先进的空中机动：塑造航空业的未来（英）

在与科尔尼 先进的空气流动性：塑造航空的未来 WHITEPAPERJULY2024 图片:盖蒂图片社 Contents 前言3 执行摘要4 1先进的空中机动性：改变航空的颠覆性力量5 2多样化的AAM景观8 2.1系统化AAM用例8 2.2关键促成因素10 开拓AAM的3个部门13 3.1Healthcare13 3.2偏远地区的物流14 3.3（子）城市客运15 Conclusion16 贡献者17 尾注20 免责声明本文档由 世界经济论坛作为贡献 到项目、洞察区域或交互。fi的定义、解释和 这里表达的结论是一个结果促进和 世界经济论坛但其结果不一定 代表世界经济的观点 论坛，或其全体成员， 合作伙伴或其他利益相关者。 ©2024世界经济论坛。所有权利 reserved.Nopartofthispublicationmay 以任何形式复制或传播 或以任何方式，包括影印和记录，或通过任何信息存储和检索系统。 July2024先进的空气流动性：塑造航空的未来 前言 SebastianBuckup 负责人，网络和 伙伴关系；成员，执行委员会，世界瑞士经济论坛 哈维尔·冈萨雷斯 合伙人，Kearney；全球共同领导，科尔尼中心高级流动性，西班牙 我们站在一个变革时代的开始 在航空领域，由以下因素带来的新可能性驱动开创性的技术和对 可持续性。为了支持这种转变，世界经济论坛推出了AVIATE： 先进的空中交通计划。AVIATE的核心是对安全、可持续和公平的承诺 先进的空中机动和自主集成航空技术进入全球空域。它专注于先进的新兴子行业 空中交通(AAM)，考虑到这将是fi第一次一个人采用新的技术进步 在天空中，从自动化到电力推进系统，从先进材料到下一代 通信系统。 帮助实现新兴部门的原因 AAM是多方面的。首先， AAM在各种各样的行业：从交付 将物流转移到不同的fi狂热的地点，以迅速在医疗保健紧急情况下的响应，从fi 反对野生fires到精准农业。第二， 安全福利fits：航空旅行已经是最安全的模式运输，但80%的现有1航空事故 是人为错误造成的。自主技术 可以帮助解决这个问题，以及解决越来越多的飞行员短缺 地理位置。第三，经济影响 AAM：AAM的潜在价值将很高 Signifi到2030年不能，涉及整个价值链和创造了许多新的就业机会。 本白皮书标志着fi第一阶段的结束AVIATE：先进的空中机动计划。它概述了AAM的主要用例和 关键推动者需要使它们成为现实。它 还概述了道路上的不同阶段考虑到航空运营的更多自动化提高自动化水平将是 □纳米可行的AAM操作的路线图。本文还强调了需要的基础设施 介绍AAM，它经常被忽视围绕飞机认证fi的讨论。 最后，本文对fi进行了识别，并对一些 AAM的用例，从客运到 货物交付和医疗服务，强调这些应用程序如何改变 移动和物流的方法。见解呈现的是广泛讨论的产物 与AVIATE：先进的空中交通社区。 在各个阶段，AVIATE的任务是协助私营和公共部门 在理解这些复杂性时 技术进步，以确定最佳 最大化其效益的实践fits并最小化意外风险，并促进部署 这些技术遍布全球 经济论坛的独立中心网络第四次工业革命 到目前为止，该倡议已经参与了30多个 更广泛的航空生态系统中的实体，一个强大的多利益相关方社区，包括选民 来自公共部门、私营部门、民间社会和研究机构。这个合作 努力将在后续阶段不断发展，由实现一个 更可持续和创新的航空业。 在一起，我们可以重新定义fine是什么的边界在天空和更远的地方可以实现。 执行摘要 先进的空中机动性（AAM）正在带头航空业的创新新技术。 尽管自动化有着悠久的历史，但该行业尚未建立明确的分类法，以完全 自治，这对所有利益相关者都是必要的商定所需的标准和法规。 本白皮书支持一系列人类 在循环中、在循环中和在循环中，随着远程控制和处理的车辆数量 甚至作为直接的人为干预和责任所有操作都减少了。 