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

低空微气象服务 平台 05 创新应用场景 06 实施与展望 系统总体架构 01 三大核心模块构成 气象数据采集模块 通过部署在低空（ 1000 米以下）的 5 个采集点，实时监测温度、湿度、气压、风速、风 向等气象参数，采用高精度传感器确保数据准确性，并支持动态调整采样频率以适应不同 天气条件。 数据处理与分析模块 服务应用模块 集成边缘计算与云计算能力，对采集的原始数据进行清洗、校准和融合处理，结合机器学 米，适用于机场、风电场 等场景的航危天气预警。 监测设备组成 激光测风雷达 基于多普勒频移原理的 LiDAR 系统， 可实时获取 0-500 米高度层的三维 风场数据，风速测量精度 ±0.1m/ s ，风向精度 ±1° ，满足 eVTOL 起 降走廊的风切变监测需求。 智能气象站组网 部署于建筑物屋顶的微型气象站集 群，集成超声波风速仪、高精度温 湿度传感器和气压计，实现城市冠 层 0-100 多源数据采集 采用 AI 驱动的异常值检测算法剔除噪声数据， 结合时空插值技术填补缺失值，并通过卡尔曼 滤波实现多源异构数据的动态加权融合。 数据清洗与融合 特征工程优化 基于低空湍流、风切变等特殊场景构建三维气 象特征矩阵，利用小波变换提取高频气象波动 信号，为模型训练提供高价值输入。 整合气象卫星、地面观测站、雷达、无人机及 物联网设备等多维度数据源，通过标准化接口 实现秒级数据接入，确保数据实时性与完整性。

................................................................................... 35 1.1.4.14 电力、风电、油田巡检.............................................................................................36 模型航空器，是指重于空气、有尺寸和重量限制、不载人，不具有控制链路回传遥控站（台）功能或 者自主飞行功能，仅限在操纵员目视视距内飞行或者借助回传图像进行第一视角遥控操纵飞行的无人驾驶 航空器，包括自由飞、线控、无线电遥控模型航空器。目前我们国家对于航模的定义，航空模型要在视距 内，视距距离不超过 500 米，相对高度不超过 120 米。 无人机的定义则是：无人驾驶飞机，一般是指无人飞行载具，也就是不需驾驶员在机内驾驶的飞机。 指挥。可以飞到几千公里以外，现在最大 的可以留空时间达到 48 小时，这也是无人机的一个显著特点，航模是达不到的。 从定义就可以看出，两者是有明显的区别。 （2）飞控系统 无人机和航模最大的本质区别，在于有无智能化的飞控系统，能否实现自主飞行。 通俗来讲，无人机本身相当于带着大脑飞行，飞手只需通过数据链将地面控制参数与无人机进行交互， 无人机就可以实现自主飞行，可以是超视距。 航模则

大，传统高空航空技术被 简化、优化，以适应低空空域的小型化设备需求。特别是在导航领域，GNSS 技术结合 INS， 实现了更高精度的导航。同时，地面通信设施的升级，以及卫星通信的引入，使无人机与控 制中心之间的信息传输更加稳定。 3、智能化与自动化：进入 21 世纪，随着 5G、物联网、人工智能（Artificial Intelligence， AI）和边缘计算等技术的飞速发展，低空 和任务执行。自主导航技术在无人机的智能化发展中具有重要意义，特别是在复杂任务和高 风险环境下的应用，如灾害救援和基础设施巡检。 3.3 监视技术 低空监视技术在无人机交通管理、低空空域管控等领域中发挥着重要作用，尤其是在应 对日益增长的无人机应用需求和潜在安全威胁时，结合主动探测、被动监听、视频取证等多 种技术手段，实现对合作和非合作无人机的实时感知、定位、跟踪和状态识别。以下是几项 息等，捕获非合作无人机的行为数据。两者结合形成监视闭环，确保对所有无人机的覆盖和 实时监控。主动探测能够精准识别飞行器的物理位置，被动监听则确保对非合作无人机的隐 蔽监视，从而实现全方位的安全管控。 8、视频取证与行为分析 在低空监视中，视频取证技术通过阵列摄像设备或单个高分辨率摄像机获取飞行器的实 时视频数据。结合 AI 和深度学习技术，视频取证不仅能够捕捉无人机的飞行轨迹，还能够

................................................................................ 72 第七部分 实施步骤与风险防控 ............................................................................................... 73 ........................................................................................ 73 二 、风险防控 ................................................................................................... 、 金佛山等景区， 开通直升机 、观光机低空航线， 游客可从 空中俯瞰雪山 、峡谷 、森林 、瀑布的壮美景观， “ 感受 横看 成岭 ” 侧成峰 的意境 。配备山地专用低空飞行器， 具备抗风 、地形避障功能， 提供专业讲解 、摄影服务等增值服务。 . 水体景观类景区 ：在长江三峡 、都江堰 、泸沽湖 、邛海等 水域景区， 推出水上飞机 、低空游船组合产品， 实现 “ 空 中观

