今天谈低空
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(报告出品方/作者:浙商证券,张雷、黄华栋、杨子伟)
1 “新质”低空提升全要素生产率,贡献基建新增量
低空作为新质生产力,具备新增资本要素和提高全要素生产率的双重作用。根据索洛 增长模型,经济长期增长取决于劳动力要素、资本要素的投入量及全要素生产率三个要 素,我们认为低空经济作为新质生产力,具备新增资本要素和提高全要素生产率的双重作 用。1)增量资本要素:如今路面交通愈发拥堵,地面资源逐渐匮乏,在传统土地要素被充分挖掘后,人们亟需拓展新空间,低空资源的开发将空中的自然资源转化为经济资源,蕴 含巨大商业价值;2)提高要素生产效率:根据《发展新质生产力是推动高质量发展的内在 要求和重要着力点》,新质生产力由技术革命性突破、生产要素创新性配置、产业深度转型 升级而催生,以劳动者、劳动资料、劳动对象及其优化组合的跃升为基本内涵,以全要素 生产率大幅提升为核心标志,特点是创新,关键在质优,本质是先进生产力。低空飞行相 比传统地面交通效率大幅度提升,未来规模化运作后,经济性也会快速提升,低空经济有 望成为全社会降本增效的代表路径。
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中央顶层设计带头,低空经济进入发展元年。2021 年“低空经济”首次写入《国家综 合立体交通网规划纲要》,2023 年中央经济工作会议将低空经济列为战略性新兴产业, 2024 年低空经济首次写入政府工作报告,并纳入新质生产力范畴,低空经济发展进入元 年,2024 年 3 月底,工业和信息化部、科学技术部、财政部、中国民用航空局四部门联合发布了《通用航空装备创新应用实施方案(2024-2030 年)》表明推动基础支撑体系建设 等重点任务,为培育低空经济新增长极提供有利支撑。低空空域改革不断深化,空域开放取得实质性突破。2023 年国务院、中央军委发布 《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》,并于 2024 年 1 月 1 日正式施行,这是我国首部针 对无人驾驶航空器的行政法规,标志着我国无人机产业将进入“有法可依”的规范化发展 新阶段。条例划设了无人驾驶航空器管制区域,明确管制空域范围以外的空域为微型、轻 型、小型无人驾驶航空器的适飞空域,并且微型、轻型、小型无人驾驶航空器在适飞空域 内的飞行活动无需向空中交通管理机构提出申请。2010 年国务院、中央军委印发《关于深化我国低空空域管理改革的意见》指出,深化 低空空域管理改革,是大力发展通用航空、繁荣我国航空业的重要举措,开启了中国通航 发展新阶段。2023 年 12 月《国家空域基础管理法》正式发布,将空域划分为 A、B、C、D、E、G、W 等 7 类,其中,A、B、C、D、E 类为管制空域,G、W 类为非管制空域, 首次划分出非管制空域,更好利用国家空域资源,规范空域划设和管理使用,对低空经济 发展意义重大。
地方政府积极响应中央号召,相继出台低空顶层规划和基建支持政策。截止 2024 年 6 月 15 日,有 24 个省份把低空经济写入政府政府报告,安徽省、山东省、广东省三个省率 先发布三年行动方案,深圳、北京、合肥、芜湖、苏州、无锡、南京、广州、杭州等城市 发布三年发布行动方案,后续期待浙江省、江苏省、四川省等省市的具体行动方案落地。各地陆续出台的政策中涉及低空基础设施建设举措众多,主要从规划、补贴等角度支持低 空基建发展。各省市规划了各类起降点和测试场等物理基础设施建设,也表明加快推进通 信、导航、监视、气象等信息基础设施建设,整合空域资源,打造空域数字孪生系统,划 设航路航线,形成低空飞行统一调度管控服务平台,并对相关基础设施建设给予补贴支 持,助力构建低空智联网体系,构筑低空经济腾飞的基石。
多地组建产业基金,抢占低空发展赛道。安徽、重庆、贵阳、广州、苏州、武汉、共 青城等地陆续做出了成立低空经济产业基金规划或落实,以支持低空经济产业发展,基金 规模从 10 亿元到 200 亿元不等,贵阳、苏州和武汉以基金集群的形式成立。