AAM的应用机会是多方面的乘客和非乘客(货物和 服务)传输集群。由此使用案例跨越各种地理扩展， 从城市到区域。各自的背后 可操作性，两个驱动利益相关者群体可以区分：私人(纯商业 关注)和公私(社会关注 AAM的采用预计将有利于fit各种行业(例如医疗保健：高速，更好 覆盖范围和可访问性)；不同的地理位置(例如偏远地区:更好的可访问性和更低危险环境中的风险)；和人(例如 （子）城市轨道交通：速度更快，便利性增加和更多的行人空间)。一些用例 已经在fiNed监管机构中进行了试点沙盒旨在测试和得出最佳结果 中期实践。 然而，生态系统还没有准备好大规模采用。更有凝聚力的法规需要到位以认证车辆和 自治运营。数字基础设施需求将开发以协调无缝空域 运营，而更广泛的物理基础设施建设- 需要将AAM集成到现有的交通基础设施。 商业可行性作为基线)。展望未来，AAM将民主化和实现更高的自动化程度 为了最初采用并扩大这些机会，三类推动者至关重要:社会验收、运营可行性和fi财务 可行性。每个类别的重要性程度的启用程序取决于用例。对于开发与乘客相关的用例， 社会接受是最关键的。非乘客 应用程序将通过fi财务可行性最佳而蓬勃发展通过提高自动化水平来实现。 商业航空。然而，许多障碍仍然存在在更广泛采用的道路上被克服 和自主性。该行业将受益于fit 加速滚动的实施路线图- 走出AAM，为 该部门和整个社会。 1 先进的空中机动性：破坏性力量 转型航空 先进的空中机动性为 航空业的颠覆性创新。 创新，如人工智能、云 计算，5G(fi第十五代电信)，智能基础设施、电机和传感器技术正在迅速颠覆各种行业 和全球经济部门。航空不是 不同。尽管它是一个高度监管的行业，一个新的行业分支正在嵌入许多 空中创新:先进的空中交通。 先进的空中交通（AAM）是一个广泛的概念，一个创新的游乐场 各种主题，如自动化水平， 电动飞机、新型材料和人工智能路线优化。根据美国联邦航空 政府(FAA)，先进的空中机动性是 “飞机的总称，很可能 自动化和电动。“。这个行业2分支是仍处于研发(R&D)阶段， 这允许在未来的强大创新 年。同时，AAM遥遥领先将其视为现实，并能够使短期影响。 AAM的未来是电动的，并且正在利用提高自动化水平。电气 这些飞机的发动机支持该部门的 实现无人驾驶的自主能力或远程监督操作可以帮助 航空部门在几个方面。他们可以帮助解决当前飞行员短缺的问题 COVID后的旅行反弹，这是预期的在不久的将来强调(空客和 波音估计在585,0005和649,0006之间到2040年将需要新的飞行员)。自治 还将使商业模式与 AAM操作更健壮。需要注意的是：自治时间线仍然不确定。目前，任务在常规飞机中，自动化程度很高 学位，但需要几个额外的步骤 让这些无人作战的行动成为现实。方框1提出了一个多维框架 航空自主性。 为了使这些无人或远程监督运营、监管和公共接受将需要跟上的步伐 技术发展。所有利益相关者必须欣赏积极的社会影响 AAM可以在各种各样的行业和地理位置。这种影响可以利用船上不同阶段的自动化操作。 到2050年达到净零的路径3尽管本白皮书首先将fi放在广泛的范围内 航空旅行需求的快速增长(估计 与之相比，flight的数量增加了40% 到2019年4)。电动发动机也比传统的推进发动机，有助于降噪。 的AAM用例。然后，它突出了关键因素实现进一步的开发和部署，以及 公共和私营部门需要的领域 一起工作。最后，它放大到三个重要的，预计将推动的早期采用行业 该部门进一步。 BOX1Defi在航空领域的自主能力 独立功能领域的自动化 (例如，自动驾驶仪，作为转向的组合和导航)被认为是一个行业 多年来的航空标准。然而，它仍然会花时间直到行业达到高水平 自动化。一个清晰的分类法可以帮助-在在汽车行业，有一个完善的 关于驾驶自动化水平的分类法，但是自动化分类法尚未达成一致 航空生态系统。 图1显示了自动化分类 对于航空。