WNEVC2022清华大学教授曲小波：陆空协同智能交通系统

由中国科学技术协会、北京市人民政府、海南省人民政府、科技部、工业和信息化部、生态环境部、住房和城乡建设部、交通运输部、国家市场监督管理总局、国家能源局联合主办的第四届世界新能源汽车大会于8月26-28日在北京和海南以线上线下的方式举行。其中，北京会场位于北京经济技术开发区艺创国际会展中心。

会议由中国汽车工程学会等单位主办，以“碳中和愿景下的全方位电动化与全球合作”为主题，邀请世界各国政产学研各界代表共同探讨。大会将包括20多场会议、13，000平方米的技术展览和多项同期活动。200多位政府高层领导、海外机构官员、全球商界领袖、院士和行业专家将出席会议并发表演讲。

其中，清华大学教授、长江学者教授、欧洲科学院院士屈晓博在8月28日举行的“飞行器技术创新与发展路径”技术研讨会上发表了精彩演讲。

以下为现场演讲实录:

尊敬的各位领导、专家、同事，大家上午好。非常感谢汽车工程学会和张老师的邀请，让我能够参加世界新能源汽车大会，和大家分享我们团队这几年在飞行汽车和低空立体交通方面做的一些工作。去年年底刚回国工作。这半年来，我没有参加过线下的国际学术会议。这是我第一次参加线下国际学术会议。很高兴能和你面对面交流。

我的题目是陆空协同智能交通系统。刚才领导也提到了，我们低空立体交通是必然趋势。为什么说是必然趋势？我们先来讨论一下城市化和立体交通的关系。城市化是不可阻挡的，因为它有各种优势，包括经济、政治、文化和生活优势。看，在美国，50%的GDP集中在1.8%的土地上。中国50%的GDP集中在0.24%的土地上。大家看一下。蓝色贡献50%，橙色贡献另外50%。再举一个比较极端的例子，悉尼+墨尔本这两个澳洲城市，GDP占比高达65%。每个人都生活在城市里，我们也是。

城市化带来的最大问题是交通拥堵，这是二维空间中无法解决的问题。只有像低空立体交通一样延伸到三维才有可能解决这个问题。更严重的是，我们来看看。这是我们交通工程作为一门学科最重要的矛盾。主要矛盾是什么？我们的供给和需求是不对称的，我们的需求有一个早高峰和一个晚高峰。供应相对稳定，而且是基建能力有限的供应。

我们在交通平面上设计二维道路交通资源时，只能按照75%的点来设计交通控制，必然会导致高峰时段的拥堵。并且低峰值必须被浪费。这个问题是一门学科最根本的矛盾。这个矛盾怎么解决？我们也需要在空气中寻找答案。这是我们团队这几年做的一些工作，总结了一个路线图。这个路线图正在不断完善。首先，目前的货运无人机不存在真正的技术或学术挑战，主要挑战是监管。

第二阶段，2025年以后，才能真正开启城市空中出行的蓝图。但现阶段只有垂直起降飞机不能在路上跑。全球主要经济体中国、美国、欧盟、英国、日本和韩国都在大力推广这一模式。努力打造技术高地，这是一场无法承受的竞赛。但是我们也做了一个非常大的研究。我们使用了美国12个最大的都市圈和中国最大的城市的高精度旅行时间数据和旅行量数据来做一个研究。指出2025年以后要想让这个阶段非常顺利，需要有良好的地面基础设施，面临很大的挑战。

第三阶段是真正的水陆两栖飞行汽车阶段。这个阶段主要以陆地为主。在特殊的地点，比如路口，特殊的时间，比如早高峰，特殊的场景，可以实现短时飞行，解决我刚才说的供需不对称的问题。因为你是按75%来设计地面运输，所以我们要在特殊时间增加1.5倍的运力来满足那个95%或者99%点的需求。

陆基两栖，2035年以后。2050年，我们预计电力问题将不再是问题。当我们能有一个已经研制成功的好的人造太阳，就能达到飞行汽车的终极形态，脱离对地面大型基础设施的依赖，实现全球低空飞行。现在，像大城市一样，我们35%的土地空间用于交通基础设施、道路、地铁站和机场。未来道路面积会越来越小，大部分道路将不复存在，用于真正提高城市居民生活水平的幸福感。

接下来介绍我们团队做的关于第一阶段和第二阶段的两个作品。第一份工作是低空协同物流无人机。用本页PPT简单介绍一种新型载具，可以在空中与无人机协同作战。我们都知道，在大多数大城市，居民依靠公共交通系统出行，但我们对公共交通系统抱怨很多。我们有三大痛点。第一个是它每站都停，因为即使只有一个乘客要下车，整辆车都要停下来让他下车。再加上换乘不方便，我们35%的出行都要通过换乘来实现，所以会有时间的浪费，不确定性会加重。第三点是资源浪费。晚上需求低的时候，一辆公交车有50个座位。哪怕只有一个人上线，我们还是要完成操作。

