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重庆低空交通运输发展对策建议

推进低空交通基础建设和加大新一代低空交通装备技术支持力度

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重庆市低空交通密度进一步深化,使主城都市区低空交通更加错综复杂,一系列政策文件的出台不仅为构建重庆市内部低空交通网络提供了难得机遇,也为低空交通和通用航空发展提出了严峻挑战,国外低空交通已发展多年,但其过程起伏,未得到理想性的发展。

近几年,电动垂直起降航空技术快速进步,对低空交通发展带来了新的契机。

一、低空交通及低空交通网络研究现状

低空交通发展与研究已有七十多年历史,最早进行低空交通研究的美国西科斯基飞行器公司,以城市空中交通为名开启了低空交通网络构建研究之先河,西科斯基公司针对自家公司的航空器对纽约湾区大城市群的低空交通网络进行了构建。

在此后十余年间,麻省理工、杜克等大学与研究机构就美国城市群和都市区低空交通及其网络体系构建开展了多方面研究。西科斯基以纽约城市群为研究对象,充分结合航空器性能、城市群空间布局、潜在市场需求等因素采用交通成本收益法,构建出纽约城市群低空交通网络体系。

1968年,爱德华和肯尼思为垂直起降航空器低空交通运行专门设计了低空交通航线,但当时现有的低空交通不足以满足垂直起降系统未来的发展,这就要求要将更加精确的近程导航运用到垂直起降航空器所适用的交通网络中。

美国联合飞机公司在1968 年评估了所有提议和可用的导航系统并完成了一项成本效益研究,希望对将来导航设备的发展起作用,预判这套导航设备将会运用到垂直起降航空器的低空交通网络中。

1976 年丹尼斯、大卫等人对纽约航空公司直升机运营网络进行研究,发现在一个航空运输枢纽中主要的机场将与附近地区的中小型机场产生彼此之间的交通连接,从而能形成交通网络。

进入 80年代后,定期低空交通基本退出大城市群,空中的士成为发展主流,面向城市群的低空交通网络构建研究步入低谷。直到最近几年,在电动垂直起降(eVTOL)快速发展的大背景下,在学界和业界,低空交通网络再次成为研究热点。

2015年,Damgacioglu H 等对多分配的低空枢纽网络问题进行了研究。2016年,于一认为未来成熟的低空交通可以依托通用机场群,以网络化分布在各个地区。2018年,新加坡南洋理工大学提出了在城市区内低空航路网络相关概念。

2019年,SoyluB和KatipH 以总运输成本最低和出行时间最短,建立双目标函数,提出可变邻域搜索启发式算法,以土耳其为例进行低空交通实证研究;Arslan 0 等考虑联盟交易成本是航线网络构建的重要影响因素,设计可变和协作成本总和最小的网络规划模型,綦琦提出构建短途运输枢纽,协同低空交通网络高效发展。

2020年南京航空航天大学张洪海,对城市空中交通研究进行了详细综述,结合未来发展需求,给出了我国低空交通的发展建议,为进一步低空交通以及未来城市空中交通的研究与发展提供了非常宝贵的参考借鉴。

二、低空交通概述

1、交通运输需求与网络配置

根据运输建模的四阶段模型(Four-Step Model ),交通运输需求的生成与社会经济、产业结构、土地使用、人口规模、就业状况、出行频率等因素相关;交通方式选择与分担则是由出行者通过理性与非理性方式对各种运输方式在时间、价格、偏好等综合判断的结果。通过各种运输方式各交通区域之间的交通分担,就会形成一个特定区域交通运输网络。

2、低空交通及低空交通运输系统

低空交通是利用低空资源的物理特性和自然属性,以航空器为载运工具,以低空空域为主要活动场域产生的交通现象。本研究中的低空交通主要指有由通用航空器所产生的交通网络系统。

低空交通运输系统是指由低空载运工具通过空中航路航线实现客货短距离位移和实施空中作业的交通运输系统,其基本要素包括四个方面:一是适配的低空载运工具(航空器)及其使用与运营人,二是合理布局的起降场地、进离场程序、航路航线及低空交通科学组织,三是完善的低空交通(飞行运行)保障设施设备和支撑技术条件,四是科学健全的低空交通(低空飞行)运行规则与安全监管制度。

