评估城市间山区走廊中的无人机货运需求：采用离散选择模型结合容量限制的仿真分析方法

《Journal of Air Transport Management》：Assessing drone freight demand in intercity mountainous corridors: A discrete choice modeling approach with capacity-constrained simulations

　　

摘要

低空经济作为一种创新的经济模式，利用低空空域资源，通过无人机物流等应用重塑了传统的交通系统，在复杂地形中展现出显著优势。尽管现有研究主要集中在宏观层面的空域部署、中观层面的需求分析以及微观层面的无人机客运路线优化上，但中观层面的需求分析未充分考虑无人机的容量限制，也未考虑无人机在不同运输模式和地区之间的分配对货运服务水平和运输量的影响。本研究将现有的离散选择模型应用于这一新颖且复杂的场景中，通过明确将严格的容量限制纳入需求模拟，这一方面在现有研究中被大大忽视了。基于中国福建省四个典型山区城际货运通道的游客偏好数据，模拟了纯无人机、纯道路运输以及无人机与道路联运模式在不同服务属性下的市场份额。主要发现包括：（1）不同通道的货物发送者在选择无人机运输模式时存在显著差异，这些差异与货物属性和无人机容量相关；（2）提高竞争力需要优先将容量重新分配到货物单位价值和总货物价值较高的通道（如福清-福州通道），并减少等待时间。特别是，在多因素优化情景下（包括容量重新分配、等待时间减少和运费补贴），无人机运输的货物价值从当前情景的787万元人民币增加到了4457万元人民币。本研究从理论上提供了一种定量方法，用于理解在容量限制条件下无人机服务水平与运输模式份额之间的关系，并为制定策略以提升无人机运输在各种货运通道中的竞争力提供了实践支持。

引言

低空经济是一种综合性的经济模式，它利用低空空域（通常低于1000米，在某些地区可延伸至3000米），涵盖通用航空、城市空中出行（UAM）和航空物流，并整合了多学科技术（Safadi等人，2023年）。其核心是将空域资源转化为经济资产，涉及飞机研究、开发与制造、基础设施建设、飞行服务支持以及衍生应用，如物流配送、紧急救援和低空旅游。2024年，北美和亚太地区的市场份额最高，分别超过40%和32%，显示出强劲的增长潜力和庞大的市场潜力。其中，美国和中国的市场规模分别为1420亿美元和1360亿美元。美国将低空经济视为国家竞争力的基石，重点推动电动垂直起降技术的商业化和军事应用；而中国则将其定位为战略性新兴产业，重点发展UAM物流和低空基础设施。

在政策支持和技术进步的双重驱动下，低空物流已成为低空经济中的关键应用。通过使用无人机和多种机型，它建立了覆盖城乡的物流网络，有效解决了复杂地形下的最后一公里配送问题。目前，该领域已在两个关键领域展现出运营规模：（1）对于重量低于2.5公斤的轻量包裹，城市短距离和最后一公里配送相比传统方式成本降低了80%，同时效率大幅提升（Filiopoulou等人，2025年）；（2）农村和山区的中等距离物流，通过弥补地面运输的不足，提高了偏远地区的可达性（Liu等人，2022年）。这些发展共同展示了该行业在现代物流系统中的变革潜力。

总体而言，无人机在城市内部交通和长途货物的最后一公里配送中发挥着至关重要的作用。值得注意的是，山区、丘陵地带和崎岖高原地区占地球陆地面积的近三分之二，这使得山区成为无人机应用的关键场景。鉴于此背景，本研究通过将严格的无人机容量限制纳入需求分析框架，创新性地应用了已知的离散选择模型（DCMs）。研究结构如下：第2节回顾了无人机运输和需求的现有研究，强调了本研究的边际贡献；第3节介绍了研究框架；第4节描述了研究对象和数据收集方法；第5节应用案例数据对模型进行参数估计，并分析了单因素和多因素改进情景下纯无人机和无人机与道路联运模式的竞争力；第6节总结了主要发现和未来研究方向。

章节摘录

文献综述

近年来，关于无人机运营和管理的研究蓬勃发展。第2.1节首先回顾了现有研究的关键关注领域，包括宏观层面的部署和微观层面的优化；接着，第2.2节详细探讨了连接宏观与微观层面的无人机中观需求；第2.3节总结了研究空白，突显了本研究的必要性。

方法论

为弥补文献综述中发现的研究空白，本研究建立了一个研究框架，用于在考虑无人机容量限制的前提下，计算每个通道中纯无人机和无人机与道路联运模式的份额及货运量。如图1所示，该框架包括行为建模和需求模拟。在详细说明方法论之前，表2列出了相关变量及其

通道描述

本研究聚焦于中国低空经济的先锋省份——福建省。福建省位于东南沿海，其地形特征为“80%是山区，10%是水域，10%是耕地”。这种复杂的地形给传统公路运输带来了显著的时空限制和成本瓶颈。因此，该地区的高价值产业（如内陆茶叶和沿海水产品）对及时性有着迫切需求。

结果分析

在第5.1节中，基于变量和模型选择过程，为每个通道建立了最优的DCM（离散选择模型）。接着，根据第3.2节的内容，在实施难度递增的顺序下，模拟了每个通道的货运结构：无人机重新分配、等待时间减少和运输成本降低。具体而言，第5.2节关注单因素改进情景，第5.3节则讨论多因素改进情景。

结论与讨论

作为新兴的运输方式，无人机运输正在对传统地面运输产生重大影响。学者们已经开始从宏观层面的空域部署、中观层面的需求分析以及微观层面的运营优化等方面进行研究。然而，在货运领域的研究仍主要集中在接受度研究上，尤其是在城市配送方面。此外，学者们大多忽视了无人机的容量限制问题。

CRediT作者贡献声明

施杰：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿撰写、数据可视化、验证、资金筹集、正式分析、概念构建。朱立超：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿撰写、数据可视化、验证、软件开发、方法论设计、资金筹集、正式分析、概念构建。

致谢

本研究得到了以下机构的支持：福建省社会科学基金（资助编号：FJ2025C048）、国家社会信用基金后续资助项目（资助编号：22FJYB027）、国家自然科学基金（资助编号：72574138和72074141），以及辽宁省自然科学基金（资助编号：2025-BS-0313）。

Jie Shi|Lichao Zhu