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(报告出品方/作者:广发证券,孟祥杰(金麒麟分析师)、吴坤其(金麒麟分析师)、邱净博(金麒麟分析师))
一、低空空管系统:低空基础设施建设的关键环节
(一)需求基础:民航空中交通管理的核心
空管系统是传统民航空中交通管理的核心。根据《现代空中交通管理》(张军,北 京航空航天大学出版社,2005年)与莱斯信息招股说明书,空中交通管理系统完整 的描述是通信、导航、监视与空中交通管理系统,简称 CNS/ATM 系统,其中通信、 导航和监视(CNS)部分属于外围设施范畴,空中交通管理系统是空管人员实际用 于管理空中交通运输的信息处理系统。目前的空中交通管理系统是由三层构成,即 空域管理、空中交通流量管理和空中交通服务。其中,(1)空域管理(ASM),主 要是依据既定的空域结构条件,实现对空域的划设调整,尽量满足空域使用各方的 需求;(2)空中交通服务(ATS),主要目的是防止航空器之间、航空器与障碍物 之间发生碰撞;(3)空中流量管理(ATFM),是当某区域空中流量超过或即将超 过该区域空中交通管制系统可用能力时,预先采取适当措施,保证空中交通流量最 佳地流入或通过相应区域。
外围设施方面,空管系统外围设施以通信系统、导航系统、监视系统三部分为核心, 配套相关数据处理系统。据《现代空中交通管理》(张军,北京航空航天大学出版 社,2005年),通信系统负责飞机与地面的通信,导航系统用于飞行路径规划和引 导,而监视系统则监测和跟踪飞行器的位置和状态。这些系统相互配合,共同构成 了现代化的空中交通管理体系。
(1)通信系统包括数据链通信(DataLink)、航空移动卫星业务(AMSS)和航空 电信网(ATN)。其中,数据链通信是依靠数据链传输信息的飞机通信系统,主要用 于管制员与飞行员间的空中交通管制,可代替语音通信,方便飞行员驾驶;航空移 动卫星业务包括语言和数据通信两种方式,使空中飞机在任何地方都能与地面进行 实时通信,这部分通常与机载卫星导航接收机相结合,可提供对飞机的自动相关监 视;航空电信网是新航行系统中通信系统的主体,融合地面与空地数据通信为一体,涉及航空运输中各个单位互联,计算机系统中进行端到端的连接和高速数据交换; (2)导航系统包括全球导航卫星系统(GNSS)、广域增强系统(WAAS)和本地 增强系统(LAAS)。全球导航卫星系统包括美国的GPS、欧洲的伽利略和中国的北 斗系统等。使用了GNSS,飞机就可直线飞行,缩短了飞机间隔也提供了安全性和空 间利用率,还能以此为基础作自动相关监视;LAAS和WAAS都是通过差分技术提高 GPS检测精度的系统,LAAS主要用于机场周围,WAAS用于海洋及边远荒漠地区; (3)监视系统目前有二次监视雷达、自动相关监视和多点定位等多种,目前的主用 系统是带有数据链功能的二次监视雷达,未来的主用系统将依靠卫星导航和数据通 信进行自动相关监视。
空管系统的核心是空中交通服务(ATS)中的交通管制服务(ATC)。ATC主要由 空管自动化系统、空管场面管理系统、机场机坪塔台管理自动化系统和空管模拟机 四大系统组成。 在飞机推出和启动阶段,空管场面管理系统通过塔台电子进程单等工具确定飞机飞 行流程并由机场机坪塔台管制自动化系统整合信息确保其安全滑行至跑道。随后, 飞机在空管自动化系统的监控下起飞; 在飞行过程中,该系统通过雷达等设备实时跟踪飞机动态,预测并避免潜在冲突, 保障飞行安全。空管模拟机系统为管制员提供训练,提升处理各种飞行情况的能力; 当飞机准备降落时,空管自动化系统再次介入,引导飞机安全进入机场空域并着陆。 机场机坪塔台管制自动化系统则负责协调飞机的地面滑行和停机位分配。整个过程 中,各个系统紧密协作,从飞机的地面运行到空中飞行,再到最终的降落和停机,确 保了整个飞行过程的顺畅和安全。
从发展阶段来看,根据《现代空中交通管理》(张军,北京航空航天大学出版社, 2005年),空管系统发展可分为四个阶段: 第一阶段:1929-1934年期间。当时飞机飞行距离最多只有几百米,而且只能在白天 天气好的情况下飞行,因此只需按照目视的原则制定飞行规则,在飞行密度大且繁 忙的机场,由一个管理人员进行管理,以确保空中交通的安全有序。 第二阶段:1934-1945年期间。1934年前后,载客量在20人以上、飞行速度达300km/h 的飞机诞生,由于更加频繁稳定飞行活动,目视飞行规则已经难以满足需要。因此, 各航空发达国家纷纷成立了空中交通主管机构,制定了使用仪表进行安全飞行的规 则,并建立起全国规模的航路网和相应的航站、塔台或航路交通管制中心。 第三阶段:1945年-20世纪80年代。二次世界大战带来了航空技术的飞跃性进步,随 着飞机航程的加长,载客量大幅增长以及速度的加快。1945年,国际民航组织(ICAO) 应运而生。20世纪50年代中期,战时雷达技术开始应用于空中交通管制领域,重要 地区逐渐开始采用雷达管制取代传统程序管制。 第四阶段:20世纪80年代后期至今。电子技术快速发展,计算机在机载设备和空管 地面设施广泛应用。为应付新飞机航速航程的扩展和日益增长的空中交通量,国际 民航组织于1983年底成立了一个未来空中航行系统(FANS)特别委员会。1985年, ICAO开始组织对未来航行系统(FANS)的研究和规划。1993年FANS正式更名为 CNS/ATM系统,即新航行系统。