3、低空交通网络

低空交通网络是指所有低空交通航线组合而成的航线网络。枢纽运输机场、中小运输机场、军用/军民合用机场、通用机场、临时起降点都可能成为低空交通运输的起降点。由于枢纽运输机场时刻资源稀缺,且主要用于有固定航班时刻的航空公司,可供通用航空所使用的时刻资源非常有限,所以中小运输机场、军用/军民合用、通用机场以及临时起降点才为低空交通的主要起降点。低空交通网络依赖航空技术进步,合理布局起降点,合理构建低空交通网络以及有良好的运行/运营基础作为支撑。

三、重庆低空交通发展情况

1、重庆低空交通总量规模及其构成

重庆市目前共有传统通用航空类企业9家,无人机企业192家。2020年度,传统通用航空共起降69103 架次,飞行25190 小时,其中培训类和作业类飞行在起降架次和飞行小时数方面均占比较大,分别为培训类 64923 架次和 22338 小时、作业类 1904 架次和 1996 小时;全年共服务旅客895 人次,其中空中游览 769 人次、包机服务 126 人次;服务国土面积1229 平方公里,主要包括农作物293.68 平方公里、林草 375.63 平方公里和航空摄影 560.67 平方公里。

2、重庆低空交通服务的主要航空领域

2020年度,重庆市传统通用航空起降架次中,培训类占绝大多数(96%),其次为作业类(3%),而载客类、非经营类等其他飞行活动占比非常小(见图1)。

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2020年度,重庆市传统通用航空飞行时间中培训类占绝大多数(90%),其次为作业类(8%),而载客类、非经营类等其他飞行活动占比非常小(见图2)。

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在执照培训类中,商照为21731小时,占培训飞行时间 97.28%,占总飞行时间85.96%;私照为 254 小时,占培训飞行时间 1.14%,占总飞行时间1.00%;运动照为 73 小时,占培训飞行时间 0.33%占总飞行时间 0.29%。

在经营性航空作业类中,摄影、巡查与护林合计1442 小时,占作业飞行时间70%,总飞行时间5.73%,而非运输航空托管(166小时)、农业植保(131小时)、城市消防(70 小时)人工降水(63 小时 )、科学实验(65 小时)、空中广告(48 小时)、跳伞(11 小时) 等合计 554 小时。

在非经营性航空作业类中,主要为实验类飞行,共320小时,占非经营性作业飞行时间的 92.75%。在载客类中,合计飞行126小时,起降 328 架次,平均每架次 23 分钟左右,主要用于短途包机(61小时,28架次)和空中游览(58小时,295 架次),二者合计飞行 119 小时、飞行 323 架次;其次为医疗救护(5小时,2架次)和电力作业(3 小时,3架次)。

此外其他航空作业合计飞行129小时,起降 431架次,平均每架次飞行18分钟,主要为熟练飞行(64小时)调机(57 小时)、试飞(8 小时)和其他(245 小时)。

值得注意的是,重庆以无人机为代表的新一代低空活动每天平均起降 550 架次,70%发生在主城区(见图 3)。其中飞行高度在 30 米以下占大部分,占全市人机较少 ,占比约为 4%。

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根据 2018-2020 年重庆市起降点累计飞行架次数据统计,传统通用航空器、轻型运动航空器(包括三角翼等初级类航空器)和无人机的低空交通主要集中在主城都市区内及梁平区、永川区江津区、万州区等区县(见图 4),其中,龙兴机场万州机场、梁平机场、巴南区安澜镇滑翔伞基地大安机场为重点起降场地。

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无人机热力图也同样显示在主城区周边、渝东南与渝东北相对较少(见图5)。因此,低空交通运输体系中航路航线、起降场地的设计必须重点关注主城都市区。

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重庆低空交通重点线路与空域分布在龙兴-梁平、龙兴-大安、龙兴-黔江等地,以及璧山武隆、彭水、丰都等区县等地重点街道与乡镇区域(见图6)。

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运输机场空域为低空交通重点起降场地,而运输机场进离场航线为重点线路。值得注意的是主城区内受到江北机场影响,组织低空交通网络必须避让江北机场进离场航线(见图7)。

