基于移动闭塞的低空交通系统设计与运行管控

Design and Operation Control of Low Altitude Traffic System Based on Moving Block

摘要

安全是低空交通运输的生命线，探索将移动闭塞模式引入低空交通系统，对低空交通系统中的空域、航路、起降设施以及运行管控进行设计。该模式针对垂直起降航空器，按机型性能和业务类型对空域分层，每层的“干-支-末端”航路网络均采用单向管道设计，根据每架航空器的状态，动态构建其“自由区-缓冲区-闭塞区”三级空间结构和红绿灯信号，确保在各种扰动情况下航空器之间能够保持安全间隔，并实现有人机/无人机的融合运行。终端区设计采用基于高度层分离的多角度进离场程序，有效提升起降效率并避免冲突。低空交通运行控制系统依托低空智联网，构建“云-边-端”协同的运行控制架构，实现航空器状态的实时感知、智能决策与精准控制。研究为构建高安全、高效率、高适应性的低空交通系统提供了理论支撑与技术路径。

Abstract

Safety is the lifeline of low-altitude transportation. The moving block mode was introduced into the low-altitude traffic system, and designs for its airspace, routes, take-off and landing facilities, and operation control were proposed. This mode targeted vertical take-off and landing aircraft, and the airspace was stratified according to the aircraft type performance and business type. The "trunk-branch-terminal" air route network of each layer adopted a one-way pipeline design. According to the status of each aircraft, its three-level spatial structure of "free zone–buffer zone–block zone" and traffic light signals were dynamically constructed to ensure that aircraft can maintain a safe distance from each other under various disturbances and the integrated operation of manned and unmanned aircraft. The terminal area design adopted multi-angle arrival and departure procedures based on altitude layer separation, which enhanced landing and take-off efficiency and prevented conflicts. Supported by the low-altitude intelligent network, the low-altitude traffic operation control system established a "cloud-edge-end" collaborative architecture to achieve real-time perception, intelligent decision-making, and precise control of aircraft status. This research provides theoretical support and a technical pathway for constructing a low-altitude traffic system with high safety, efficiency, and adaptability.

Graphical abstract

关键词

空域规划 / 动态安全隔离 / 空域分层 / 移动闭塞模式 / “干-支-末端”航路网络

Key words

Airspace Planning / Dynamic Safety Separation / Airspace Stratification / Moving Block Mode / “Trunk-Branch-Terminal” Air Route Network

0　引言

低空空域作为国家空域资源的重要组成部分，正伴随无人机、电动垂直起降飞行器(eVTOL)等新兴航空器的爆发式增长，在综合立体交通体系中展现出日益重要的作用^[1-2]。据预测，至2030年全球低空经济规模将突破万亿美元，而我国城市空中交通、低空物流等场景的规模化应用已进入关键期^[3-4]。尽管国内外针对空域、航路、起降设施、智能网联等低空交通中各个子系统提出了一些设计思路和方案，但面向未来的高度异构机型以及高密度、高流量低空交通运输需求，如何确保低空交通运行安全成为重中之重。然而，当前尚未形成有效应对的低空交通系统设计和运行方案，也未有相应的实验系统或落地应用。

低空航路规划是实现无人机安全高效运行的核心基础。低空空域一般指真高1 000 m(含)以下区域，超低空空域一般指真高120 m(含)以下区域，包含管制、监视和报告3类空域。目前低空空域划设主要有管道空域、走廊空域、层级空域、块状空域和自由空域5类。前4种属于结构化空域，第5种属于非结构化空域。结构化空域设计通过刚性航路框架保障安全，基础设施建设成本总体较低，也有利于管控，但空域资源利用率偏低；非结构化空域释放了空域资源潜力，但导致运行管理复杂，需要依赖完善的冲突避免机制，对于通信、感知和定位也提出了更高的技术要求。

