低空基建是低空经济发展的核心支撑,通过构建通信、导航、能源、起降场地、监管系统等基础设施,为低空出行、低空文旅、应急救援、低空物流、低空巡检等多样化场景提供技术保障和运营基础。
不同低空高度层的主要低空运营场景
各类飞行器在以上各高度层使用遵循“越低越慢越小,数量越多间隔越密集”的原则。由上表可得,低空经济的五大常见场景:低空出行、低空文旅、应急救援、低空物流、低空巡检在不同低空高度层的使用。
一、低空出行
300-1000 米(低空出行讲求时效性,适宜中小型直升机及中大型eVTOL实施低空载运)。
二、低空文旅
120-300 米(低空文旅采取低高度慢速飞行更适宜观光游览)。
三、应急救援
1、120-300 米(以载重作业无人机器官转运为主(可参见迅蚁),当前该空域空置率较高,可充分发挥时效性优势);
2、300-1000米(采用eVTOL/新能源新构型飞行器实施载人救援,暂未使用,持续关注);四、低空物流
1、0-120 米(末段低空物流,由物流分调中心送至居民小区);
2、120-300 米(中段低空物流,由物流仓储站送至物流分调中心);
3、300-1000 米(起始段低空物流,由高速服务区送至物流分调中心或城际货运)。
五、低空巡检
1、0-120 米(常规低空巡检,农业植保);
2、120-300 米(电力巡检,高压线对飞行器有巨大电磁干扰,需要保持足够的空间距离间隔,目前的电力巡检案例,只有直升机及固定翼无人机用于作业)。
由于空域划分是按照真高来划设的,与常规民用航空使用的标准气压高度、修正海压高度、场面气压高度有不同,需要做好协调换算(特别是山地区域,低空飞行器即使是同一修正海压高度巡航飞行,真高也会频繁变化)。
民航雷达管制对低空运营指导建议
关于传统民航区调雷达管制:
1、垂直方向指挥调整(调整巡航高度层)占主导;
2、水平方向引导较少,指挥改出航线避让恶劣天气系统或飞行器后还是会回到原航路,部分时候雷达引导至其他航路;
3、既定航线飞行已逐渐无视航路航线±10公里的宽度。
城市低空航线可以借鉴传统民航区调指挥,借鉴巡航飞行高度层东单西双思维,如在空域空置率较高的真高120米至300米高度层划分4个高度层,每个高度层只允许相对飞行角度小于90度的飞行器飞行,将飞行冲突可能性降至最低。
低空基建赋能经济场景的焦点与路径
聚焦地面设施设备及有关技术,包含通信网络、导航与空管系统、能源与配套设施、起降场地与空域规划、监管与安全系统、数据平台与协同生态等6个角度。
一、通信网络:实时互联与数据传输
(一)5G/6G网络:
低空经济依赖高速、低延迟的通信网络实现飞行器与地面控制系统的实时交互。例如,无人机物流需通过5G网络传输飞行数据、货物状态和实时视频,确保远程监控和精准操控。
(二)边缘计算节点:
在起降点或基站部署边缘计算设备,降低数据传输延迟,支持复杂场景(如城市空中交通)的即时决策。
(三)应用场景赋能:
1、无人机巡检
实时回传高清图像,辅助电力巡线、油气管道检测。5G+无人机为智慧园区提供空中安全监控服务,支持监控路线、监控策略的预设。无人机通过5G网络的低空覆盖实时回传数据,不再受限于蓝牙的传输距离,进而实现无人机异地操作和信息实时呈现。
公路交通巡检:
通过5G网联无人机搭载高清摄像机、喊话器,基于4G/5G网络,实时回传巡检视频,接入车辆识别、现场图像快拼、动目标监测等AI算法,实现视频智能分析,提高管理效率。
水务巡检:
