c ⃝ 2025 《中国科学》杂志社 www.scichina.com infocn.scichina.com 面向低空经济的低空网络技术创新与应用专题 . 论文 数字孪生驱动的低空智联网自智管控架构及 关键技术 喻鹏1, 谭灿1, 李文璟1*, 张俪馨1, 郭少勇1, 邱雪松1, 洪韬2, 付澍3, 王尚广1, 孟洛明1 1. 北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室, 北京 100876 低空智联网是实现低空空域高效运行与安全控 制的重要保障. 由于低空智联网的立体化覆盖、高可靠通信、超精准服务等特征, 使得传统的被动式 网络管控技术难以满足业务随需服务要求, 亟须融合数字孪生、自智网络、分布式人工智能等新型技 术突破管控瓶颈. 为应对以上挑战, 本文分析了低空智联网的特征和需求, 提出了数字孪生驱动的低 空智联网自智管控架构. 依托自智管控闭环, 分别分析了低空网络层、数字孪生层、自智管控层的功 能, 并针对各个层次的关键技术 技术、动态网络性能状态的小尺度预测方法、业务需求自适应的资源映射机制和管控智能体部署方案 等, 进行了介绍. 结合关键技术, 本文进行了低空智联网自智管控实例设计, 验证了网络性能预测机 制、资源状态孪生同步机制以及低空网络自主部署机制的有效性. 最后总结低空智联网的未来技术挑 战, 为未来低空智联网的智能化、自主化运维提供了技术参考. 关键词 低空智联网, 数字孪生, 自智网络, 网络管控 1 引言 近年来, 随着低空飞行相关技术装备的迭代升级与系统化突破

组件式 GIS 软件开发平台 SuperMap iObjects Java SuperMap iObjects Python SuperMap iObjects for Spark 无人机飞控 App SuperMap UAVSurvey GIS 运维管理软件平 台 SuperMap iManager 移动 GIS 软件开发平 台 SuperMap iMobile 服务器 GIS 三维场景模型 算力网 飞行器系统 通信网 无人机起降场地 低空管控系统 感知网 通信导航 气象检测系统 导航网 飞行服务站 监视系统 低空空域展示平台 立体交通管控 空域仿真模拟 平台能 力引擎 设备 数字化 低空 可视化 飞行冲突 电子围栏 风险管控 应急救援 计划审批 航路规划 起飞管理 航路释放 GISTC 低空空域孪生平台 数 标 准 规 范 环境选址模拟 航道模拟 实时轨迹 飞行轨迹 数据要素融合引擎 接泊管理 巡检管理 交通调度 预约游览 异常告警 气温气象 飞行模拟 空域模拟 低空空域管控 低空飞行管理 P17 空域服务标准 - 城市级 . 服务标准 用以规范低空服务的供 应 商和运营商，明确低 空服 务应达到的能力指 标，确 保整个低空经济

低空安防融合感知面临的挑战 低空安防融合感知与反制主要技术及设备 03. 总结与展望 05. 3.1 融合感知与反制系统概述 3.2 探测技术及设备 3.3 反制技术及设备 3.4 低空探测管控平台 低空安防融合感知场景和需求 02. 2.1 低空安防融合感知主要场景 2.2 低空安防融合感知基本业务需求 01 02 03 07 38 08 08 15 21 04 对低空无人机或其他物体进行探测、动态追踪与身份识别，综合利用脉冲波、频谱、光电等感知手段，确认入侵物体类型、 速度、位置等，是低空安防过程中的“眼睛”；反制负责在发现威胁目标后，实现无人机或其他飞行物的管控与打击，综合 运用电磁压制、物理拦截等手段，确保入侵物体不会对目标监视区域造成侵害，是低空安防过程中的“手脚”。 虽然部分机场、边境口岸等重点安防场所部署了雷达、视频等感知设施和电磁压制等设备，但针对低空空域的多类型飞 反制技术及设备 低空探测管控平台 03 07 03 低空安防融合感知与反制主要技术及设备 3.1 融合感知与反制系统概述 低空安防融合感知与反制系统主要由探测系统、反制系统和探测管控平台构成，如图2.1所示。探测系统负责通过探测技 术实现无人机或其他飞行物的感知探测，确认入侵物体类型、速度、位置等；反制系统负责利用反制技术实现无人机或其他 飞行物的管控与打击，确保入侵物体不会对目