针对三大痛点，我们合作企业设计了一款产品。最新的智能网联技术，可以在移动中分离和交接车厢，可以实现车厢与车厢之间的换乘，解决了不需要在所有车站停车的问题。如果有人要下车给他换最后一节车厢，车厢可以换。早上可以接四五辆车，提高道路利用效率和通行能力。晚上山谷低的时候我们只留一辆车。

有了这样一个工具，这个工具有很大的硬件挑战，我们基本解决了。但是运营上也有很大的挑战，因为以前公交车都是固定线路，固定车型，以公交线路为单位运营。未来一切都是可变的，所以整个问题的复杂程度会大大提高。

我们设计了这样一款产品，无人机可以乘坐模块化的交通工具。比如速度40 km/h，无人机可以降落在这个屋顶上。这个产品最大的好处是，比如一个货物从清华运到下面的地区。现在的模式是大部分中距离用货车运输，首末公里用三轮车运输。有了这个产品之后，我们可以先查看一下从第一个区域到最后一个区域，从左上角到右下角是否有模块化的公交车会完成这个行程。如果有，我们会用无人机把货物放到模块化车辆的车顶上。然后当我们到达那个区域时，我们会派另一架无人机把它带走。这样无人机实现了首末公里的柔性运输，采取模块化的车辆实现中间的长距离运输。这是终极拼车情况，你的客户在车顶，对车没有影响。

比如我们想把它从这个区域运到河对岸的区域。中距离由社会车辆运行，首末段由无人机运行。我们用的是实际物流数据，是北京三环的实际物流数据，粗虚线是货车路线。这就是目前的情况。一圈货车里有五个散货点，每个点最后一公里都是三轮摩托车送货。第二张图是美军无人机加卡车的运输方式。粗虚线是卡车线，其他是无人机送货线。这就是我刚才解释的。可以算一下。根据我们的计算，在时间和成本上都有优势。时间优势非常大，成本有一定优势。能量消耗也是有利的。因为我们利用了闲置屋顶的废弃资源。更重要的是，我们用社会车辆加无人机代替了货车，没有引入新的车辆，让全社会车辆减少了3%和4%，车辆数量减少，平均速度增加，人的平均出行时间减少，这样就有了社会效益。这是我们在物流第一阶段做的一项工作。

第二阶段是电动垂直起降，它不能在地上跑，只能在天上飞。用一个类似的概念，我们用一个圆，在这个圆里，交通工具是从地面到停机坪，停机坪和停机坪之间用的是电动垂直起降航空。最后一段由地面完成。我们买的手机信令数据，全美最大的都会区，最大的城市。基于谷歌和高德的数据研究了旅行时间，这是停机坪设计的结果。红线是从一个停机坪到另一个停机坪的路线，黑线是第一个和最后一个旅行路线。我们发现了几个非常令人惊讶的观点。如果电动垂直起降用于城市旅行，我们的电池时间不需要很长。即使不限制电池时间，我们中国城市的平均飞行时间也只有3.2分钟，美国的平均飞行时间也只有5.9分钟。如果要在城市低空飞行，电池容量没有我们想象的那么大。

第二，令人惊讶的观点，我们国家一直认为城市很密集，所以把一部分流量放到空中比较合适。而在美国，没有那么拥挤，地空运输的效果会差一些。然而，飞行汽车将在中国平均缩短30%至40%的运输时间，在美国甚至更长。为什么会是这样的结果？因为地面基础设施，假设没有协调，我们再来看中国，两个地区之间的交通流量大大减少。但是区域之间，因为修建了一个停机坪，吸引了大量的交通到停机坪，导致这部分的出行时间大大增加，使得总的出行时间增加。美国已经有很多闲置产能。因此，有必要在短时间内调整当地的地面基础设施。未来我们希望能有地空两栖飞行汽车提供上门服务，从根本上解决这个问题。

回到这个路线图，我们并没有公布，只是和大家沟通。如果大家有什么想法，我们也希望不断改进。现在是物流。我们认为没有技术问题。2025年，希望能出现很多白皮书报道中提到的商用垂直起降飞机，但是不能在路上跑。之后就是两栖，为了短时间内解决特定场景下出行能力瞬间提升的需求。因为地面成本还是低很多的，最后如果动力不再是问题，我们就实现了真正的低空立体交通。地面的二维空间用于城市的目的，而不是出行和交通的需求。

做最后一个广告。刚回来半年，我们的团队也在组建中。如果你想找工作，你可以给我发邮件。