政策不断刺激,低空经济有望形成万亿规模。工信部下属机构赛迪顾问发布的《中国 低空经济发展研究报(2024)》透露 2023 年中国低空经济规模达到 5059.5 亿元,但是低 空基础设施和飞行保障的发展潜力尚未充分显现,随着低空飞行活动的日益增多,低空基 础设施投资拉动成效的逐步显现,乐观预计到 2026 年低空经济有望达到 10644.6 亿元。2 月 28 日,在国务院新闻办公室举行的新闻发布会上,中国民用航空局副局长韩钧表示, 2030 年我国低空经济规模有望达到 2 万亿元。
低空发展基建先行,四张网构建基建软硬件一体化生态。低空产业链可拆分为基础设 施、飞行器制造、低空运营服务和低空飞行保障四大块,低空基础设施是低空飞行器运行 的必备前提,低空飞行具有异构、高密度、高频次和高复杂度的特点,其管理和服务的复 杂度远超传统人工管理和服务的能力范围,相比传统通航基础设施,提出了新的要求。深 圳作为全国低空布局领先的城市,提出低空基建“四张网”较为全面的概述了低空基建所 包含的各个种类:1)设施网:主要系硬件的物理起降点、充电设施等;2)空联网:主要 包含通信、导航、监视、气象等硬件的信息基础设施建设,负责低空信息感知、传输和处 理等功能;3)航路网:主要包含 3D 地图、空域管理软件等软件的基础设施;4)服务 网:主要系协,调多方的综合管理系统。
低空贡献“新基建”增量。2008 年四万亿针对轨道交通、道路桥梁等传统基建设施持 续投入,基建投资边际效益递减,增速持续放缓,根据国家统计局数据,交通支出占比国 家财政支出的比例从 2015 年的 7.03%下降到 2023 年的 4.45%。2018 年 12 月中央经济会首 次提及“新基建”,发展低空基建先行,通导监等硬件信息基础设施的铺设升级和信息化网 络的构建符合我国“新基建”的目标,对地方政府投资拉动明显。
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预计 2030 年国内低空基建市场规模(保有量)将达 5045 亿元。通过假设城市分级、 单个城市低空基建投入规模、建设节奏,计算国内低空基建市场规模:核心假设 1——城市分级:在上一篇《低空经济发展如火如荼,无人机空管市场方兴 未艾》中我们将城市简单划分为直辖市、地级市、县级市,基建测算中,考虑到各地经济 基础、人口、面积等变量的多维度属性,我们参考“新一线城市研究所”发布的《城市商业 魅力排行榜》,将全国 337 座城市分为以下五个阵营,一线城市(4 个)、新一线城市(15 个)、二线城市(30 个)、三线城市(70 个)、四线城市(90 个)、五线城市(128 个)、县 级市(394 个)。核心假设 2—单个城市低空基建投入规模:根据《广州市低空经济发展实施方案》,广 州在低空基础设施方面:建设广州第一个跑道型通用机场,新建 5 个以上枢纽型垂直起降 场、 100 个以上常态化使用起降点,低空基础设施投资规模超 100 亿元。考虑到通用机场 投资资金和冗余资金,假设以广州为代表的一线城市 2027 年之前低空基建投入规模为 80 亿元,27-30 年进行扩建,30 年累计投入规模是 27 年的 1.5 倍;基于城市面积和经济发展 情况,新一线城市、二线城市、三线城市、四线城市、五线城市、县级市分别在一线城市 的基础上给予折扣系数 70%、50%、30%、20%、10%、10%。核心假设 3—建设节奏:根据《通用航空装备创新应用实施方案(2024-2030 年)》,到 2027 年以无人化、电动化、智能化为技术特征的新型通用航空装备在城市空运、物流配送、 应急救援等领域实现商业应用,形成 20 个以上可复制、可推广的典型应用示范,部分城市 先行先建,假设 2027 年一线城市、新一线城市、二线城市、三线城市、四线城市、五线城 市、县级市的建成率分别为 100%、50%、40%、30%、20%、10%、10%。到 2030 年“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,通用航空 装备成为低空经济增长的强大推动力,假设 2030 年一线城市、新一线城市、二线城市、三 线城市、四线城市、五线城市、县级市的建成率分别为 100%、60%、50%、40%、30%、 20%、20%。根据上述假设,预计 2027 年国内低空基建市场规模(保有量)约 2430 亿元,2030 年 低空基建市场规模(保有量)将增长至 5045 亿元。
