13.3 秒对 42.1 秒：东京大学给出可证明安全的 UAM 走廊到达调度规则

城市空中交通（UAM）走廊的运行逻辑，本质上和高速公路的匝道调度很像：一条被管制机构划定的专属空域通道，前后飞行器必须保持最小安全间隔。但走廊有一个地面公路没有的麻烦——不同路段的限速是不一样的。越靠近城市中心、越接近起降场，限速越低。前车在高速段拉开的间距，进入低速段后会被迅速压缩，原本安全的间隔可能瞬间失效。

东京大学 Sasinee Pruekprasert、西成活裕教授与 Intent Exchange 公司中平真司组成的团队，在 arXiv 上发布了论文《Safety-Assured Arrival Scheduling in Sequential UAM Corridor Sections under Speed and Separation Constraints》（arXiv:2605.23333），提出了一套可解析计算的到达调度方法。该论文已被国际自动控制联合会（IFAC）接收，将在 2026 年第 23 届 IFAC 世界大会上发表。

论文要解决的核心问题：异构限速下的间隔传递

研究团队把 UAM 走廊建模为由若干约束航路点（Constrained Waypoint, CWP）切分出的连续路段。每一段有各自的速度上下限，相邻段的速度区间需要有重叠以保证平滑过渡。飞行器在走廊入口 CWP0 报出预计到达时间（ETA），调度系统据此安排放行次序。

问题在于：入口处两架飞行器拉开的时间差 Δt，能否保证它们在整条走廊的每一个瞬间都维持不小于安全距离 safeD 的纵向间隔？由于每段限速不同，答案并不显然。前车可以选择先慢后快，后车可以选择先快后慢，两者叠加的最坏情况会把间距吃掉。

传统的保守做法是「让前车完全飞出走廊，后车才放行」。论文给出的算例中，这需要 42.1 秒的间隔——走廊吞吐量被压得极低，商业运营根本无法承受。

方法亮点：用轨迹包络把连续时间问题降成有限点检验

论文的关键洞察是轨迹边界定理：在给定段限速与固定段旅行时间的约束下，任何合法轨迹都必然夹在两条极端轨迹之间——「先慢后快」的下界轨迹与「先快后慢」的上界轨迹。

于是安全性检验被大幅简化：只要前车的最慢轨迹始终领先后车的最快轨迹达 safeD，全部合法轨迹组合就都安全。更进一步，这两条包络曲线都是分段线性的，斜率只在有限个临界时刻发生变化。因此原本需要在连续时间上验证的不等式，被压缩为在少数几个拐点上做校验。

最终，最小 ETA 间隙的求解被化归为一个标量优化问题。在同一算例中，这套方法得出的间隔仅需 13.3 秒，比保守方案的 42.1 秒缩短约三分之二，且安全性有数学证明背书。

仿真验证：零碰撞 + 吞吐量近线性增长

团队构建了一条四段递减限速走廊做数值验证，参数如下：

路段	长度（m）	限速下限（m/s）	限速上限（m/s）	段旅行时间（s）
段 0	920	60	85	12.7
段 1	520	40	65	9.9
段 2	340	25	45	9.7
段 3	220	15	30	9.8

跟驰行为采用 Helly 模型，加速度限制在 -3 到 2 m/s² 之间，仿真步长 0.1 秒。安全距离 safeD 从 100 m 扫描到 1200 m。核心结果有三条：

求解速度：每个 safeD 取值下的最优间隙求解耗时不到 0.003 秒，完全满足实时调度的算力要求。
安全性：启用 ETA 调度后，全部 safeD 取值下零碰撞；而无调度的自由进入模式，在 safeD 小于等于 800 m 时全部发生碰撞。
吞吐量：ETA 调度模式下，走廊出口吞吐量随到达率近似线性增长；无调度模式则很早就饱和，且绝对值明显更低。

