Entwurf eines Verkehrssystems für fliegende Autos

Nun, Leute, 2015 ist gekommen und gegangen, und wir haben immer noch keine weit verbreiteten fliegenden Autos . Während einige vielversprechende Arbeiten an „fliegenden Autos“ durchgeführt werden, die eher straßentauglichen Flugzeugen ähneln, sieht es so aus, als wären wir weit entfernt von der Art von fliegenden Autos, die ich mir aus Pop-Science-Fiction vorstelle. Daher verzichte ich in diesem Fall auf die Verwendung des Tags "nahe Zukunft".

Okay, nehmen wir an, wir befinden uns auf einer zukünftigen Erde, auf der fliegende Autos so allgegenwärtig sind wie heute bodengebundene Autos. Auch ihr Preis und die Betriebskosten sind mit heutigen Autos vergleichbar. Außerdem sind fliegende Autos im Grunde schwebende Autos und können in der Luft stationär sein oder sich vollständig in drei Dimensionen bewegen, wie Sie es von einem fliegenden Auto erwarten könnten. Zur Verdeutlichung: Die Unterseite des fliegenden Autos muss immer nach unten zeigen (es sei denn, Sie führen ein paar verrückte Verfolgungsjagden durch), und es kann entlang einer z-Achse auf und ab schweben und sich wie gewohnt entlang einer vorwärts und rückwärts bewegen y-Achse, oder bewegen Sie sich entlang einer x-Achse frei nach links und rechts, ohne dass Sie sich drehen müssen, um die Vorderseite des Fahrzeugs in diese Richtung zu richten. Es würde sich jedoch langsam entlang der x-Achse bewegen, und zwar durch "Schräglage" des Fahrzeugs. Auch im Stand Es kann sich drehen, um die Vorderseite des Autos in jede Richtung entlang einer zweidimensionalen Ebene parallel zur Erdoberfläche zu richten. Die Front des Fahrzeugs kann sich auch um eine begrenzte Neigung oder Neigung neigen, sagen wir um 25 Grad. Und aus welchen Gründen auch immer ist keines dieser fliegenden Autos „selbstfahrend“.

In einigen fiktiven futuristischen Welten, die diese Art von fliegenden Autos enthalten, werden Sie oft Verkehrszeichen, Signale und Muster sehen , die auf die moderne Erde zurückgehen. Sie sehen vielleicht ein normales Gittermuster von Autos in einer Stadt , aber die Gitter stapeln sich entlang einer Z-Achse und an jeder Kreuzung ein Stapel schwebender gemeinsamer Ampeln. Vielleicht sehen Sie sogar einen schwimmenden Highway – eine buchstäbliche Autobahn – mit schwimmenden Spurmarkierungen und Ausfahrtsschildern .

Diese Art von Verkehrsleitsystem kam mir immer so gekünstelt vor. Es muss einen besseren Weg geben, besonders wenn man bedenkt, dass sich Fahrzeuge in drei Dimensionen bewegen können (oder vier, wenn Sie ein bestimmter DeLorean sind). Ich kämpfe jedoch damit, mir diesen besseren Weg vorzustellen. Ich nehme an, ein zukünftiges Verkehrssystem für fliegende Autos würde ein gewisses Maß dessen beinhalten, wie ein Bodenverkehrssystem heute aussehen würde, und einiges von dem, was die heutigen Flugsicherungssysteme ebenfalls verwenden. Wie könnten Flugverkehrsprinzipien und Bodenverkehrsprinzipien kombiniert werden, um ein effektives Verkehrssystem für fliegende Autos zu schaffen?

