曲小波：低空立体交通是城市交通的未来

文/娟子

编者按：

5G、人工智能、大数据、云计算等创新科技走向成熟，使得智能化浪潮愈发汹涌。交通是经济发展的血脉，在可持续发展和“双碳”战略的前提下，新时代智慧城市建设对交通发展提出了新要求，而随着互联网与交通融合步伐的提速，智能交通亦成为智慧城市建设需要突破的重要领域。

2022年11月初，清华大学车辆与运载学院讲席教授、欧洲科学院院士曲小波在第六届“一带一路”青少年创客营与教师研讨活动可持续交通主题活动的科学家系列讲座上做了《下一代城市交通系统》为题的分享，为未来城市交通系统描绘蓝图。

当下，全球城市化进程正不可阻挡地向前推进。一份来自联合国人居署（un-habitat）的《2022年世界城市报告：展望城市未来》报告指出，未来30年，世界城市化步伐将继续加快——预计到2050年，世界城市化率将从2021年的56%提高到68%。城市化的快速发展带动了社会经济高速增长的同时，也引发诸多城市社会问题，尤其是交通拥堵、空气污染等，使得居民的通勤时间不断延长。

“造成这一现象的原因在于现有交通系统仅停留在二维阶段，交通设施不能无限增长，难以从根本上解决城市的交通拥堵问题。怎么办？向空中要答案！”曲小波提到。

在这场微型科普讲座上，曲小波分享了交通及运载领域最新的变革与发展趋势，他以自己团队在过去几年所承担的科研项目及成果为例，分享了新型运载模式、智能车辆如何赋能智慧城市建设，提出了模块化车辆单元、新式公交系统、陆空协同客货运输系统等未来出行方式，并进行了概念展示。

智能运载工具对下一代交通系统的影响

在曲小波看来，当前城市公共交通系统有三个痛点：一是站站需要停靠，二是换乘不够方便，三是容量的固定不变。

“目前我正带领团队设计和开发一种新型运载工具——模块化车，这种模块化车可以使车辆单元和车辆单元之间在行进过程中进行连接和分离。”曲小波介绍说，“利用这种模块化车可以将下车乘客换乘到最后一节车厢，在行进中把车厢甩掉用于上下乘客，这样既能不影响其他乘客的出行时间，也能有效解决传统公交车站站都停的问题。”

据了解，有别于传统城市公交系统以公交线路为设计单元，固定线路、固定车型、固定间隔的规划，各模块化车之间可以相互联通，乘客可以根据换乘需要在各模块单元之间移动，通过模块车之间重新相互分离、重组，无需下车即可实现不同线路间的换乘，减少换乘时间，提高换乘效率。同时，各模块单元还能够进行重组或拆分，由此改变车辆容量，以应对交通需求的变化。

曲小波表示，该模块化车还可应用于陆空协同客货运输系统，团队开发了在行进中无人机降落到模块化车辆车顶的算法，并探索了无人机与公共交通车辆协同的货物配送模式，通过系统测试结果显示：该模式之下可节省80%的时间，在成本基本不变的情况下，能量消耗减少；在城市物流运输领域，对于小包裹而言，传统配送模式或将被取代，从而大大降低现有交通量，进一步优化运输成本和效率。

图片来源：清华大学智能交通实验室（ETS）

图片来源：清华大学智能交通实验室（ETS）

低空立体交通是未来的必然趋势

从低空协同物流无人机，到商业化运行的垂直起降飞行器，再到陆空两栖飞行器，曲小波认为，未来城市交通向三维立体发展是大势所趋。所谓“三维立体”指的就是低空立体交通，“它将补充地面交通的短板，有效分担地面交通需求，从根本上解决交通拥堵问题，因此也是未来的必然趋势”。

据介绍，低空立体交通系统主要包括城市空中交通、无人机物流等；与传统飞机相比，其载具的飞行高度主要在1 公里以下，可以根据城市地形及建筑物高度进行调整。从发展阶段看，低空立体交通系统需经历无人机物流、有人驾驶飞行汽车、无人驾驶飞行汽车三个阶段。

然而，相较于传统地面交通系统，由于低空立体交通系统面向三维空间，其复杂性与不确定性更高，曲小波以飞行汽车垂直起降停机坪的选址为例进行了较为详细的阐述。

图片来源：清华大学智能交通实验室（ETS）

“飞行汽车垂直起降停机坪的选址问题远比其他交通系统的基础设施选址问题复杂，主要原因在于，城市空中交通系统的运营运作将充满大量的动态性、不确定性以及随机性，如飞行汽车性能的动态性、空中通行能力的不确定性以及出行需求的随机性。因此，在战略层面进行垂直起降停机坪选址优化时，需充分考虑选址决策与城市空中交通系统运作方式、通行能力以及出行需求之间的相关性，构建整合优化模型。在整合优化模型中，选址问题为核心决策，但同时需要运营运作模型以及出行需求模型为选址决策提供反馈，以引导整合优化模型构建高效的、便捷的飞行汽车垂直起降停机坪网络。”

因此，未来低空立体交通的发展需要提前在战略、战术和运作三个层面做好准备，以解决航道设计、交通流量管理、路径规划、冲突规避、空中飞行隔离、起降控制、地面交通协同等问题。