从空域管理体制来看,空管系统现行行业管理体制为民航局空管局、地区空管局、 空管分局三级管理。据中国民用航空局空中交通管理局官网,中国民航空管系统现 行行业管理体制为中央民航局空管局、地区管理局、空管分局(站)三级管理。据莱 斯信息招股书,截至2022年12月,全国空管体系有7个地区局、37个分局站,共44 个空管用户。以上七个地区局下属包括九大辖区。据长江日报,“十四五”我国将在北 京、上海、广州、成都、西安、沈阳、乌鲁木齐、三亚8个大型区域管制中心基础上 扩容,形成全国大型区域管制中心 “8+N”布局体系。2023年5月,民航武汉区域管制 中心项目开工,将成为全国第9个区域管制中心。
(二)管理改革:多项政策陆续发布,空域管理改革持续加速
总体来看,多项政策及征求意见稿陆续发布,空域管理改革持续加速。我国从2009 年起逐步推进低空空域管理的改革,以改进现有管理体系,创造利于通用航空产业 发展的法律法规生态环境。2014年《低空空域使用管理规定(试行)》征求意见稿 将真高1000米下低空空域进行了划分,并据此在2014年后半年起进行部分地区低空 空域管理试点改革;2020年12月,中央空中交通管理委员会办公室批复湖南成为首 个全域低空飞行试点省份,为全国低空开放提供参考范例;2023年6月18日,中国国务院、中央军委发布《无人驾驶航空器飞行暂行条例》,为无人机“飞得起来,飞得 顺畅,飞得便捷,飞得安全”提供了有力支撑保障;2023年11月2日,国家空中交通 管理委员会办公室会同有关部门又起草了《中华人民共和国空域管理条例(征求意 见稿)》,该征求意见稿的出台,标志着我国空域放开有了实质性的突破,该空域管 理条例的出台,将会对我国低空经济和通航产业的高质量发展,提供有力规范保障。
具体来看,组织架构方面,中央空管委首次亮相。据民用航空网,2021年4月,中央 空中交通管理委员会首次亮相,此前,我国空管工作的最高领导机构为国务院、中 央军事委员会空中交通管制委员会(简称国家空管委)。此次名称的变更,实际上是 将原先属于国务院议事协调机构调整为中央机构。与国务院、中央军委空中交通管 制委员会相比,新亮相的中央空中交通管理委员会发生鲜明变化:(1)机构规格由 隶属于国务院、中央军委的国务院议事协调机构,调整为中央机构;(2)机构负责 人调整为中央政治局常委兼任;(3)“国务院、中央军事委员会空中交通管制委员 会”中的“管制”二字,调整为“管理”,即“中央空中交通管理委员会”。本次 变更是由虚向实的重大转变,也就是说作为中央机构,中央空管委将进入实际性运 作,空中交通管理进入加速阶段。
服务保障方面,国家积极推动低空空域飞行服务保障体系建设。据通航圈公众号, 2019年12月26日,中国民航局空管局发布了全国目视飞行航图,升级后的中国民航 通用航空信息服务平台上线运行。平台免费为用户提供通用机场、地形地貌、山川 河流等通用航空业务数据,还可以提供运输航空业务数据的分层叠加功能,包括航 路航线、运输机场、管制区域、通信频率、导航设施等信息,全国目视飞行航图的发 布有效填补了我国低空飞行服务保障领域的空白,近年来,目视飞行航图数据不断 更新和完善,得到了广大通航用户的认可和好评,已成为低空目视飞行必不可少的 航空情报来源;2021年,交通运输部发布《民用航空导航设备开放与运行管理规定》, 加强对通用航空导航设备的运行管理,要求保证通用航空导航设备运行持续符合民 用航空有关规定和技术标准,切实保障导航设备开放运行安全;同年,民航局下发 《通用航空空管运行规定》,提升通航空管运行安全水平和空域使用效率,为推动通用航空飞行安全保驾护航,不断提升低空空域飞行服务保障水平。
管理模式方面,国家空管委办公室已相继在全国组织了3轮较大规模的低空空域管理 改革试点。据《低空空域管理改革进展及展望》(“通航信息”公众号,2024年), 《低空空域管理改革回顾与展望》(中国民航网,2018年),低空空域管理改革, 是继2000年军航将全国航路航线移交民航指挥后,在空域管理领域启动的又一项重 大改革。2000年以来,国家空管委办公室先后组织国内外调研论证、召开会议统一 思想认识,并在军航空管系统组织了小规模试点。在此基础上,2010年8月,国务院 中央军委下发《关于深化我国低空空域管理改革的意见》(国发[2010]25号),正式 拉开了我国低空空域管理改革的大幕。截至目前,国家空管委办公室已相继在全国 组织了三轮较大规模的低空空域管理改革试点,三轮低空空域管理改革试点接续推 进,各有侧重,步步深入,对在省域范围内低空空域使用管理的组织形式,空域分类 划设方法,自主目视飞行规则,飞行服务保障体系建设,北斗、5G等新技术手段应 用、军地民协同配合等方面进行了积极探索和实践,为全国范围的低空空域管理改 革积累经验。
1. 第一阶段,从2000年至2010年,为低空空域管理改革筹划论证阶段。
低空空域管理改革,首次列入国家空管委2000年工作计划,组织国内外考察,明确 低空空域管理改革总体设想和主要任务,组织空军小范围改革试点,召开全国低空 空域管理改革研讨会,统一思想认识。
2. 第二阶段,从2010年至2014年,为低空空域管理改革集中试点阶段。
国务院中央军委2010年8月下发《关于深化我国低空空域管理改革的意见》,明确低 空空域管理改革目标任务,在全国“两区一岛”和“两大区、七小区”组织较大范围 的低空空域管理改革试点,涉及全国14个省自治区直辖市,试点地区占全国空域的 33%。据空军统计,在试点地区共划设各类空域254个,其中,管制空域122个、监 视空域63个、报告空域69个,另划设低空目视航线12条;通航飞行计划报批时限, 由原来前一天15点前缩短为飞行前4小时,飞行计划报备时限,监视空域只需在飞行 前1小时、报告空域只需在飞行前半小时提出,极大方便了通航用户,改革试点取得 积极成果。
