The Innovation | ​未来城市交通的出路？向空中寻找答案

导 读

垂直起降飞行器（飞行汽车）技术日益成熟，标志着低空立体交通时代的到来，有望从根本上解决城镇化带来的交通拥堵问题。针对这一全新交通模式，清华大学车辆与运载学院智能交通实验室基于中美22个城市的交通数据构建了低空立体交通网络，发现该系统在中美可分别减少约35%和45%的通勤时间，平均每条飞行路径可减少77%和67%的碳排放，是未来高效、环保的交通系统。

图1 城市空中交通网络结构（图1A，"H"标识代表停机坪位置，紫红色实线代表载人飞行段，蓝色实线代表空载飞行段，黄色虚线代表“首末公里”地面交通）以及城市空中交通下地面交通变化（图1B，蓝色表示地面交通量降低的路段，紫红色表示地面交通量增加的路段，道路粗细代表交通变化量大小）

城镇化的快速发展，带动了社会经济的高速增长，但也引发了诸多社会问题。其中，交通拥堵问题尤为突出，降低了城市居民的幸福感。为解决交通拥堵问题，多种解决方案被提出，例如拥堵收费、尾号限行、共享出行及提高车道使用率等。但是这些措施仅面向二维交通，难以解决交通拥堵的内生性问题。

在此背景下，将地面交通扩展至低空，解锁更大的交通空间，能够有效分担地面交通压力，从根本上解决交通拥堵问题。其中，垂直起降飞行器，伴随智能化、电动化技术的不断发展与完善，成为低空立体交通系统的主要飞行载具。该载具在垂直起降停机坪之间提供飞行服务，同时与地面交通协同配合，构成低空立体交通系统，提供“门对门”服务。

得益于其便捷性和时效性，低空立体交通必将成为未来交通的主流形式。但是该模式面向三维立体空间，复杂性更高，因此有必要深入理解低空立体交通的可能发展阶段，及其对城市的影响。针对这些问题，本研究基于中美22个大城市的真实出行需求、出行时间数据，构建了包含“最初/最后一公里、飞行”三个阶段，以垂直起降停机坪为节点的城市空中交通网络；以真实数据为基础，以垂直起降停机坪选址作为核心目标对模型进行优化，同时考虑不同区域之间地面交通需求、地面及低空系统出行时间、地面及低空出行费用，从出行时间、出行需求变化、能量节省等角度进行分析。研究结果表明:

• 低空立体交通网络类似于枢纽航线网络，停机坪作为枢纽整合飞行需求，为城市区域提供飞行服务，保证服务稳定性。

• 低空立体交通网络将集中服务城市区域，并连接城市主要活动区（图1A）。

• 低空立体交通网络飞行时间均短于10分钟，缓解了飞行载具电池技术的压力。

• 低空立体交通系统在不同城市收益不同，美国城市相对于中国城市，可以节省更多的时间，这是由于中国城市更为拥堵，最初/最后一公里所需时间更长。

• 城市空中交通可有效提高城市交通效率，降低主干道路流量；但是最初/最后一公里将给停机坪周围道路带来额外流量，需要进一步提高停机坪可达性，避免新的城市交通问题（图1B）。

总结与展望

低空立体交通网络在不同城市都能够大幅度减少通勤时间，提高整个社会的运行效率。同时，能够减少主干道路、高速公路的交通流量。但是，由于最初/最后一公里的存在，垂直起降停机坪周围道路将变得更加拥堵，因此，有必要提前做好规划，设计更为合理的公共交通系统，避免带来新的交通问题。而随着低空立体交通系统不断成熟，需进一步研发垂直起降飞行器，使之能够陆空两栖，不再依赖垂直起降停机坪，从而真正实现“门对门”交通服务。

责任编辑

刘   慧    中国科学院华南植物园

成泽怡    上海交通大学医学院附属瑞金医院

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原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(23)00021-8

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第四卷第二期以Letter发表的“Urban aerial mobility: Network structure, transportation benefits and Sino-US comparison” (投稿: 2022-12-22；接收: 2023-02-12；在线刊出: 2023-02-15)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2023.100393

引用格式：Wang K., Li A., Qu X. (2023). Urban aerial mobility: Network structure, transportation benefits and Sino-US comparison. The Innovation. 4(2),100393.

作者简介

王 凯，博士，清华大学车辆与运载学院助理教授、博士生导师、特别研究员。此前就职于麻省理工学院（MIT）以及卡内基梅隆大学（CMU）。博士毕业于香港理工大学，受香港特区政府奖学金资助。主要研究方向为智能交通与物流系统，包括城市低空立体交通、城市物流、共享出行、未来城市公交等。发表论文30余篇，其中包括UTD论文4篇（OR、MS、M&SOM、JOC各一篇，均为一作/通讯）。曾获INFORMS Transportation Science and Logistics best paper award。

Web: http://www.svm.tsinghua.edu.cn/essay/80/1960.html

李奥勇，博士，清华大学“水木学者”博士后，博士后国际交流计划引进项目。博士毕业于苏黎世联邦理工大学（ETH）。主要研究方向为交通大数据挖掘、共享出行、交通地理、机器学习应用等。

Web: https://www.researchgate.net/profile/Aoyong-Li

曲小波，博士，清华大学车辆与运载学院教授，国家海外高层次人才-CJ学者讲席教授，博士生导师，欧洲科学院（Academia Europaea）院士。在澳大利亚、瑞典任教10年，归国前任瑞典查尔姆斯理工大学（Chalmers）讲席教授。主要研究方向包括智能交通系统、立体交通系统、未来公交系统、车城互联系统。发表论文150余篇，担任Communications in Transportation Research主编及其他十余本刊物编委。曾荣获新加坡交通部部长创新奖、澳大利亚教育部奋进长江研究奖等。

Web: http://www.svm.tsinghua.edu.cn/essay/80/1920.html

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The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球50个国家；已被116个国家作者引用；每期1/4-1/3通讯作者来自海外。目前有195位编委会成员，来自21个国家；50%编委来自海外；包含1位诺贝尔奖获得者，33位各国院士；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI等数据库收录。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。

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