通过5G网联无人机超视距飞行,从高空视角实时监控河道全况,叠加水体污染识别、排污引水识别、洪汛动态等AI算法,实时智能预警。
森林防火巡检:
通过5G网联无人机超视距飞行,从高空视角实时监控森林全况,对接烟雾监测、火情标注等AI算法,可对火场定位、锁定及跟踪。
电力塔巡检:
利用5G网联无人机机动、灵活的特点,对输电塔及电线进行线路巡检、精细部件巡检、异物处置、红外发热巡检,同时视频叠加AI算法,实现缺陷智能识别。
应急救援巡检协助:
利用5G网联无人机成本低、无人员伤亡风险、机动性能好的特点,可第一时间到达现场,实现全方位、立体式巡检和救援,提高救援效率。
为满足国家在低空空域管理方面的要求,应用平台提供低空管控功能,包括空域报备、无源安全检测、超前预警、敌我识别管理、异常告警、远程引导等,确保飞行合规、合法、安全。
2、空中出租车
通过蜂窝网络实现车辆与交通管理系统的动态协同。实时互联与数据传输的通信网络可有效助力空中出租车的自动驾驶与飞行控制。通过人工智能技术、自动化技术、飞行数据实时传输技术的结合,打造全域信息快速感知、实施决策的自动驾驶和飞行控制系统。实现获取信息全面,驾驶员信息处理负担减轻,人工操作压力降低,面对突发恶劣天气系统或冲突飞行物进行自主实时规避修正,实现更高级的自主飞行,提高飞行安全性。
二、导航与空管系统:精准定位与安全保障
(一)北斗/GPS增强系统:
提供厘米级定位精度,支持无人机在复杂城市环境中的自主避障和路径规划。
(二)UTM无人机交通管理系统:
通过数字化空域管理平台,实现低空飞行器的动态监控、冲突预警和流量调度。例如,深圳已试点UTM系统管理物流无人机。
UTM是NASA为FAA设计的一套空中交通管理系统,也是非常关键的安全系统,它能够允许大量无人机同时在超低空飞行,而不会大枡碰撞事故。这套系统允许无人机操作员输入其飞行计划,并请求帮助清除飞行障碍,系统会核实该飞行计划,判断是否与其他无人机计划冲突,从而作出接受或者拒绝的答复。有了UTM,FAA就能使用它来发指令,约束在该空域飞行的无人机,以保证该空域的飞行安全。
UTM旨在保障大规模无人机在超低空同时运行时的安全,主要考虑以下三个方面:
1、要确保地区和国家安全,不能对政府、局方机构、机场等要地构成威胁;
2、保证所在的空域安全,小无人机跟传统航空器并存的情况下,小无人机的操作安全至关重要;
3、保证经济利益。利用超低空开展商业、公共安全和个人应用,将带来巨大的经济效益,不能因为安全问题就完全放弃经济效益。
(三)应用场景赋能
1、城市空中出行(UAM):UTM系统协调多架飞行器起降,避免空域拥堵。
NASA对UAM的定义是一种安全和高效的城市空中交通系统,包括载人和载物场景,这比常见的多旋翼无人机市场要广泛的多。就像汽车行业一样,城市空中交通系统也在面临的电气化,智能化和无人化变革。电动垂直起降飞机,全自动驾驶和机群管理的发展有望彻底改变城际和城内的交通方式。
低空出行讲求时效性,选取300-1000 米高度层,以中小型直升机及中大型eVTOL实施低空载运。
空中巴士和空中出租车均需要固定的起降点,用于上下客,充电,维护以及停放多辆飞机。城区内早期应是改造高楼的直升机停机坪,未来则可能出现专门的起降场地,更好的对接无人车等地面交通设施。
导航与空管系统可极大提升城市空中出行的安全性与效率:
高精度导航与定位技术:使用高精度的 GPS 和 INS,确保空中出租车在低空飞行中的稳定性和准确性,特别是在城市高楼密集区域飞行时。