3. 第三阶段,从2015年至今,为低空空域管理改革综合试点阶段。
低空空域管理改革在全国多地展开多种形式的试点。2015年国家空管委批准济南和重庆地区开展低空空域管理和通用航空发展综合配套改革试点;2016年国家空管委 批准在珠三角和海南地区开展空域精细化管理改革试点;2017年民航局批准在西北 地区组织通用航空低空空域监视与服务试点;2018年国家空管委批准由四川省政府 牵头、军民航和当地公安部门共同参与的低空空域协同管理改革试点。2020年12月 起,海南低空空域实行“当天申报当天起飞”管理制度,低空飞行管控服务运行体系 可为通航飞行提供一站式服务。
(三)市场空间:从应用场景看低空空管系统需求潜力
传统民航空管领域,2025年我国空管系统新增主要装备国产化率预计提升至80%, 国产空管产品市场规模有望达到69.12亿元。根据中国网,随着中国民航产业逐渐恢 复,2023年我国民用运输机场完成旅客吞吐量12.60亿人次,比上年增长142.2%, 恢复到2019年的93.2%,中长期恢复趋势向好。航空运行需求进一步扩大,对空中 交通保障能力提出了更高要求,空管系统建设持续加速,根据中商产业研究院,十 三五期间空管系统投资额约200亿元,复合年均增长率达25.5%。同时,根据《“十 四五”民用航空发展规划》,2025年我国空管系统新增主要装备国产化率提升至80%, 国产空管产品市场规模有望达到69.12亿元。
低空布局,空管先行,低空空管系统市场广阔。根据《低空经济发展白皮书》(粤港 澳大湾区数字经济研究院,2022年),据专家预测,到“十四五”末,我国低空经 济对国民经济的综合贡献值将达到3-5万亿元。从全球视角看,金融机构摩根士丹利 (Morgan Stanley)估计全球城市空中交通(UAM)的可触达市场会在2040年之前 达到万亿美元水平。而规模化的低空经济依赖于全数字化的低空管理系统,以确保 空管部门有科学工具和技术手段,有理有据、风险可控地开放和管理空域,保证低 空飞行安全有序及低空空域的高效利用,使低空应用的运营成本大幅降低。 具体来看,基于民航局规划,从低空经济应用场景来看,短期重点关注短距离配送、 应急救援、低空旅游市场。2022年8月,民航局发布《民用无人驾驶航空发展路线图 V1.0(征求意见稿)》,为无人机发展规划了具体时间表,其中,指出三个关键时间 点:(1)2025年,城市短距离低速轻小型物流配送无人驾驶航空器逐步成熟;支线 短途中低空吨级大型无人驾驶航空器逐步应用;短距载人无人驾驶航空器探索应用; (2)2030年,城市中短距离快速中小型物流配送无人驾驶航空器逐步应用;支线中 途高空吨级大型无人驾驶航空器逐步应用;中距离载人无人驾驶航空器探索应用;(3)2035年,城市中长距离快速中大型物流配送无人驾驶航空器逐步推广;支线长 途高空大型无人驾驶航空器实现航线飞行;中长距离载人无人驾驶航空器探索应用。
具体从应用场景看低空空管系统需求潜力。根据广发军工小组2024年3月30日已对 外发布报告《低空经济系列(一)布局“天空之城”,推动自然资源转为经济资源》, (1)短距离配送方面,无人机配送价格端相对同城急送有一定竞争力,在外卖配送 市场应用前景较大,例如丰翼科技无人机物流截至2024年3月在大湾区日均运输单 量已突破10000票。伴随常态化、规模化的无人机物流运输网络发展,监管需求将日 益扩大,推动低空空管系统相关设施放量。(2)应急救援市场,低空空域是通用航 空的主要活动区域,近年来通用航空应急救援发展迅速,到2025年底全国开展航空 应急救援的省份数量计划达25个,低空空管系统有望充分受益于应急救援空域保障 机制的完善。(3)低空旅游市场,随着我国低空空域开放政策逐步推进,低空旅游 业迎来了广阔的发展空间,载人eVTOL具有纯电驱动、噪声低、性价比高、等优点。 预计凭借较低运营成本、较低噪声,eVTOL或成为景区主要的飞行器选择用于空中 游览。低空经济多元化的应用场景及低空飞行器技术带动下日益丰富的业务种类均 需要低空管理系统作为支撑,因此预期未来空管系统需求将迎来大幅增长。
二、格局演变:传统空管龙头具备先发优势,技术创新 为新企业打开机会窗口
(一)异同:低空空域复杂、飞行器主体增加、飞行自主化
1.相同点:低空和高空均以飞行为主,低空运行方式或与地面交通相近
低空管理模式或更接近交通管理,全范围协调依赖智联网技术。从功能上看,民航 飞行范围较广,主要用于远途出行,而低空交通主要是中短距离飞行,服务于城市 内个体居民因商务、通勤、应急等不同出行目。eVTOL和无人机是目前低空交通的 主体,前者目标场景主要集中于低空旅游服务和城市空中出行,后者主要用于勘察、 摄像和货物运输。在无人机的飞行管理方面,据中国工程院院士、中国电子学会监 事长樊邦奎2021年在第十五届中国电子信息技术年会上的讲话,“无人机在空中按 每300米分层,可以分很多层。只要把空域问题解决好了,人们不需要投资建公路, 数字化后无人机(所飞行空域道路)就是公路。”未来实现整体空域及飞行器的数据对接与融合是关键,由于协同性和多主体差异性行为的共同要求,智联网技术成为 目前发展重点。据北京大学空天信息工程研究中心主任,国家空管专家咨询委委员 程承旗教授2024年在“中国(深圳)低空经济新质生产力高质量发展论坛”上的讲 话,“低空智联网实际就是空域修路工程,在低空域建设网格化数字路,而各类无人 飞行器及飞行汽车如同在网格路上跑的车。未来将在网格化路上建立空域红绿灯管 控系统及空中‘高德式’导航服务系统,同时配备5G-北斗精准定位、气象等保障手 段,各主管部门根据需要可以在网格路中附加各种监管要求,统一实现空域精细网 格管理,也可以基于低空智联制定空地资产管理、空地监管、空地运营服务规则标 准,实现全空间(地面-地下-空中),楼内-楼外-人的服务一体化。”