间隙数值随 safeD 单调递增但边际递减：safeD=100 m 需 6.0 秒，300 m 需 13.3 秒，1200 m 需 31.5 秒。这条曲线对运营方很实用——它把「安全裕度」直接翻译成了「每小时能飞多少架次」的经济账。

对低空经济产业意味着什么

这项研究的产业价值，落在走廊容量定价这个尚未被充分讨论的环节上。

第一，它把安全间隔从「拍脑袋定的保守值」变成了可计算、可审计的解析规则。规则的输入只有段限速、段长和 safeD，输出是一个确定的 ETA 间隙。这种形式非常适合写进空管系统的规章附录，也便于监管方复核。中国民航局在《国家空域基础分类方法》及后续低空空域管理改革中反复强调运行规则的可量化性，这类解析方法正好对接中国民用航空局推进的低空飞行服务保障体系建设需求。

第二，它揭示了一个反直觉的运营事实：走廊的瓶颈不在最宽的那一段，而在限速递减的衔接处。城市中心区因噪声和安全考虑必然限速更低，这意味着越靠近核心商圈的起降场，其理论容量越受制于进近走廊的最后几百米。规划垂直起降场选址时，只算地面可达性是不够的，必须把进近走廊的限速剖面一起算进去。

第三，13.3 秒对 42.1 秒的差距，直接对应约 3 倍的走廊吞吐量差异。对于一条日均运营 12 小时的空中通勤走廊，这个差距足以决定项目是盈利还是亏损。

局限与展望

论文本身对局限交代得相当坦诚，值得如实转述：

运动学假设偏理想：模型假定所有飞行器在同一路段的旅行时间相同，且速度可瞬时切换，未纳入加加速度（jerk）限制与作动器动态。论文在 Remark 1 中指出，若加入这些约束或考虑 ETA 跟踪误差，需要重新计算或额外增加 ±ε 的时间缓冲。
非全局最优：所求的 ETA 间隙是「充分小」而非理论绝对最小值，仍有压缩空间。
场景覆盖不全：尚未处理走廊汇入（merging）交通、混合速度剖面走廊、更高保真度的飞行器动力学，以及跟驰参数的敏感性分析。论文 Remark 3 提到，若把各段长度统一改为 500 m，所需间隙会升至 16.5 秒——说明走廊几何设计对容量的影响相当敏感，但系统性研究留待后续。

换句话说，这是一个结构清晰、可立即用于初步容量测算的框架，但离直接嵌入实际运行系统还有工程距离。对于国内正在规划低空航路网络的城市而言，它更适合作为「走廊设计阶段的容量上界估算工具」，而不是最终的运行调度器。

常见问题

什么是约束航路点 CWP，它和普通航路点有什么区别？

约束航路点是把 UAM 走廊切分成若干路段的边界节点。与仅用于导航参考的普通航路点不同，CWP 承载调度职能：飞行器必须在 CWP 上满足规定的到达时间与速度约束，调度系统也以 CWP 为单位分配时隙。它相当于高速公路上的收费站兼计量匝道。

为什么走廊各段限速不同会让间隔计算变复杂？

因为间隔在时间维度上是守恒的，在空间维度上却不是。两架飞行器在高速段保持 20 秒时间差，对应的空间距离可能是 1600 米；但进入 20 m/s 的低速段后，同样 20 秒只对应 400 米。如果后车恰好选择加速、前车选择减速，实际间距还会进一步压缩。因此必须在最坏轨迹组合下验证全程安全，而不能只看入口处的时间差。

这套方法能直接用在国内的低空航路规划上吗？

可以用于走廊设计阶段的容量上界估算，但不建议直接作为实时调度器。论文的运动学模型假设速度可瞬时切换、忽略加加速度限制，与真实 eVTOL 的操纵包线有差距。国内应用时更务实的做法是：用它快速筛选走廊几何方案与限速剖面组合，再用高保真六自由度仿真做最终验证。