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除此之外,警务、军用等国家航空器低空交通主要在军用机场、龙兴机场和部分起降点,以龙兴机场、大安机场、大足机场、白市驿机场和涪陵机场为重点起降场地,以运输机场进离场航线、永川低空训练空域和梁平低空训练空域为重点线路和使用空域(见图8)。

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3、重庆市低空交通起降点利用情况

目前,重庆拥有4个支线机场、3个通用机场以及多个临时起降点,且正处于通用机场规划建设高峰期。根据 2018-2020 年重庆各起降点起降数据发现,重庆共有70余个起降点(包括运输机场,军用/军民合用机场、通用机场、临时起降点等)。

累计飞行架次与累计占场时间是该起降点利用率的重要指标,因此将累计飞行架次排名前20的起降点和累计占场时间排名前20的起降点,取二者并集之后得到:龙兴、万州、巴南、渝北、江津、璧山、南平坝、九龙坡、永川、江北、丰都、洋人街、南川、梁平、两江航空产业孵化基地、南岸安澜镇、北碚、黔江、石柱、长寿。起降点累计飞行架次、有人机累计飞行架次、非有人机累计飞行架次情况见图 9-11。

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四、重庆低空交通运输发展对策建议

1、 持续提升通达能力

低空交通网络构建必须持续提升低空交通基础设施通达性,不断增强重庆各区县、重庆在成渝双城经济圈的均衡性和协调性,进而促进重庆在整个成渝双城经济圈内生产要素的集聚效应和扩散效应,实现传统通用航空及以 eVTOL为代表的新一代通用航空健康有序发展。

2、加快构建“支-通-点”低空交通网络

低空交通运输网络是我国“干 一 支”航线网络的向下延伸,而干线机场尤其是大型运输机场,业务繁忙、时刻资源稀缺,往往不作为发展通用航空/无人驾驶航空的主要力量,而支线机场由于航空业务相对较少,可根据本场实际情况发展通用航空业务,因此低空交通网络的构建应主要以“支-通-起降点”航线网络互联为基础。通过“支一通-起降点”航线网络互联能够使运营实体由薄弱环节转变为承载环节。

3、 围绕城市圈经济发展与空域结构演变持续优化低空交通网络布局

交通运输不可能独立于经济发展之外而实现可持续发展,同样低空交通运输网络化布局也不能脱离经济发展而存在,最初的“核心-边缘”结构会向区域经济协调发展的结构演变。

低空交通网络具有交通运输属性,为区域经济发展服务,成渝地区双城经济圈建设发展将通过空间规划,利用影响低空交通需求的格局,此外,第二机场进离场航线的规划设计,涪陵机场的训练任务规划实施,将影响重庆低空空域使用格局,进而决定低空交通运输网络形态。

所以,重庆低空交通网络体系应密切结合成渝地区双城经济圈建设进程与重庆都市圈经济社会发展需求,关注空域结构调整,实时优化低空交通网络结构。

4、推进低空交通基础建设和加大新一代低空交通装备技术支持力度

低空交通运输网络体系不仅取决于低空交通用户的需求,通用机场/临时起降点作为低空交通运输网络体系构建的基础,是开展低空交通的基础条件,而低空空域开发是低空交通运输业务开展的重要保障,也是低空交通网络运行实现的前置条件。

因此,不断加大通用机场等低空交通基础设施投入,并深入挖掘利用 5G、北斗、大数据、物联网、区块链等新一代信息技术在低空交通中的应用潜力,扩大低空交通终端覆盖范围。

当前,由于传统航空作业需求日趋饱和,且其低空交通运输经济友好性较差,导致以传统燃油动力航空器为低空载运工具的低空交通发展有限,而以电力驱动的航空器为低空载运工具的低空交通发展潜力巨大,这主要表现在新一代垂直/短距起降航空技术日臻成熟、部署在即,将在客货运输领域发挥重要作用,新业态及以无人机为代表的新一代通用航空器的低空交通需求快速增长。

因此,重庆低空交通网络体系的建设必须紧密跟踪电动垂起航空器为代表的新一代低空交通装备技术发展,加大科技创新支持力度,大力发展新一代低空交通产业的同时充分利用重庆区位和城市地理空间特征优势,开展无人机城乡最后1公里快递物流、城市低空客运、无人机城市消防等新业态试点部署,引领低空交通发展。

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