2.不同点一:低空空域需避让空间多、障碍干扰多、停机位分散、需区分城乡差异
传统民航空域范围广、干扰少,无人机空域高度低、需避让空间多。《中华人民共 和国空域管理条例(征求意见稿)》按照空域等级方式将中国空域分为两级七类,包 括管制空域(A、B、C、D、E类)和非管制空域(G、W类)。传统民航空域主要 包括A、B、C、E类空域,A类空域通常为标准气压高度6000米(含)以上至标准气 压高度20000米(含)的空间;B类空域通常划设在民用运输机场上空;C类空域通 常划设在建有塔台的民用通用机场上空;E类空域是除A、B、C、G、W类空域外的 空间,可以根据运行和安全需求选择划设。无人机空域用户主要涉及非管制空域G、 W类,G类空域真高120-300米,多用于eVTOL、物流、巡检等行业类无人机飞行; W类空域真高120米以下主要用于轻型无人机的飞行。此外还需要避开B、C类民航 空域及其他存在军事活动或重要应用的空中禁区、危险区、限制区、临时空域等。通 过让不同类型无人驾驶航空器按照不同高度层运行来保障安全,同时尽可能提高空 域使用的自由度。
低空飞行环境相对于高空运行环境狭窄复杂,障碍物多,潜在安全问题多,需区分 城乡差异。据《民航飞行安全研究》(西南交通大学,马志刚,2003年),民航在 飞机巡航阶段任务单一、飞行高度高(净空条件好)、飞行速度快(操作性能好), 受各方面影响小,飞行事故非常少,国际民航在该阶段事故仅占5.8%。据《无人机 低空交通管理系统综述》(付其喜等,2019),未来我国低空无人机发展迅速且飞 行需求与日俱增,无人机低空运行成为无人机系统交通管理(UTM)的重点。低空 飞行器主要有以下三种运行环境。 (1)类目视运行环境,在乡村及人口稠密地区上空、3000米以下的视距外飞行称之 为类目视飞行。该运行模式的无人机一般为小型无人机(25kg),运行环境较为复 杂,既包括合作式无人机又包括无飞行服务且未装载应答机的非合作式无人机。由 于技术限制,当前无人机类目视运行相比于其他低空的运行模式所受到的关注较少。 (2)乡村低空,无人机的乡村低空运行已经从视距内运行发展到了视距外运行的阶 段。随着应用需求的增多,这类任务的视距外操作需求正在日益增加。由于乡村低 空人口相对稀少且随着国家低空空域改革的推进,乡村低空的无人机运行发展相对 容易。 (3)城市低空,无人机在城市低空运行的最突出应用为本地包裹快递(如亚马逊、 谷歌和沃尔玛)以及逐门逐户的货物运输。目前城市低空环境主要为除严格管制的 机场空域以外的空域,亟待发展能够保证在城市居民和建筑物上空安全运行的无人 机相关技术。此外,公众对无人机运行的安全性、安防问题、隐私问题、噪音和其他 环境问题非常关切。
3.不同点二:飞行器密度高、流量大、起落频繁
低空飞行器数量大、种类不一,特殊时段如高峰期交通密度大。据罗兰贝格《低空 经济发展现状与未来展望》,飞行器类型可分为载人飞行器、行业级无人机及消费 级无人机,其中载人飞行器主要包括直升机及垂直起降型飞机(eVTOL),可飞行 于300-6000米的低空。在城市场景中,飞行器可广泛应用于载人、载货及城市管理 等各类产业形态中。未来低空飞行器的数量或远多于民航飞机的数量,出行方面或 接近汽车情况,飞行密度高、单位时间流量大。据《2022年民航行业发展统计公报》 (中国民用航空局,2023年),2022年,全行业运输航空公司完成运输起飞架次 256.57万架次,比上年下降35.1%。国内航线完成运输起飞架次246.74万架次,比上 年下降36.0%,其中,港澳台航线完成1.01万架次,比上年下降18.7%;国际航线完 成运输起飞架次9.82万架次,比上年增长1.6%。据公安部统计,2023年全国机动车 保有量达4.35亿辆,其中汽车3.36亿辆;机动车驾驶人达5.23亿人,其中汽车驾驶人 4.86亿人。2023年全国新注册登记机动车3480万辆,新领证驾驶人2429万人。
未来低空交通预计加快基础设施建设,其起落或将分散在城市各处且数量多于机场, 便于相关飞行器随时起落。据保时捷咨询,许多城市已经拥有直升机机场,具备飞 行器起降的必要基础设施。在第一阶段,垂直起降空中交通服务将始于现有的交通 枢纽,例如机场和火车站,部分取代直升机,利用现有的直升机停机坪在严重拥堵 路段提供快速连接,据估计在主要交通枢纽建设五个垂直起降机场就能满足大约120 架eVTOL飞机的营运需求;在第二阶段,将有越来越多交通大动脉沿线的固定路线 为通勤者和游客提供服务。根据城市的不同,经常访问的交通枢纽的垂直起降机场 数量可以扩张至40个,满足160架至390架载客无人机的营运需求;最后一个阶段, 人口达到500~1000万的大城市将配置100个垂直起降机场,满足400架至1050架载 客无人机的营运需求,这能够对城市进行充分覆盖,确保垂直起降机场以步行和骑 车的方式便可抵达,这是很多城市中最初和最后一英里的标准软模式交通出行选项。
