先进空中出行 (AAM) 是一种创新的运输系统，旨在提供货物、乘客和紧急服务在低空空域中的安全和高效移动。本调了AAM的愿景，并解决了基础研究的挑战和机遇，例如垂直起降飞机技术、基础设施和运营、无人交通管理和系统安全。从技术和服务的角度讨论了AAM生态系统的整体结构。探讨了AAM系统在开发、验证和验证以及操作阶段的SEEDS评估标准，以促进安全性、可持续性和服务质量。作为移动5.0范式的关键领域，新的空中出行需要集成到多模式运输和物流系统中，以在不久的将来提供多样化、可持续和可信赖的解决方案。

　　先进空中出行（AAM）代表了航空创新的下一代，为货物、乘客和紧急服务带来了社会整合的运输选择。作为一个新兴领域，AAM和新的低空航空形式将基于革命性的通信、导航和监视基础设施（例如全球导航卫星系统（GNSS））应用无人驾驶航空器（UAVs）。在不久的将来，它可能对短程和中程运输产生变革性的影响，提供低排放、低噪音的替代方案。AAM生态系统还需要尖端的自主空中控制系统、先进的连接能力和3D交通管理平台的支持，以确保运营。AAM为航空业、交通运输和城市规划带来了改革，提供了扩展人类活动空间和维度的机会。因此，它必须与现有的多模式运输无缝集成，以提供多样化、可持续和可信赖的解决方案。

　　一些有前景的应用包括：城市空中出行（UAM），涉及载人或无人驾驶的航空器，可以通过飞越繁忙的城市区域减少旅行时间和交通拥堵。区域空中出行（RAM）连接区域和偏远地区，这可以极大地改善农村城镇的可达性和紧急服务。无人货运服务可以推动多个行业的生产力提升，特别是那些高价值和/或时间紧迫的货物。

　　作为一个复杂的系统，AAM涉及多个学科的整合。在这个早期阶段，重要的是专注于推进公平的运输解决方案，并在成熟过程中及时提供服务。如图1所示，随着新技术和基础设施的发展、运营的改进、适当法规的完善以及新服务概念的采用，该系统将在未来几十年内不断演进。

　　本节讨论了从技术和服务角度来看AAM可持续发展所面临的基本研究挑战。关键技术包括但不限于以下领域。一些技术或操作已经达到较高的成熟标准，但需要进一步发展以满足特定航空和多式联运的要求，从而确保安全性、稳健性或弹性。同时，针对通用人工智能新技术的积极研究将有助于更快地填补这些空白。

　　AAM的按需调度特性使垂直起降（VTOL）飞行器成为主要竞争者。普遍共识是，最初阶段将以有人驾驶飞机为主，逐渐演变为具备避撞和路线维护能力的无人驾驶航空器（UAVs）。这一路线图可能与地面自动驾驶车辆类似，但技术迭代速度会更快。

　　文献中电动、自主和共享技术之间的相互关系表明，在城市空中出行（UAM）和共享自主电动车辆之间存在一些重叠。识别电动汽车（EV）和自动驾驶领域的成就可以指导城市空中出行的发展。已有多项评论和报告。然而，有限的天气和能见度是航空交通的常见环境，无人机可能需要一种混合物体检测模式，包括视觉、beat365雷达、振动和空气声学特征。同时，低空空域中遇到的元素可以是无形和有形的（例如，其他飞机、鸟类、建筑物、beat365云），这与基于地面的自动驾驶数据集主要基于物体分类的情况形成对比。累积一个可靠的数据库以跟踪所有可能的目标需要更多的训练过程。最近的AI模型，OpenAI的Sora表明，视频模型的持续扩展是开发物理和数字世界模拟器的有希望的途径。这可能从根本上改变交通模拟器的构建和训练方式。

　　电池技术和替代能源（例如，太阳能）在电动垂直起降（eVTOL）飞机中是AAM成功的另一个关键因素。现有的电池技术不能完全满足eVTOL的操作场景要求。研究已经进行，以提高能源密度、功率密度和安全性，延长寿命，降低可充电电池的成本。目前，锂电池主导市场；然而，氢燃料电池、固态电池或钠离子电池等技术正在出现，以满足eVTOL的不同需求。金属空气电池也在电动车中出现，锌空气电池或铁空气电池因其成本和环境特性成为首选。

