根据联合国教科文组织报道,地球在过去40年中城市化的进程正在逐步加速,预计到2030年,约有60%的地球总人口将生活在城市,这些人口总量将在50亿左右。届时包括中国北京、日本东京、印度德里、巴基斯坦卡拉奇,埃及开罗等这些城市将会成为世界人口的中心。而如今这些城市的管理者已经开始被日益增加的交通问题所困恼,通过研究各种管理方法和运行模式来缓解地面交通为城市所带来的压力。四通八达的城市地下交通网络一度舒缓了地面交通所带来的压力,但如今在地球的很多城市即便拥有这样的网络也没法继续负担日益增多的城市人口,地下交通网络资源也变得捉襟见肘。

Drone at the World Economic Forum - Annual Meeting of the New Champions in Dalian People's Republic of China 2015. Copyright by World Economic Forum / Jakob Polacsek

随着近年来无人机技术的发展和运用,城市的设计和管理者已经将视线转向空中,希望利用天空这个维度为城市再构建一张新的交通网络。于是乎未来城市空中交通运行的概念便孕育而生了。在全球,空客、波音、优步(UBER)等企业纷纷开始设计和着手构建城市空中交通运行概念。与此同时,日本、美国、欧洲诸国都陆续宣布了未来城市空中交通发展路线图,并希望通过和企业联手一同再造新的城市空中交通网络。在中国,由亿航、迅蚁、京东、空客中国为代表的企业也纷至沓来,欲在中国也创造和实践未来城市空中交通运行的理念,为中国城市交通运维构建新的网络。

面对充满机遇的未来城市空中交通网络,我们有哪些急需突破的挑战和解决的问题呢?笔者通过与全球相关利益方的多次交流和探讨,归纳和总结出以下方面:

飞行器系统

电池技术

未来城市空中交通运行的主流交通工具将会是具备垂直起降并且具有自主飞行功能的电动无人飞行器(eVTOLs),飞行器电池技术的发展将会直接关系到未来城市空中交通运行的商业和运行模式。电池的自重、能量密度、充放电能力、工作效能等会直接影响着飞行器的运载能力、飞行时间航程、空中和起降性能、地面运维管理模式等方面。

飞行器设计制造标准

作为在城市上空运行的飞行器,无论是载人飞行还是载货飞行,其运行风险是极高的。特别对大载重或者是载人的飞行器而言,适航审定几乎是必定需要逾越的门槛。由于eVTOLs与传统有人驾驶航空器在设计制造方面有别,导致现有的适航审定无法直接使用,由此对于eVTOLs的适航审定方法就要重新制定。由于缺乏全球统一的标准和指导建议,目前全球不同地区已经出现分歧,这其实是非常危险的,对于未来全球融合统一极其不利。

飞行系统自动化程度和可靠性

目前飞行器可以实现极高的自动化(automation)程度,但距离真正的自主化(autonomous)飞行还需假以时日。围绕着人工智能所展开的一系列研究实践和伦理探讨一直在不断被升级,同时人工智能的不确定性就目前是无法被预知和评估的,这些对于人类真正实现自主飞行具有决定性的作用。所以飞行员作为保护飞行安全的最后一关,很难在短时间里被机器所取代。

运行软硬件设施

硬件设施

早期的城市设计在功能设计上很少考虑到空中交通网络,即便像东京这样硬件相对成熟的城市,在设计和建造的过程中已经涵盖了空中交通网络的概念,但是其容量、设计理念等还是远远没有办法满足未来城市空中交通网络的需求。如何对现有城市的硬件设施进行合理改造,或者重新设计建造新的硬件设施成为城市设计者和管理者急需解决的问题。

软件设施

设计和构建城市空中交通网络好比在空中建造公共道路并为之设计和匹配相关的管理系统。新一代通讯导航监视网络能够确保实时大容量、高速率、低延时和精确性数据传输为各类飞行器在城市上空较低空域安全高效的自主飞行提供保障。在此基础上,城市空中交通管理系统的设计和构建,以及该系统和现有空中交通管理系统,无人机通管理系统之间的边界定义、融合策略、管理方法和程序等需要得到妥善解决。此外,各信息系统的安全冗余、全系统的安全冗余和系统性降级、系统性崩塌后的应急措施等都需要进行测试和验证。