目前，国际低空管理领域已形成多种技术体系，并进行了前沿实践。美国联邦航空局(FAA)建立了覆盖全空域、突出层次性的空域分类管理体系，同时通过“低空走廊+动态时隙”在无人机空中交通管理信息服务系统(UTMISS)实现无人机与有人机的隔离，并逐步推进“无人机走廊”“收费公路”在美国多个州的试运行计划^[5-6]。美国国家航空航天局(NASA)主导研发了UTFC系统，提出了航路(Sky-lane)、管道(Sky-tube)、走廊(Corridor)3种航路结构，后又提出了多层划分与管道设计相结合的城市空域结构，为每层设计管道网络^[7-8]。欧盟方面，单一欧洲空中交通SESAR JU主导的U-Space项目提出了“结构为主、非结构为辅”的混合架构，并使用了“管道”概念。欧洲航空安全局(EASA)发布的《城市空中出租车运营规则》建立了无人航路运行标准^[9-10]。2022年，英国政府规划修建世界最长的无人机“高速公路”。此外，亚马逊公司提出将城市低空空域分为低速交通区、高速交通区、缓冲禁飞区和城市外预定义风险区4个层次^[11]，Shrestha等^[12]基于6G高速通信技术，结合航路角度与航空器类型进行空域分层。各方从空域划分、航路设计等维度不断探索，推动低空资源配置优化与管理体系革新。

国内研究聚焦于政策驱动与技术创新。我国民航局“1+3+5”试点划分物流、巡检、应急3类航路，2024年安全运行超50万架次。2023年12月，中国民用航空局发布了中央空中交通管理委员会制定的《国家空域基础分类方法》，首次划分了适用于低空飞行的G，W类非管制空域，意在为低空空域的充分使用释放空间。中国低空经济联盟发布的《低空经济发展趋势报告》建议推动“全国低空交通一张网”的建设。学者也加快了在低空航路领域的研究步伐。2019年，鹿明等^[13]定义了无人机低空多级公共航路的概念，基于地理信息技术手段研究了无人机低空多级航路规划的关键技术，给出了全国无人机低空骨干航路和区域多级航路示意图。2020年，廖小罕等^[14]提出了低空无人机公共航路体系，利用地理和遥感信息规划低空公共航路网络，研发的“春蚕”系统能够进行区域航路的自动规划。2021年，张洪海等^[15-16]设计了城市空中交通发展初级阶段概念图，并围绕无人机末端物流进行了航路网络设计。同年，全权等^[17]提出了“空中高速公路(Sky highway)”概念，建立了低空航路网络和相应的运行规则，在航路交叉处设置环岛，航路内设多个车道，允许超车和变道。2024年，张洪海等^[18]设计了城市低空干线和支线网络的构建方法，以实现航路网络灵活规划和干线航路网络的全连通。

总体来看，国内外从空域架构和航路设计角度开展了一些研究，但面向未来高频率、常态化的低空交通运输需求，尚缺乏成体系的低空交通系统设计和运行方案。为此，研究将移动闭塞思想引入低空交通系统，并对该模式下的空域、航路、起降设施，以及运行规则和管控系统进行设计，以构建保障安全且兼顾效率的低空交通系统。

1　基于移动闭塞的低空交通系统设计

基于移动闭塞的低空交通系统设计框架如图1所示。该系统针对3 000 m以下的低空空域，以垂直起降的旋翼/混合翼航空器为运载工具。对该系统的设计包括空域设计、航路设计、终端区设计，以及运行管控设计。空域设计的基本思路是按机型性能和业务类型对空域分层，特定的机型只允许在特定的高度层飞行。每个高度层均规划设计“干-支-末端”航路网络。在移动闭塞的运行模式下，每个航路采用单向单航道设计，并且根据该高度层的航空器性能对航路进行分段。在起降设施的终端区，设计基于高度层分离的多角度进离场终端区航路，以提升高密度场景下的进离场效率。在低空智联网的技术支撑下，设计基于移动闭塞的运行管控系统，能够根据每架航空器的状态，动态生成其“自由区-缓冲区-闭塞区”三级空间结构和红绿灯信号，确保在各种扰动情况下航空器之间能够保持安全间隔。