4.不同点三:低空飞行器自主性强,信息分散互联,飞行规则以引导为主
传统飞行依赖管制员与程序管制,飞行器在飞行不同阶段由不同的管制层级负责, 飞行自主性弱。据中国民航局网站,我国目前实行空管空防合一的空域管理体制, 国务院中央军委授权空军统一组织实施全国的空中交通管制工作,军航和民航按照 职责分工分别管理航路外和航路内空域。据中国民用航空局空中交通管理局官网, 我国空管局的三级服务体系通过塔台管制、进近管制和区域管制三个层面确保飞机 在空中的安全和有序运行。塔台管制负责机场附近的飞机起飞、降落和滑行等操作, 工作范围大约在机场周围10公里半径和地面至600米高度的区域;进近管制负责500 米至3000米高度区间内的飞机爬升和下降及航路空域与机场空域之间的飞行转换, 工作地点一般在机场附近的进近管制中心;区域管制覆盖更广的地理区域,负责6000 米至12000米高度的飞行指挥,通过雷达和通信设备监控飞机的飞行状态,确保飞行 的安全间隔和顺序。在此期间,空中交通管制系统通过对通信、导航、监视等专用设 备感知数据的处理,为管制员提供覆盖飞机航班整个运行流程内的监视、预测和告 警服务。
低空领域不包括空中交通管制过程,管理方面建立统一规则,以多用户自主避让飞 行为主。据2023年12月21日发布的中国民航局《国家空域基础分类办法》,低空飞 行主要在G、W类空域,这方面的服务内容仅提供飞行信息服务,不提供空中交通管 制服务。据《无人机低空交通管理系统综述》(付其喜等,飞行力学,2019),目 前无人机的飞行规则可分为隔离空域飞行规则和非隔离空域飞行规则:隔离空域内 较严格,但在更广泛使用的非隔离空域,目前存在如美国联邦航空局 (FAA) 资助 的一种新的空中防撞方法ACAS X的协同感知避让等方案,在不同条件与优先级下, 让飞行器自主保持距离而非通过中心的管制系统控制。目前各地区提出了各地因地 制宜的管理政策,据《四川省政府低空空域管理效果调查研究》(刘宇翔,电子科技 大学硕士学位论文,2022),从2018年四川省试点低空空域协同管理,由空军管理 改为政府管理。四川省推行飞行报备制度,将“三个审批环节”合并为“一个报备步 骤”,将原有空域管理的“静态调配、隔离运行”传统模式改变为设置低空自主目视 飞行规则,航空器驾驶员根据各项情报信息在指定频率相互发送飞行各项信息,相 互自行观察避让航空器及地面障碍物,自行进行飞行作业。这一方式利用低空目视 通道将分散的低空空域组织利用起来,大大增加了空域的容量和效率。
(二)先发优势:空管技术应用可迁移,龙头企业具备先发优势
相关技术具备可迁移属性,传统龙头企业存在先发优势。传统民航管理系统和低空 管理系统、交通管理系统存在技术相似性,流量管理和飞行服务方面及通信、导航 和监视部分硬件以原有技术为基础。传统民航空管龙头企业基于对业务的深刻理解 以及大量核心系统技术经验,已经在民航空管系统中具备一定规模和话语权,若进 入低空领域,其技术的相关性、可迁移性、研发投入高壁垒或有助于巩固强者恒强 的格局,在低空空管系统建设中或凭借优势地位率先中标。据莱斯信息招股书,各 类空管系统技术具备突出的多学科特征,涉及信息处理、通信、网络、导航、雷达、 图像图形处理、生物识别、人工智能等众多高端前沿技术;各类空管系统投入使用 前要涉及严格测试审批程序,验证周期较长;市场参与者普遍对空管领域前沿技术 的研发保持高水平投入,以此确保产品技术先进性。
(三)创新机会:低空空管面临技术痛点,为新技术企业打开机会窗口
低空管理的“三张网”从传统管理系统发展而来,但在通信、导航、监视、数据处理 四方面都具有新要求和挑战。据通航委公众号援引的人民日报社主管主办《中国经 济周刊》2024年第3、4期刊发专题文章《低空经济发展潜力极大》,低空经济的高 级发展形态其主要特征表现为“三张网”:一张飞行感知网(对应导航和监视系统), 负责为无人机、有人机等提供定位、授时、导航和监管服务;一张数据通信网(对应 通信系统),负责飞行器与飞行器、飞行器与用户、飞行器与平台等各类数据交互, 实现三维空间“人机物”高效互联;一张算力应用网(对应数据处理系统),负责低空 应用各类数据的存储、处理及识别等功能,打造低空经济“数字智能大脑”。据《UTM 与ATM:从隔离到融合还有多远?》(赵丹,中国民航报,2018)未来从地面到1万 米高空的空域都是航空器的运行空间,必须通过包括登记、识别、跟踪、通信、地理 围栏系统等的UTM来解决大密度运行的难题。据IDEA研究院《低空经济发展白皮书 2.0,全数字化方案》,在低空经济发展过程中面临四个问题:有限的地面、空域和 频谱资源共享共用;管理者对低空飞行器“看不见、呼不到、管不住”的基本安全问 题;大规模低空飞行的安全、效率和成本问题;低空经济中不同主体和业务之间的 协同问题。解决上述问题,需要持续提高通信、导航、监视、数据处理四方面能力。
