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傳統空中交通管理手段和通航飛行規則，難以適用于城市環境下的空中交通運行。無人機空域進入還存在管控自動化系統回路不閉環、交通防撞功能不健全、安全風險估計缺乏可靠方法等問題，真正達成先進空中交通模式面臨著一系列挑戰。
政策與法規
目前美國、加拿大、歐盟18個成員國、日本及中國均頒布了無人機管理規定，但其總體脈絡仍著眼急需、突出安全與疏堵，缺乏明確涉及無人機的法律條例，亟待從未來先進空中交通模式出發，發展以無人機交通服務為載體、監管于無形中的政策制度架構。
感知-避撞能力
有人機“看見即避讓”具有較大主觀成分，而無人機則需通過系列技術方法將有人機主觀的避撞轉換為對無人機飛行距離、時間和速度的調節。
交通服務能力
在無人機管控層面，需要形成“八個方面”的交通服務能力：融合運行概念、空域規劃管理、空管系統整合、無人機適航、指揮與控制鏈路、感知與避撞、人—機—環因素分析、遠程飛行員許可等。
而現有的無人駕駛航空器運行理論多建立在隔離空域前提下，未充分考慮其與有人駕駛航空器的異構特性帶來的不確定性問題。針對上述問題，本文將從政策制度、無人機運行管控、數字低空建設等方面對城市無人機應用管理方案進行研究。
城市數字低空建設
無人機通信導航監視基礎建設
1）基礎設施建設
城市無人機通信導航監視基礎設施應納入智慧城市設施建設領域，并與地面自動駕駛汽車的基礎設施融合，在低功耗、小尺寸條件下實現高精度、高分辨的目標定位；構建以低空智聯網為核心的城市無人機交通設施，基于物聯網、5G、人工智能等技術，提供網絡化運行、數字化轉型、智能化管理服務，支撐國家和地區低空經濟發展；工業5G標準中，應加快推進低空飛行綜合服務的通信技術標準制定，支持通信、導航增強和監視一體化應用。
2）低空網絡覆蓋
城市低空網絡按照分層覆蓋，并融合衛星通導，構建空天地一體化網絡，支持地面汽車和無人機一體化運行；從陸-空協同角度看，地面車、地表近空與低空各類無人機和通航有人飛機的混合運行是一種跨域異質交通場景，存在不同尺度的速度和運行控制響應時間要求。城市低空建設場景如圖2所示。
數字低空規劃與管理
城市低空空域分類是一大難題，其不同于傳統的低空空域分類情況。在城市環境中，障礙物及樓宇近空保護復雜，針對無人機交通，亟須構建一類新型低空分類方案。城市低空數字化是未來發展的重要趨勢，低空資源與道路資源同屬一類交通資源，本文設想今后的城市道路、建筑物、街景、可用低空資源等應一體化表征和數字化建模。
1）城市低空空域網格模型
城市低空百億級網格空域體管理，需要構建全新的數據模型來描述低空空域活動，涵蓋時空框架、性能與氣象等，對建/構筑物、障礙物、可用通信導航監視資源、低空飛行狀態信息、風與溫度信息等進行結構化表征與管理，因此需要發展一種基于網格空域體的新型地理信息系統，如圖3所示。
參考第1節內容，建立網格坐標系統，描述無人機空域活動，然后根據運行場景建立數據分析管理數學模型，為實現空域使用管理的量化計算與優化奠定基礎；網格空域體管理應與低空智聯網一體設計，通過先進無人機交通管理技術支持，實現城市低空“自由飛行”。
構建城市低空空域網格模型，其核心是分析空中交通管理結構、交通流量結構、空域配置結構及空中交通運行數據集等時間屬性特征和空間屬性特征，包括空中交通的空間尺度、時間范圍、運動特性及飛行沖突、空域容量、安全等級、航空效率、管制負荷、空域復雜度等，根據此情況開展空中交通管理的空域網格單元劃分，確定網格單元的空間和時間精度，分析網格單元對應的索引性能、空中交通演化態勢計算等，從而實現把連續空中交通空域離散成為多級網格單元系統，形成統一的時空描述方法，即空中交通管理的四維時空框架。
2）空域分層治理建設
本文按照分類的思想，將運輸航空、軍事航空、通用航空器的空域管理及配套體系建設分開規劃，從無人駕駛航空器的空域進入需求看，必須統籌考慮，推進以空域系統分層治理為核心的空管體系建設論證，可考慮在數字化網格空域的基礎上進行空域分層治理，如圖4所示。
無人機混合運行管控
1）構建間隔標準
城市無人機運行面臨建立各類間隔標準，包括無人機與樓宇障礙物、無人機與無人機、無人機與地面車輛、無人機與人群等。這些間隔標準需要通過大量試驗、數據統計和運行實踐才能得出量化的安全間隔，并提出一套適用于無人機的安全間隔、丟失告警及安全間隔恢復方法。
2）安全風險監控
在城市無人機感知-避撞技術體制中，需建立適用于城市環境的飛行規則，在規定的間隔標準下，圍繞飛行沖突開展技術架構和決策模型算法設計，并基于行為意圖和運行規則的空域模型，實現航空器實時感知低空環境信息，自主保持計劃飛行、智能探測飛行沖突和協商優化解脫。
可根據無人機機載導航、通信指揮與控制鏈路、沖突探測與避讓、地形探測與避撞、氣象探測與回避等設備性能參數，構建基于無人機水平位置和高度保持能力的偏航與碰撞風險評估模型，并建立無人機事故/運行案例庫，實現融合不同運行場景的分級分類的安全風險識別方法。
