封面故事|李昂、沈映春:基于美国经验对优化我国低空起降设施建设的启示

360影视 国产动漫 2025-09-09 08:49 1

摘要:本研究通过系统分析美国低空起降设施建设经验,对比中美两国在设施数量、布局模式、管理机制等方面的差异,提出我国低空起降设施的优化路径。研究表明,美国已形成覆盖全国的立体化低空设施网络,其特点包括:精细分类的通用机场、多元化的政企合作开发模式、UTM无人机管理系统

图|由作者提供

本研究通过系统分析美国低空起降设施建设经验,对比中美两国在设施数量、布局模式、管理机制等方面的差异,提出我国低空起降设施的优化路径。研究表明,美国已形成覆盖全国的立体化低空设施网络,其特点包括:精细分类的通用机场、多元化的政企合作开发模式、UTM无人机管理系统的高效运行以及完善的技术标准体系。相比之下,我国存在设施数量不足、区域分布不均衡、标准体系不统一等差距。基于此,研究建议:构建“骨干-节点-微点”三级网络体系,强化城乡覆盖;制定全国统一的设施建设标准;探索政府引导、市场参与的开发模式;建立军民协同的空域管理平台。

一、 引言

“低空经济”在2021年首次被写入《国家综合立体交通网规划纲要》,完成概念入规;2023年,中央经济工作会议将其上升为战略性新兴产业;2024年,国务院政府工作报告再度明确“打造低空经济等新增长引擎”,低空经济的发展序幕由此正式拉开。随后,低空经济发展司的成立、eVTOL试点城市的确定,使低空经济的发展步入了实质性落地阶段。

截至2025年5月,全国已有50多个省市地区出台了低空经济发展的相关方案,这些方案不仅明确了各阶段发展目标,更将低空起降设施建设作为核心量化指标予以重点推进。作为低空经济发展的基石,低空起降设施涵盖了起降场地(滑行跑道和垂直起降)、导航通信设施、气象观测设备、照明标记系统以及飞行保障车辆与设备等诸多要素,为飞行器安全起降和高效运行提供基础支撑。然而,我国低空起降设施建设还存在分类标准尚未统一、物理设施分布不均衡、配套设施建设滞后等问题,严重制约了低空经济发展。

随着全球低空经济加速布局,低空起降设施标准化建设已成为各国推进产业落地的关键抓手。欧盟航空安全局(EASA)和美国联邦航空管理局(FAA)作为航空领域的权威机构,率先发布了垂直起降场设计规范,为起降设施建设提供了技术依据;美国亚马逊公司(Amazon)和美国优步公司(Uber)通过确定各种基础设施的成本和要求,设计了支持不同尺寸的电动垂直起降航空器(eVTOL)和不同运营规模的垂直起降机场;广州市发布我国首个《低空垂直起降设施场址选择及建设技术指引(试行)2025》,这一文件的出台标志着我国在低空经济领域的基础设施建设方面迈出了关键一步。

当前,学术研究主要聚焦低空起降设施的布局优化与方法创新。SHAVARANI等以旧金山为实证研究,建立了以总成本最低为目标的起降点布局模型;游晓婕等构建了低空起降点的三级布局规划模型,通过遗传算法求解,形成全局性的选址方法,为高密度城市低空交通网络构建和低空基础设施布局提供借鉴;廖小罕等通过对城市空中交通(UAM)的研究,提出地面垂直起降机场的布局选址和设计至关重要,对于保障UAM的安全运行和高效管控起着核心作用。然而,现有成果多集中于技术层面,尚未形成系统性规划框架与顶层设计机制。相较之下,美国凭借其分类精细的起降网络、多元化开发模式、先进的UTM管理系统及严格标准体系,构建了较为成熟的低空设施建设范式。本文通过解析美国实践路径,旨在为我国低空起降设施的规划建设提供理论参照与技术实施路径。