为解决低空痛点,新技术急需调整突破,部分领域重新回到技术发展第一周期,再 次承压面对挑战。据《中国民航空中交通管理发展演化的研究》(中国民航大学,肖 瞳瞳,2020年),中国的民航空管的起步比美国晚大概二十多年。美国到目前已经 经历了三个完整的生命周期,并已经进入第四生命周期,而中国民航空管在经历了 两个完整的生命周期后,正处于第三生命周期的快增期。目前我国空管自动化技术 已经发展到以信息网络技术为核心的CNS/ATM系统。2016年,民航局空管局出台《中 国民航空管现代化战略(CAAMS)》,提出从空域组织与管理、协同流量管理、繁 忙机场运行、基于航迹运行、多模式间隔管理、军民航联合运行、基于性能的服务等 7个方面推动空管系统全面升级。2019年3月20日,天津-广州间四维航迹(I4D)飞 行试验获得成功,标志我国在这一标志性新航行技术上取得突破。目前,低空经济 尚且没有成熟的技术方案,处于技术发展的初期,从民航管理到低空管理企业要重 新面对挑战。
对比于传统系统,低空“三张网”的构建有以下三方面的要求: “构型复杂、高密度、高频度、高复杂性”为属性特征的大容量融合飞行要求飞行感 知网(对应导航和监视系统)具备精细化特点。数字化、网格化空域管理方式,如 面向地球全域空间的GeoSOT地球立体网格与编码理论体系是低空精细化管理的基 础。无人机体积小、数量大,通过标记数字编码的格点来规划其飞行区域,可以提高 定位和管理的精度和准确性。数字孪生技术辅助建立虚拟智慧城市,帮助城市全方 位进行监视。 “看不见、呼不到、管不住”的基本安全问题要求数据通信网(对应通信系统)具备 无人化、自动响应的特点。传统针对公共运输与通用航空管理的人工管理模式难以 适用于飞行高度低、体积小、飞行速度慢,以及总量大的无人机,需要建立相应的管 理体系,并建设配套的监管信息系统。ADS-B地面站能够在无人值守的情况下全天 候运行,机载设备不需要问询就可以自发地发射并接收处理信息;信息处理系统自 动化的运维体系,辅助人工团队完成大量的、重复性的运维任务,甚至为复杂的故 障排查提供可信的数据分析结果,不需要人为干预,模型自动收集监控项以及文本 数据来判断系统出现告警甚至是故障的原因。
“有限资源合理配置、安全、效率与成本的平衡、多主体、业务的交互协同”要求算 力应用网(对应数据处理系统)具备智能化的特点。智能化空管的内涵体现在空域 管理、飞行流量管理、管制指挥、飞行服务和支撑保障体系等领域的信息化,坚持安 全第一,优化管理运行业务流程,提高空管运行效率和服务质量,达到“智能化决 策、精细化管理、敏捷性运行、预防性安全、个性化服务”的智能化水平,在此基础 上还有技术的融合和协同也需要依赖智能化的数据处理和分析。技术集成化可能为 未来的发展趋势,如北斗+智能5G宽带自组网技术、北斗+低轨通导一体化、基于 ADS-B技术的低空领域导航监视系统优化、星基ADS-B技术等,利用各系统的技术 特点,实现功能的优化与增强。
我们认为基于对传统民航空管系统与低空空管系统的对比,传统空管系统龙头或在 强势业务领域具备先发优势,同时,解决低空空域管理痛点的新技术企业有望打开 行业机会窗口。未来低空管理系统市场的竞争格局受到三个因素影响:第一,传统 民航空管龙头企业受益业务先发优势:由于空管系统底层技术的可迁移性,民航空 管龙头企业基于对传统业务的深入理解与核心技术的把握,在低空空管系统新应用 场景下具备技术端先发优势,格局端呈现强者恒强的可能性仍较高。第二,低空空 管新痛点为新技术企业创造行业进入的机会窗口:低空空域复杂(空域分散、特点 各异、干扰多)、飞行主体增加(密度高、单位时间流量大),新问题催生的技术要 求(空域精细化、避免导航精度受损与地理信息结合)促使技术变革与创新。根据技 术生命周期演化,原本进入到创新扩张期的龙头企业也需要再次进行二次创新,部 分创新环节或通过分包与合作的形式给予新技术企业。
三、技术路径:数字化、网络化、智能化低空智联体系
低空经济空管先行,无人化、精细化、智能化是新一代空管的重要特征。据《加强 天地融合智联,助推低空经济腾飞》(陈志杰,信息通信技术,2023年),为满足 高密度、大流量、近实时的低空安全高效应用需求,需要建立“无人化、智能化、人在回路”的低空管理系统,实现对低空运行环境的精准化管理。 从技术路径来看,需要通过综合运用传统+新型的通信、导航、监视等技术,依托空 域网格时空建模和精细智能管理技术,构建低空基础数据底座,形成统一时空基准 和数据“集装箱”,支持空域可计算、数据可赋能,融合运用网络化、数字化和智能 化技术构建低空智联网体系。 从发展路径来看,前期聚焦服务保障体系,包括国家及区域信息管理系统、飞行服 务站、通航机场的建设,将明显拉动对ADS-B系统等空管产品及服务的需求,是低 空经济最先落地和受益的环节;后期随着无人机低空场景落地和eVTOL产业化启动, 机载终端产品预期释放更大的增量市场空间。
(一)底层技术架构:数字网格空域为空域精细化提供可能
底层技术架构方面,空域数字化、网格化为空域资源的精细化管理和资源的优化配置提供可能。据《浅析低空智联网与无人机产业应用》(樊邦奎等,地理科学进展, 2021年),低空数字化工程就是以空间信息剖分组织理论与技术为基础,将低空空 域物理空间剖分成各种尺度的连续网格或网格体,引接与汇聚每个网格空间的属性 数据,包括气象、雷达、地理地物特性及管理属性,为低空空域管控提供基础数据支 撑;实现了飞行实体空间到计算虚拟空间的映射,使无人机在空中的各种运行和管 理都能在计算虚拟空间建模重构。数字网格空域为大规模对象的协同控制提供了可 能性;构建基于网格的交通流量管理方法,为空域的精细控制提供先决条件。未来, 将基于全球统一时空格网模型实时动态的进行航空器航迹监测和管理; 利用时空网 格计算与分析技术实现对航路高度层资源的安全、精准利用,提高航路容量, 促进 空域资源的合理调度和高效利用;直观精准的判别各航空器之间在高度层、水平层 之间的空间关系,实现飞行安全预警,包括偏航监测、飞行冲突探测等工作,提高空 管安全运维效率,保障航空器的飞行安全。