　　当前的民用航空交通管理主要依赖于人工控制员与飞行员进行通信，beat365无法处理完全自主或远程驾驶的新型飞行器在低空空域同运行的整合。一个关键挑战是如何在实时选择每对起点-终点之间的高效路线，同时考虑到动态因素的限制，如容量、恶劣天气、交通状况等。例如，由联邦航空管理局（FAA）和国家航空航天局（NASA）发起的无人交通管理（UTM），以及行业合作伙伴，是商业无人机和城市空中出行产业的关键推动力。与此同时，EuroControl正在开发U-Space操作概念（ConOps）。它将空域划分为三个区域，用于解决飞行前和/或飞行中的冲突解决。

　　一些研究提出了低空系统的微观或宏观层面的道路交通流模型。在微观层面的飞机动力学中，有必要建模飞机如何在不同的交通特征（如间隔、速度、冲突、密度、流量或流出）下避免相撞。在宏观层面，考虑到网络边界的自由流动条件或拥堵状态已经被研究。微观交通流模型首先现实地模拟了低空空域中单个飞机及其相互作用的行为，然后通过将飞机流量-密度-速度连接起来，识别飞机在二维和三维空间中移动的空域环境。与其他成熟的交通系统不同，低空三维运输的控制政策仍然开放。由于检索增强生成（RAG）可以应用于增强3D内容的生成并检索实时和长尾知识，我们希望为3D交通流模型研究确定一系列可能的方向。

　　在垂直机场布局和设计方面，一些研究探索了基于起降能力满足不同类型需求和各种类型飞机的垂直机场的最佳位置。在早期阶段，选址应关注可能限制或禁止AAM服务的操作约束，如空域限制、空中交通管制可扩展性或公众接受度。近年来，eVTOL垂直机场的设计越来越受到关注，考虑了交通密度、障碍物、风模式和最佳选址标准。

　　与管理eVTOL有限能源储备策略相关的研究也已开展。之前的研究表明，受控充电的电动汽车可以更好地平衡电网负荷，并支持繁忙城市地区更大的吞吐量。同时，需要一个大规模且易于访问的起降点网络，以提供有效的替代方案来应对具有挑战性的地点。运营还需要对需求的变化具有适应性和灵活性。例如，NASA的紧急响应操作可扩展交通管理（STEReO）旨在援助紧急情况下的灾难救援，目标是减少响应时间，从而能够适应迅速变化的条件。

　　当前的飞机主要依赖点对点通信，这使得监视和监管变得困难。预计蜂窝无线通信将在AAM中占主导地位，鼓励创新研究，例如5G/6G信号适应航空场景、6G非地面网络、综合空地网络（IAGN）以确保通信安全和机载计算。频谱共享技术和综合感知与通信技术将支持UAV之间的同时监视和信息传递。边缘计算是系统范围内安全性的另一项重要技术。

　　2023年晚些时候，西科斯基公司和NASA合作开始使用未来的AAM空域模型进行试飞，该模型包含超过150架虚拟飞机，其飞行计划与自动化软件集成在混合现实模式中。类似于自动驾驶车辆的发展，高覆盖率的情景库和高保真度的测试技术是验证和确认的关键因素。有研究专注于开发用于测试预期系统的模拟器，例如快速评估飞行环境的灵活引擎（Fe3）、空中客车的UTM模拟器USim、波音的SkyWay模拟器和U-Sky。

　　迄今为止，全球已有超过170个城市、地区和州开发了AAM服务计划。基于集成、负担得起和共享系统的概念，AAM可以提高运输效率，节省通勤时间，并减少区域和农村地区的贫困和不平等。然而，AAM行业仍需要证明其技术和商业可行性，以实现社会经济成功，并需要多步骤认证，如图2所示。例如，作为一个里程碑，2023年12月，EH216-S获得了中国民航局颁发的首个适航证书，此前它已经获得了型号合格证。

　　作为一种创新的替代运输系统，AAM的价值吸引了越来越多的研究人员和政策制定者的兴趣。

　　在准备运营之前，需要创建一个AAM生态系统（包括物理和数字基础设施、空域管理、维护、维修和操作/大修（MRO）、合法化等）。完整的生态合作伙伴关系支持服务应用在农业、工业、物流、休闲和其他领域的扩展，并促进跨境整合。此外，作为一个网络-物理-社会系统，所提出的移动5.0范式有助于实现更智能、按需和面向社会的交通运输。作为移动5.0范式的关键领域，新的空中出行需要集成到多模式运输和物流生态系统中。