2 设施网:低空起降点规范确立,各地设计院加速布局
地面基础设施是重要的组成部分,24 年 5 月规范技术标准正式确立。作为城市空中运 输网络的关键节点,垂直起降场一般包含起飞降落区、停车场与航站楼、机场信标台、通 讯导航、充电与维保等设施,为 eVTOL 运行提供起降场地、充电与维修、空地交通接驳等 功能。这些场地可以位于市区的顶楼、停车场、码头、机场等地点,提供便捷的起降点和 乘客接送服务。和传统通航飞机起降点相比,eVTOL 不需要固定跑道,和直升机起降点相 比,对面积、周围环境的要求也大幅降低。2022 年 9 月 FAA 发布首个 eVTOL 垂直起降指 南,2024 年 5 月 30 日,中国民用机场协会发布《电动垂直起降航空器(eVTOL)起降场 建设技术要求》,规定了 eVTOL 起降场分类和场址选址的原则,规定了场址特性和道面设 计、荷载工况、专用设施与设备、消防救援设施等技术要求。
起降点层次化合理布局是未来趋势。根据土地面积大小、所处地段、匹配功能等因素 的差异,垂直起降场地主要可分为三种:垂直停机点、垂直停机站、大型停机场。三种停 机场地类型对应了不同的应用场景,可承载的起降飞行器与乘客数量也不同。1)垂直停机 点:因占地面积较小,基本坐落在城市中心的写字楼楼顶,适用于短暂的停靠,类似现在 的直升机停机坪,载客能力最低;2)垂直停机站:基本分布在城区较大的场地或城市近 郊,按需配置充电、维修、通讯导航等功能设施,载客能力中等;3)大型停机场:普遍位 于城市郊外,拥有独立划分的区域和最完整的硬件设施,是区域垂直起降飞行器的交通枢 纽,可集成其他地面交通方式,乘客吞吐能力最强。
我国通航机场数量落后全球发达国家两个数量级,低空经济领域亟待追赶。截止 2023 年末我国拥有 449个通用机场,其中跑道型机场和表面直升机场分别占比 44%、30%。近 十年来通航机场数量有所增长,但受限于空域限制、商业模式不顺、政策支持力度不够等原因,我国通航机场覆盖率远低于全球通航发达国家,以 2020 年 6 月单位面积机场计算, 有两个数量级的差距,我国低空通航产业需要打破原有模式弯道超车。
eVTOL 起降点对比通航机场投入规模大幅减小,未来 3 年有望快速普及。对比通航机场和eVTOL 起降点的投资,单个超过 800m 以上跑道的通航机场投资规模在 1-10 亿元,投 资规模较大限制了机场的数量从而限制了通航发展。实际上,机场的密度和数量越高,大 众就越容易使用,实现高效公共交通体系的可能性就越高,eVTOL 起降点无需跑道,类似 于小型、微型通航机场群(每个投资几十万、近百万),投资成本大幅度压缩,有助于 eVTOL 基建的快速铺开。从各地政府对基建的规划来看,单省份的总规划接近 500 个,发 达城市的规划在 200 个,相比原先通航机场基本相差两个数量级。从地方政府补贴来看, 广东对起降点设施按照实际投入资金的 50%给予一次性补贴(不含航空器和软件系统), 武汉市除补贴 50%投入规模以外,对起降机巢、eVTOL 起降场分别补贴不超过 10 万元、 100 万元。我们认为凭借较为便宜的投资成本和政府补贴支持,各地物理基建有望快速铺 开。
民航设计行业逐步开放,专业程度较高具备资质的企业较少。为促进民航发展,2017 年住房城乡建设部和民航局联合印发《关于进一步开放民航工程设计市场的通知》,简化民 航工程设计咨询标准,开放民航工程设计市场;住建部就施工企业资质改革在 2022 年 2 月 出台了《建筑业 企业资质管理规定》(征求意见稿),规定增设民航施工总承包甲级、乙级 资质,取消原有的专业承包甲级、乙级资质,资质等级增加。截止 2023 年 12 月 31 日,民 航工程设计领域共有甲级(3家)、乙级(17 家),具有民航专业工程设计业绩的综甲企业 4 家(4/91),其中涉及上市公司仅有华设集团、中工国际、上海建工、中航科工,整体玩 家相比传统基建领域较少,行业壁垒较高。