1.1　空域分层架构设计

对低空空域按照高度进行分层，根据航空器的机型、大小、质量和飞行速度等指标，将低空空域划分为不同交通区域，有针对性地进行空域层次细分。研究仅针对垂直起降的航空器进行设计，而对于低空飞行的固定翼航空器，可在空域规划上进行隔离。结合《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》规定内容，将无人机按照空机质量、起飞质量、飞行速度等性能指标划分为微型、轻型、小型、中型和大型。按照2010年《关于深化我国低空空域管理改革的意见》中低空空域原则为真高1 000 m以下空域的规定，结合未来需求将低空空域延伸至不超过3 000 m的空域范围内，并隔离出固定翼航空器飞行区域，对3 000 m以下的垂直起降航空器的适航空域进行分层设计。

根据航空器的类型和用途对空域分层，空域分层设计如图2所示。首先，考虑轻型、小型无人机主要展开小件货物运输工作，以及其飞行安全间隔，将500 m以下的空域按照一定的间隔(主要取决于航空器之间的垂直安全间隔)进行划分，用于轻型、小型无人机的运输飞行；其次，将飞行速度较快，体积和质量较大的中型无人机飞行区域设计在距离地面500~1 000 m的高度段，主要展开最大起飞质量不超过150 kg的中型无人机的物流运输工作，并且在考虑航空器之间垂直安全间隔的前提下进一步细分；再次，根据实际需要将低空空域延伸至不超过3 000 m，兼顾大型无人机载人运输工作的特殊性，将含有载人航空器的交通区域设置在低空交通区域的最上方，将1 000~3 000 m的高度段设计为大型货运航空器和载人航空器的飞行区间，用于进行具有载人、载货功能的大型无人机、eVTOL和直升机的飞行活动。通过空域分层设计，一方面可以通过细分高度层实现载人和载货分离，以及有人机和无人机在不同高度层的隔离运行；另一方面，即使载人和载货、有人机和无人机在同一高度层运行，也可以通过研究所设计的运行规则以确保飞行安全。

1.2　基于移动闭塞的低空航路设计

安全是低空经济发展的生命线。当前低空空域架构模糊和运行规则缺失严重制约了运行安全。为解决这一问题，研究将移动闭塞思想引入低空交通系统。

移动闭塞系统是一种先进的列车运行控制技术。准移动闭塞是高速铁路目前主要使用的闭塞方式。在准移动闭塞中，列车控制系统使用目标距离控制模式，以前行列车所占用闭塞分区的始端作为追踪目标点，结合目标距离、目标速度及列车本身的性能生成列车制动曲线，从而确定制动起始点；而移动闭塞与准移动闭塞的区别在于前者以前行列车的尾部作为追踪目标点来确定制动起始点，因而不需要对铁路分区，但对列车的感知和控制技术以及工作人员的可靠性要求更高。准移动闭塞方式相对于移动闭塞能提供更多的安全冗余，因而具有更高的安全性。因此，研究将准移动闭塞引入低空交通系统，对航路网络与运行规则进行设计，以保证航空器在航路网络上安全高效运行。

1.2.1　航路网络总体设计

低空交通航路网络图如图3所示。该航路网络包含了4个平面交叉路口、8个汇聚点和8个脱离点。航空器在垂直起降场起飞后通过进近航路进入航路网，按照运行规则在航路网中飞行，需要降落的航空器通过进近航路进入终端区，按规则在垂直起降场降落(具体起降规则见第2节)。航空器在航路网中的基本运行规则如下。

（1）每种机型均有其固定的高度层，除起降作业外，航空器原则上要在所属高度层飞行，除了立体交叉口，不允许跨越高度层。

（2）每条航路均为单向并且限定飞行速度，航空器在航路上单向行驶，航空器的运行速度要满足该层空域的速度要求，并且航空器之间不允许超越。

（3）交叉口可分为平面交叉口和立体交叉口。平面交叉口具体在1.2.3节中介绍；立体交叉口是指不同方向的航空器在经过交叉口时，通过临时跨越高度层，调整飞行高度来避免干扰、碰撞，保证安全运行。可根据实际情况设置交叉口的类型。