二、美国低空起降设施建设的实践经验

(一)分类精细且庞大的起降网络

美国航空产业基础雄厚,机场数量多且分布广。根据美国国家综合机场系统(NPIAS)统计,截至2024年10月,美国共有20031个机场,主要类型为民航和通航机场、直升机起降场及水上基地,纳入美国国家机场体系的通用机场有3287个,几乎覆盖美国的各个州县。在庞大的机场规模覆盖下,全美5000余家固定运营基地、上万家维修服务站、接近200个飞行服务站和50余个自动飞行服务站,共同构建了完善的飞行服务保障体系,形成了既实用又高效的低空起降设施网络。

另外,这些设施也根据功能和服务范围被精细分类,包括国家级、地区级、本地级、基本级和未分类等,依据不同地区低空交通的实际情况,满足其实际需求与应用场景特性,确保对低空飞行活动的全面覆盖。

(二)多样的低空设施开发模式

在开发模式方面,美国首先通过政策法规的制定引导低空基础设施的开发,为其低空经济的发展营造了良好的环境,其次以政府投资建设、民营企业投资运营、公私合营等模式激发低空经济的市场活力。2023年7月,美国联邦航空管理局(FAA)发布了《着眼于未来的AAM近期实施计划(Innovate28)》报告,该报告提出,2025年至2028年期间的初始AAM(先进空中交通)运营预计将主要使用现有机场和直升机场,同时为了应对未来UAM(城市空中交通)需求的不断增长,鼓励地方政府或者开发商积极规划建设UAM基础设施(如垂直起降场和起降点等),以确保交通公平性、市场自由选择和社区需求的有效满足。

基于此政策,美国首批UAM项目中,有超过90%通过改造或扩建现有的基础设施,来满足城市空中交通的需求。如Joby Aviation(美国eVTOL飞行器制造商)与城市房地产公司合作在停车场开发屋顶起降点,Skyway Technologies(专注于低空交通基础设施和AAM解决方案的美国公司)与机场公司合作部署电动垂直起降机场网络。另外,美国也在探索新的开发模式,目前有57个城市和地区正在开发AAM/UAM计划,这些计划中的大多数起降设施以单独站点的模式进行开发。

在低空起降网络搭建方面,美国正在建设佛罗里达的Lilium网络、东海岸的BETA网络,以及加利福尼亚的Overair网络,构建多厂商协同的UAM运营体系。在城市区域发展方面,芝加哥、迈阿密、纽约、旧金山等城市采取政企合作的方式,与多个eVTOL设备制造厂商开展第一阶段的AAM运营。

(三)先进的服务平台与UTM管理系统

美国联邦航空管理局(FAA)与美国国家航空航天局(NASA)合作,开发了无人机交通管理系统(UTM),支持起降设施在低空空域的安全运行。UTM由FAA、公共安全部门等参与者构成,其功能强大的服务网络平台由相互链接的第三方服务商(USS)合并而成,可在网络平台上共享飞行意图、空域限制信息等内容。

首先,UTM的工作路径是通过与现有航空管制系统的交互,动态调整空域可用性、设置地理围栏、预警恶劣天气等,实现了多层信息共享和数据交换,确保无人机与有人机的融合运行。其次,飞行信息管理系统是FAA和UTM参与者之间数据交换的接口,国家空域系统数据库与UTM通过航班信息及运行资源管理系统(FIMS)实现数据交互。最后,无人机补充数据系统则为UTM提供地形信息、障碍物预警、天气预报等基本服务或增值服务。

此外,美国还建立了无人机低空授权和通知能力(LAANC)平台,该平台是FAA与无人机供应商共同开发的项目,使无人机操作员能够近乎实时地获取空域授权,在批准的海拔范围内操作无人机进入机场附近的管制空域。LAANC通过自动化应用实现空域授权和审批流程的自动化,显著缩短了手动授权流程的等待时间,提高了低空飞行计划的审批效率。

(四)严格的标准体系

美国的经验表明,低空基础设施标准体系需实现“技术分级验证、设施强制规范、安全全域覆盖、认证生态开放”四重目标,通过多部门协同与分阶段实践,构建了覆盖物理设施、技术能力、网络安全和认证生态的综合性框架。