　　AAM市场可以细分为客运和非客运运输，以及城市空中出行（UAM）和区域空中出行（RAM）。例如，城市空中出行提供广泛的城市内和城市间服务，如空中穿梭、按需空中出租车、货物航空器和医疗紧急服务。交通服务提供商（TSP）的概念可以通过运营一支飞机和合格飞行员的空中出租车服务的行业来提供解决方案。AAM还预计在政府部门有广泛应用，特别是在国防、航空医疗服务和紧急管理方面。同时，低空休闲活动将得到推广，包括观光、度假村之间的链接、主题公园和旅游景点、体育赛事及相关展览。

　　各种类型和大小的无人机被应用于多种场景。例如，无人机广泛用于快递、航空摄影和救援。其他类型的低空飞行器越来越多地应用于安全检查和环境监测、精准农业、城市规划，特别是交通监测，作为增强城市管理和治理的一个重要组成部分。无人水面船通常用于测量、资源发现和军事用途。

　　为了促进AAM的发展，一个AAM评估系统有助于明确需求，支持试验的运行，建立测试基地并进行风险评估。例如，NASA正在开发一个UAM成熟度级别框架，该框架包括六个级别，由三个主要属性结合而成：交通密度、操作复杂性和对自动化的依赖。

　　我们正在探索AAM系统的“SEEDS”评估标准，如图3所示。该标准强调AAM在促进安全性、可持续性和服务质量方面的重要作用，贯穿于开发、验证和操作的各个阶段。实现完全可靠的AAM安全目标还有很长的路要走。不可预测的行为为碰撞带来了挑战。算法的局限性，如AI的可解释性和稳健性，限制了航空器的可靠性。此外，算法和软件的持续更新和高度多样化也带来了新问题。因此，需要一个保证功能安全的动态开发过程。

　　AAM生态系统面临许多不确定性和挑战，不仅涉及技术，还涉及社会经济问题。初步的公众接受度研究应关注“公众在多大程度上认为AAM是一种替代交通方式？哪些相关因素影响了采用或拒绝AAM的行为意图？”结合调查数据和大规模社交媒体数据调查公众对AAM的态度可能是一种替代方法。

　　此外，在紧急情况下，无人机可能被迫做出结合伦理和法律考虑的艰难决定。因此，AAM的发展需要借鉴以往的实践。通过将法规编码到决策系统中以监控或规范自动驾驶车辆的驾驶行为是数字化交通法规的常见方法。已经开展了环境生命周期成本研究，以支持在AAM运营中将噪音和排放降至最低。此外，人工社会、计算实验、并行执行（ACP）理念提供了一种从飞机级到空域和交通级的综合管理设计政策，通过物理世界及其人工对手之间的并行互动实现。

　　城市目前在其可容纳的容量上达到了极限，迫切需要整合新的运营以获取更多资源。革命性的综合航空解决方案促进了低空生态系统的发展。AAM已经在全球范围内成为现实，领先城市宣布了有趣的合作伙伴关系和事件，显示出高水平的参与度，使AAM成为现实。例如，2023年12月，深圳市政府宣布了一系列激励措施，以改善工业支持设施。2024年2月，一架5座eVTOL成功进行了从深圳到珠海的示范飞行，将行程从2小时缩短到20分钟。

　　对于传统上分别运营的航空和地面运输组织，消除隔阂并共同规划AAM至关重要。正如在[5]中讨论的那样，智能车辆载体（IVCs）设想了水域、陆地、低空和高空领域的融合。通过应用IVC的模块化方法，可以保证AAM应用的多功能性和可扩展性，扩展移动环境并为未来在地方和区域层面的多模式合作提供信息，进一步推进智慧城市的愿景。同时，我们应从过去的实践中吸取教训，关注社区的独特利益，并将多样性和公平置于公共政策规划的核心。

　　尽管如此，AAM生态系统需要克服与基础设施、能源和公用事业、管理、法规、社会接受度和可持续性相关的一系列障碍。学术界、行业工程师和监管机构的协同努力对于建立健全的安全标准和有效整合以扩展低空经济至关重要。