各地工程设计公司迅速布局,部分设计院拓展新商业模式。目前中国低空经济已初具 规模,但离大规模商用仍面临一定的距离,痛点之一在于配套基础设施建设滞后,不足以 支撑大规模示范应用和商业化发展。据中国工程院,目前全国通航使用低空空域不足 30% 且未成网连片。基于此,国内工程设计公司紧抓低空经济发展机遇,相继布局低空经济业 务,提升自身技术能力。其中,深成交依托数字孪生的智慧低空交通整体解决方案能力, 提供咨询规划-工程设计-数字管控-数字运营-数字运维的全过程服务,已为深圳市及各区政 府开展了各类产业、政策、法规、规则标准、路线站点等低空经济相关规划咨询设计工 作,目前处于行业领先地位,其余公司如苏交科、蕾奥规划、新城市、山水比德、华设集 团、中化岩石等也开始布局粤港澳、长三角、京津冀地区低空经济市场。除前端设计以 外,部分设计院公司凭借自身差异化优势布局低空产业链其他环节,比如华设集团布局空 管、苏交科布局无人机运营和检测,打造新增长曲线。
3 空联网:5G-A 通感一体化赋能,北斗与 ADS-B 技术齐发力
信息基础设施是低空数字化的基础。信息基础设施为低空飞行活动提供基本保障服 务,包括通信、导航、监视等组成部分,也是将低空数字化成可计算空域的关键。在《低 空经济发展白皮书(2.0)—全数字化方案中》被定义为“空联网”,即将低空空域和飞行 器信息数字化,对低空所有飞行器的精细化监测、识别、定位和报送。
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目前低空信息网络覆盖还面临不少挑战:1)传统对地通信网络信号覆盖高度不够:现有无线通信网络的有效覆盖高度大致为 150m 左右,而低空空域高度可达地面以上 1000m,虽然利用天线旁瓣对空中有一定的信号覆盖,但是天线旁瓣较多且杂乱、信噪比 普遍较差且起伏不定、天线辐射存在零陷无信号区域;2)信号上行速率不够:同时无人机 业务对上行速率要求高,传统移动通信网络服务人,以下行业务为主;3)监控能力不足:传统雷达技术成组下费用贵、摄像头监控技术范围有限受光照影响都不能满足,此外缺乏 统一低空飞行监控技术标准为后续互联互通埋下隐患;4)缺乏统一技术路线和框架体系:各地都出台配套政策但多偏向于顶层纲领设计,各地区发展中资源重复建设、利用率低。当前构建低空广覆盖、满足无人机大上行需求的无线网络和高精度、全天候的感知、技术 路线统一的网络至关重要。
3.1 通信、感知:5G-A 性能显著提升,通感一体化赋能低空经济
原有通信网络无法适配低空基建,需解决空域连续覆盖、时延等问题。未来低空飞行 器的发展方向为更长的航时、更远的飞行距离、更广服务范围,因此当前低空飞行器自带 公有频段的通信能力难以满足数字低空应用需求。同时,移动通信网络的建设前期主要针对地面用户进行站址选择、工参优化,低空空域的立体覆盖还存在大范围盲区,并有显著 的信号干扰情况。未来核心的技术方向是 5G 低空专网(解决空域连续覆盖问题)、网络切 片及边缘计算技术(解决时延、可靠性问题)、端到端 SLA 保障技术(提升网络效率)。
5G-A 性能和经济性大幅度提升,通感一体契合无人机网络架构需求。2021 年 4 月, 3GPP 正式确定 5G-Advanced(5G-A)为 5G 下一阶段演进官方名称,从 Rel-18 开始全球 5G 发展进入新阶段。在上行速度、时延、海量机器通信、位置精度识别和感知能力上相比 5G 大幅提升。5G-A 具有六大应用场景,其中通感一体化契合无人机运营商网络架构需 求,依托蜂窝移动通信网络、物联网、云计算等基础设施,形成通信、感知、计算一体化 的智能互联网低空数字化服务体系,其中通信主要负责接入、转发、身份标识等功能,感 知主要对无人机目标进行感知识别,智算全面处理数据实现网络智能化。经济性方面,通 过一套硬件设备和软件设计使通信和感知功能相辅相成,相比传统的低空雷达探测技术、 光电探测技术等,可有效降低额外设备投入,降低低空网络建设成本。
