(guī)劃和建設(shè)已提到議事日程。

基本特征

城市無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)無(wú)論是結(jié)構(gòu)形式、組成架構(gòu)、管控模式還是規(guī)模，均不同于傳統(tǒng)的飛機(jī)機(jī)場(chǎng)，含有鮮明的時(shí)代特征和高科技特質(zhì)，其人員配備極少，占地面積小，高效便利，大量采用數(shù)字和人工智能技術(shù)。具備智能問(wèn)詢、可選航線、互聯(lián)互通、集成協(xié)同等功能。共性要求是機(jī)場(chǎng)周邊擁有良好的凈空，配有停機(jī)坪、貨場(chǎng)、候機(jī)廳等設(shè)施，并實(shí)施有效管控、全面的機(jī)務(wù)保障、嚴(yán)格的安保措施。

規(guī)劃原則

微型、緊湊、便民是城市無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)規(guī)劃的主基調(diào)。與傳統(tǒng)飛機(jī)機(jī)場(chǎng)相比，城市無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)規(guī)劃要求其功能和用途明確，布局科學(xué)合理，占地和規(guī)模小、投資少、功能強(qiáng)、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、載客便捷。原則是嚴(yán)格遵照《中華人民共和國(guó)民用航空器適航管理?xiàng)l例》和《中國(guó)民用機(jī)場(chǎng)布局規(guī)劃》要求，處理好機(jī)場(chǎng)選址，兼顧距離遠(yuǎn)近，處理好與其他交通工具的關(guān)聯(lián)，無(wú)縫連接多種交通方式，對(duì)接地面公交、地鐵、輕軌等設(shè)施，方便人員出行換乘。盡量利用現(xiàn)有城市基礎(chǔ)設(shè)施和配套設(shè)施。避開(kāi)城市中心、高樓大廈、鬧市區(qū)、居民小區(qū)、政府機(jī)關(guān)、軍事禁區(qū)、電站電網(wǎng)等區(qū)域。

圖1 城市無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)規(guī)劃基本要求。

城市無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)規(guī)劃可考慮劃分為飛行區(qū)，地面運(yùn)輸區(qū)和候機(jī)樓三個(gè)部分。城市空中運(yùn)輸無(wú)人機(jī)大都采用電池驅(qū)動(dòng)，城市無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)不必配備加油站和油庫(kù)等設(shè)施，不僅節(jié)省空間，而且綠色環(huán)保，安全，直接簡(jiǎn)化了機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)與建造，降低了成本。

通常，機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)和地面運(yùn)輸區(qū)占地面積最大，由于城市上空飛行的無(wú)人機(jī)主要選擇可垂直起降的機(jī)型，極大壓縮了飛行區(qū)占地，甚至可取消其主體部分，僅保留停機(jī)坪和起降場(chǎng)。地面運(yùn)輸區(qū)可設(shè)置在外部，保留候機(jī)樓區(qū)域，為乘客提供機(jī)票出售、安全檢查、托運(yùn)或領(lǐng)取行李，以及登機(jī)口登機(jī)等服務(wù)。而從事貨運(yùn)任務(wù)的非客運(yùn)無(wú)人機(jī)可不設(shè)置候機(jī)樓。

城市無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)規(guī)劃時(shí)需要提供下列保障。

（1）讓無(wú)人機(jī)安全、可靠、快速起飛、平穩(wěn)降落；

（2）具備方便旅客候機(jī)、登機(jī)的設(shè)施，擁有裝卸、臨時(shí)儲(chǔ)存貨物的區(qū)域；

（3）為航班無(wú)人機(jī)提供日常維護(hù)和補(bǔ)給；

（4）保證旅客、貨物順利抵達(dá)目的地，以及提供“點(diǎn)到點(diǎn)”運(yùn)輸服務(wù)；

（5）使無(wú)人機(jī)能與國(guó)內(nèi)支線機(jī)場(chǎng)、干線機(jī)場(chǎng)、國(guó)際機(jī)場(chǎng)航班對(duì)接；

（6）滿足大型無(wú)人機(jī)常規(guī)起降的合格機(jī)場(chǎng)跑道技術(shù)指標(biāo)，即跑道表面保持均勻一致的摩擦系數(shù)，跑道平整度、寬度、長(zhǎng)度等符合標(biāo)準(zhǔn)，跑道滿足強(qiáng)度要求，能抵御大型、重型無(wú)人機(jī)降落時(shí)對(duì)跑道的沖擊和壓力，并有較大安全冗余。