（4）当采用立体交叉口方式时，要求相邻两个高度层的航路网络中的交叉口，其设置位置在垂直方向上错开，以便在立体交叉口处有冲突时航空器可以临时借用相邻高度层。

（5）航空器在飞行过程中，必须与其他航空器保持安全间隔(详见1.2.2节)。

（6）对航路进行分区，分区长度不小于航空器间的安全间隔。每个分区只允许一架航空器占用。在运行过程中，为每架航空器动态设置“自由区-缓冲区-闭塞区”(详见1.2.3节)，以确保飞行安全。

1.2.2　安全飞行间隔

为保证航空器能在同一高度层的航路网中安全运行，需设置高度层i的航空器间的安全间隔D_i(包括纵向间隔D_{iz}和横向间隔D_{ih})。纵向间隔是指航空器在同一航路中飞行时需要保持的安全间隔，横向间隔是指航空器在同一高度层的不同航路中飞行时为避免侧碰而需保持的安全间隔。不同高度层中的航空器类型不同，因此不同高度层空域所设定的安全间隔会不同，航路划分的闭塞分区长度L_i也不同。

根据航空器的飞行场景不同，可将航路类型划分为单一航路、平行航路、交叉航路、汇聚航路和脱离航路，不同航路类型的飞行场景如表1所示。

1.2.3　基于准移动闭塞的航路运行管控

高空航路系统已经完善，但并不适用于低空空域。在高空空域，每架航班都有管制员实施管制，但在低空环境下，航空器流量大，无法实现每架航空器都由管制员去监管。因此，研究提出基于准移动闭塞的低空航路安全运行方法和“自由区-缓冲区-闭塞区”三级航路的概念。当航空器(前机)占用某个闭塞分区时，对于后机而言，该分区则为它的“闭塞区”，该分区前的第一个分区为“缓冲区”，该分区前的第二个分区为“自由区”。航空器在“自由区”可按照现在速度飞行，在“缓冲区”根据计算得到的制动距离择机进行制动，并且禁止进入“闭塞区”。

“闭塞区-缓冲区-自由区”示意图如图4所示，n和m两架航空器从左向右飞行，分别位于1号和4号分区。后行航空器n不得进入前行航空器m所占用的分区(该区为航空器n的闭塞区)。航空器n以其闭塞分区的始端作为追踪目标点，这意味着它与目标点之间要保持足够的安全距离，使得在到达该目标点之前能够将速度降至0。根据航空器n的制动距离参数，即从当前飞行速度降至0所需的距离，可得到它必须开始制动时所处于的分区，即缓冲区。航空器n所在的分区至缓冲区之间的分区(0个或多个)，则为该航空器的自由区，即航空器在这种分区内照常飞行，无需制动。在运行时，给每架航空器以信号灯的方式显示前面航路的分区类型，分别以绿灯、黄灯和红灯来表示自由区、缓冲区和闭塞区。航空器根据信号来决定采取制动的时机，在绿灯的区段，不用制动，保持原速飞行，进入黄灯区段后，在要求点位开始制动，并且严禁进入红灯区段。当进入黄灯区段时，需以闭塞区的起始点为目标点，结合目标距离、航空器的飞行速度及航空器本身的制动性能生成航空器的制动曲线，从而确定制动起始点，进行速度控制。直线飞行后行航空器制动曲线如图5所示。后行航空器n与前行航空器m所在闭塞区起始点之间的安全间隔距离H_{nm}为

H_{nm}=v_n^{\mathrm{2}}/（\mathrm{2}{a}_n）+D_{iz}(1)

式中：v_n为航空器n当前的飞行速度，\mathrm{m}/\mathrm{s}；a_n为航空器n常规制动的减速度，\mathrm{m}/{\mathrm{s}}^{\mathrm{2}}；D_{iz}为纵向安全间隔，\mathrm{m}。