低空园区员工需求 • 信息需求 ：各种信息发布通知 • 接收紧急安全通知 低空经济产业 园的需求分析 PART 02 解决方案 低空园区数字孪生 综合运维 三维可视化大屏 态势感知 物联管控 设备运维管理 会议录播 数字孪生平台 大数据可视化平台 物联网平台 云会务平台 公共广播平台 信息发布平台 会议 信息发布 视频会议 语音转写 消防报警 资产管理 环境 其它感知 低空数字展厅 创意显示屏 智慧导览 多媒体信息发布 可视化管控 可视化运维 整体架构 会议管理 会议预约 人脸识别 / 门 禁会议场景联 动会议信息发 布会议数据统 计 公共区域 紧急求助对讲 火灾联动报警 视频监控联动 信息发布 紧急插播 背景音乐播放 服务低空产业生态的发展 、 建设数字创新空间 ， 全面赋能区域低空经济发展。 低空数字 展厅 打造沉浸式体验 从静态到动态的展示 VR 和 AR 的实景感受 人与物之间的交互 管理运营便捷 设备互控 ，操作简便 智能引导 大数据管理及运维动态感知 智能 AI 解说 文字、图片、视频、 VR 的结合 宣传与教育的融合 建设目标 多样化的展示 电子沙盘 展馆预约与运营 创意屏 数字人

有效期 全产业链 低空飞行 器及零部 件制造 场景 依托成都唯一对外开 放 A 类通用机场，重 点围绕客货运有人机、 工业无人机、Evtol 等 整机研制测验试飞，电 池、飞控、载荷等核心 技术及关键零配件研 制，带动航空器制造集 聚发展。 金堂县 淮州新城 项目建设 需求 融资建设 需求 项目地点：淮州新城通航产业 片区 建设内容：低空飞行器及零部 交 通 管 理 系 统 ， 在 UTM、飞行服务站、 无人机机场、无人机起 降点、无人机航路的建 设及运营管理等阶段， 提供基于时间、空间、 频率三个维度的数据 采集及存储，大数据的 分析及挖掘服务，以及 提供对全量无人机（含 入库的合规飞行器，及 未经批准的“黑飞”飞 行器）进行侦查、监测、 驱离、反制等功能，打 造基于深度强化学习 AI 算法以及集中式管 控逻辑的软硬件一站 构建全业态低空经济 链，助力地方低空经济 产业布局。 四川全域 项目建设 需求 融资需求 国有基金提供资金支持，金 额 需 根 据 具 体 项 目 实 际 需 求确定。 全过程投资、建设、管 理、运营。 四川中科 华航科技 集团有限 公司 杨 韬 13684066679 2024.12-2 025.12 需求清单 - 9 - 所处产业 链环节 场景名称 场景介绍 场景建设

空经济的发展离不开通信网络的支持。 本文通过分析 低空经济对通信网络的关键需求,提出了以 5G-A 通 感智算网络为底座的低空智联网方案,阐述了低空智 联网的七大能力体系,并从通感一体化技术、无人机管 控及服务、核心网的演进等方面对 5G-A 网络特别是 核心网为促进低空经济 的发展所做的支持进行了 分析。 1 低空经济概述 1. 1 低空经济 2021 年 2 月,低空经济被写入《国家综合立体交 域法规条例的上位法。 其中一项关键内容就是建立产 品识别码和所有者实名登记制度,明确了无人机具备 ·28· �N��04#� �0��;#� �����0 ���� 唯一产品识别码,是实现无人机全生命周期可管可控 的基础。 《国家空域基础分类方法》 将空域划分为 A、 B、C、D、E、G、W 7 类,其中,A、B、C、D、E 类为管制空 域,G、W 类为非管制空域。 无人机主要涉及非管制空 域 边算力,融合 AI 能力,实现低空应用各类数据的分析 处理、诊断预测等功能。 图 1 低空智联网解决方案 同时,以 5G-A 的通感智算网络为数字底座,打造 低空智联网的“通、感、智、算、控、导、安” 七大能力体 系:“通”主要是无线网络的低空覆盖,包括大上行通 信和高精度定位,实现通信广覆盖、稳连接;“感”主要 是低空高精度感知,对低空目标进行识别、跟踪和路径 监测等;“智”主要是通过

号）和《国家基本公共服务体系“十二五”规划》（国 发〔 2012 〕 29 号） • 习近平总书记作出重要指示：法治是平安建设的重要保障，加快创新立 体化社会治安防控体系 • 十八届四中全会，推进公共安全法治化，构建国家安全法律制度体系 • 中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于加强社会治安防控体系 建设的意见》 • 发改高技 [2015]996 号《关于加强公共安全视频监控建设联网应用 工作的若干意见》 • 中共中 体思路 • 十三五规划中指出要创新社会治安防控体系，完善社会治安综合治理体 制机制，以信息化为支撑加快建设社会治安立体防控体系，建设基础综 合服务管理平台。大力推进基础信息化、警务实战化、执法规范化、队 伍正规化建设。构建群防群治、联防联治的社会治安防控网，加快推进 网上综合防控体系建设。实施社会治安重点部位、重点领域、重点地区 联动管控和排查整治。加强打击违法犯罪、禁毒、防范处理邪教等基础 理社会化、 法治化、智能化、专业化水平，加快建设立体化、信息化社会治安防控 体系 2017 党的十九大报告指出： • 建设平安中国，加强和创新社会治理，维护社会和谐稳定，确保国 家长治久安、人民安居乐业。 • 打造共建共治共享的社会治理格局。提高社会治理社会化、法治化、 智能化、专业化水平。加快社会治安防控体系建设，依法打击和惩 治黄赌毒黑拐骗等违法犯罪活动，保护人民人身权、财产权、人格