圖2 可供無(wú)人機(jī)起降的城市高層樓頂。

機(jī)場(chǎng)建造模式

依據(jù)城市定位及特征，所處環(huán)境和地理位置等，城市無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)可規(guī)劃為站點(diǎn)式、樞紐式、區(qū)域式機(jī)場(chǎng)；按地理環(huán)境可建設(shè)水面、半空中、地面三種機(jī)場(chǎng)樣式。

站點(diǎn)式機(jī)場(chǎng)分布為散發(fā)狀，設(shè)施比較簡(jiǎn)陋；

樞紐式機(jī)場(chǎng)為綜合型，設(shè)施比較齊全，位于市區(qū)重要地帶，交通換乘方便；

區(qū)域式機(jī)場(chǎng)為大中型的，設(shè)施完整，規(guī)模較大，位于各地市重要地帶；

水面無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)通常選址為水域沿岸城市和島嶼，擁有優(yōu)良的凈空，有利于觀察、引導(dǎo)和飛行安全，并與船舶航運(yùn)、橋梁公路相通；

半空式無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)可設(shè)在城市建筑頂部，跑道不占用地面面積，可充分利用建筑空間，將候機(jī)廳、辦公樓、機(jī)庫(kù)、維修車間等建在機(jī)場(chǎng)下面各層，與建筑物電梯等設(shè)施配套使用；

地面無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)通常設(shè)在地面廣場(chǎng)及開(kāi)闊處，配置候機(jī)廳和必要的機(jī)構(gòu)，能與周邊現(xiàn)有設(shè)施配套，得以合理使用。

布網(wǎng)選場(chǎng)

廣場(chǎng)、公園草地、高層樓頂?shù)葓?chǎng)所可供載人無(wú)人機(jī)在城市起降，需在市區(qū)內(nèi)合理布點(diǎn)，兼顧出行各方利益，提供最大方便。

中等城市每個(gè)區(qū)可設(shè)置5～10個(gè)侯機(jī)站；大城市每個(gè)區(qū)至少設(shè)置20～50個(gè)侯機(jī)站；并組成空中網(wǎng)絡(luò)，互為起降場(chǎng)和備降點(diǎn)。理論上單機(jī)只需稍大于載人無(wú)人機(jī)停機(jī)坪面積的場(chǎng)地，實(shí)際面積可酌情大一些，并與地面其他建筑物、車輛及物體保持一定間距，避免可能發(fā)生的碰擦損傷。所選擇的廣場(chǎng)、公園草地、高層樓頂四周應(yīng)該提供凈空環(huán)境，確保載人無(wú)人機(jī)不僅在白晝飛行，還可以在復(fù)雜天氣條件下使用，甚至能全天候安全起降。所選高層樓頂需有直達(dá)電梯供乘客使用。樓頂停機(jī)坪除應(yīng)有寬大的使用面積外，必須具有一定的承重能力，配有必備的燈光照明、信號(hào)指示、充電樁、應(yīng)急救援設(shè)施等，并形成標(biāo)準(zhǔn)化。

此外，可在規(guī)劃無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)時(shí)，需設(shè)置中央樞紐塔臺(tái)見(jiàn)圖3，為周邊若干個(gè)小型無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)提供空中交通管制服務(wù)，共享高端資源。

圖3 無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)的中央樞紐塔臺(tái)。

在實(shí)際建造無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)時(shí)，可以先期試點(diǎn)，建造一些白晝型小機(jī)場(chǎng)，逐步積累經(jīng)驗(yàn)。隨著技術(shù)日臻成熟，軟硬件多方面條件許可后，再增加城市無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)數(shù)量，努力達(dá)到全天候使用的標(biāo)準(zhǔn)。

“空中航路”項(xiàng)目試驗(yàn)驗(yàn)證

無(wú)人機(jī)欲大規(guī)模在城市空中運(yùn)營(yíng)，還必須做好低空安全飛行和運(yùn)營(yíng)管理。無(wú)人機(jī)低空飛行面臨的情況比較復(fù)雜，起降過(guò)程常會(huì)遇到大風(fēng)、暴雨、迷霧、高山、鳥群等情況，尤其是風(fēng)切變危害最大，無(wú)人機(jī)離不開(kāi)現(xiàn)代化機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)、助航設(shè)備支持。為此，空中客車公司在新加坡國(guó)立大學(xué)校區(qū)專門建立了一個(gè)無(wú)人機(jī)包裹快遞系統(tǒng)，目標(biāo)是開(kāi)展“空中航路”（Skyways）新項(xiàng)目試驗(yàn)，驗(yàn)證該系統(tǒng)的安全性和有效性見(jiàn)圖4。

圖4 空中客車公司“空中航路”新項(xiàng)目安全性試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。