全球性标准体系匮乏

由于未来城市空中交通的运行与无人空中交通管理系统、无人机等一系列无人概念息息相关,但目前为止全球尚未出现统一和清晰的标准和规章体系。近年来随着无人机被广泛的应用于商业、应急救援、人道主义救援等方面,一定程度上加速了国际标准和指导建议修定,但相比于科学技术发展的速度仍显不足。为了应对这种窘境,联合国组织、地区、国家标准制定体着力进行管理方法和管理模式创新,力求通过新的手段和方式加速并适应新环境下的运行的要求和发展。这点值得鼓励和表扬,但同时也隐藏了一些危险的隐患。由于缺乏全球统一的指导性文件作为蓝本,各国都又想占据全球标准制定的先手,从而导致“各为其政”的现象。这对今后的全球统一和融合运行造成了一定问题和挑战。

市场和商业运行模式

商业模式

由于未来城市空中交通属于新兴产业,目前没有任何前例可供参考和借鉴。对于商业模式的研究,优步和空客就目前而言是走在前列的。就优步而言,因为它的地面交通运行商业模式已经成熟,通过对地面运行模式的延伸,设计和研究出其对未来城市空中交通商业模式。笔者认为,这种推演的商业模式在运行后期是具有一定实际意义的,但在运行初期没有充足运能的前提下是很难实现的,可能需要有其他商业模式进行周期性过渡。所以到底怎样的商业模式真正适合未来城市空中交通的发展需要需要进一步研究和实践。

资金

航空产业是资金密集度很高的产业,特别是在产业发展的初期对于资金的诉求度很高。当商业模式尚且不明确,市场成熟度不足时,初创类企业容易被拖垮,行业先行者前期需要投入大量的资金去培育市场和试探商业模式。对于资金状况相对比较稳健的传统航空企业或者优步这类拥有其他产品线的企业而言可能资金压力要小些,多产品线可以分摊前期运维的风险。

社会和公众影响

公众接纳度和信任度

人类对于新兴事物的接纳度、人类与机器之间的信任度需要通过漫长时间的磨合才能逐步建立。优步作为自动驾驶的先行者,一直致力于推动自动驾驶技术,但不幸的是去年3月26日,一辆L4自动驾驶汽车在亚利桑那州的公共道路上失控后撞击一位行人并至其死亡。其后关于自动驾驶的争议就蔓延开了,社会是否已经接纳了自主化的机器文明?我们对于机器的信任到底有多坚实?这些问题一直没有办法得到解答。这也将影响着未来城市空中交通运行的发展和落实。

噪音和隐私

由于eVTOLs在设计的气动布局上于直升机有着巨大的差异,从而导致eVTOLs的实际运行噪音会远比直升机小。但是由于城市空中交通的运行频次较现有直升机城市运行要密集很多,所以综合噪音影响对人类城市居住到底产生多大影响尚未考究。同时在密集的城市间飞行对城市居民居住的隐私保护也必定成为一大挑战,影响着空中航线规划、地面设施的部署。

航空知识普及度

飞行的普及程度就开车而言要低上很多,绝大多数的人从未有过飞行驾驶经验,这对于未来城市交通的推广有着看似间接但确直接的影响。由于缺乏对飞行本身的认识或缺乏对机器之间的信任,人类很难在很短的时间里去适应常态化的空中交通运行。当市场缺乏放大的动力时,再加之资金链等综合影响,很可能导致市场停滞不前甚至出现倒退。这是需要产业界提前准备和积极解决的难题。

其他的一些问题

诸如未来社会就业问题,政策连续性问题等都将间接对未来城市空中交通的发展提出问题和挑战。

第四次工业革命已经对全球产生了巨大和深远的影响,科学技术对于某一领域的改变将是系统化的。一个技术的改变不仅只对该技术领域产生影响,它一定对其他相关领域产生系统化的影响,并且同时会带来地缘政治、经济发展、社会结构、公众民生等问题和挑战。

世界经济论坛作为全球公认的国际组织,一直致力于推动公私合作。在互联互通、错综复杂和日新月异的当今社会为了应对第四次工业革命所带来的系统性变化和挑战,必须与所有利益相关方共同携手合作,这样才能积极和有效应对新环境下的各种挑战,提升全球系统领导力和决策力。论坛无人机和未来空域项目组愿意与各国的公私方合作,积极推动全球航空航天事业的共同发展。

作者:杨俊伟,世界经济论坛无人机和未来空域项目负责人

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编辑:万鸿嘉

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