航 空 器 飞 行 管 理 暂 行 条 例》  从事民用无人驾驶航空器系统的设计、生产、使 用活动，应当符合国家有关实名登记激活、飞行 区域限制、应急处置、网络信息安全等规定。  禁止利用无人驾驶航空器实施下列行为：非法获 取、泄露国家秘密，或者违法向境外提供数据信 息。 2023-12-18 工业和 信息化 部 《 民 用 无 人 驾 驶 航 空 器 生 产 管 理 若 干规定》 驶航空器中设置恶意程序；发现民用无人驾驶航 空器存在网络或者数据安全缺陷、漏洞等风险 时，应当立即采取补救措施，按照国家有关规定 及时告知使用人，并向住所地的县级以上地方人 民政府工业和信息化主管部门或者省级通信主 管部门报告。  国家鼓励民用无人驾驶航空器生产者依法使用 商用密码等技术手段保护网络与信息安全。  民用无人驾驶航空器生产者应当加强民用无人 驾驶航空器生产过程的数据管理和安全防护。 2024-03-27 的通用航空产业发展新模式基本建立，支撑和保 障“短途运输+电动垂直起降”客运网络、“干-支- 末”无人机配送网络、满足工农作业需求的低空 生产作业网络安全高效运行。  强化装备安全技术攻关，重点突破电池失效管 理、坠落安全、数据链安全等技术，提升空域保 持能力和可靠被监视能力。 2023-11-8 中国民 用航空 局 《 中 华 人 民 共 和 国 空 域 管理条例（征 求意见稿）》  空域数据按照使用性质分为空域结构数据、空域

号）和《国家基本公共服务体系“十二五”规划》（国 发〔 2012 〕 29 号） • 习近平总书记作出重要指示：法治是平安建设的重要保障，加快创新立 体化社会治安防控体系 • 十八届四中全会，推进公共安全法治化，构建国家安全法律制度体系 • 中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于加强社会治安防控体系 建设的意见》 • 发改高技 [2015]996 号《关于加强公共安全视频监控建设联网应用 工作的若干意见》 • 中共中 体思路 • 十三五规划中指出要创新社会治安防控体系，完善社会治安综合治理体 制机制，以信息化为支撑加快建设社会治安立体防控体系，建设基础综 合服务管理平台。大力推进基础信息化、警务实战化、执法规范化、队 伍正规化建设。构建群防群治、联防联治的社会治安防控网，加快推进 网上综合防控体系建设。实施社会治安重点部位、重点领域、重点地区 联动管控和排查整治。加强打击违法犯罪、禁毒、防范处理邪教等基础 理社会化、 法治化、智能化、专业化水平，加快建设立体化、信息化社会治安防控 体系 2018 党的二十大报告指出： • 建设平安中国，加强和创新社会治理，维护社会和谐稳定，确保国 家长治久安、人民安居乐业。 • 打造共建共治共享的社会治理格局。提高社会治理社会化、法治化、 智能化、专业化水平。加快社会治安防控体系建设，依法打击和惩 治黄赌毒黑拐骗等违法犯罪活动，保护人民人身权、财产权、人格

飞行申请与审批 、 飞行器 管控与服务。 以深圳为例 ，预计 2025 年商用飞行达 150 万架次 ，高密度高频次的低空飞行面临技术难 题。 高密度 城市同时在空 将 超 10 万架次 碰撞、避障等 高复杂性 复 杂 的 面 / 象 / 建 筑 深圳 150 米建筑达 356 座 欧盟 ：注重空域数字化与管控自动化 n U1 行 的冲突监测 、 动 监测 、 动 避障、与载人航空集成接口 n U4 全面服务 ：对无人机和 U-space 系统实现高度 动化、 连 接 性和数字化 美国：逐级进阶式高密度飞行安全管控 n UTM1.0 ：低密度空域，视距内飞行，人工处置冲突 n UTM3.0 ：常态超视距 、 防碰撞、规避静态障碍 n UTM4.0 ：高密度城区超视距运行，规避动态障碍 运营 人 无人 等问题尚未解决，无法满足大规模、高密度、高复杂、融合飞 行 基础设施总量不足 ，标准化滞后 ，共享、共用、共管、共控程度不高 ，重复建设隐患 大 5 产业发展 应用场景和飞行规模有限 ，产业发展缺乏整体解决路径 ，无法满足商业闭 形 成 飞行管控 业务壁垒 安全保障 三、低空经济发展核心痛点 产业生态 管服平台 基础设施 资源共享 2 3 4 1 1. 发展趋势与痛点 2.