北斗网格码在精细网格治理中优化管理粒度和精度、实现数据共享和整合、提高管 理决策效率。据《基于北斗网格码的空域资源精细化管理体系》(史洪芳等,民航学 报,2022年),北斗网格位置码是基于GeoSOT地球空间剖分理论(基于2 𝑛整型一 维数组的全球经纬度剖分网格)的适用于北斗导航系统各种应用端输出的离散化、 多尺度区域位置标识体系,将地心至地上6万公里的地球空间扣分成大小不等、多尺 度嵌套、最高精度达1.5厘米的网格群,同时为每一个网格赋予全球唯一的标识编码, 在空域精细化管理中具有降低计算复杂度、多源数据融合统一管理、全空域范围覆 盖的优势,为空域资源的精细化管理和资源的优化配置提供可能。北斗网格码一方 面是对全球全域空间的信息精准化编码表达,能为陆海空天电及地下的每一寸空间 赋予可计算、易检索的全球唯一空间标识,实现一位一码、一物一码、一事一码,使 得低空经济中的各类设备和活动都可以被数字化,实现精确的空间定位,便于进行 数据分析和决策优化;另一方面也是基于空间的大数据组织框架,结合时间编码可 为地球空间万事万物赋予时空数据属性,实现以时空编码为主索引的万物数据互联。 从国内技术发展情况看,据北斗伏羲公众号,中科星图联营企业北斗伏羲掌握全球 领先的GeoSOT全球剖分网格技术、北斗网格位置码技术和数字地球技术,是国内 第一家城市超低空空域北斗导航图的专利拥有企业,能够提供时空大数据领域的跨 行业数据解决方案。据北斗伏羲公众号,公司目前已中标衢州市低空空域基础设施 建设、四川成都低空智联网示范项目采购标段等低空试点项目。
(二)外围设备:监视、通信、导航系统的低空技术方案
1. 监视系统:多设备协同实现低空监视全域覆盖
据《低空探测与监视管理技术》(秦琨等,2023年),低空空域监测设备已初步形 成以低空监视雷达为代表的非合作式监视和以广播式自动相关监视(ADS-B)设备 为代表的合作目标监视两大合作设备方向。 在空管雷达上,分为一次及二次雷达,可监视空域雷达波覆盖范围内所有航空器的 精确位置。据《浅析A/C模式与S模式二次雷达技术》(刘婷婷,中国新通信,2020 年),一次雷达为主动式监视设备,只能发现目标、不能判别敌我属性;二次雷达在 一次雷达基础上发展而来,通过设计和使用询问-应答的方式来探测目标位置,一般 由地面设备(实现询问功能)和机载设备(实现应答功能)两部分组成。其工作路径 为地面雷达发射出询问信号,机载应答机接收到询问信号,对信号进行分析后做出 回答,并将编码信息发送给询问雷达,地面从回答信号中解出飞机的代号、高度、距 离和方位,从而实现对飞机的定位、跟踪、指挥和监控。机上应答机分A模式、C模 式和S模式,A模式只回答身份信息,C模式在飞机的身份信息外,还提供飞机的高 度,S模式进一步提供空速、地速、航向等信息,系统精度更高、抗干扰能力更强、 传输信息量更大。
据《低空探测与监视管理技术》(秦琨等,2023年),未来雷达探测技术的发展将 突破传统思维的束缚,向二维多视角布局、多探测器共形构型和多维信号空间处理 方向发展。可能会出现扁平网络化多站雷达、共形相控阵雷达;信号处理技术开始 使用跟踪后检测,距离-方位-时间三维跟踪检测,三维合成孔径成像,距离-方位-时 间三维处理,多波段、多极化、多波形等构成的多维信号空间处理技术等,并且开始 向网络化与多平台联合、认知与智能的方向发展,最终将走向探测、干扰、通信的综 合一体化。
ADS-B系统集监视和通信于一体,具有监视范围精度和成本方面的显著优势,逐步 成为当前监视技术的基石。据《ADS-B技术应用及发展趋势研究》(何昕,微型电 脑应用,2022年),ADS-B是新一代空中管理系统的重要组成部分之一,属于被动 式监视设备,不需要问询就可以发射并接收处理信息,由机载设备、地面辅助设备 构成,其中机载设备根据信息传输的方向分为ADS-B IN和ADS-B OUT。实际运行 中,ADS-B机载设备通过全球卫星导航系统(GNSS)获得飞机的四维信息(经度、 纬度、高度、时间),通过飞机自身各类传感器获得航向、风速、气压、温度等信息, 预处理之后由ADS-B OUT向其他飞机及地面站广播;同时ADS-B IN接收来自附近 飞机的广播信息,进而在多架飞机和地面站之间形成数据通信网,在与传统的地基 雷达数据融合后汇总到管制中心,加强地对空的监视和空对空相互监视。据《ADSB技术在低空空域安全中应用的现状与展望》(陈晓,毛烨炳,电子测量技术,2022 年),ADS-B具有地面站无人值守全天候运行、更高的精度和抗干扰性、数据更新 速度快、时效性强、相互监视保障飞机安全间隔、成本廉价等优势,将是未来空管监 视系统的重要组成,但目前还存在干扰和链路容量不足、安全性能有待提升、设施 搭载技术不完善等技术难点,需要进一步发展并拓展布局。
