美国联邦航空管理局空域分层规划

比尔·凯利（华盛顿）

交通管理架构正变得越来越清晰，空域分为不同层级，各层空域中的航路相互交叉，各种小型无人机和未来城市空中运输飞行器在不同空域层运行。但交通管理架构在略微不同的发展阶段，空域中的航路交叉形式截然不同。

航空缩略语在不断扩大，UAS代表无人机系统,UTM代表无人机系统交通管理，UAM代表城市空中交通，AAM代表先进空中交通。现在，先进空中交通具有更广泛的内涵，已包括城市空中交通概念。

无人机系统交通管理和城市空中交通的共同属性是，两者均使用数字化流程和平台、数据共享、自动化飞行规划与执行；两者是一个联合系统，涉及多个参与方。

空域分界线

美国联邦航空管理局（FAA）设想，距离地面高度120m（AGL）是无人机系统交通管理与城市空中交通/先进空中交通之间的空域分界线。

在距离地面高度120m以下空域，无人机系统服务提供商（USS）将与无人机操控员协同工作，并向操控员提供飞行规划、空域授权、交通疏导和其他服务。

在距离地面高度120m以上空域即城市空中交通/先进空中交通空域，大型有人机和无人机在机场、垂直起降机场和短跑道之间的指定航路飞行，城市空中交通服务提供商（PSU）先与大型有人机建立通信，然后才会与无人机通信。

无人机系统交通管理发展

图1 美国联邦航空管理局城市空中交通概念图，中间黑色虚线代表120m空域分界线。

2018年美国联邦航空管理局发布了1.0版无人机系统交通管理运行概念文件，2020年3月发布了2.0版。2020年10月13日，在世界空中交通管理大会的一次论坛上，美国联邦航空管理局无人机综合办公室执行主任杰伊·梅克尔（Jay Merkle）介绍了低空空域下一步实施计划。梅克尔表示，无人机系统交通管理现在的工作重点是，在120m以下空域引入无人机超视距飞行，即无人机在操控员视线外飞行。空域设计人员还将补充公共安全人员在该低空空域结构中的工作职责，并制定必要措施，以保护敏感军事和国土安全设施免遭未经授权无人机的攻击。

城市空中交通规划

与无人机系统交通管理类似，城市空中交通是一种“基于社区”的联合系统，由各飞行器运营商与多家城市空中交通服务提供商组成。

2020年6月，美国联邦航空管理局已发布第一版城市空中交通运营概念（Conops）文件。布拉德福德2020年10月在美国国际无人系统协会举办的“超越”（Xponential）线上会议，曾介绍这种概念架构。

运营监管

城市空中交通由美国联邦航空管理局监管，该管理局始终保留重新调整空域使用的权利，如果城市空中交通运营达到一个峰值，基于社区的需求/空域容量平衡原则不再起作用。

航路与运行规划

与无人机系统交通管理不同的是，城市空中交通/先进空中交通客运及运货飞行器将在空域航路运行，初期这些航路将设立在典型通用航空和直升机航路中。

根据行业预测，美国联邦航空管理局将城市空中交通过渡期设为10年。在最开始，飞行员在航路驾驶城市空中交通飞行器，并与传统空中交通管制（ATC）系统进行通信，然后逐渐过渡到自动驾驶飞行器在航路飞行。

布拉德福德表示，必要时美国联邦航空管理局必须实现需求与产能的平衡，希望这是基于社区的规则要求并予以批准，为顺利开展过渡期工作，该管理局不会直接参与其中的工作。

图2 先进空中交通空域环境想象图，下方为小型无人机交通空域。

运行条件

飞行器进入城市空中交通航路运行，其性能必须满足要求，性能要求可能会根据飞行速度和空域需求而改变。布拉德福德指出，为保持无人机之间的安全距离，无人机操控员需共享飞行计划实现策略性疏导，以及共享态势感知和协同过程。

进入城市空中交通航路运营可自愿申请，但离开航路必须遵守空中交通管制系统要求。持续进入和按需进入航路的区别是，如果飞行器在城市空中交通空域航路运行，不必向美国联邦航空管理局提供其持续更新的定位信息，因为该管理局不提供服务，但如果飞行器离开航路进入空中交通管制区，需要向该管理局提供信息。

为优化空域使用效率，美国联邦航空管理局将保留提升个别飞行器飞行性能要求的权利。一旦空域使用需求增大，可能只允许达到一定导航性能或计划共享的飞行器，在某一天的特定时间在航路运行。因为空域使用需求量最小的飞行器占用大量空域，使需求量很大的飞行器不能快速运行，将丧失公平性。

服务提供商联合工作

目前无人机软件平台、空中交通管理和众多电信公司在共同支持无人机系统交通管理，但无人机系统交通管理先于城市空中交通发展，因此出现了一个问题：无人机系统服务提供商能否同时作为城市空中交通服务提供商，或者城市空中交通服务提供商能否同时成为无人机系统服务提供商？在2020年召开的一次会议，美国联邦航空管理局首席科学家史蒂夫·布拉德福德（Steve Bradford）给出肯定答案，但他表示提供商将使用不同名称，因为飞行器在距离地面高度120m以下运行和在120m以上的航路运行，服务提供商对信息和飞行器性能的要求可能有所不同。

城市空中交通服务提供商通过连接无人机系统服务提供商网络，可以获得航路下方无人机飞行信息，反过来无人机系统服务提供商也可连接城市空中交通服务提供商网络，建立通信并获取信息。

第三方公司提供服务

空中导航服务提供商（ANSP）是空中交通管理（ATM）的传统管理者，它可以完全归政府所有或与政府共同拥有所有权，也可完全自行掌管。空中导航服务提供商有可能将业务委托给第三方和企业技术供应商，这些供应商将负责向有人机飞行员和无人机操控员提供飞行计划服务和授权。

目前，美国联邦航空管理局即将完成空域结构定义，正向实施细节迈进。梅克尔表示，美国联邦航空管理局在美国希望采取无人机系统交通管理与城市空中交通联合的方式，可避免空中导航服务提供商直接向飞行器所有者和运营人提供大量服务；同时该管理局希望尽可能少地管理，以便尽可能多地鼓励创新，并保证航空安全和空域安全。