規(guī)劃中的無(wú)人機(jī)航線位于大管道高架航路中，途徑校園、公寓、醫(yī)院、公路等場(chǎng)所上空，航路專門配置了旋翼無(wú)人機(jī)參與運(yùn)營(yíng)試驗(yàn)。航線采用的大管道高架航路為全透明結(jié)構(gòu)，一方面可從外面直接清晰地觀察旋翼無(wú)人機(jī)的飛行狀況及運(yùn)行動(dòng)態(tài)；另一方面大管道平時(shí)可以遮風(fēng)擋雨，供旋翼無(wú)人機(jī)全天候使用；既有利于降噪和環(huán)保，也有益于飛行安全，預(yù)防可能發(fā)生的飛行事故，防止旋翼無(wú)人機(jī)墜機(jī)傷人。

小型標(biāo)準(zhǔn)集裝箱安裝在參試旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)身下部，以規(guī)范裝載物件。無(wú)人機(jī)整個(gè)飛行過(guò)程完全自動(dòng)化，能按要求降落在指定著陸點(diǎn)見(jiàn)圖5。無(wú)人機(jī)降落后自動(dòng)卸貨，同時(shí)終端客戶通過(guò)他們的手機(jī)可事先收到一個(gè)取貨通知，提醒客戶及時(shí)到指定快遞收件站取包裹見(jiàn)圖6。

圖5 無(wú)人機(jī)途徑指定的快遞收件站見(jiàn)白色圓圈標(biāo)注。

圖6 智能機(jī)械人在快遞收件站自動(dòng)收納快件。

空中客車公司在新加坡校園開(kāi)展“空中航路”項(xiàng)目試驗(yàn)，旨在便民，解決城市最后一公里投遞業(yè)務(wù)，提高無(wú)人機(jī)物流的整體效率。從而消除人們對(duì)無(wú)人機(jī)在城市空域飛行的某種擔(dān)心，加強(qiáng)空中交通管理，讓更多的人接受無(wú)人機(jī)快遞物件及載人飛行體驗(yàn)，從中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，證明城市空運(yùn)無(wú)人機(jī)可以滿足適航要求，安全有保障。

機(jī)場(chǎng)創(chuàng)新實(shí)例

圖7 緊湊型快遞無(wú)人機(jī)/載人無(wú)人機(jī)共用機(jī)場(chǎng)概念圖。

英國(guó)通過(guò)“未來(lái)飛行挑戰(zhàn)賽”推動(dòng)未來(lái)城市空中交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展。從中優(yōu)選出設(shè)計(jì)方案，經(jīng)完善后供具體實(shí)施。目前英國(guó)城市機(jī)場(chǎng)（Urban Air Port）公司宣布，計(jì)劃在今年底前率先在英國(guó)考文垂（Coventry）建造快遞無(wú)人機(jī)/載人無(wú)人機(jī)共用機(jī)場(chǎng)。

該無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)方案呈圓錐形，整體結(jié)構(gòu)緊湊，風(fēng)格新穎獨(dú)特，改變了人們對(duì)傳統(tǒng)機(jī)場(chǎng)的認(rèn)知，將機(jī)場(chǎng)上方的無(wú)人機(jī)停機(jī)坪和起降場(chǎng)合二為一，再與下方眾多機(jī)構(gòu)和設(shè)施融為一體。其亮點(diǎn)是將停機(jī)坪下方的候機(jī)廳、機(jī)庫(kù)、管理部門、機(jī)構(gòu)設(shè)施等有序組合，沿四周360°均布在圓錐體內(nèi)部，實(shí)施管理學(xué)中的“扁平化”矩陣管理。乘客可以從候機(jī)廳經(jīng)電梯由下往上抵達(dá)停機(jī)坪，然后進(jìn)入無(wú)人機(jī)座艙，隨后升空飛行。

這種設(shè)計(jì)使無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)下方的眾多機(jī)構(gòu)的關(guān)系保持密切并相對(duì)獨(dú)立。接收任務(wù)后可同步運(yùn)作，既方便直接溝通，又利于協(xié)同開(kāi)展業(yè)務(wù)。并且各部門可以利用各自的通道，借助公共外環(huán)道及主干道自由進(jìn)出，隨時(shí)與外界保持陸運(yùn)暢通。

據(jù)悉，英國(guó)城市機(jī)場(chǎng)公司有望未來(lái)5年內(nèi)建成并運(yùn)營(yíng)200多座城市無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)，該公司不僅計(jì)劃在英國(guó)各地建造城市無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)，還擬進(jìn)軍世界其他國(guó)家。很顯然，這種由用戶需求和市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)發(fā)展的城市無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)，將加速城市“點(diǎn)到點(diǎn)”直航便捷服務(wù)，促進(jìn)干線、支線航路與目標(biāo)終端的對(duì)接。