卫星互联网协同地面通信网络实现广域覆盖。低轨卫星由于传输时延小、链路损耗 低、发射灵活、整体制造成本低,可用于支持低空智联网发展。卫星通信技术可与 5G 技 术互为补充,为低空中的无人机和其他低空设备提供通信连接,弥补地面互联网的盲点和 空中通信盲区的联网需求,通过天基、地基网络融合,可利用卫星通信不受地形地貌限制 提供强大的覆盖能力,作为地面网络有效补充。
5G-A 在电新运营商推动下低空领域快速推广验证。运营商中国电信、中国移动也在 很多地方布局了 5G-A 技术,形成低空通感区域,相关验证不断开展,极大提升无人机的 跟踪和管理能力,为低空空域开放提供技术支持,中国移动联合华为开展通信感知一体化 样机研发,对无人机感知进行了测试验证,结果显示感知距离超 500m,角度精度达 0.2 度,速度精度小于 0.1km/h。相对于当前主流无人机感知技术,该样机感知目标更多,种类 更全,区域更广,结果更加可信。
3.2 监视:ADS-B 系统全覆盖、高性价比,有望成为主流路线
监视技术路线百花齐放,目标是精确、及时的定位跟踪飞行器。监视为空管运行单位 及其他相关单位和部门提供目标(包括空中航空器及机场场面动目标)的实时动态信息, 空管运行单位等利用监视信息判断、跟踪空中航空器和机场场面动目标位置,获取监视目 标识别信息,掌握航空器飞行轨迹和意图、航空器间隔及监视机场场面运行态势,并支持 空-空安全预警、飞行高度监视等相关应用,整体提高空中交通安全保障能力,提升空中交 通运行效率,提高航空飞行安全水平以及运行效率。目前监视技术可分为一次监视雷达、场面监视雷达、二次监视雷达、广播式自动相关监视(ADS-B)、基于卫星的广播式自动相关 监视(星基 ADS-B)、契约式自动相关监视(ADS-C)、多点定位(MLAT)等。
ADS—B 技术优势显著,有望在低空广泛应用。ADS-B 技术全称为广播式自动相关监 视技术,核心构成包括 ADS-B 机载设备(GNSS全球卫星导航系统、接收机、数据链系 统以及CDTI交通信息驾驶舱的显示)、地面收发及处理用用装备、通信链路和传输网络。航空器收到机载定位和导航系统的信息,利用加装的机载ADS-B设备,将自身的位置信息(经度、纬度)、飞行高度和飞行速度等方位信息以及姿态、航班号、地址码等其他信 息自动对外广播,以协助其他航空器和地面设备及时掌握其空中态势,从而实现相互感知。ADS-B技术作为监视技术,与传统的监视技术相比(一次雷达和二次雷达相结合的方式), 其在监视的范围精度和成本方面都有着显著优势。1)监视范围广:传统的监视雷达技术在建设地面站的过程中会因为地处偏远地区以及 环境恶劣等因素而难以建设。ADS-B 能够在无人值守的情况下全天候运行,其受到地理环 境等因素的影响较小,能够对区域进行有效的监视,监视范围更加广阔。2)监视精度高:在监视范围之内,ADS-B 能够提供更高精度和抗干扰的监视其数据 的更新速度比传统的雷达监视技术更快,能更加实时地监视空域内的飞行情况。3)性价比高。一套雷达监视设备的设置所需要 100~400 万美元的投资,ADS-B 设备 只需 10~40 万美元。ADS-B 在民航空观众广泛应用,作为雷达覆盖区域的补充监视手段,或无雷达覆盖区 域的主用监视手段,若将此技术运用到低空空域的飞行之中,并加以推广则可能更好的对 低空空域中的航空器进行监视:1)提高安全性:实现对无人机私人飞机等低空飞行器进行 有效地管理,从而减少低空飞行安全事故的发生,构建安全高效的低空空域管理系统。2) 便捷高效:ADS-B的高监视精度效果使得监管人员能够实时地观察评估空域中的交通 态势,空域交通管制变得更加便捷高效;3)提高空域利用率增加空域容量:进一步缩小了 航空器之间的飞行间隔,提高了空域资源的利用率,增大了空域容量。