该体系融合了以安全为基底的“刚性约束”与支持创新的“弹性适配”:FAA发布的垂直起降场设计标准(如最小平台直径30米、抗12级阵风等硬性参数)确保了设施兼容性与环境适应性;NASA提出的TCL(技术能力水平阶段)标准,从农业监测到城市全自主飞行都给出了评判标准,分四阶段验证技术成熟度,既降低试错风险又吸引了资本分阶段投入;TSA(交通安全管理局)通过强制加密通信、审查供应链和实时入侵检测系统,筑牢低空与地面交通的网络安全防线;谷歌等企业主导的PKI认证体系结合区块链技术,将无人机身份与空域权限动态绑定,使“黑飞”事件减少70%以上。同时,政府、企业与第三方服务商形成协同机制(如跨部门工作组、ASTM国际标准输出),推动设施改造成本降低(90%基于现有机场)、空域审批效率提升(LAANC秒级授权),为城市空中交通(UAM)商业化奠定基础。这种“分层推进(从农村试点到城市推广)、全域覆盖(硬件设施、软件系统与制度规则协同)、生态共建(政府主导、企业实施与第三方组织协作)”的创新发展模式,使美国在eVTOL规模化运营和无人机物流领域保持全球领先。

三、中美低空起降设施建设发展对比分析

(一)起降设施数量与覆盖密度差距明显

首先,分布不均的问题较为突出,经济发达地区的低空起降设施建设相对集中,中西部地区及偏远地区设施匮乏,无法形成有效覆盖。其次,国家对起降场所、充电桩和维护站点的建设投入不足,缺乏系统且专业的服务体系,这导致低空起降设施在数量、分布和服务能力上均难以满足低空经济快速发展的需求。再次,我国低空起降设施的建设标准和规范体系尚未健全。目前,跑道滑行类起降设施主要参考通航机场的设计标准,而垂直起降类设施仅有广州市发布了首个低空垂直起降设施建设指引,但仅限于市级层面。我国民用机场协会发布了《电动垂直起降航空器(eVTOL)起降场技术要求》,上海新金山世纪航空发展有限公司提出了《物流无人机垂直起降场选址与建设规范》,这些行业和企业标准的出现,虽然在一定程度上填补了国家标准的空白,但也反映出我国在顶层设计上仍缺乏一套统一的标准体系来指导全国的低空起降设施建设。最后,在协同发展层面,我国空域管理长期面临着国防安全与经济发展双重目标的平衡难题。军方作为法定监管主体首要保障国防安全和战备需求;而地方政府及市场主体则追求经济效率和产业收益,亟需扩大空域开放以支持新兴业态发展。这种“安全优先”与“效率优先”的目标冲突,形成了持续拉锯的局面。更深层的问题在于:军地双方各自建立了独立的监视和通信体系,存在严重的数据壁垒和标准不兼容问题。这不仅造成基础设施重复建设、推高运营成本,更形成了“各自为政、互不相让”的僵局,制约了空域资源的优化配置。

我国和美国在低空起降设施的基础设施数量与覆盖密度方面呈现显著差异。根据通用机场信息平台(AOPA官网),截至2025年4月,我国注册及备案的通航机场有498个,而美国的通航机场数量超过5000个,我国通航机场数量不够美国的10%,可以看出我国与美国的通用机场规模仍存在较大差距。另外,我国的低空垂直起降点数量严重不足,据国家民航局统计,其数量仅为美国的11%,地理分布也呈现“东密西疏”的不均衡特点,西部地区覆盖尤为薄弱,未能联网成片。

在起降设施配套建设方面,我国飞行营地、飞行服务站和维修基地等设施也刚刚起步,尚未能充分满足低空飞行活动的保障需求。总体而言,我国低空起降设施尚处于建设完善阶段,而美国已形成高度成熟的低空基础设施网络:其物理设施不仅覆盖全国、功能多元,更通过通信-导航-监视(CNS)一体化智能系统,支撑着全球最高密度的低空飞行活动。(未完,完整内容,请订阅杂志。)

编辑|张孟月 校对|吴政希

文献来源:李昂、沈映春.基于美国经验对优化我国低空起降设施建设的启示[J].科技与金融,2025(7):04-10.

来源:科技与金融杂志

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