麦肯锡:别光忙着设计空中出租车和无人机 空中移动基础设施不可或缺

无人机 2019-03-06 17:00

创新者正在设计空中出租车和无人机。但除非利益相关者加快对空中移动基础设施的投资,否则这些永远都是“空中楼阁”,无法付诸现实。


交通拥堵迫使美国司机每年浪费超过30亿加仑的燃料,并使他们每年在汽车中被困多达70亿小时。很多时候,我们梦想着去上班的行程是段愉快的旅程,而不是在高速公路上两眼紧盯着尾灯,心情烦躁。我们能否通过交通运输为客运量身定制的大型无人机,从而减少长距离行驶?此外,空中移动解决方案还可以改善货物运输。我们能否在20分钟内向缺乏交通工具的老年人提供处方药?或者向偏远地区提供医疗服务?把食品或杂货送到商店很少的地方呢?


初创公司、高科技巨头和其他公司已经开始投资于使这种交付和运输无人机成为现实所需的创新技术。但是,更广泛地使用空中移动解决方案还需要其他推动因素。潜在的无人机运营商需要开发能够吸引投资者的强大商业案例。监管机构将在制定从车辆要求到空域管理等各方面的综合指南方面发挥关键作用。行业利益相关者必须教育公众解决有关空中移动性(包括安全性)的核心问题。另一个重要的推动因素,也是经常被忽视的一个,涉及基础设施,这是一个广泛的类别,包括无人机起飞和降落的地方。


很容易理解为什么基础设施受到的关注很少。空中移动解决方案本身在技术上非常复杂,其潜在的使用案例非常吸引人,因此它们往往吸引最多的关注。但现在,许多公司和私人投资者已经开始探索实现空中交通所需的基础设施资产。让利益相关者参与有关基础设施对话的公司包括最近获得飞行管理系统专利的亚马逊,以及试图确定各种基础设施资产成本和要求的Uber,其中包括将用于垂直起飞和着陆(eVTOL)的电动飞机。在政府方面,似乎对基础设施的兴趣也在增长,一些公共机构投资开发无人机用例的空中移动基础设施。他们还在研究如何将这些系统与现有的空中交通管理系统相结合。


当公司和其他利益相关者投资于基础设施资产时,他们经常会面临有关其必要性的问题,因为空中移动解决方案仍有许多其他难题需要克服。预计三到十年内交付无人机的广泛使用不会实现,而且在大规模部署客运无人机之前,这种情况可能会持续更长时间。但是,设计、构建和获取基础设施(包括垂直起降点)空间的时间表也很长,因此公司应该立即开始规划。如果他们坚持到空中移动解决方案准备好时才拥抱天空,那么他们的无人机就会成为空中的一座桥梁:毫无用处的昂贵技术奇迹。


为了帮助投资者、私营公司和公共部门避免这种结果,并在技术准备就绪后迅速获取潜在利益,我们确定了关键的美国市场的基础设施要求。这些包括交通管理基础设施,用于接收包裹或降落车辆的物理基础设施,以及支持技术基础设施,例如用于允许无人机进入仓库的自动门。

无人机交通管理的角色

最成熟的无人机系统(UAS)应用 —— 以及无人机在公司或消费领域广泛使用的唯一应用 —— 涉及短程监控和相关照片或视频。在这些飞行期间,无人机操作员可以根据需要识别障碍物,并根据需要改变飞行路线,因为设备始终保持在其视线范围内。所有飞行距离更远的无人机都需要无人机交通管理(UTM),这是一个由雷达、信标、飞行管理服务、通信系统和服务器组成的系统,负责协调、组织和管理空域内的所有无人机交通。在私营部门,到2017年,企业已经吸引了3.5亿美元的资金来创建UTM和相关的导航系统,但这些仍处于试点阶段。


对于飞行距离超过地面400英尺的UAS,UTM的目的与传统航空的空中交通管理系统类似。它指挥飞行路径并防止UAS与障碍物之间的碰撞,例如建筑物、其他无人机和飞机(交互式)。其他重要功能包括实时(或接近实时)提供信息,以帮助空中交通解决方案避免恶劣天气、拥堵和禁止空域。

建造空中道路的挑战

UTM要求因高度和位置而异。考虑通常在相对较低的高度飞行的空中移动解决方案。在农村地区,UTM可以相对简单,因为空中移动解决方案将遇到很少的固定障碍物或空中交通。但是,在城市地区,必须对UTM系统进行编程,以便更频繁地检查障碍物并处理更复杂的飞行路径。