Warum sollte es "Verkehr" geben, könnte nicht jede Kreuzung eine über dem Boden schwebende Kleeblattkreuzung werden?
„Keines dieser fliegenden Autos ist „selbstfahrend““ – realistisch gesehen sind es alle.
Ja, die Idee, Autos zu fliegen, ist erschreckend, es sei denn, der Durchschnittsbürger hat keinerlei Kontrolle über das Fahrzeug, abgesehen von der Eingabe eines Ziels. Ich erwarte, dass sie den Zielteil auch einen zweistelligen Prozentsatz der Zeit falsch verstehen. Versicherungen würden es auch nie zulassen.
Ich denke nicht, dass dies eine Bewertung von -1 verdient, es ist keine so schlechte Frage
Fliegen wir über Gebäude, wo die Luftfahrt alle möglichen Flugwege zulässt, oder versuchen wir zwischen Gebäuden zu fliegen, wo die Richtung durch die Umgebung begrenzt ist?
Ich konnte sehen, dass Laser / Lichter verwendet werden könnten, um Autos auf einen begrenzten Bereich zu kennzeichnen / zu beschränken. Natürlich können Sie durch die Laser fliegen, wenn Sie möchten, sie sind den Linien auf der Straße heute sehr ähnlich. Ich sehe jedoch keinen besseren Weg als eine Stack-Car-Methode. Sie maximieren die Anzahl der Autos in einem bestimmten Raum, wodurch sich eine größere Anzahl von Autos bewegen kann.
Mögliches Duplikat von Urban Planning in 3-Dimensions
Die andere Frage scheint eher realitätsnah zu sein, ohne dass Autos von Menschen gesteuert werden müssen. Die Antworten neigen auch dazu, zu sagen, wie sich fliegende Autos auf Gebäude auswirken könnten. Dies konzentriert sich mehr auf den Verkehr selbst. Es gibt definitive Überschneidungen, aber dies scheint deutlich genug zu sein, um nützlich zu sein. Meiner Meinung nach.

Antworten (3)

Echter Pilot hier.

Hier sind die Flugverkehrsmanagementregeln für das, was ich "Luftraum der Klasse V" nennen möchte:

  1. Der Luftraum der Klasse V existiert im Allgemeinen nur in den am stärksten überlasteten städtischen Gebieten der Vereinigten Staaten, wo normale Flugverkehrsverfahren das hohe Volumen des VTOL-Verkehrs nicht bewältigen können. Der Luftraum der Klasse V besteht im Allgemeinen aus dem Bereich zwischen 1000 und 3000 Fuß AGL. In stärker überlasteten städtischen Gebieten kann Klasse V zwischen 1000 und 5000 Gefühl AGL existieren, mit höheren Grenzwerten für die Fluggeschwindigkeit in der Region zwischen 3000 und 5000 Fuß. Der Flugverkehr über dem Luftraum der Klasse V unterliegt den VFR- oder IFR-Flugregeln, unabhängig davon, wie dieser Luftraum klassifiziert ist, ob es sich um Klasse B, C, D oder E handelt.
  2. Der Flugverkehr innerhalb des Luftraums der Klasse V muss zwischen 100 und 150 Knoten fliegen, wobei die Höhe auf der Magnetspur des Flugzeugs so abgebildet sein muss, dass das Flugzeug bei ungeraden Höhen von 1000 Fuß (zum Beispiel: bei 1000, 3000 und 5000 Fuß) nach Norden fliegen muss ( 0 Grad). Wenn das Flugzeug steigt (oder absteigt), muss es seine magnetische Bodenkursrichtung anpassen, um die Höhe, in der es sich befindet, abzubilden, so dass seine Höhe bei einer aufsteigenden Rechtskurve (oder absteigenden Linkskurve) eine ist sogar ein Vielfaches von 1000 Fuß in dem Moment, in dem es nach Süden fährt (180 Grad). Dadurch kann das Flugzeug eine Standard-Kletterkurve von 3 Grad pro Sekunde bei 1000 Fuß pro Minute machen, während es nur mit anderen Flugzeugen entweder direkt davor oder dahinter in Konflikt gerät. Flugzeuge müssen entgegenkommenden Flugzeugen vorne rechts vorbeifahren.
  3. Der Flugverkehr unter 1000 Fuß und über 700 Fuß darf 100 Knoten nicht überschreiten und muss jedem anderen Flugzeug zu seiner Rechten Vorfahrt gewähren.
  4. Flugverkehr über 400 Fuß und unter 700 Fuß AGL darf 50 Knoten nicht überschreiten.
  5. Der Flugverkehr unter 400 Fuß darf 25 Knoten nicht überschreiten.
  6. Landende Flugzeuge haben an Vertipads Vorfahrt vor gelandeten Flugzeugen.
  7. Im Luftraum der Klasse V wird die Trennung durch visuelle See-and-Avoid-Techniken und ADS-B-Telemetrie aufrechterhalten. Konflikte werden unter Verwendung von Standardverfahren für Wegerecht in der Luftfahrt gehandhabt.

Und los geht's!

