2449–2470 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 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, 包括低空组网覆盖和资源分配技术、网络资源孪生建模与状态同步 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

细分指标 5G-A 通感 雷达 无线电探测 光电探测 RID[13] ADS-B 技术介绍 中 距 离 覆 盖, 适 用于低慢小目标 监测 长距离覆盖,适用 于空域、水面等多 种 场 景, 高 远 大 目标 被动接收无人机 的无线电控制及 图传信号 实现非接触式精 准 测 量, 适 用 于 目 标 确 认、 类 型 识别、跟踪取证 无人 机 射 频 识 别与监管技术, 适用于微型、轻 型、小型民用无 征的并行处理 [14];此后,在高层网络通过拼接、加权平 均或注意力机制等方法进行特征融合,最终接入分类 器完成目标识别。 其二,基于 Transformer 的融合。 该 方案利用其核心的自注意力机制,动态捕捉不同模态 特征间的关联性,使各模态在融合过程中能聚焦于彼 此最相关的信息片段,尤其适用于异构性强、关联复杂 的多源数据融合场景。 其三,图神经网络。 该方案将 低空监视场景中的目标(如无人机、障碍物等)抽象为 旨在从轨迹序列中学习鉴别性特征。 循环神经网络( Recurrent Neural Network,RNN) 及其 变体凭借其循环结构能够有效捕捉时序依赖关系,适 用于学习无人机的典型动态模式;Transformer 模型则 基于自注意力机制,在并行计算与长距离依赖建模方 面具有显著优势,能够精准识别关键行为模式,其性能 通常优于传统循环网络;同时,一维 CNN 通过局部卷 积操作,能够高效提取轨迹片段中的局部时空特征(如

编制说明 成都自 2019 年推出“城市机会清单”以来，通过梳理“解决方案征集、规划设计编制、技术 联合攻关”等供需信息，为城市和企业资源共享共用搭建了统一开放平台，让更多的场景具象成 为可感知、可视化、可参与的城市机会，推动产业发展和企业培育从“给优惠”向“给机会”转 变，进一步营造良好的营商环境。 本批次清单围绕场景赋能低空经济增长新模式，聚焦低空经济领域新技术新产品首发、首秀、 场景介绍 场景建设 地点 需求类别 需求名称 需求内容 可提供的支持 （场景所需的场地、数 据、资金等） 单位名称 联系人 联系方式 信息 有效期 下游 无人机 电力巡检 场景 通过自研一套基于业 务场景能快速处理通 道激光或可见光点云 的数据系统，采用先进 的三维切片和 AI 智能 分析技术，集成数据去 噪、自动分类、一键检 测、自动生成报告等功 能，实现线路通道树 四川全域 为有人/无人飞 行器运营单位 提供通信导航 设备和服务；为 低空监管部门 （军方、民航、 地方政府、机场 运营方等）提供 飞行监视设备 和服务。 围绕低空通信、导航、监视等需求，突破适 应低空交通管理的低空监视及避碰防撞通信 数据链核心新技术，提供通信（以 5G-A+低 成本自组织专网为主，以卫星互联网和北斗 短报文为应急）、导航（地基增强系统，星 基增强系统等）、监视（ADS-B+MDL+Remote

：借助设备管理、设备告警功能 ，对关键设 备进行实时监测 ，一旦出现故障或异常情况 ，及时发送警报通知 ， 保证展览的正常进行。 • 规则联动与情景模式 ：通过规则联动功能 ，配置特定条件下的自 动化操作 ， 同时 ，可以根据不同的展览主题或时间段设置不同的 情景模式 ，提供个性化的展览体验。 数字孪生大屏 可视化运维数字孪生 平台 室内环境监测 传感器 空间占用传 感器 设备组成 反馈抑制防 啸叫 超强性能主机 3.5 英寸触 屏 4.3 英寸触 屏 按键款 简约款 发言系统 MIR 处理 器 通 过 EASE4 . 4 软 件 进 行 声 场 模 拟 ， 选 择 适 合 的 音 箱 设 备 ， 按 照 会 议 室 一 级 声 压 级 标 准 9 8dB ， 确 保 能 达 到 最 佳 扩 音 效 果 选 用 专 业 会 议 全 频 音 箱 ， 美 控制 屏 无纸化服务器 无纸化升降器 翻转无纸化 桌面无纸化 灯光设备 传感器 角色分离 + 会议纪要 实 时 语 音 转 写 · 音 字 对 应 回 听 · 自 动 语 义 分 段 · 重 点 内 容 标 记 · 语 气 词 过 滤 · 禁 忌 词 屏 蔽 语音转写系统实现在会议过程中对会议的发起方、 参与方、 主席、 主持人、 秘书等将各方发言的内容进行角色分

