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城市空中交通概念图

垂直起降场概述

1.UAM与AAM的联系

电动化、自动化、飞机设计、电池领域等技术的发展和城市化交通拥堵现象日趋严重，促使城市空中交通（Urban Air Mobility，UAM）概念的形成，并有望成为一种新的交通模式和将交通服务提升到第三维度。2021年，美国联邦航空管理局（Federal Aviation Administration，FAA）将城市空中交通和区域空中交通（Regional Air Mobility，RAM）共同作为先进空中交通（Advanced Air Mobility，AAM）概念的子集，其中，RAM通常使用具有短距离起降（Short Take Off and Landing，STOL）能力的固定翼飞行器，而在人口密度较高的城市内部区域的UAM概念大多使用具有垂直起降能力的电动力飞行器（Electric Vertical Take Off and Landing，eVTOL）或氢动力飞行器。

UAM与AAM的联系（改编自Roland Berge报告）

2.垂直起降场与直升机起降场的区别和联系

传统直升机与新型飞行器都具备垂直起降能力，由于两者在技术、基础设施、政策和社区接受等方面的差异和UAM按需移动交通、高吞吐量运行等特点，使得开发一个合适的地面基础设施至关重要[1]，以便在高度受限的城市环境中高吞吐量安全运行。该基础设施主要包括飞机设计、位置和网络布局、地面拓扑结构、飞行程序设计、通信导航和监视（Communication,Navigation & Surveillance，CNS）设备、自动化的地面维护维修和运行（Maintenance,Repair&Operations，MRO）、能源供应、低空气象预报、消防救援等部分。

虽然垂直起降场和传统直升机场不同，但在设计方面许多问题是相似的，例如，两者都需要一定地表、水上、高架（如楼顶）作为起降区域，设计相应的飞行程序以及配套合适的CNS、气象预报、维修、能源供应、视觉辅助、应急消防等基础设施元素。这也是FAA以前一直将与垂直起降场和直升机场相关研究报告合并在一起的原因[2]。

直升机场与垂直起降场对比

（左图：1951年伦敦市中心直升机场；右图：2018年Uber Elevate垂直起降场设计方案）

3.垂直起降场的组成和功能

垂直起降场作为支持eVTOL、氢动力等新型飞行器起降运行的指定区域。早在1970年Allen和Simpson就研究了垂直起降场的设计，并分析了可能的飞行甲板配置等，以及1991年FAA发布了一份题为 "垂直起降场设计"的咨询通告（Advisory Circular，AC）等，目前大部分有关UAM基础设施的设计都是在参考机场、直升机场以及以前的民用倾转旋翼（Civil Tilt Rotor，CTR）飞行器设计的基础上进行拓展的。虽然随着与飞机运营有关新信息的分析越来越多，垂直起降场设计标准或指南也会随之更新，根据空间布局主要包括停机坪、登机口、滑行道3个基本空侧要素，与此同时，根据服务水平的不同也可能会存在换乘候机、MRO、能源供应、消防救援、购物等陆侧区（Landside）。

垂直起降场的组成

（A：停机坪；B：登机口；C:换乘候机、购物等陆侧区；D：滑行道）

（1）停机坪

停机坪（Pad）由起飞和着陆区（Touch Down and Lift-off，TLOF）、最终进近和起飞区（Final Approach and Take Off，FATO）、安全区（Security Area，SA）三部分组成，被定义为指定用于飞机起飞和着陆的区域。其中，起飞和着陆区（TLOF）通常是飞机起飞和降落的承重面。最终进近和起飞区（FATO）用于飞行员在该区域内以盘旋或降落的形式完成进近或离场，其位于TLOF外侧。安全区（SA）是围绕着FATO的一个区域，其作用是降低飞行器不小心偏离FATO的风险。

停机坪结构

（2）登机口

登机口（Gate）是车辆进行各种运行的地方。例如，乘客的登机和下机，行李的装载和卸载，以及车辆的充电或加油。闸口是圆形的，其包括一个供车辆站立的内部区域，周围还有一个供出租车行驶和等待的区域。

登机口结构

（3）滑行道

滑行道（Taxilane）是一条用于连接停机坪和登机口的路径。滑行道包括行车道，并要求两边有安全间隙。

滑行道结构

与此同时，垂直起降场组成要素的联系以及一次完整的UAM出行流程为：陆侧区（Stand）-登机口（Gate）-停机坪（Pad）-离/进场飞行程序。

垂直起降场组成要素的联系

4.应用场景

公共设施检查

通过在垂直起降场对无人机进行远程部署，以对诸如输电和配电塔、桥梁或建筑物等公共设施的巡检以及相关数据的收集。

医疗救护

利用传统直升机或eVTOL飞行器实现在城市内病人、医务人员或设备的运送。

物流配送

通过有人驾驶货运机和高度自动化的无人驾驶货运飞机在城市同一空域内的融合运行，实现在机场和区域配送中心等地点之间货物的快速交付。

机场接驳

利用高度自动化的有人/无人驾驶飞机在城市和郊区机场之间，实现在预定的路线上乘客的机场接驳。

垂直起降场定义

1.相关术语

目前，世界各地飞机制造商、研究机构、地方和公共当局、监管机构、CNS供应商、空中导航服务提供商、咨询公司等都在为UAM的发展作出贡献。相关学术论文对该基础设施术语的使用、定义、分类存在较大的差异，其中用于描述垂直起降场的相关术语达二十余种。根据Web of Science数据库查询垂直起降场相关术语、UAM/AAM和垂直起降场有关配套设施共同存在的文献有124篇（查询规则：数据库为Science Citation Index Expanded (SCI-EXPANDED)；按主题（TS）查询；查询时间为2023年4月6号），过滤掉术语出现频次为0的文献，其中使用最多的术语是Vertiport。其结果与目前EASA、FAA、ISO、CASA等组织或机构针对垂直起降场出台的相关法规标准或指南中普遍使用vertiport这一术语相吻合。