01 02 03 04 05 生态评估 建立生态数据库，划定保护红线， 平衡开发需求。 设施建设 采用绿色建材，建设生态友好型起 降 点 。 扩保护区 增碳汇林 智控流量 本年度通过低空旅游生态保护项目，显著提升环境协调性。 Q1 Q2 团队搭建 渠道投放 风控 管 理 实 施 流 程 核 心 要 素 定义 06 保障措施与可持续发展 由政府牵头联合金融机构设立专项基金，用于支持低空经济 基础设施建设、技术研发和项目孵化。 优化审批流程 简化低空飞行活动审批程序，建立一站式服务平台，提高企 业运营效率并减少行政负担。 风险补偿机制 建立低空经济保险池，为企业提供飞行事故、设备损坏等风 险保障，增强市场信心。 政策扶持与资金保障机制 设立产业发展基 金 飞行技术 空管知识 缺口测算 标准制定 决策能力 强化低空领域管理者的政策解读、风险评估及创新决策能力，要求掌握无人 机管控、空域规划等专业决策工具的应用方法。 空地协同 特情处置 实训落地 资质认证 指挥能力 重点培养通航企业管理者对飞行机组、地勤团队的统筹协调能力，包 括任务分配、应急响应、跨部门协作等实战化领导素

核心指标要求 预期容量 察打型 300~400kg ，速度＞ 300Km/h 300~350 高原型 起飞高度＞ 5000m 250~300 舰载型 抗风 8 级，续航 5h ，速度＞ 500Km/h 200~250 海岛型 抗风 8 级，续航 6h 150~200 外贸型 负载 50kg 以上，速度＞ 300Km/h 200~250 合 计 1100~1350 小型高速垂起需求（ 150~200 救援保障型 有效负载 400kg ，速度＞ 300Km/h 150~200 物资投送 有效负载 400kg ，速度＞ 300Km/h 250~300 舰载型 有效负载 400kg ，抗风 8 级，续航 8h 150~200 外贸型 有效负载 400kg 150~200 民用拓展 医疗救援 150~200 合 计 1000~1300 中型高速垂起需求（ 2000kg 级） 、代表性企业 上游：材料与核心零部件 •宝钛股份：主要提供钛合金材料。 •中航高科：专注于航空材料的研发和生产。 •德赛电池、欣旺达：提供电池和能源系统相关产品。 •航新科技、安达维尔：涉及飞控系统和动力系统的核心设备制造。 中游：航空器制造与低空基础设施 •中信海直：作为通航龙头，专注于直升机和无人机的制造与运营。 •大疆创新：全球领先的无人机制造商，提供多种无人机产品。 •万丰奥威：专注于电动垂直起降飞行器（

、信息壁 垒突出、复杂地形抵达受限等核心短板，依托低空领域开放与技术创新， 构建空地一体、智能高效的新型救援网络。 低空经济与应急能力协同升级紧扣低空经济发展新机遇，推动空域资 源从"行政管控"向"资产化运营"转型，通过无人机、无人直升机等低空装 备与物联网、卫星通信技术的深度融合，实现应急救援从"被动响应"到" 主动预防"的智能化跨越。 2. 经济社会价值 救援效率革命性提升 1 米/s 高速飞行避障。 抗干扰定位修正：在卫星信号弱区（如高楼群间），利用惯性导航与 地面信标交叉校准，确保定位漂移率<0.1 米/秒。 3. 智能管控：低空全域安全治理体系 数字低空网络架构构建"空管平台—基站—终端"三级管控体系： 6 全域态势感知：通过雷达、ADS-B（广播式自动相关监视）、电子围 栏等技术，实时获取无人机位置、身份标识等信息，实现全国低空目标 100%可监测。 如，某物流企业利用自有无人机网络，在非应急时段承担电商配送，应急 时可快速转换为救援力量，实现资源利用率提升 70%。 标准制定：全链条规范化体系 技术标准：出台《无人机应急救援适航认证细则》，明确载荷重量、 抗风等级等关键指标；制定《低空通信协议标准》，打通不同厂商设备的 数据接口（如某省已实现大疆、亿航等品牌无人机统一接入指挥平台）。 空域管理标准：划分"应急救援专用空域"，明确战时/灾时快速审批流 程（目前试点区域已实现应急飞行计划

接口接入第三方服务。 三、建设内容与设备清单 3.1 核心设施配置 项目 技术参数 数量 单 价 （ 万 元） 总 价 （ 万 元） 3 楼 顶 无 人 机停机坪 面积 200 ㎡，抗风等级 8 级，配备自动 照明系统、RTK 高精度定位、防滑耐磨 涂层，承重 5 吨/㎡ 1 座 180 180 多 机 位 起 降平台 智能调度系统（支持 10 架无人机并发起 降）、毫米波防碰撞雷达、自动引导标 器人（换电时间≤3 分钟），配备过载 保护与智能监控系统 10 工位 15 150 园 区 管 理 无人机 大疆 Matrice 30T，配备夜视摄像头、喊 话器、抛投器，续航 43 分钟，抗风等级 7 级 10 架 32 320 3.2 智能管理系统 低空运营平台：对接民航 UTMISS 系统，实现飞行计划自动报备、审 批状态实时跟踪；支持多用户权限管理，保障数据安全。 AI 试、与民航系统对接 6 试运营 2025.12 开通快递配送、安防巡检服务，收集用户反 馈优化系统 全面运营 2026.01 医疗急救系统正式上线，开放第三方服务接 口，启动数据增值服务 七、风险管控 7.1 空域风险： 提前与军方、民航部门沟通，申请固定飞行走廊与临时空域使用权， 获取《特定类无人机试运行批准函》。 采用“白名单”制度，仅允许备案无人机在指定区域飞行，规避政策合 规风险。

............52 2.4 飞控系统........................................................................................................................................... 53 2.4.1 无人机飞控简介................... .............................54 2.4.3 飞控与自驾仪的联系与区别................................................................................................54 2.4.4 无人机飞控组成...................................... ...................................................................................... 187 4.20.4 相控点要求.................................................................................................