• 军地民低空协同管理机制尚未建立 ，企业需与多部门进行沟通审批 ， 涉及环节多且流程繁琐 • 空域资源有限 ，亟需建立有限空域高效利用机制。 事故处理 职责分工 • 工信、交通、发改、规自、住建等各部门之间职责尚未明确 ，面临监 管缺少、服务不足等问题 • 以驾驶员为中心构建的通航事故侵权责任制度难以适用 ，需市探索市 公安和民航部门联合机制 《条例》框架和重点内容 低空经济发展难题挑战 平 台 ，形成空域规划、航路设计、运行监管、设施监管、 事故预测及分析等全流程低空管服引擎能力， 支 撑实现“管控式飞行”到“城市级服务式大规模飞行”。 低空数字化管理服务平台 （已接入全市低空适飞空域、 85 个 无人机起降点（ 拟增设至 1020 个起 降点）、 26 个通航机场 、 156 条无 人 机航线、 6 万余架飞行器以及城 市试 验场和低空测试场相关信息 ）南山低空融合创新试验区集成交付 ：面向高密度城区复杂环境与多种 应 用 场景 ，以后海片区 - 深圳湾滨海休闲带约 7.8 平方 里范围为试验点 ，面向无人机 即时配 送、 消费级无人机有序适飞 、 无人机表演、城市巡检、工地监测、载人观 光等多种应 用场景开展基础设施建设和系统性技术测试 ，依托各类场景积累异构低空 航空器融合 运行创新经验，推动建立低空融合运行现代治理能力。

低空经济产业的蓬勃兴起推动了无人机与航空器制造技术的飞速进步。这 些 飞行器不仅在军事领域发挥着重要作用，也逐渐渗透到商业、科研和公共服 务等 多个领域。无人机与航空器的制造越来越注重模块化和个性化定制，以适 应多元 化的任务需求。随着材料科技的进步，复合材料、高性能轻质合金等被 广泛应用 于机体结构设计中，使得航空器在不牺牲强度的前提下重量大大减 7 轻，显著提高 7 了燃油效率和续航力。 机协同操作技术的发展，可以实现复杂的监测任务和集体作业，显著提高了 作业 效率和安全性。自主飞行技术的进步还推动了地面控制站的设计创新，这 些控制 站不再是单纯的操作中心，还融合了高级的决策支持系统，能够处理来 自无人机 的大量数据并协助决策制定。 在软件层面，开放式平台和应用接 口允许第三方开发者为无人机和航空器 提 供定制化软件解决方案，促进了整个产业的创新。操作界面和用户体验的不 断优 化，使得这些 飞越 全球各地，为旅游行业打造出沉浸式、多元的娱乐选择，实现持 续增 12 长与繁荣。 4、低空经济+消防：应急救援新利器 低空经济技术是提高消防和应急救援响应效率的有效手段。在面对火灾、 自 然灾害或是其它紧急情况时，无人机能够快速升空进行现场评估，帮助救援 人员 迅速判断情况。无人机提供的高清实时视频可以助于确定火源位置和估算 火势蔓 延趋势，使得消防作业更加精确和高效。在灾难发生后，无人机还能进

家空防安全、公共安全和飞行安全的绝对前提下，最大程度地释放低空空域资源的经济潜力 与社会价值。 ⚫ 一方面，是产业界对“放得开”的强烈诉求。eVTOL 制造商、无人机物流运营商、通航 企业等市场主体，迫切需要更广阔的适飞空域、更便捷的飞行计划审批流程、更清晰的 运行规则和更完善的地面基础设施，以降低高昂的运营成本，拓展商业模式，实现规模 化盈利。前民航局局长冯正霖曾形容通用航空发展“大势向好，路径曲折，热度上升， 的演进逻辑和深层 考量是什么？ ⚫ 安全如何保障？当前的低空安全体系由哪些核心部分构成？从飞行器本身（适航审定） 到操作人员，再到地面基础设施和管理流程，它们各自扮演什么角色？我国在关键的适 航审定领域取得了哪些突破性进展？ ⚫ 痛点究竟在哪？综合来看，当前制约产业从“起飞”到“腾飞”的法规、技术、管理、 市场和社会认知瓶颈具体是什么？这些瓶颈之间的内在联系如何？ ⚫ 未 三阶段改革 长期以来，我国空域实行军方主导、统一管制的模式。这一体制在保障国防安全方面起 到了至关重要的作用，但也客观上限制了通用航空等民用低空活动的开展。为适应经济社会 发展需要，我国自 2010 年起，开启了长达十余年的低空空域管理改革探索，大致可分为三 个标志性阶段。 图 2-1：中国低空管理改革之路 2.1.1 第一阶段（2010-2015 年）：“分类”破冰，试点探索与局限