与垂直起降场相关的术语

2.定义

UAM/AAM概念的兴起主要是由于eVTOL飞行器相关技术的发展，使得城市/区域农村场景的载货/载人变得可行，其主要的特征就是可以垂直起飞和降落，所以目前大多垂直起降场设计相关法规标准或指南（如欧洲航空安全局（European Union Aviation Safety Agency，EASA）的PTS-VPT-DSN、FAA的Engineering Brief No. 105、国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）的ISO/DIS 5491:2022、美国材料与试验协会（American Society for Testing and Materials，ASTM）的F3423/F3423M -22、澳大利亚民用航空安全局（Civil Aviation Safety Authority，CASA）的AC 139.V-01 v1.0以及欧洲民航电子设备组织（European Organization of Civil Aviation Electronics，EUROCAE）的ED-299）使用Vertiport这一术语，其中前缀为“verti”用于表示该起降场使用的是eVTOL飞行器（包括氢动力等新能源飞行器），和直升机场使用heliport一词表示该基础设施一样。

Vertiport一词最早出现在学术论文中是1967年Elbert Cheyno在AIAA 4th Annual Metting and Technical Display会议上的发表的一篇题为“Vertiport Design and Operations”的文章，而首次出现在相关法规标准或指南上是在1991年FAA发布的一份题为 "Vertiport Design "的AC上，虽然该AC在2010年7月被取消了，但这份文件为后续与垂直起降场相关法规标准或指南描述该基础设施提供了重要参考。

从目前与垂直起降场相关法规标准或指南对Vertiport的定义可知，Vertiport具有When-“用于或打算用于”、Where-“地表、水上、高架及其相关建筑与设施”、Who-“VTOL飞行器”、What-“着陆、场面运行和起飞”4个要素，则Vertiport可以定义为“垂直起降场（Vertiport）是一个用于或打算用于VTOL飞行器在地表、水上、高架及其相关建筑与设施进行着陆、场面运行和起飞的区域。”

Vertiport相关法规标准或指南中Vertiport的定义

3.Vertiport分类

（1）按服务能力

按照Vertiport所提供服务能力的大小，可以将垂直起降场从小到大依次分为垂直起降点（Vertistop）、垂直起降场（Vertiport）、垂直枢纽（Vertihub）三类。Vertistop往往只包含少数或1个登机口以及保证安全高效运行的基本保障设施（如CNS、风锥等），甚至登机口和起降平台共用的情况；Vertiport不仅包括包含Vertistop的所有设施和多个登机口和多个停机坪，还包括MRO、能源供应等其他设施；Vertihub指的是在Vertiport基础上还包括购物、乘客换乘、车库等区域，与其他地面交通一起构成“空中、地面、地下”三位一体的多式联运综合客货运枢纽。其中这里的Vertiport为狭义上的垂直起降场。

按服务能力大小分类

（从左至右依次为Vertistop、Vertiport、Vertihub）

（2）按地理位置

按垂直起降场（Vertiport）所在的地理位置和类比直升机场分类方法，可以将垂直起降场分为表面垂直起降场、水上垂直起降场和高架垂直起降场三类。

表面垂直起降场（Vertihub类，与机场集成）

水上垂直起降场

高架垂直起降场

【 1】European Union Aviation Safety Agency (EASA). Study on Societal Acceptance of Urban Air Mobility in Europe; Technical Report;EASA: Cologne, Germany, 2021.

【 2】 Smith, Robert D. . "Heliport/Vertiport Design Deliberations 1997 - 2000." (2001).

文中Web of Science查询语句:TS=((aerodrome OR airparks OR vertiplaces OR vertistation OR vertihub OR vertiports OR vertiport OR vertistop OR vertipad OR vertidrome OR vtol-ports OR (uam AND aerodrome) OR (drone AND terminal) OR (opportunity AND hub) OR (pocket AND airport) OR (sky AND node) OR vertibase OR (greenfiled AND mobility AND hub) OR skyport OR droneport OR heliport OR helipad)AND (uam OR (urban AND air AND mobility) OR aam OR (advanced AND air AND mobility) OR uav OR evtol OR airtaxi OR drone OR taxi-drone OR pav OR (personal AND air AND vehicle)) AND (location OR station OR infrastructure OR energy OR grid OR supply OR (fuel AND cell) OR network OR system OR (hub AND location AND problem) OR route OR technology OR (condition AND monitoring) OR mro OR maintenance OR repair OR energy OR soc OR (state AND of AND charge) OR battery OR charging OR power OR (fuel AND cell) OR hydrogen))

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