除了直线飞行外，航路网络中还存在平面交叉口、汇聚点以及脱离点，它们的运行规则如下。

（1）平面交叉口。平面交叉口飞行示意图如图6所示，当一条航路上的航空器m更早进入交叉点所在分区的起始点后，该分区被锁定(闭塞区)。由于横向间隔要求，另一条航路上的邻近分区也需要锁定(闭塞区)。在航空器m离开闭塞区之前，其他航空器不得进入该区域。同理，后行航空器根据信号来决定采取制动的时机，在绿灯的区段，不用制动，保持原速飞行，进入黄灯区段后，需以闭塞区的起始点为目标点，结合目标距离、航空器的飞行速度及航空器本身的制动性能生成航空器的制动曲线，从而确定制动起始点，进行速度控制。平面交叉口后行航空器n制动曲线如图7所示，后行航空器n与前行航空器m所占用闭塞区起始点之间的安全间隔距离H_{n,m}为

H_{n,m}=v_n^{\mathrm{2}}/(\mathrm{2}{a}_n)+D_{ih}(2)

式中：v_n为航空器n当前的飞行速度，\mathrm{m}/\mathrm{s}；a_n为航空器n常规制动的减速度，\mathrm{m}/{\mathrm{s}}^{\mathrm{2}}；D_{ih}为横向安全间隔，\mathrm{m}。

（2）汇聚点。汇聚点飞行示意图如图8所示，由于航空器之间有横向间隔要求，因此不同航路上的航空器在到达汇聚点前须保持安全距离。当航空器m通过某个安全点后，该分区被锁定(闭塞区)，后面同一条航路的航空器n以及另一条航路上的航空器t不得进入该分区，后行航空器在绿灯的区段，不用制动，保持原速飞行，进入黄灯区段后，需以闭塞区的起始点为目标点，进行制动，制动曲线同图7。

（3）脱离点。脱离点飞行示意图如图9所示，在脱离点之后不同航路上的航空器同样存在安全距离。当航空器m通过某个脱离点后，该分区被锁定(闭塞区)，后面的航空器n不得进入该分区。后行航空器在绿灯的区段，不用制动，保持原速飞行，进入黄灯区段后，需以闭塞区的起始点为目标点，进行制动，制动曲线同图7。

2　垂直起降场终端区设计

在低空交通系统中，垂直起降场扮演着极为关键的角色，是航空器汇集、疏散的关键节点。为了提高终端区航空器的进离场效率，避免航空器之间发生碰撞与拥堵，本节提出一种基于高度层分离的不同方向进离场终端区飞行程序。

2.1　垂直起降机场分类

研究采用航空港自动化管理平台(Altaport)和国际工程咨询公司(WSP)于2024年9月发布的《垂直起降机场自动化系统(VAS)运营概念》中的分类方式，即枢纽型起降场、标准型起降场、基础型起降场3类。其中，枢纽型垂直起降机场是先进空中交通(AAM)网络中最高等级的交通枢纽，集成高密度起降、综合维护及多式联运功能，支撑大规模空中交通网络的长距离与高频次运营。标准型起降场面向中等密度交通需求，是连接基础型与枢纽型起降场的中间节点，一般具备2~3个起飞区(TLOF)及多个停机位，标配乘客候机区、快速充电站及基础维护设备(如电池更换工具)，每日可支持数十至上百架次航班，适用于通勤、区域物流及商业出行场景。而基础型垂直起降场是AAM网络中最小化、功能精简的起降设施，专注于乘客与货物的快速上下机，不提供燃料补给、维护或长期存储服务。

2.2　进离场程序设计

类似运输机场，垂直起降场的航空器进场与离场路径分别设置于两侧，进离场示意图如图10所示，垂直起降场进近程序俯视图如图11所示。起始进近点、中间进近点和最后进近点对应的环路根据实际情况设置为单向或者双向，航空器按环路所设置的方向绕飞。运行中，航空器可选择在环路任意位置悬停，或仅在进近点位置悬停而其他位置保持绕飞。