UTM开发和空域管理挑战

为了使UTM能够运行,空中移动解决方案必须配备关键技术,例如检测和避免系统以及GPS无法运行的环境的导航工具,所有这些都需要大量的投资和测试。监管合规也将带来障碍,因为可以理解的是,行业必须准备好解决无人机飞行路径下的乘客和人员的安全问题。


一些空中移动解决方案,包括货运无人机和客运eVTOL,必须在载人商业航班和通用航空飞机常用的空域飞行。这意味着利益相关者无法孤立地创建UTM;相反,他们必须开发一个综合的航空空域管理系统 – 既可以帮助空中移动解决方案避开任何空域的障碍,又能遵守管理飞行规则的多个系统。这种联系可能在技术上具有挑战性,因为今天的空域依赖于强大健全的交通管理系统,以及训练有素的飞行员和空中交通管制员,他们在国家空域的不同层面飞行,并消除这些区域内的任何冲突。相比之下,大多数未来的UTM解决方案将自动执行许多任务,人工干预仅限于紧急情况。


迄今为止,UTM的发展一直是公共和私营部门的共同努力。例如,联邦航空管理局(FAA)与UAS利益相关方建立了伙伴关系,以创建低空授权和通知能力计划,该计划通过近实时处理低空空域授权,为UAS提供进入机场附近受控空域的通道。然而,在未来,一些私营公司可能会尝试通过为特定地理区域创建UTM解决方案来获得优势。如果实现这一点,包括小型UAS和eVTOL在内的空中移动解决方案必须与各种相互竞争的UTM解决方案进行交互,因为它们会前往不同的区域,而不是单个系统。


利益相关者必须确保所有UTM系统都可以互操作,并且可以相互通信,以及与空中交通管理系统进行通信。

空中移动基础设施的实物资产和支持技术

除UTM外,空中移动解决方案还需要三个核心物理基础设施资产:


垂直升降机场、垂直升降站和复杂的直升机停机坪,便于UAS着陆和起飞;在客运方面,这些也将作为登机和下机的场所


接收货物的设施,如储物柜或其他储存设施,用于包裹运送 充电站,可以是直立式、垂直式或低成本的站台对于所有的基础设施资产,公司可以采用多种设计方案。例如,他们可以构建容量为3到6个eVTOL的垂直升降机场,或者选择额外的空间。在需求有限的区域,可以容纳一辆或两辆车的垂直升降站就足够了。但是,每个资产类别中都会有一些共同的元素。通过垂直起降,基本功能将包括充电站和安全检查区域。有些还可能包括用于额外的电池存储空间,以帮助失去电荷且无法承受停机时间的eVTOL。开发人员还必须确保其垂直升降机场设计符合法规要求,以及州或地方分区指导方针。


空中移动基础设施资产的构成、密度和分布将因地点而异。与UTM一样,拥有高层建筑和人口稠密的城市地区将拥有最复杂和最昂贵的基础设施需求。考虑无人机交付,在农村或郊区,UAS可能会在门口、后院或车道上放下包裹。相比之下,在城市地区,公司需要将接收设施放置在屋顶或其他地方,以便将货物运送到缺乏明确卸货点的公寓楼。这些区域还需要机器人或送货人员将包裹短距离地运送到目的地。


在为其基础设施需求制定预算时,公司应该记住,昂贵的项目不是他们唯一的开支。他们还需要投资支持技术,比如在配送中心将包裹装载到无人机上的自动化系统。最后,他们需要为相关的基础设施运营技术提供资金,例如用于交换eVTOL电池以实现更高效率的自动化系统。

空中移动利益相关者的下一步行动

由于空中出租车和交付无人机仍处于早期开发阶段,许多空中机动利益相关者尚未开始考虑相关的基础设施需求。但是他们必须很快将注意力转移到创造垂直起降机场和其他资产上,为未来做好准备。以下是拥有者、投资者和政府官员的一些关键考虑因素。


拥有者


对于实物资产所有者来说,一个主要问题迫在眉睫:他们是应该建造新的基础设施还是尝试改造现有的结构以满足其空中交通需求?利益相关者还必须决定如何从基础设施投资中获利。例如,有些人可能会决定向其他公司收取费用以换取他们的服务,而其他人可能会看到限制访问的价值,因为这可能会限制空中移动解决方案运营商之间的竞争。


利用空域管理,利益相关者必须考虑监管要求。考虑迭代路线规划。 UTM系统是否能够根据新信息改变路线,或者空中移动解决方案是否始终坚持一开始就指定的路径?在技术方面,将UTM与现有空域管理系统相结合的问题现在也值得关注。


