科研成果介紹 | 面向城市空中交通的無人機交通管理（UTM）服務(wù)的整體設(shè)計

隨著無人機運行需求的持續(xù)增長，如何構(gòu)建既能覆蓋飛行前規(guī)劃、又能支持飛行中監(jiān)視與應(yīng)急處置的UTM服務(wù)體系，成為推動未來低空運行落地的關(guān)鍵問題。

中國民航管理干部學(xué)院民航通用航空運行重點實驗室教師湯一文的研究成果《A Holistic Design and Simulation of Advanced UTM Services for Urban Air Mobility》發(fā)表于國際航空領(lǐng)域高水平期刊IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine。該論文提出了一套UTM協(xié)同服務(wù)框架，將飛行前服務(wù)與飛行中服務(wù)納入統(tǒng)一架構(gòu)，并在高保真仿真環(huán)境中評估其協(xié)同作用與整體性能。

研究亮點一：構(gòu)建覆蓋“飛行前”到“飛行中”的一體化UTM服務(wù)框架

論文提出了一套整體化的UTM服務(wù)框架，將服務(wù)劃分為飛行前與飛行中兩大模塊，并通過統(tǒng)一流程實現(xiàn)貫通。飛行前階段包括運行計劃生成與優(yōu)化、風(fēng)險分析、動態(tài)容量管理和戰(zhàn)略沖突解脫；飛行中階段則包括一致性監(jiān)視、應(yīng)急管理和戰(zhàn)術(shù)沖突解脫。

這一設(shè)計不再將UTM看作若干彼此獨立的算法集合，而是將其視為一個可協(xié)同運行的服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)。飛行前階段負(fù)責(zé)讓飛行計劃安全、可飛、可批，飛行中階段則負(fù)責(zé)讓任務(wù)在執(zhí)行過程中持續(xù)保持可監(jiān)控、可干預(yù)、可處置，從而更接近真實運行條件下城市空中交通的管理需求。

圖1UTM服務(wù)框架及各模塊間的交互關(guān)系示意圖

研究亮點二：以模塊化思路推動UTM服務(wù)的靈活集成與可擴展驗證

論文提出的框架并非固定封閉系統(tǒng)，而是一個模塊化測試平臺。各項UTM服務(wù)以可插拔工具集形式集成，既可以根據(jù)場景需求進行替換，也可以擴展新的算法或模型。不同服務(wù)之間并非簡單串聯(lián)，而是相互影響的關(guān)系。

圖2 飛行前階段與飛行中階段的工作流示意圖

研究亮點三：通過大規(guī)模仿真驗證所提出框架性能

為驗證所提出的框架，論文基于SESAR AMU-LED項目背景，在城市空域中開展了大規(guī)模仿真試驗。研究累計完成1600余小時仿真飛行，覆蓋三類交通密度場景，在約115平方海里空域內(nèi)支持最多150架次運行，其中最多40架飛行器可同時運行。在此基礎(chǔ)上，論文評估了不同UTM服務(wù)及其關(guān)鍵參數(shù)調(diào)整時對整體性能的影響。

圖3 試驗空域構(gòu)型示意圖

總體來看，該研究面向城市空域的無人機交通管理需求，提出了集飛行前規(guī)劃、飛行中監(jiān)視與異常處置于一體的UTM服務(wù)整體框架，并通過模塊化平臺與大規(guī)模仿真驗證了其性能。其成果為未來低空交通管理從“概念驗證”走向“系統(tǒng)集成驗證”提供了重要參考，也為面向高密度、多主體運行的UTM服務(wù)設(shè)計與評估奠定了方法基礎(chǔ)。

文獻：Rodolphe F., Yiwen T., Yan X., et al., "A Holistic Design and Simulation of Advanced UTM Services for Urban Air Mobility," in IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, doi: 10.1109/MAES.2026.3652153.

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