为进一步提升终端区的运行安全，将终端区按不同角度进离场分为若干个子区域，每个子区域对应一个进场高度层或一个离场高度层，同时对应一条进场程序或离场程序并通过特定的航路点衔接不同高度层与起始进近环，同一子区域内相邻航空器需保持一定纵向间隔，不同子区域航空器需保持横向边界间距以防止侧向冲突。进入终端区后，航空器要根据机型的不同对速度进行限制，同一子区域进场或离场的航空器，要保持一定的安全距离。不同高度层采用不同角度进离场示意图如图12所示。这种安排可以尽可能避免不同高度层进离场的航空器之间的冲突，同时也可以提高航空器的进离场效率。由于不同起降场所针对的业务场景不同，可能只使用特定高度层，因此可以根据实际情况确定各高度层的进离场角度。

进场时，航空器自起始进近点进入程序，经中间进近点及最后进近点完成高度转换。若需复飞，可在任一进近点对应的环路绕飞至离场点；否则，由最后进近点进入锥形保护区。每个进近点同时兼具等待点功能，此设计能确定交通流密集方向上的最优进近路径，为高优先级航空器让行。离场时，航空器则从保护区起始点出发，经起始爬升点、中间爬升点及脱离点上升至对应高度层，避免与进场航空器产生交叉。

对于同方向进场的航空器，前后行航空器之间需保持至少一个环的间隔。例如，前行航空器抵达最后进近点前，后行航空器不得超越中间进近点2，此时后行航空器可选择在中间进近点2或其环路上悬停或绕飞。

若同方向进场序列中后行航空器具有更高优先级需紧急降落，前行航空器可在其当前环路或前方最近环路进行绕飞或悬停让行。让行结束后，前行航空器可返回原进场程序或选择最近进近点对应的进场程序继续进场。离场航空器应严格遵循既定离场程序依次离场。

不同类型航空器的进离场程序路线存在差异，如图10所示，起始和中间进近环的高度与半径不同，但最终汇聚于同一最后进近环。当不同类型航空器同方向进场时，需依据降落优先级排序并拉开间隔。若后行航空器需优先降落，前行航空器可原地等待或在环路上绕飞/悬停避让；当不同类型航空器同方向离场时也需要按照起飞离场优先级在各自对应的离场程序上依次完成起飞离场。

3　基于智联网的低空交通运行控制系统

低空智联网是由数字化、网联化、智能化的新型飞行器及机载设备、信息物理基础设施、数据信息网络以及应用服务系统构成的综合性网络，可实现对低空空域的泛在感知、广域互联和智能应用，支撑低空交通的安全高效运行。低空交通运行控制系统建立在低空智联网基础上，采用“云-边-端”架构，包括端侧的机载设备子系统、边侧管控子系统、云端运行控制中心，基于智能网联的运行控制框架如图13所示。

机载设备子系统主要包括感知器、5G-A模块、导航模块及机载安全控制器。在自主控制时，航空器依靠芯片，根据接收到的信息自动生成“自由区-缓冲区-闭塞区”信息；在集中控制时，由云端或边端计算生成移动闭塞区间信息，并传输给航空器。安全控制器根据移动闭塞区间信息，以及气象等环境信息、航空器速度、位置、航路偏离等状态信息，计算出航空器的运行速度曲线，控制航空器的运行状态，确保沿既定航路安全飞行。

边侧管控子系统可部署于5G-A通感一体基站，用于数据融合、航空器运行状态实时分析、异常检测等，可降低延迟。5G-A基站结合机载设备能够满足数据传输的低延迟、高可靠等需求，同时实现航空器的精准定位。对于基站所覆盖的航空器能够直接计算生成其“自由区-缓冲区-闭塞区”信息，并且能够为未安装机载安全控制器或失效情况下的航空器直接计算运行速度曲线并发送控制命令，以及在立体交叉口处进行冲突协调。

云端运行控制中心实现低空交通系统的数字孪生，对所有航空器进行实时监控，为跨基站的航空器计算生成其“自由区-缓冲区-闭塞区”信息并在必要时计算运行速度曲线并发送控制命令。对各个设备和环节进行实时监测和诊断，及时发现设备故障和异常状态。与低空交通管理与服务(如空域与航路规划、飞行计划管理、气象服务、三维数字地图等)、监管与执法系统、基础设施信息系统，以及运营企业信息系统建立应用服务接口，实现数据交换与共享。