投资者


空中交通基础设施将为愿意探索新资产类别的投资者提供机会,前提是他们愿意进入未知领域。一旦考虑了所有重要资产的成本,那么实际的金额将会很高。例如,根据各种功能,包括大小、所容纳的车辆数量、位置和建筑结构(例如,它是位于屋顶还是独立建筑物),垂直起降机场成本可能在200万美元到2亿美元之间。在大多数大都市区域,所需的垂直起降机场数量可以与地铁站点的数量相同,因此很容易就会有100个或更多大小不一的垂直起落点。这意味着每个城市的投资要求可能很高。随着私募股权基金和机构投资者寻求在基础设施领域投入越来越多的资金,空中交通领域可能会提供有趣的机会。


政府官员


政府官员可以通过与对空中移动解决方案感兴趣的私营公司、创建UTM系统和其他基础设施的开发人员以及社区利益团体(主要由特定地点的有关公民组成)合作,最好地了解基础设施要求。


如果政府机构投资空中移动基础设施,它们可能会非常挑剔。例如,政府机构可能会优先考虑一个人口稠密的大都市地区,为许多居民提供服务的交通系统中的垂直起降机场拨款。他们的参与也可能使他们在重要决策中有发言权,例如运输线的位置。但政府机构可能会限制或拒绝为仅服务于少数业务的垂直起降机场提供公共资金。


即使他们不提供资金,政府机构仍可能协助进行空中移动基础设施规划和投资。对垂直起降机场、UTM和其他系统的要求将根据人口密度、开放空间、运输模式和许多其他因素而变化。州、地方和联邦当局可以在开展基础设施规划和投资时与社区合作。这些当局还可以量化空中移动对其地区的潜在影响,以了解它如何与更广泛的流动战略和目标相结合,例如缩短公民的通勤时间和减少空气污染。然后,他们可以确定优先投资所需的基础设施,并支持期望的结果。


例如,考虑一下美国联邦政府如何与UTM的私人参与者合作。由于许多公司正在开发不同的技术和方法,政府可以与他们合作定义设计并创建技术标准,以确保安全、可靠的性能,同时确保UTM系统的互操作性。为了探讨这些问题,已经采取了一些主动行动。


今年2月份,内华达无人飞行系统研究所(NIAS)该研究所与其美国国家航空航天局(NASA)的无人交通管理(UTM)合作伙伴在雷诺-斯特德机场内华达无人飞行系统试验场进行了为期一周的多架无人机测试。该研究所负责管理内华达无人飞行系统试验场。测试的重点是空域管理技术,使无人飞行系统能够安全集成到NAS中。


NASA提供了一个飞行信息管理系统(FIMS)研究平台,该平台将作为美国联邦航空局未来的原型系统,用于协调全美各地的无人机服务供应商(USS)。


测试期间的重点研究领域包括UAS地面控制接口,用于本地管理操作、通信、导航、监视、人为因素、数据交换、网络解决方案和BVLOS架构。


GOED执行董事保罗·安德森(Paul Anderson)说:“这项与NASA和联邦航空局(FAA)的开创性工作进一步证明,如果这种情况发生在无人机行业,那么它也发生在内华达州。”


“美国联邦航空局将整个内华达州指定为美国仅有的7个无人机测试基地之一,内华达州在推进这种改变生命和挽救生命的技术方面发挥的作用确实是独一无二的,这里的经验和专业知识是无与伦比的。”


NASA表示,其演示将允许自己和联邦航空管理局等合作伙伴“帮助商业无人机行业了解在城市环境中飞行所带来的挑战”。演示的结果将有助于探索“未来规则、政策和交通管理程序,以便在人口稠密地区安全操作无人机”。


美国宇航局UTM项目经理Ronald Johnson表示:“这一阶段代表了迄今为止经过测试的高级无人机系统在最苛刻的城市环境中运行的最复杂的演示。”


空中移动解决方案可以改变通勤、包裹递送和其他日常任务,这种方式在几年前似乎是不可能的,但其产生的影响远远超出了交通。 eVTOL可以帮助减少污染,减轻城市地区的住房危机,使远郊成为城市工人的可行选择。无人机的快速交付可能会加速电子商务业已急剧上升的势头,并提高许多公司的利润。随着新应用提高效率和生产力,空中移动性的整体经济效益将是巨大的。然而,首先,公司、政府和其他利益相关者必须采取深思熟虑的措施,来创造一个能够带来这些社会效益的环境。与任何新行业一样,很多都是不确定的,但收益的潜力也很大。

转自丨前瞻网

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