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星基 ADS-B 全球无盲区监视,自主可控大势所趋。星基 ADS-B 继承传统 ADS-B 系统 监视信息丰富、定位精准度高、更新率快、使用灵活、建设成本低的优点,此外还具备以 下优点:1)星基 ADS-B 是目前实现对雷达、地面站无覆盖区域飞行进行跟踪监视最经济有效 的手段:ADS-B 的配置依赖大量布设地面接受基站实现在航路航线、终端区的信号接收, 受限于建设条件和成本,远洋、荒漠、山区等特殊地区难以覆盖,据统计全球只有 10%不 到的区域实现 ADS-B 飞行监视覆盖;星基 ADS-B 系统相较于陆基 ADS-B 系统将 ADS-B接收机安装于低轨卫星星座上,从而满足洋区、荒漠、偏远地区及地球南北两极等区 域的 监视需求,有效弥补陆基 ADS-B 系统布站的 局限性;2)星基 ADS-B 可以减少程序管制,提高空中交通管理的效率,优化航路利用;3)星基 ADS-B 是发生事故时,实施紧急定位救援的有力支持 手段;4)星基 ADS-B 还具有较高的军事应用价值。后续星基 ADS-B 主要发展方向为:自主可控、有机结合传统监视手段、多星座复合 定位应用、降低传输延迟。
国内四川九洲等研究机构星基 ADS-B 研发进展全球领先。2020 年 11 月,由国家空管 新航行系统技术重点实验室牵头,联合四川九洲空管科技有限公司共同研制的我国首颗面 向空管运行需求的星基 ADS-B 卫星“北航空事卫星一号”发射成功,获得了全球空域的大 量飞行数据,经过数据分析可知,繁忙空域内,平均每小时接收 ADS-B 消息数超过 100 万 条;最远探测距离超过 2500km;半径 800km 的设计覆盖范围内,95%位置消息更新间隔 低于 8s,报文更新率初步满足空管运行需求,性能指标达到国内领先、国际先进水平。
3.3 导航:提供精准位置信息,自主北斗系统有望广泛应用
导航定位技术提供精准位置信息,北斗导航具备大部分定位技术功能。导航定位技术 可以提供无人机或其他低空飞行器的准确位置信息,使其能够进行精准的导航和路径规 划,避开障碍物、实现精准投放、有助于实现低空空域的防碰撞和空中交通管理,提高飞 行效率,确保低空空域安全性。在科学研究和勘测等应用领域,导航定位技术可实现对目 标区域的高精度勘测,支持地球科学、天文学等领域的实验和观测。导航定位关键技术包 括卫星导航定位技术、惯性导航技术、视觉导航技术以及多传感器融合导航技术等主流技 术手段,我国北斗卫星导航系统基本已经支持大部分定位技术。
北斗系统在授时、通信、监视方面有重要作用,低空有望成为重要应用场景。北斗系 统创新地集成了定位与通信功能,具有实时导航、快速定位、精准授时、精准位置报告和 短报文通信服务五大功能,其中短报文通信服务在导航定位的同时提供卫星同时链路,帮 助用户实现数据传输。目前使用场景以手机、车为主。《民用无人驾驶航空发展路线图 V1.0(征求意见稿)》指出,未来无人驾驶航空器及其地面运行管理系统将以北斗、GPS 等 卫星导航系统,通信网络为基础获得统一的时间基准,并提出了不同阶段目标,同时也强 调了北斗导航在数据通信、监视技术方面可发挥的作用。《基于北斗的多链路通用航空监视系统设计》提出基于北斗导航系统的通用航空监视系统,利用 ADS-B 技术与北斗导航技术 的优势互补,构建了覆盖全国的通用航空监视网络。
北斗导航技术保障公共货运无人机跨海飞行。4 月 24 日,海南首条无人机公共货运物 流实现跨海飞行,是我国目前最大型无人机首次在复杂空域和飞行环境进行跨省、跨海远 距离货运飞行。文昌国际航天城管理局在文昌和珠海两地同时部署了基于北斗导航技术的 基础设施,实现了低空空域信号的完全覆盖,通过信息共享、同步运行、共同管控,确保 此次活动的飞行安全。
3.4 气象:低空气象条件苛刻,高效相控阵雷达有望普及应用
