DLR项目HorizonUAM提供答案

无人机和高度自动化的空中出租车有潜力以新的可能性丰富城市航空运输。 但是，要在几年内使用空中城市交通，必须满足哪些要求呢？ 为了使这些概念可行，必须满足安全、效率、可持续性和可负担性方面的哪些要求？ 在 HorizonUAM（城市空中交通）研究项目中，德国航空航天中心（Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt；DLR）通过飞机、飞行走廊和停靠点（“垂直机场”）的概念来寻找这些问题的答案，这些概念融入了 现有的基础设施。 结果将于 2023 年 7 月 4 日至 5 日在 DLR 位于科赫施泰特的国家无人机系统实验测试中心向公众公布。 在这里，该项目的中央飞行测试在一个模型城市进行。 为汉堡市设计了发展城市航空运输的具体例子。 研究中纳入了市民对城市航空交通可能使用的反馈。

主席 Anke Kaysser-Pyzalla 表示：“未来的城市航空运输对安全、高效的运营提出了广泛的要求，需要合适的起飞和着陆地点以及飞行路线，并精心融入现有基础设施和当地人民的日常生活。” DLR 执行委员会的成员。 “为了实现这一目标，我们需要采用全系统的研发方法，DLR HorizonUAM 项目正是解决了这一问题。共有 10 个参与机构和设施展示了 DLR 在城市交通和经济这一重要新兴领域的整体系统专业知识 ”。

整个系统处于观察状态

为了全面了解情况，研究人员开发了整体系统模拟以及预测全球城市空中交通运输服务需求的方法。 他们将这种方法应用于全球 990 个拥有超过 50 万居民的城市地区。 “结果表明，随着停靠站数量的增加和交通便利性的增加，需求明显增加，”DLR 飞行制导研究所和 HorizonUAM 项目经理 Bianca Schuchardt 报告道。 “负担得起的价格在这方面发挥着至关重要的作用。” 利用该方法，科学家们确定了全球 200 多个城市“适合城市空中交通”。 除了纽约、东京等大城市外，汉堡也在其中。 例如，重要因素包括人口规模、城市范围和国内生产总值。

研究人员还仔细研究了成本。 为此，他们开发并研究了各种应用场景：城市空中出租车交通、机场班车和区域交通。 结果是，为了支付运营成本并同时赚取利润，空中出租车和班车服务的运营商将不得不根据具体情况收取每公里 4 至 8 欧元的价格。

垂直起飞空中出租车

理想情况下，能够将人们在城市空域从 A 地运送到 B 地的车辆应该是什么样子？ HorizonUAM项目的研究人员也研究了这个问题。 “我们为垂直起飞的空中出租车进行了多项初步设计。对于其中一个具有六个旋转旋翼的概念，我们还进行了详细的客舱设计，并在安全性、乘客舒适度和操作程序方面针对 UAM 运营进行了优化。” 舒查特解释道。 在不伦瑞克 DLR 站点新建的机舱模拟器中，30 名测试参与者使用混合现实体验了空中出租车的飞行。 测试参与者对没有飞行员的遥控空中出租车飞行持非常开放的态度。 然而，在发生意外事件（例如航线改变）的情况下，当船员在船上时，感知到的幸福感往往会增加。

移动时始终安全

安全、可靠且高度自动化——这就是未来的空中出租车应有的样子。 研究人员还研究了如何远距离安全地操作和监控它，以及如何对这些飞机进行认证。 人们很快就发现，对于空中出租车来说，有人和无人驾驶航空面临着两大挑战：实现与无人驾驶航空类似的自主性的愿望，以及与有人驾驶航空相同的高安全标准的愿望。 “我们能够成功证明空中出租车组件（例如电池系统）的可认证性。对于更复杂的自主功能认证，我们已经开发了部分解决方案，但仍然需要在该领域进行研究，”Schuchardt 解释道 。

空中出租车停靠站

如果空中出租车要在城市地区使用，它们就需要停靠点，即小型城市机场，称为垂直机场。 这些必须能够融入现有的城市基础设施和相关的城市景观。 在此背景下，研究人员在德国航天中心位于科赫施泰特的基地建立了一座按 1:4 比例建造的模型城市，并在其中调查了一座赛车场的管理情况。 Schuchardt 报告说：“在模型城市中，我们能够以汉堡为例测试空中出租车场景。这涉及汉堡机场和位于 Binnenalster 的垂直机场之间的空中连接。通过汉堡的模拟飞行路线可以方便地 沿现有 S-Bahn 铁路线布置，但忽略了敏感区域或空中交通量较高的区域，例如汉堡医院周围。

认知和公众接受度

如果没有公众的广泛认可，城市航空运输就无法实施。 为此，研究人员进行了多项研究以收集公民的反馈。 他们委托 BIK ASCHPURWIS + BEHRENS GmbH 研究所对德国民众对民用无人机和空中出租车的接受程度进行了大规模电话调查。 研究人员随后对这些结果进行了分析，并出现了广泛的观点。 对于民用无人机，受访者普遍持相当积极的态度，而对于空中出租车，受访者则持更为怀疑的态度。

另一项研究评估了当地居民的观点。 其中涉及使用虚拟现实技术，让参与者体验在民用无人机飞行的城市中作为行人的感觉。 此外，研究人员还开发了一款应用程序，不仅可以测量无人机的背景噪音，还可以让用户自行评估。

以汉堡为例

为了可视化 HorizonUAM 中进行的工作，科学家们创建了 3D 渲染图，展示了他们如何设想垂直跑道概念。 汉堡作为“交通拥堵之都”，特别适合作为 HorizonUAM 各项研究的参考城市。 Schuchardt 报告说：“为此，我们在汉堡的 Binnenalster 中放置了一个带有单个着陆平台的垂直停机坪，称为垂直起降站。”“我们为汉堡机场设计了一个带有多个用于起飞和着陆的停机坪（垂直起落场）的垂直机场。 ” Schuchardt 继续说道。机场的整合是一个特殊的挑战，因为空中出租车不能太靠近常规空中交通。在快速模拟中，在汉堡内检查了多达 20 个不同的垂直跑道位置。在 24 小时内 共可完成2800个航班、275架空中出租车。

此外，研究人员还定义了汉堡境内空中出租车的到达和出发航班操作和路线。 这些在快速模拟中进行了分析，然后在控制塔模拟器中与空中交通管制员一起在多种场景中进行了测试。 这涉及调查汉堡机场的空中交通管制如何同时管理有人和无人驾驶的空中交通。 事实证明，规定的程序是成功的，但它们也表明，随着空域用户的增加，管制员的工作量也随之增加。

HorizonUAM 项目的飞行测试在 DLR 科赫施泰特基地的国家无人机系统实验测试中心进行。 在这里，科学家们还使用汉堡作为实验场景。 几架多旋翼飞行器代表空中出租车，在汉堡机场和 Binnenalster 湖上的赛车场之间移动，以 1:4 的比例飞越住宅区。 研究人员展示了使用 U-space 服务进行空域整合的方法，并演示了垂直机场管理器的流程。 他们还使用通过机载摄像头图像自动进行人员检测的示例来测试人工智能的使用和保护。 此外，模型城市还用于验证城市地区安全通信和导航的算法。

扩大主题和研究基础设施

HorizonUAM项目完成后，后续项目已经在规划中。 在这个项目中，将继续进行整体系统仿真的工作。 该模型城市还将进一步开发和扩展，包括赛车场模拟器的基础设施。 将在控制中心测试多架空中出租车的远程引导。 研究人员还希望扩大联盟范围，将多模式和能源管理等主题纳入其中。