枢纽有容量上限
机巢、起降点或屋顶不是地图上的一个图钉。起飞、降落、电池、核对和人员在时间上共用同一个平面。堵塞的往往是这个平面,而不是天空的大小。
场地类型决定约束条件
枢纽是航空器、包裹、能源与一个人或一套程序相遇的地方。机巢是一个小型的预备舱室:遮蔽、电源,以及明确的进出方式,通常供一架在架次之间停驻于此的航空器使用。起降点是一个物流平面,可能容纳不止一架航空器,在它们与建筑物之间转运货物,并维持一个队列。屋顶增加了结构、沿外立面吹来的风、从停机坪到电梯的通道,以及听得见旋翼声的邻居。药房旁的停机坪对药剂师而言只是几步路,但从街道的角度看却是一长串约束。灾害基地是临时的:电力薄弱、尘土飞扬,天空也已经与直升机共享。
这些都不是地图上的图钉。图钉没有停留时间,没有电力容量,也没有进近路径。航空器需要一个可供到达的空间、一个能承受其重量和下洗气流的平面,以及电池和包裹的下一个状态。缺了其中任何一项,这个坐标就只是一幅图片,而不是一个枢纽。远程监管改变的是谁必须站在那里。它并不消除这个平面。仍然要有人——或者一台您确实已经造出来的机器——来更换或充电、核对包裹与目的地是否匹配,并判定天气等待已经结束。
日本国内由场地主人到场看护的小型降落场地登记在何处,可在按都道府县查找日本的无人机起降点(Airffic Port)中查看。目前登记的还很少。
停机坪上的那几分钟才是工作本身
停机坪上的几分钟是运行本身,而不是运行中的间歇。充电会把航空器拴在机巢里,时长取决于电池组的需要,往往比飞行时间还长。换电更快,但把约束转移到了库存上:状态已知的电池组、给它们充电的地方,以及记录哪块电池在哪架航空器上。无论进行哪一种,那个停机坪都不能诚实地提供给下一架到达的航空器。天气等待是同一类的占用。航空器和货物一起等待。对血液或热餐而言,毁掉这份工作的是等待,而不是空中的那几分钟。核对要确认这件包裹、这个质量、这架航空器和这个目的地属于同一个计划。不匹配既意味着错误投递,也意味着一个机体并未按此设计的重量。
人员值守是一项有容量上限的设计选择。一个必须盯着螺旋桨、读取标签并按下释放按钮的人,无法同时服务两架航空器,即使天空看起来空无一物。一个能自行关闭并充电的机坞可以把这个人从标称周期中移出。而故障情形又会把人放回去:卡住的包裹、装不到位的电池组、一只鸟、一个走上前来的访客。把标称周期和有人值守周期写成两个吞吐量。第二个才是自动化停止那天您真正拥有的,也正是它会堵塞只按第一个吞吐量排出的时间表。天气窗口打开之后的队列可能很长。不要把那条队列当作免费的来计算飞行次数。
让航空器常驻现场的无人机机坞,在检查领域走得更远。参见常驻无人机机坞与远程运行的实践(Airffic Inspection)。
为什么同时移动会堵塞
同时移动之所以堵塞,是因为停机坪及其进近路径在时间上是共享的,而不是因为航空器体积大。平面通常一次只能接受一次降落或一次起飞。到达路径和离场路径是空间体,下洗气流使它们在近距离下无法安全共享。航空器落地之后,换电和核对仍然占用着平面。复飞需要一个可去之处,这又是一个您无法用下一架进场航空器填满的空间体。在表格里两架都“在枢纽”的航空器并不是两次成功。其中一架在等待,而多旋翼机的悬停等待是在消耗能量。
天气窗口之后的高峰是人们忘记的那个版本。许多航空器在同一分钟内变得合法,而停机坪只能启动一架。队列随后要么停留在地面上,占用人员和电池组;要么停留在空中,消耗储备。UTM 研究和 U-space 所描述的拥堵管理与冲突支持,并不会创造出第二个屋顶。它们只是为您已有的屋顶分配时间。如果计划允许在一个处理间隔内有两架到达,这个计划就已经错了,再高的路径评分也无法修复单一平面的物理现实。在写下两架航空器可以同时移动之前,先把停机坪占用按一分钟为单位放到时钟上。
在一个项目中记录一千多个站点的案例,见 Inspection 指南中的针对 1,350 个基站的无人机测绘与数字孪生。
- NASA UTM fact sheet (2016)
NASA 关于低空 UTM 的公开情况说明,包括拥堵管理、地理围栏,以及包裹配送等城市任务。它讲的是空域容量,而不是发明第二个屋顶。
- SESAR — U-space ConOps, 4th edition
SESAR 关于第四版 U-space 运行概念的通告,将范围扩展到城市空中交通,包括垂直起降场的流程和空域结构。请把枢纽视为一个有程序的设施。
- NASA ATM-X project description
NASA 把超视距配送和公共安全飞行定位为数字化协调运行的框架。研究的单位不只是单一机体的续航能力。