低空飞行对气象条件敏感,需要加强气象保障设施。主要系:1)低空飞行的通用航 空器种类多、体积小、重量轻,大多没有安装气象探测设备,飞行中不能监测空中天气并 适时避让;2)飞行器安全运行受到风、降水和能见度三大气象变量影响,大风强水平风切 →偏航,强垂直风切→侧翻)和下击爆流会使飞行失控,较低的能见度不利于安全驾驶和 飞行监视。低空飞行需要充分考虑不利气象条件,在气象监测、预报预警和气象导航方面 加强气象保障,并持续优化气象监测设备和创新技术。
各地气象部门护航低空经济腾飞。深圳气象局提出气象三张网,包括提升低空气象监 测能力的“气象监测网”,提升低空飞行的气象安全保障能力的“气象数字网”,赋能新兴 产业高质量发展的“气象赋能网”;2024 年 5 月 25 日,由深圳市气象局主导,深圳气象创 新研究院牵头组织的深圳气象科技产业先行示范区建设第三场主题活动举办,来自全国各 省市 20 余家与低空气象密切相关的专精特新及高新技术产企业参加,共同谋划深圳低空气 象大基建,构建低空飞行气象管理工程体系;江西气象部门与多部门共建通用航空气象服 务台,为江西通用航空企业和机场制定飞行计划、申请飞行路线和空域提供气象依据,已 试点保障 3个通航机场、6 家通航飞行单位、4 条通航航线;江苏省气象部门与机场、航空 公司等加强合作,在低空旅游、无人机运输等方面开展相关工作。
相控阵雷达识别天气优势明显,有望在低空经济中迎来新增长。相控阵雷达在各种天 气现象的快速识别中显示出明显的优势,可显著提高气象探测效率。纳睿雷达的 X 波段双 极化((双偏振)有源相控阵雷达,主要应用于对中小尺度、快速形成、生消迅速、致灾性 强的强对流天气进行探测、监视和预警,并在粤港澳大湾区组建了国内首个超高时空分辨 率的 X 波段双极化(双偏振)有源相控阵雷达天气观测网。纳睿雷达自主研发全极化多功 能相控阵雷达采用多功能一体化设计,致力于解决空管气象预警,目前多款产品已经在空 管领域进行试验测试。低空大气有着对流强、能见度低以及变化剧烈的特点,需要更加精 密的低空气象监测,高性能相控阵雷达市场有望进一步增长。
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4 航路网:空中交通管理系统是核心,北斗网格码打造城市底座
4.1 空管软件系统:信息处理系统组成复杂,空中交通管制是核心
空管系统保障空中交通管理所需基本需求。根据国际民用航空组织(ICAO)的定义, 空中交通管理指确保航空器在所有阶段安全和高效的空基/地基功能系统综合,防止航空器 在地面或空中相撞、加速空中交通流、维护空中交通秩序等。空管系统通常包括通信、导 航和监视(CNS)外围设施部分和空中交通管理系统(本节只讨论软件部分),而空中交通 管理系统才是空管人员实际用于管理空中交通运输的信息处理系统,包括空中交通服务 (ATS)、空中交通流量管理(AFEM)和空域管理(ASM)。
空中交通管制系统(ATC)是空管系统的核心部分。世界各国建立的空管系统确保飞 机飞行从停机位推出,到机场地面滑行、起飞、爬升、巡航、下降、着陆,再回到停机位 的整个运行过程中,能够无缝隙接受管制员指挥,空中交通管制(ATC)应运而生,主要 用于组织终端区空中交通,防止飞机相撞,保证飞行安全,并提高枢纽机场等航空交通繁 忙空域的利用效率,其作用范围一般是以机场为中心半径约 150km 范围,ATC 包含空管自 动化、空管场面管理、机场停机坪塔台管制自动化系统,覆盖飞机起飞的放行管理、场面 的滑行管理、空中的飞行管理等全过程。另外,为了管制系统发挥更大作用,空中交通流 量管理系统及时制定流量控制策略或预案,为管制系统提供及时、精确的信息,确保最大 限度地高效利用空中交通管制容量。
低空飞行密度大、环境复杂、自主性高,构建新型空管系统十分急迫。传统的空中交 通管理以地面管制中心为核心节点,结合通信、导航、监视等基础设施,对管制范围内的 用空对象进行集中式管理,而未来低空领域下智能互联航空器多自主飞行;不同于高空, 低空飞行器数量多、密度大,低空空域与地形联系紧密,需避让障碍物多,气象变化随机 性大,现行的空管系统难以用于低空目标,构建新型空管系统十分急迫。美国在 2020 年发 布《UTM 运行概念 2.0》构建多主体参与的生态体系,我国民航局 2021 年 5 月发布《低空 飞行服务系统技术规范》规范低空飞行服务系统的设计研发和生产建设,总体来说国内低 空管理没有形成系统和共识。