空中交通管理系统(UTM):构建空中交通管理系统,协调空中出租车与其他航空器的飞行,确保空域安全和效率。
2、农业植保:结合RTK定位技术,实现农药喷洒路径的厘米级精准覆盖。
低空农业植保运用场景包含农田监测、农作物长势检测、无人机除草、无人机犁田、农牧播种、农作物施肥、播种造林、林场巡检、牧区巡护、封山禁牧巡查、渔业飞行、防治病虫害、航空护林、投放鱼苗等。
宏观全面监测:
采用先进的 GPS 和 GNSS 技术,无人机能够在作业场景中实现精准定位,确保全面覆盖各个作物区,提高监测的效率和准确性,运用高清摄像机、热成像与夜视等图像获取技术及图像处理与分析技术,通过航拍获取场景图像,识别土质、作物生长和病虫害等实时状况,指导决策,增强作业针对性。
微观精准监测:
GPS为测绘设备提供精确的位置信息,用于记录场景的边界和精细的地理特征,RTK(实时动态差分定位)提供厘米级的高精度定位,确保作业目标所在地相关信息的精准性,特别适用于自动化农业设备。
综合统筹规划:
结合全球地理信息技术,分析土壤类型、坡度和气候条件,形成实时场景信息整体情况数字模型,并做出相关态势预测,以针对性优化作业计划及航线设计。
自主安全作业:
基于 GPS/北斗等卫星导航系统的高精度定位与路径规划,确保无人机在复杂的地理环境下安全地完成运输任务。
自主高效作业:
自动生成最优作业路线,并执行自动化的飞行和作业操作,减少人为干预,避免重复作业,确保作业无遗漏无遗憾。
三、能源与配套设施:续航与运营保障
(一)分布式充电/换电站:
在城市、物流枢纽等区域布局无人机起降点与充电设施,解决续航瓶颈。例如,京东在物流园区部署无人机自动充电桩。
(二)氢能/电动飞行器补给站:
为电动垂直起降飞行器(eVTOL)提供快速能源补给,支撑城市空中交通网络。
(三)应用场景赋能:
1、应急救援:在灾害现场快速部署移动充电站,保障救援无人机持续作业。
低空信号覆盖技术:结合基站和无人机的组合部署,形成立体的低空信号覆盖,确保偏远地区或信号弱的区域也能实现高质量的通讯,必要时还需提供无人机照明。
移动储能技术:设置车载能源系统与移动充能无人机巢,满足各类型无人机的充电需求,系留式无人机部署相关综合车辆(既可充能,也可补给灭火用水、灭火弹等救援补给品)。
低空智慧管理技术:针对灾害现场地面与空中情况、作业飞行器密度及运行状况提供实时指挥调度,避免冲突,提升抢险救灾效率。
2、物流配送:通过智能货柜与无人机协同,实现“最后一公里”自动化配送。
构建主干-分支-末梢形式的物流配送航线网络。
末端配送则需要集中的分拨中心,可能从目前电商和快递的基础设施改造而来。接收站则预计建造在高楼的屋顶,同时需要足够高的密度才能实现5-10分钟的取件时间,但即便如此也需要设置足够的无人机水平间隔。
四、起降场地与空域规划:场景落地基础
(一)垂直起降机场(Vertiport):
在城市中心、交通枢纽建设微型起降点,支撑空中出租车和货运飞行。例如,迪拜已规划多个eVTOL起降点。
(二)低空航路网络:
划定无人机专用走廊,划分隔离空域(如北京亦庄的“低空经济示范区”)。
(三)应用场景赋能:
1、农业植保:规划农田低空航线,避免与其他飞行器冲突。
低空农业植保运用场景众多,涉及作业飞行器类型各异,需要针对目标场景,周边地面空域情况,作业飞行器性能,同时与局方及周边机场协调,综合设计飞行程序。
2、应急救援:预先部署临时起降点,缩短救援响应时间。
