传统空中交通管理手段和通航飞行规则，难以适用于城市环境下的空中交通运行。无人机空域进入还存在管控自动化系统回路不闭环、交通防撞功能不健全、安全风险估计缺乏可靠方法等问题，真正达成先进空中交通模式面临着一系列挑战。
政策与法规
目前美国、加拿大、欧盟18个成员国、日本及中国均颁布了无人机管理规定，但其总体脉络仍着眼急需、突出安全与疏堵，缺乏明确涉及无人机的法律条例，亟待从未来先进空中交通模式出发，发展以无人机交通服务为载体、监管于无形中的政策制度架构。
感知-避撞能力
有人机“看见即避让”具有较大主观成分，而无人机则需通过系列技术方法将有人机主观的避撞转换为对无人机飞行距离、时间和速度的调节。
交通服务能力
在无人机管控层面，需要形成“八个方面”的交通服务能力：融合运行概念、空域规划管理、空管系统整合、无人机适航、指挥与控制链路、感知与避撞、人—机—环因素分析、远程飞行员许可等。
而现有的无人驾驶航空器运行理论多建立在隔离空域前提下，未充分考虑其与有人驾驶航空器的异构特性带来的不确定性问题。针对上述问题，本文将从政策制度、无人机运行管控、数字低空建设等方面对城市无人机应用管理方案进行研究。
城市数字低空建设
无人机通信导航监视基础建设
1）基础设施建设
城市无人机通信导航监视基础设施应纳入智慧城市设施建设领域，并与地面自动驾驶汽车的基础设施融合，在低功耗、小尺寸条件下实现高精度、高分辨的目标定位；构建以低空智联网为核心的城市无人机交通设施，基于物联网、5G、人工智能等技术，提供网络化运行、数字化转型、智能化管理服务，支撑国家和地区低空经济发展；工业5G标准中，应加快推进低空飞行综合服务的通信技术标准制定，支持通信、导航增强和监视一体化应用。
2）低空网络覆盖
城市低空网络按照分层覆盖，并融合卫星通导，构建空天地一体化网络，支持地面汽车和无人机一体化运行；从陆-空协同角度看，地面车、地表近空与低空各类无人机和通航有人飞机的混合运行是一种跨域异质交通场景，存在不同尺度的速度和运行控制响应时间要求。城市低空建设场景如图2所示。
数字低空规划与管理
城市低空空域分类是一大难题，其不同于传统的低空空域分类情况。在城市环境中，障碍物及楼宇近空保护复杂，针对无人机交通，亟须构建一类新型低空分类方案。城市低空数字化是未来发展的重要趋势，低空资源与道路资源同属一类交通资源，本文设想今后的城市道路、建筑物、街景、可用低空资源等应一体化表征和数字化建模。
1）城市低空空域网格模型
城市低空百亿级网格空域体管理，需要构建全新的数据模型来描述低空空域活动，涵盖时空框架、性能与气象等，对建/构筑物、障碍物、可用通信导航监视资源、低空飞行状态信息、风与温度信息等进行结构化表征与管理，因此需要发展一种基于网格空域体的新型地理信息系统，如图3所示。
参考第1节内容，建立网格坐标系统，描述无人机空域活动，然后根据运行场景建立数据分析管理数学模型，为实现空域使用管理的量化计算与优化奠定基础；网格空域体管理应与低空智联网一体设计，通过先进无人机交通管理技术支持，实现城市低空“自由飞行”。
构建城市低空空域网格模型，其核心是分析空中交通管理结构、交通流量结构、空域配置结构及空中交通运行数据集等时间属性特征和空间属性特征，包括空中交通的空间尺度、时间范围、运动特性及飞行冲突、空域容量、安全等级、航空效率、管制负荷、空域复杂度等，根据此情况开展空中交通管理的空域网格单元划分，确定网格单元的空间和时间精度，分析网格单元对应的索引性能、空中交通演化态势计算等，从而实现把连续空中交通空域离散成为多级网格单元系统，形成统一的时空描述方法，即空中交通管理的四维时空框架。
2）空域分层治理建设
本文按照分类的思想，将运输航空、军事航空、通用航空器的空域管理及配套体系建设分开规划，从无人驾驶航空器的空域进入需求看，必须统筹考虑，推进以空域系统分层治理为核心的空管体系建设论证，可考虑在数字化网格空域的基础上进行空域分层治理，如图4所示。
无人机混合运行管控
1）构建间隔标准
城市无人机运行面临建立各类间隔标准，包括无人机与楼宇障碍物、无人机与无人机、无人机与地面车辆、无人机与人群等。这些间隔标准需要通过大量试验、数据统计和运行实践才能得出量化的安全间隔，并提出一套适用于无人机的安全间隔、丢失告警及安全间隔恢复方法。
2）安全风险监控
在城市无人机感知-避撞技术体制中，需建立适用于城市环境的飞行规则，在规定的间隔标准下，围绕飞行冲突开展技术架构和决策模型算法设计，并基于行为意图和运行规则的空域模型，实现航空器实时感知低空环境信息，自主保持计划飞行、智能探测飞行冲突和协商优化解脱。
可根据无人机机载导航、通信指挥与控制链路、冲突探测与避让、地形探测与避撞、气象探测与回避等设备性能参数，构建基于无人机水平位置和高度保持能力的偏航与碰撞风险评估模型，并建立无人机事故/运行案例库，实现融合不同运行场景的分级分类的安全风险识别方法。