低空空管将经历独立式管服、集中式管服、自主飞行三个阶段。电科莱斯将“智慧低 空空管”定义为:能够覆盖大规模低空飞行前、中、后全过程,是保障低空飞行安全和效率的核心手段。构建飞行前路径网络规划、飞行中形态容流平衡与冲突解脱、飞行后量化 评估分析的闭环管理结构,目的是实现对低空运行的精细化管控。智慧低空空管依赖于军 地民及各方参与的运行管理架构做好权责划分和数据交互。类比于传统民航和地面交通, 技术发展的重点逐步由管制向流量管理演进,并正在向自主运行延伸,低空空管将经历独 立式管服、集中式管服、自主飞行三个阶段。
4.2 空间数字化:低空与数字孪生交融,北斗网格码打造数字底座
空域数字化维度升级,低空与数字孪生交融。低空空域数字化在地球三维球形空间 中,使用经纬度等传统标定方法会导致数字化空间数据量庞大且结构偏向平面等问题,需 要从全空域和全球视角,开展低空数字化工程,创新空间剖分与数据编码方法,将低空空 域数字化,构建数字交通栅格,使三维立体物理空间具有可标识、可储存、可计算的新属 性,助力实现低空空域系统“划得细”、“飞得好”和“管得优”的总体目标。核心技术包 括空域数字化(空域建模)、基础设施数字孪生(对现实模拟仿真)、数字低空规划、管理 与运营关键技术(空域空间规划)。
北斗网格码有望成为低空时空网格框架基础。数字孪生城市的核心是高精度、多藕合的城市信息模型(CIM),传统的地理信息系统+建筑信息模型(GIS+BIM)的建模方法有 局限性:1)基于 GIS 图层的数据承载方式无法解决三维表达和时态变化表达的需求;2)BIM 建模的单体性过强,难以在不同 BIM 间实现融合,且同样无法实现时态变化的表达。而北斗网格码技术以一维整形数定义三维空间及其位置,将空间剖分思想扩展到时间领 域,实现时空思维的一体化编码表达,相比经纬度算法:1)飞行规划计算效率提升 10 倍 以上;2)保持空间计算效率的平衡;3)空间利用率提升 1 倍以上;4)支持整个地球空间 的空间管控。
5 服务网:迈向“一站式”融合体系,面向各类对象提供服务
我国飞行服务系统分为三层。按照 2018 年下发的《低空飞行服务保障体系建设总体方 案》,低空飞行服务包括国家信息系统、区域信息系统和飞行服务站三级,一二级的建设工 作主要由民航空管系统承担,第三级服务站的建设主要由地方政府和社会力量承担。低空 飞行服务保障体系建设工作不断推进,并取得显著成效,国家信息系统和区域信息系统完 成建设并实现互联;服务站建设初具规模,截至 2023 年底,全国共建成飞行服务站 32 个,已有 27 个实现了与区域信息处理系统的互联互通。
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低空服务网朝“一站式”发展,面向各类对象提供服务。为适应低空经济发展新形 势,需整合面向通航运行的国家信息管理系统、区域信息处理系统和飞行服务站三级飞行 服务体系,以及民用无人驾驶航空器综合管理平台,建设低空飞行国家综合监管服务平 台,将航路规划、空中避障、空域管理、交通管制等低空飞行要素高效贯通,逐步实现任 务执行、资源配置、安全监管等“一站式”服务与监管。2024 年 1 月 20 日,安徽省低空 无人机管理与服务平台正式上线运行,为国内首家以民用无人驾驶航空器航行服务提供方 (USS)模式运行的省级平台,同时,探索打造覆盖国家、省、市、县四级的一体化无人 机管理服务模式,该平台正在与国家无人驾驶航空器一体化监管服务平台开展互联互通工 作。根据 idea 研究院认为除了应对复杂空域环境以外,涉及到众多低空管理和运营主体发 生强关联和协同,低空服务网将是一个极为复杂的大系统,意在打造一个全数字化的基础 平台 SILAS,面向各种对象提供各种服务。
(转自:智超讲财商)
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