4　移动闭塞模式关键问题

在基于移动闭塞的低空交通系统设计与运行管控中有一系列关键问题需要解决，包括航路网络规划、起降场选址、航空器安全间隔、容量评估、安全风险评估、运行控制系统、三维数字化等。

（1）航路网络规划应依据航空器安全间隔设定航路分区、最大曲率及截面尺寸；同时结合运输需求，统筹自然地理、经济地理与电磁环境等因素，构建区域航路网络的合理布局方案。

（2）起降场的选址首先需要空域范围可容纳不同类型的航空器有序起降，其次综合考虑各备选点中远期人口密度和交通流量，以期在城市起降场网络的建设中实现低建设成本与高服务质量的平衡。

（3）航空器的安全间隔需要考虑不同航空器机型、性能的差异以及导航技术的成熟度，设置合理的纵向间隔、横向间隔和垂直间隔，确保移动闭塞区间的精准划分以及安全飞行。

（4）终端区的容量评估需结合空域安全间隔、飞行器性能、地面保障、运行规则等因素，通过理论计算、仿真模拟和数据验证，最终确定合理的容量阈值。

（5）安全风险的分析与评估需要考虑终端区内航空器状态、空域环境、设备运行等关键因素，研究各类风险对安全的影响水平，以降低其发生概率及影响。

（6）运行控制系统需解决“云-边-端”架构的多层协同问题，包括端侧机载设备的区间识别，边侧基站的低延迟数据传输，以及云端监管航空器的高效衔接。

（7）三维数字化需解决多源数据融合问题，包括低空地形、建筑等实景数据与航空器运行、气象等数据的精准匹配，同时还需攻克动态“自由区-缓冲区-闭塞区”的实时三维建模难题。

5　结束语

为保障低空航空器安全高效运行，研究将移动闭塞模式引入低空交通系统，创新性提出了一种基于移动闭塞的低空交通运行控制模式，对低空交通系统中的空域、航路、起降设施以及运行管控进行了设计。该模式针对垂直起降航空器，按机型性能和业务类型对空域分层，每层航路网络均采用单向管道设计，根据每架航空器的状态，动态构建其“自由区-缓冲区-闭塞区”三级空间结构和红绿灯信号，确保在各种扰动情况下航空器之间能够保持安全间隔，并实现有人机/无人机的融合运行。为了提高终端区航空器的进离场效率，避免航空器之间发生碰撞与拥堵，对终端区的运行规则进行设计，提出了一种基于高度层分离的不同方向进离场终端区飞行程序。基于低空智联网，采用“云-边-端”架构，设计了由端侧的机载设备子系统、边侧管控子系统、云端运行控制中心构成的低空交通运行控制系统，并实现与低空交通管理与服务等外部系统之间的互联互通。

参考文献

[1] 陈兆芳，李文静，黄文翰. 需求不确定下卡车-无人机协同的路径优化研究[J]. 铁道运输与经济，2025，47(10)：60-72.

[2] CHEN Zhaofang， LI Wenjing， HUANG Wenhan. Research on Path Optimization of Truck-Drone Collaboration under Uncertain Demand[J]. Railway Transport and Economy，2025，47(10)：60-72.

[3] 钟导峰，尹传忠，梁亚莉，等. 应急物资“火车-卡车-无人机”协同运输优化[J]. 铁道运输与经济，2025，47(8)：40-50，58.

[4] ZHONG Daofeng， YIN Chuanzhong， LIANG Yali，et al. Optimization of Train-Truck-Drone Cooperative Transportation for Emergency Supplies[J]. Railway Transport and Economy，2025，47(8)：40-50，58.

[5] 李 楠，侯云娇，祁 帅，等. 重载飞艇在空铁联运中的应用前景分析与展望[J]. 铁道运输与经济，2025，47(10)：44-49，83.

[6] LI Nan， HOU Yunjiao， QI Shuai，et al. Analysis and Prospect of Application of Heavy-Lift Airship in Air-Rail Intermodal Transport[J]. Railway Transport and Economy，2025，47(10)：44-49，83.

[7] 刘佳雯，王镠莹，沈 通，等. 国内外低空经济发展及其在铁路领域的应用场景研究[J]. 铁道运输与经济，2025，47(10)：30-43.

