近年来,随着汽车数量迅猛增长,其与城市道路有限资源之间的矛盾日益突出,交通拥堵与尾气污染已成为居民正常出行的两大阻碍。如何进一步开拓城市交通资源,降低居民出行造成的环境污染,成为城市交通系统研究的热点。随着低空空域的开放和“十四·五”规划“航空强国”战略的提出,城市空中交通（Urban Air Mobility,UAM）系统成为未来城市交通系统发展的主要趋势,为城市居民提供全新的出行理念。UAM系统指以一种全电动或混合电动垂直起降飞行器（electric Vertical Takeoff And Landing Aircraft,e VTOL）为交通工具进行居民出行的一种方式。由于城市空域成分复杂,因此,e VTOL飞行器在城市空域系统中的运行安全性是UAM系统实施的关键性因素。然而,如何保障大规模e VTOL飞行器同时安全运行,是UAM系统目前所面临的难题。本文面向UAM系统中的核心问题,基于e TVOL飞行器运行特点,从城市低空三维航路网络和飞行器的冲突避撞算法展开研究,进而实现e TVOL飞行器在城市低空空域条件下的安全运行。面向城市低空三维航路网络的建立,本文基于城市道路网络构建的基本思想,以主干航路网络和支线航路两部分构成城市低空三维航路网络。其中,主干航路网络具有较大的飞行器容量,设置为双向航路网络;支线航路为飞行器从主干航路驶向起降点的航路,飞行器容量较小,设置为单向航路。本文首先将主干航路划分为两个方向的航道,并根据飞行器的安全运行间隔设计航道宽度和航道间隔宽度,进而确定主干航路宽度。随后,基于障碍物和起降点特征,引入Voronoi-Air Matrix融合算法模型对主干航路网络进行设计,并基于改进的A*算法对三维的主干航路网络进行进一步优化,完成最优的三维双向主干航路网络的建立。随后,融合主干航路网络的结构和起降点特征,对主干航路驶离点和驶入点进行研究。最后,基于驶离/入点位置、障碍物位置以及起降点位置,提出了基于改进蚁群算法-杜宾斯（Ant Colony Optimization-Dubins,ACO-Dubins）曲线融合算法的城市支线航路网络设计方法,形成了最优的三维单向支线航路网络,进而完成城市三维航路网络的建立。面向冲突避撞算法的研究,本文首先针对航路网络内部飞行器的汇入、交叉等冲突类型进行分析,根据航路网络中前序列和后序列飞行器的运行时间差,提出了基于动态时间窗的飞行器既定冲突避撞方法。随后,本文面向飞行器复杂空域条件下的紧急冲突问题,融合入侵动态障碍物、航路内其余飞行器、静态障碍物以及航路网络特征,提出了基于人工势场-速度障碍（Artificial Potential Field-Velocity Obstacle,APF-VO）融合算法的冲突避撞方法,以偏航程度最小的前提下,实现e VTOL飞行器的静态融合冲突避撞。最后,本文基于Matlab环境和Airsim-ardupilot仿真平台对上述算法进行仿真验证,主干航路规划方法与传统的中枢辐射式航路规划方法比较,空域覆盖率提高20.8%,航线总长度缩短261.2%,最大汇集航路数缩小100%;与传统的基于城市路网的低空航路规划比较,空域覆盖率提高9.5%,航线总长度缩短2.53%,最大汇集航路数缩小25%;支线航路规划方法与传统Dubins算法相比,收敛时间缩短3.40s,路径长度缩短62.7%;与传统ACO算法相比,收敛时间缩短1.5s,路径长度缩短31.7%。冲突避撞方法与传统的VO算法相比,冲突避撞距离缩短19.8%,迭代次数减小24.7%;与传统的APF算法相比,冲突避撞距离缩短30.4%,迭代次数减小20.2%。因此,本文提出的三维航路网络规划方法具有更高的空域覆盖率,同时具有总航路最短等特点;冲突避撞方案具有迭代次数最低、冲突避撞时间短、解脱路径小等特点。