Es würde wahrscheinlich den Rest meiner Nacht dauern, um das Kalkül zu liefern, warum dies funktioniert und nichts weiter erfordert. Kurz gesagt, der Zugang zum Luftvolumen über sogar einer Großstadt übersteigt bei weitem die Verkehrsdichte, die vorhanden sein müsste, um eine komplexere Managementlösung zu erfordern. Staus mit Autos ergeben sich aus ihrer 1,5-dimensionalen Natur: In einem Auto kann man nur vorwärts fahren und eventuell die Spur wechseln. Wir als Treiber mögen das, weil es dazu führt, dass alle möglichen Kollisionsvektoren in nur wenige mögliche Richtungen zusammenbrechen. Moderne Flugverkehrsregeln tun das auch irgendwie. (Siehe diesen Link und diesen Link ).

Indem wir die Höhe auf den Kurs abbilden, reduzieren wir die möglichen Kollisionsvektoren nur auf vorne und hinten. Diese Methode würde für das durchschnittliche städtische Gebiet hervorragend funktionieren. In Gebieten mit viel höherer Verkehrsdichte wären "Steig"-Zonen und "Abstiegs"-Zonen sinnvoll, in denen die Kartierung noch befolgt wird, aber zusätzlich nur normale Steigungs- oder Abfahrtskurven erlaubt sind. Ansonsten steht es Flugzeugen frei, gerade Linien zwischen Punkten zu fliegen; Um zu Ihrem gewünschten Kurs zu gelangen, müssen Sie nur einen Kreis nach oben/unten machen, bis Sie zeigen, wohin Sie wollen.

Die Höhenkartierungsmethode funktioniert hervorragend für Fahrzeuge, die versuchen, sich fortzubewegen, aber wie handhaben wir Start und Landung? Dies erfordert, dass wir die Kartierungspflicht für die Regionen aufheben, in denen Start- und Landevorgänge stattfinden. Um die Kollisionsgefahr zu beseitigen, schränken wir die Reisegeschwindigkeit erheblich ein. Durch die Begrenzung der Fluggeschwindigkeit in der unteren Schicht in Bodennähe werden alle Konflikte, die zu einer Kollision führen könnten, langsam genug ablaufen, dass entweder einer oder beide Piloten mit ausreichend Spielraum reagieren können. Die Annäherungsgeschwindigkeit im schlimmsten Fall beträgt 50 Knoten für eine Frontalsituation unter 400 Fuß und 100 Knoten für den Bereich von 400 bis 700 Fuß.

Der Übergang von den unteren Schichten in die geschäftigere und schnellere Schicht erfordert einen Nordkurs, wenn Ihr Flugzeug 1000 Fuß AGL passiert. Flugzeuge, die auf diese Höhe steigen, neigen dazu, sich nach Norden auszurichten, wenn sie sich 1000 Fuß nähern, wobei sie an diesem Punkt mindestens 100 Knoten und höchstens 150 Knoten fliegen müssen. Daher treten alle Konflikte bei 50 Knoten vorne oder hinten auf.

Im Falle eines Flugzeugs, das von 1000 auf 400 Fuß in die langsame Schicht übergeht, weicht das Flugzeug von Norden zu verschiedenen zufälligen Kursen ab. Die möglichen Konfliktvektoren erweitern sich auf ein Sichtfeld von 360 Grad (ein Konflikt kann aus jeder Richtung kommen), aber wenn diese Flugzeuge auf 400 Fuß abgesunken sind, sollten sie nur noch 25 Knoten fliegen, was wiederum Konfliktgeschwindigkeiten von nur ergibt 50 Knoten.

Das wichtigste Merkmal dieses Ansatzes ist, dass der/die Insasse(n) des Fahrzeugs die Kontrolle haben und über die volle Kompetenz und Fähigkeit verfügen, Entscheidungen auf der Grundlage dessen zu treffen, was ihre Instrumente und Augen ihnen sagen. Ich habe mich immer sehr über die verschiedenen Erfinder und Zukunftsforscher geärgert, die der Meinung sind, dass das Fliegen nur von automatisierten Systemen gesteuert werden sollte, denen die Insassen ausgeliefert sind. Fliegen ist ein Talent und eine Freiheit, die der Durchschnittsmensch beherrschen kann und genießen sollte.