移动智能起降场技术:为灾害现场的飞行器提供起降平台与相关起降、作业相关信息。中小型无人机可采取部署移动无人机巢。
五、监管与安全系统:合规化与风险防控
(一)数字监管平台:
集成飞行数据、气象信息、空域状态,实现全流程监管。例如,中国民航局建设的“民用无人驾驶航空器空管信息服务系统”(UTMISS)。
(二)防撞与避障技术:
通过雷达、激光雷达(LiDAR)和AI算法提升飞行器自主避障能力。
(三)应用场景赋能:
1、城市物流:动态规避禁飞区(如机场、政府区域),确保合规飞行。
禁飞区安保系统:设置相关地面监视、告警及反无人机设备,避免无人机误入,对可能误入的无人机予以及时反制。
低空空域管理系统(UTM):通过无人机交通管理系统(UTM)实时监控和协调低空飞行器的飞行,确保不同无人机在同一区域安全运行,避免空中交通事故的发生。
2、旅游观光:在景区设定电子围栏,防止飞行器闯入敏感区域。
禁飞区安保系统:设置相关地面监视、告警设备,避免观光飞行器误入。
精准导航与定位技术:结合地形数据库和实时飞行数据,为飞行器提供精准的定位和航线规划,确保飞行路线的准确性,适合景区的空中巡游和城市观光等需求。
环境感知与适应技术:通过气象传感器和地面实时环境数据,向飞行器实时传输天气变化(如风速、云层、温度),并根据环境条件调整飞行姿态与速度,提供平稳的飞行体验。
六、数据平台与协同生态:场景创新催化剂
(一)低空经济数据中台:
整合气象、地理、交通等数据,为场景提供决策支持。例如,美团无人机调度系统结合实时交通数据优化配送路径。
(二)开放创新生态:
通过API接口开放低空基建能力,吸引开发者探索新场景(如低空物流+本地生活服务)。
(三)应用场景赋能:
1、智慧城市:低空数据与城市大脑联动,优化交通、环保等管理。
低空新基建需要深度融入智慧城市,与城市各行业、各功能区有机结合,不彼此冲突,实现信息共享,相互协助,共同发展。
2、影视拍摄:共享起降点和空域数据,降低剧组调度成本。
通过高清图像的实时传输,促进传输信息的直观理解,提升应急反应速度。
低空新基建赋能低空全域场景要求
形成协同效应,实现基建与场景的相互促进。
1、规模经济:基建完善降低场景运营成本,吸引更多企业参与(如顺丰、亿航等企业依托园区基建试点物流网络)。
2、技术迭代:场景需求倒逼基建升级
例如:密集城市城市空中出行UAM需求推动空中交通管理系统(UTM系统)与5G-A/6G融合。
城市空中出行UAM要成为一项可行的交通解决方案,还有许多障碍要解决。
主要障碍涉及以下四点:
安全:涉及飞行器,航线运营和管理以及网络安全;
经济:基础设施的投入和运营操作费用;
需求:自动驾驶和其他工具会与城市空中出行UAM竞争需求,付费意愿;
接受度:公众和社会影响,以及监管。
3、政策适配:基建布局推动低空空域管理改革(如海南全域低空开放试点)。
低空新基建赋能低空全域场景未来趋势
未来趋势:技术融合与商业模式创新。
1、6G与AI融合:未来空天地一体化网络将支持更复杂的低空场景(如跨区域货运)。
2、共享经济模式:低空基建可能向公众开放(如无人机起降点共享平台)。
3、绿色能源转型:氢能基站、太阳能充电设施将提升低空经济的可持续性。
低空基建通过“硬设施+软平台”的协同,解决了低空经济中的时空限制、安全风险、成本效率等核心问题,推动场景从单一运输向多元化服务延伸(如物流、应急、文旅、城市治理)。随着政策放开和技术进步,低空基建将进一步打破物理空间边界,成为城市经济新增长极。