[8] LIU Jiawen， WANG Liuying， SHEN Tong，et al. Low-Altitude Economy Development in China and Abroad and Its Application Scenarios in Railways[J]. Railway Transport and Economy，2025，47(10)：30-43.

[9] BAURANOV A， RAKAS J. Designing Airspace for Urban Air Mobility：a Review of Concepts and Approaches[J]. Progress in Aerospace Sciences，2021，125：100726.

[10] 王俊潼，包丹文，周佳怡，等. 低空空域规划研究现状与展望[J]. 航空学报，2025，46(9)：530879.

[11] JANG D S， IPPOLITO C， SANKARARAMAN S，et al. Concepts of Airspace Structures and System Analysis for UAS Traffic Flows for Urban Areas[C]//AIAA Information Systems-AIAA Infotech@Aerospace. January 9-13，2017. USA：American Institute of Aeronautics and Astronautics，2017：804-818.

[12] SAMIR L， DANOY G， MUSIAL J，et al. Internet of Unmanned Aerial Vehicles：A Multilayer Low-Altitude Airspace Model for Distributed UAV Traffic Management [J]. Sensors，2019，19：4779.

[13] (EASA) European Union Aviation Safety Agency. U-Space Implementation Report. SESARJoint Undertaking Sep. 7，2023 U-Space CONOPS 4th Edition[R/OL]. (2023-09-07)[2025-09-29].

[14] 欧盟航空安全局.城市空中出租车运营规则草案[R]. 布鲁塞尔：欧盟航空安全局，2022.

[15] AMAZON. Revising the Airspace Model for the Safe Integration of Small Unmanned Aircraft Systems[R/OL].(2015-07)[2025-09-29].

[16] SHRESTHA R， BAJRACHARYA R， KIM S. 6G Enabled Unmanned Aerial Vehicle Traffic Management： A Perspective[J]. IEEE Access，2021，9：91119-91136.

[17] 鹿 明，廖小罕，岳焕印，等.面向中国洪涝灾害应急监测的无人机空港布局[J].地球信息科学学报，2019，21(6)：854-864.

[18] LU Ming， LIAO Xiaohan， YUE Huanyin， et al. Determining the Distribution of Unmanned Aerial Vehicles Airports for the Emergency Monitoring of Floods in China[J]. Journal of Geo-information Science，2019，21(6)：854-864.

[19] 廖小罕，徐晨晨，叶虎平，等. 无人机应用发展关键基础设施与低空公共航路网规划[J]. 中国科学院院刊，2022，37(7)：977-988.

[20] LIAO Xiaohan， XU Chenchen， YE Huping，et al. Critical Infrastructures for Developing UAVs' Applications and Low-Altitude Public Air-Route Network Planning[J]. Bulletin of the Chinese Academy of Sciences，2022，37(7)：977-988.

[21] 张洪海，邹依原，张启钱，等. 未来城市空中交通管理研究综述[J]. 航空学报，2021，42(7)： 82-106.

[22] ZHANG Honghai， ZOU Yiyuan， ZHANG Qiqian，et al. Future Urban Air Mobility Management： Review[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica，2021，42(7)：82-106.

[23] LI S， ZHANG H， LI Z，et al. An Air Route Network Planning Model of Logistics UAV Terminal Distribution in Urban Low Altitude Airspace[J]. Sustainability，2021，13(23)：13079.

[24] QUAN Q， LI M， FU R. Sky Highway Design for Dense Traffic[J]. IFAC-PapersOnLine，2021，54(2)：140-145.

[25] 张洪海，于文娟，周锦伦，等. 基于需求的城市低空无人机航路网络构建方法[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版)，2024，48(4)：609-615.

[26] ZHANG Honghai， YU Wenjuan， ZHOU Jinlun，et al. Demand-Based Route Network Construction Method for Urban Low-Altitude UAV[J]. Journal of Wuhan University of Technology(Transportation Science & Engineering)，2024，48(4)：609-615.

基金资助

国家自然科学基金项目(U2333206)