Diese Antwort ist so gut. Ich habe mein Ground School-Buch zu Weihnachten bekommen und habe mich mit den Klassen A, B, C usw. beschäftigt ... Ihre Antwort ist einfach brillant.
Tolle Antwort, aber ich muss dem Automatisierungsaspekt widersprechen. Autofahren ist ein Talent und eine Freiheit, die auch der Durchschnittsmensch beherrschen kann, aber die Menschen sind immer noch schrecklich darin und töten jedes Jahr unnötigerweise Zehntausende.
Dazu müsste also jedes Auto mit ADS-B In/Out (nicht nur ADS-B Out) ausgestattet sein? Oder sollten wir einfach die Vorbereitungen überspringen und direkt zu automatisch ausgeführten TCAS RAs übergehen?
@aCVn Unter der Annahme von VFR-Bedingungen würde dieses System nur eine genaue Höhe und einen genauen Kurs erfordern, um alle Kollisionsvektoren nach vorn und hinten zu kollabieren. An diesem Punkt funktioniert im Grunde das Sehen und Vermeiden. ADS-B (Out) wäre eine Ergänzung, keine zwingende Voraussetzung. Der Verlust von ADS-B unterbricht das System nicht vollständig, genauso wie Fahrer eine Kreuzung als 4-Wege-Stopp behandeln, wenn die Ampeln an der Kreuzung deaktiviert sind. Jetzt, unter IFR-Bedingungen, wäre ADS-B eine absolute Voraussetzung. Aber zu diesem Zeitpunkt würde sowieso alles auf einem Flugplan stehen.

Ich habe während meiner Architekturstudienzeit ein Computerprogramm erstellt, um genau diese Hypothese zu testen.

Wie ich festgestellt habe, ist das beste System ein sehr einfaches: Ihre Richtung ist eine direkte lineare Beziehung zu Ihrer Höhe.

Ich habe eine zufällige Reihe von hohen Gebäuden erstellt und den ganzen Himmel in allen Höhen mit fliegenden Autos bevölkert. Nachdem ich verschlungene Kollisionserkennungsalgorithmen, "Ströme", Blöcke, Kreuzungen und andere getestet habe, habe ich festgestellt, dass die einfachste Lösung darin besteht, dass Sie sich beim Aufsteigen auch im Uhrzeigersinn drehen. Jeder hat die gleiche Richtung in jeder Höhe.

Es war erstaunlich und wunderbar anzusehen, denn:

  • es gab keine Kollisionen - in jeder Höhe gehen alle in die gleiche Richtung.
  • Sie müssen nur auf die Geschwindigkeit achten und wer vor Ihnen ist - so wie wir es jetzt auf einer Autobahn tun.
  • Wenn Sie klettern müssen, drehen Sie sich im Uhrzeigersinn, während Sie sich vorwärts bewegen
  • Wenn Sie absteigen müssen, drehen Sie sich gegen den Uhrzeigersinn, während Sie sich vorwärts bewegen
  • Sie können Ihren Weg zu jedem Punkt im Weltraum finden, indem Sie auf die richtige Höhe aufsteigen, dann eine „B-Linie“ zum Punkt ziehen und sich dann spiralförmig auf die richtige Höhe drehen. Jeder Punkt am Himmel ist für Sie zugänglich.
  • Bei Hindernissen (wie einem Gebäude) wird die Strömung um das Hindernis herum fließen, selbst dies führt zu keinen Abstürzen. Wenn Ihr Weg beispielsweise auf einen Wolkenkratzer trifft, steigen oder steigen alle ab (je nachdem, was am einfachsten ist), um ihre Richtung um das Hindernis herum zu ändern, immer noch innerhalb der Regel, und steigen dann auf oder ab, wenn sie das Hindernis passiert haben, und folgen dem ursprünglichen Weg. Einfach. Mit tausend Autos flossen sie alle wie Wasser um die Gebäude herum, ohne einen einzigen Zusammenstoß.
  • KEINE VERKEHRSREGELN, dh. keine komplizierten Dinge wie „rechts ausweichen“ oder „an Kreuzungen anhalten“ oder gar „über die Schulter schauen“. Befolgen Sie einfach die Regel, dass sich Ihre Richtung mit Ihrer Körpergröße dreht.
  • KEIN KOMPLIZIERTES VERKEHRSSYSTEM, keine zentrale Behörde erforderlich, keine Kommunikation zwischen Autos erforderlich
  • es war grob, dumm und einfach – genau das, was die Leute verstehen können und das absolut unfehlbar ist.