 网络式运行识别服务提供者要求：应符合国家用 户隐私保护及数据安全等相关法律法规的要求。 2024-07-23 中国民 用航空 局 《 中 型 民 用 无 人 驾 驶 航 空 器 系 统 适 航 标 准 及 符 合 性 指 导 材 料（试行）》  指挥和控制数据链路安全符合性说明报告：可说 明无人驾驶航空器系统满足 2.2.4（a）（1）的 指挥和控制数据链路安全防护设计 （如加密设 用者采取相应技术手段保护网络和数据安全。开展低 空经济相关产品的安全技术和标准研究。 浙江省 《绍兴市人民政府关 于推进低空经济高质 量发展的实施意见》 《关于支持民航强省 低空经济发展加强自 然资源要素保障的通 知》  围绕低空感知管控体系和低空信息安全关键技术开展 研究，有序推进要地防御技术创新迭代。  加快推进实景三维浙江建设，打造全省低空三维可持 续更新的数字孪生空间，夯实基础数据资源底板，为 2.2. 国内标准  GB 42590-2023 民用无人驾驶航空器系统安全要求:我国首部针对民用无人 机的强制性国家标准，于 2023 年 5 月发布，2024 年 6 月 1 日正式实施。适 用于除航模外的微型、轻型和小型无人驾驶航空器，覆盖研制、生产、交付、 使用全环节，涵盖电子围栏、远程识别、应急处置、机体结构、数据链保护 等 17 个方面的强制性技术要求，标准中还对每一项安全要求规定了相应的

小型飞行器的监管体系。在 2020 年，FAA 发布了《无人机规则改 革法》，致力于简化无人机的申请及监管流程，从而推动无人机在 快递、巡检、农业等领域的应用。 其次，中国的低空经济正在蓬勃发展。自 2019 年《低空空域 管理改革试点实施方案》发布后，中国民用航空局陆续推出了一系 列政策措施，鼓励低空飞行器的开发与应用。根据相关统 计，2022 年中国无人机市场规模已经突破 350 亿元人民币，预计 养学生的创新意识和创业能力，尤其是在低空经济快速变化的 环境下，这类课程将帮助学生更好地适应市场变化。 为了更好地实施以上方案，建议高校与行业企业进行有效的合 作，共同开发针对性的教材和课程内容，并定期更新课程设置以适 应行业的需求变化。同时，也可以通过建立校企联合课程开发委员 会来进行课程的审核与调整。 具体的课程设置表格可参考如下： 课程类别 课程名称 学分 开设形式 基础课程 航空基础知识 3 理论讲授 还降低了物流成本。在城市密集区域，无人机配送能够有效避开交 通堵塞，实现 24 小时快速送达。 例如，某快递公司在实施无人机配送后，其配送时效从平均 1 小时缩短至 30 分钟，同时配送成本降低了 20%。这种模式特别适 用于偏远乡村或交通不便的地区，实现了物流的全面覆盖。 在城市配送的案例中，无人机的快速反应能力已被证明：  配送效率：平均每个配送点的配送时间缩短 60%。  成本降低：人力资源节省达 25%。

探索低空技术及应用创 新。 混合所有制模式： 混合所有制模式是指由国有企业、民营企业、外资企业等多种所有制企业共同投 资建设和运营的园区模式。这种模式的优点是资本多元化、资源整合能力强、市场适 应性好，缺点是股权结构复杂、管理协调难度大、决策效率低。 版权所有：天域飞行·侵权必究 作者微信：13804783205 17 典型案例是合肥合翼航空有限公司，由合肥市国资平台与亿航智能合资成立，专 尽管各地政策支持力度不断加大，但在实施过程中仍面临一些共性问题： 空域资源受限：如成都受双流机场等影响，目前全市仅有都江堰、彭州等周边地 区纳入低空协同管理空域且真高不足 500 米，"5+2"中心城区未纳入试点范围，适飞空 域约 2700 平方公里，仅占全域面积的 18.84%。 审批流程繁琐：如长沙当前低空空域审批仍需提前申报计划并当日确认空域，对 于大型活动等预约飞行执行存在高度不确定性，且对商务飞行业务存在较强限制。 企业自建园区的发展趋势预测 产业规模快速增长： 根据赛迪智库预测，2025 年我国低空经济市场规模将达 8591.7 亿元，2035 年有 望突破 3.5 万亿元。随着《低空空域管理改革实施细则》等政策落地，空域划设、适 航认证等瓶颈将逐步突破。 企业自建低空经济装备园区将成为低空经济发展的重要载体，预计到 2027 年，全 国将建成 5200 个智能停机坪，超过麦当劳门店总数。深圳、成都、合肥等城市将成为 低空经济发展的重要节点。