这是一个简单的fied框架主要职责和行动的分配 在人类和飞机之间。这个 分类识别fi是三个关键阶段：人在- 循环，人在循环和人在循环-循环。而循环中的人仍然拥有并自行执行任务(例如控制和沟通)，人在循环中可能 从地面远程操作多架飞机。走向完全自动化，人类最终 在操作过程中在循环中移动，人类只设定任务的目标和 在多车辆操作中监督fi会议。 航空关键职能之间的行动已分为三个主要类别： 导航，导航和沟通。这些中的每一个主要类别将，对于不同的自动化 度，有将是手动的子系统，自动、自动化或自主。这可以根据情节的阶段而变化(例如起飞与巡航)和潜在危险(例如 天气状况、交通fic和技术故障)。first自动化功能具有安全性- 增强目标并演变成更多的EFfi技术- 一旦他们的安全得到保证，就改善目标 -作为技术能力和公众接受度进一步增加。 飞行员的角色和位置发生变化 随着自动化程度的提高。例如，在远程监督或自主飞机， 飞行员可能位于飞机外部。这将对公众的看法产生影响。 然而，具有两个最高学位的飞机自动化永远不需要飞行员(是 机上是否有飞行员)控制自主飞机避免事故-尽管 他们可以自愿选择这样做。 图1航空自动化分类法 提高自动化程度 人在循环中人在循环中Human-over-the-loop 自动化的类型 Manual自动化程度低部分自动化高度自动化自主性 人类参与 人类操作飞机 Human 指示飞机 Human 监督飞机 人类监督 飞机或fieet 工作负载能力 仅一架飞机一架或几架飞机许多飞机 控制所有功能控制所有功能主要功能是 某些功能可以 是自动化的(例如速度、高度) 自动化 人类控制可以被假定为 大多数功能 所有功能都是自动化的 如果需要，可以指示功能 控制flight计划管理FIP计划自动化系统 自动化系统 系统确定 飞行员/主管 从获得支持自动导航 以下是分配的fi光计划与调整 基于ATC或基于某些调整 followsassigned 带有 基于? 分配的任务与基于 任务和 危害ATC或所有危险实时信息 责任飞行员/主管可以 覆盖决策 飞行员/主管可以覆盖决策 飞行员/主管可以覆盖决策 一些功能是自动化(例如 飞行员/主管 飞行员/主管 情境更新) 保持口头通信 保持口头通信 Communicates 直接沟通一些间隙和间隙和 系统确定 直接使用ATC* 和其他人 ATC和其他人ATC的请求是自动化的 ATC的请求 主要是自动分配的任务 基于? 基于 实时信息 飞行员/主管可以覆盖决策 示例** 基本一般 消费类无人机现代商业 远程监控的自主空中出租车 航空飞机 商用喷气客机 喷气客机 空中出租车fieets 第一代商用飞机 第一代 eVTOLs*** BVLOS**** 商用无人机 远程监督无人机 自主交付 dronefi会见 Note:*ATC:空中交通管制；**这些示例旨在通过使用熟悉的飞机类型来简化理解。自动化类型将取决于嵌入式系统;***eVTOL:电动垂直起降飞行器;****BVLOS:超越视觉视线 资料来源:世界经济论坛 图1可以用作分类法来提供 一种广泛接受的语言，关于角色和人类和飞机的责任。这很重要 注意到来自学术界的不同研究机构和行业目前正在详细的工作 分类法。上述分类法旨在 为更广泛的利益相关者提供全面的服务。融合关于自治的共同理解将是一个关键 国际一致监管的基石， 以及它在不同司法管辖区的执行。 2 多样化的AAM 景观 整个AAM采用的速度不同的用例将根据 他们的社会接受度，可操作可行性和fi财务可行性。 在讨论AAM时建立共同点是 不仅是行业的关键，也是政府的关键调节生态系统，让公众 了解社会影响。以下部分 提供了各种关键的结构化概述 AAM用例及其促成因素。 2.1系统化AAM用例 聚类时可以应用不同的镜头AAM用例。图2集群用例根据三个关键类别：自然运输的内容(人、货物或其他 使用)，关键利益相关者类型驱动实施(私人或公私)，以及 行动发生的地理位