Ich habe vor Freude aufgeschrien, nachdem ich die Lösung entdeckt hatte, und dachte: „Ja, das könnte funktionieren, wenn nur jemand ein fliegendes Auto erfinden könnte!“.

Ich wollte schon seit einiger Zeit versuchen, dies zu simulieren (Sie und ich kamen beide zu demselben Schluss), ist Ihr Code irgendwo online?
Bitte veröffentlichen Sie ein Paper oder so etwas. Ihre Entdeckung könnte für die Zukunft nützlich sein, falls fliegende Autos erfunden werden. Wissen geht verloren, wenn es nicht veröffentlicht und über Jahrhunderte zuverlässig bewahrt wird.
Wie ist es möglich, dass am Punkt der Höhenänderung keine Abstürze auftreten? Wenn gleichzeitig ein Auto hochfährt und eines herunterfährt, ist nicht ausgeschlossen, dass sich ihre Wege nicht kreuzen
@Zavael Die Chancen sind sehr selten, da nicht nur die x- und y-Achse gleich sein müssten, sondern auch das Höhenniveau genau positioniert werden müsste - diese Möglichkeit kann jedoch durch einen Annäherungsalarm negiert und möglicherweise von einem der Autos gelöst werden der aufsteigende, verlangsamt sich leicht, damit der andere absteigen kann. Dies würde nur im freien Raum passieren, da es um Gebäude herum nicht passieren würde, weil Autos um sie herum 'spiralen' würden und sich nicht schneiden würden. Galaxy und Steve Ich werde sehen, ob ich meinen Code hochbekomme.
@flox meiner Meinung nach, hauptsächlich in Städten ist die Chance ziemlich hoch. In Städten gibt es viele Sehenswürdigkeiten, an denen Autos aus vielen Richtungen ankommen und in viele Richtungen abfahren. In Städten (im Vergleich zu Autobahnen) neigen Autos eher dazu, die Richtung zu ändern, um die kürzesten (oder schnellsten mit weniger Verkehr) Wege zu finden. Ohne ein intelligentes Auto wäre der Mensch also nicht in der Lage, Kollisionen zu verhindern, es ist von sich aus nicht völlig kollisionsfrei. Aber es ist in der Tat eine interessante Idee!

Der beste Plan würde nicht aus Autobahnen, Kreuzungen, Ampeln, Schildern usw. bestehen. Stattdessen wäre ein Flugsteuerungssystem (wie das FAA) das ideale System. Selbst wenn die Autos von Menschen gefahren werden, könnten Sie das Ziel in das Auto eingeben, das dann Computer verwendet, um einen Flugplan zu erstellen. Sie folgen dann dem Flugplan.

Die wirklichen Signale wären Zielschilder. Seien wir ehrlich - Walmart und Victoria's Secret sehen von oben gleich aus, aber Sie gelangen aus unterschiedlichen Gründen zu ihnen. Das Parken und Abheben erfordert Signale, die die Anzahl der verfügbaren Parkplätze, die Etage, auf der Sie landen können, usw. anzeigen. Darin liegt die eigentliche Komplexität. Die offene Autobahn wird wirklich offen sein, außer im Kopf eines Computers.

Ein verbreitetes Vorurteil gegenüber dem National Airspace System (auch bekannt als ein „Flugkontrollsystem wie die FAA“) ist, dass Flugzeuge Flugpläne einreichen müssen. Dies gilt nur für IFR-Flüge, die es Ihnen unter anderem ermöglichen, im Luftraum der Klasse A (Die wirklich schnelle Schicht ab 18000 Fuß) zu fliegen. Ein großer Teil der Piloten der allgemeinen Luftfahrt reicht selten Flugpläne ein, insbesondere wenn sie nur in der Umgebung herumfliegen, wie es ein typischer Pendler in der Luft tun würde.
@Steve, schätzen Sie Ihren Beitrag als echter Pilot (ich habe Ihnen +1 für Ihre Antwort gegeben). Ich habe jedoch den Flugplan für lokale Flüge ausgelegt, um zu verhindern, dass sich die Zehntausende von Autos in der Stadt kreuzen. Allerdings dachte ich, dass es im Land der Zukunft automatisiert sein würde, also ist der Flugplan wirklich nur eine Datendatei in einer Datenbank, die mit den anderen Dateien abgeglichen wurde. Ihre zusätzlichen Empfehlungen scheinen der beste Kurs für Standardflugmuster zu sein.
Entwurf eines Verkehrssystems für fliegende Autos
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v