监视系统方面,各类监视手段都有各自的适用范围,通过一/二次雷达、ADS-B、无 线信标、Remote ID、光电探测、通感遥一体等监视手段的综合运用实现低空全域 监测。未来将进一步优化监视基础设施布局,提高新技术的应用水平,最大化地利 用各类监视技术保证航空器飞行安全。据《ADS-B监视技术介绍及其在空管自动化 系统中的应用》(王晨旭,中国新通信,2022年),未来空管自动化系统在雷达覆 盖能力不足或无雷达覆盖区域可以依靠ADS-B数据作为监视源,用来保障当前航空 器间隔标准或减少航空器的间隔标准,优化航路设置;也可以在有雷达覆盖的区域 同时引入ADS-B监视数据作为监视源之一参与融合,减少雷达覆盖边界区域航空器 的最小间隔标准,在保证监视水平不降低的同时减少所需要的雷达数量。在国内雷 达的发展上,我国目前正处于A/C模式向S模式的过渡阶段,现已装备的空管雷达以二次雷达为主,部分机场配置了一次监视雷达,二次雷达由于成本低、信息量大,通 过多点布站,监视范围在中高空域上已基本覆盖我国主要航路。在国内ADS-B发展 上,当前国内的ADS-B产品主要集中在地面设备,在机载设备研制方面,鉴于当前 国内相关技术标准规定还未发布,已取证产品主要集中在OUT方面,在IN产品方面 还均未取证,国内机载ADS-B设备主要集中在通航领域,而在民航运输领域的使用 还比较有限。
2.通信系统:低轨卫星与5G-A通感一体有望助力低空通信+监视体系建设
通信系统方面,有ADS-B、二次雷达、低轨卫星、5G-A等手段,其中低轨卫星和5GA二者互相补充,或为未来发展趋势。在低轨卫星应用上,据《关于低轨卫星通信的 分析及我国的发展建议》(陈山枝,电信科学,2020年),低轨卫星通信可以解决 陆地移动通信解决不了的偏远地区、海洋、空间、荒漠与山区等宽带通信问题以及 作为地面移动通信网络因地震、海啸等严重自然灾害受损而导致通信中断时的应急 通信手段,将成为地面移动通信的有益补充。大多数的卫星终端形态是机载、船载、 车载的客户端设备(CPE),利用便携卫星终端直接通信。在5G-A的应用上,5G-A 实现了在速率、时延、连接数方面的优化和进阶,据《5G-Advanced 网络技术演进 白皮书》,5G-A支持下行10Gbps、上行1Gbps、宽带实时交互、毫秒级交互时延, 能够用于实现通感一体、万物互联以及高精度感知、多目标探测与跟踪、超远程控 制与精准定位。据《浅析低空智联网与无人机产业应用》(樊邦奎等,地理科学进 展,2021年),以5G通信和低轨卫星网络等为代表的信息技术为构建低空网络基础 环境提供了技术支撑。通过建设云、管、端一体化的低空5G专网,承担低空飞行器 的飞行信息管理、无人机注册、空域批准、预约服务等重要功能;通过低轨卫星通信 网络建设,提高重点区域的用户容量,将天基和地面多域异构网络融合,构建天空 地海一体化低空信息网络基础环境,为低空运行全过程提供实体网络支持。
3. 导航系统:以北斗为核心的组合导航实现高精度定位
导航系统方面,涉及的相关技术有雷达导航、卫星导航、视觉导航等,北斗导航系 统及其相关组合和GIS技术或有重要应用。针对低空飞行器,涉及技术包括基站定位 技术、卫星导航技术、雷达导航、视觉导航和惯导等。目前广泛应用的是 GNSS(全 球卫星导航系统,包括 GPS、北斗等在内)/IMU(惯性测量单元)组合导航手段, 但在城市超低空运行环境中,飞行器卫星导航定位系统受到干扰是事实存在的,因 此对于超视距运行的轻小型飞行器必须要面对信号易受城市电磁环境和建筑物遮蔽 影响这一可能,一般会考虑增加视觉导航、基站辅助定位等手段作为其冗余备份的 导航手段。在北斗导航方面,据《北斗+低轨通导一体位置服务网络与低空经济应用》 (贾诗雨,信息通信技术,2023年),低轨导航信息增强服务、低轨快速精密定位 服务北斗+低轨通导一体化位置服务网络都以北斗三号为核心,其他的低轨通导一体 化位置服务都是在其基础上的补充、改正、增强和改进,以为低空飞行器提供“泛 在、精准、可信”的位置服务。另外北斗系统的RDSS通信服务也可以作为卫星通信 服务的备份手段,提高低空通信服务的容量。在GIS应用方面,面对低空复杂的交通 网络以及飞行高度低导致的对地形、地物、电网、高塔等精细要求,在低空空域管理 系统建设上,GIS能提供可直接交付的智能化、实时化的三维地理信息系统,助力监 管部门在管辖范围内开展低空航路监管、低空飞行器监测、飞行计划审核等工作。
(三)空中管理系统:AI 赋能实现数字化、智能化、全开放空管体系
空中管理系统方面,以数字化、自主化、协同式为典型特征的空中交通智能化管理 模式是未来低空交通运行顺畅、高效与安全的保障。据《智能化空管技术研究与展 望》(杨红雨等,工程科学与技术,2018年),智能化空管是指在低空环境网络化、 空域数字化的基础上,充分利用先进的通信、导航、监视、气象分析、网络互联、物 联网和信息处理技术,依托分布式智能融合云平台,建立统一的低空业务运行管理 架构,实现网系集成、资源融合和智能管控。智能化空管系统感知层获取信息,网络 层传输信息,平台层实现信息存储、信息交换、信息处理等,应用层涵盖管制指挥、空域管理、流量管理、飞行服务、低空通航、无人机空管保障等空管应用,可视化层 提供高效快捷的智能化交互。其中,基于数据驱动的人工智能技术将是颠覆性技术 之首,实现人工智能技术空管系统深度融合应用是应对未来日益复杂多元、动态灵 活的空域使用需求的有效解决方案。
智能融合低空系统SILAS对低空飞行和低空空域进行精细化管理,保证低空经济的 安全、高效和低成本。据IDEA研究院《低空经济发展白皮书——深圳方案》,SILAS 是深圳粤港澳大湾区搭建的低空经济基础设施的核心技术,目前已建设数字化空域 划设和管理的基础工具、飞行活动申报系统、统一数据共享平台和低空空域展示平 台。空域构建工具将使专家可以更高效快速地搭建各类新型数字化的低空空域,也 使空域的动态设计和数字化管理变为可能,人工构建的空域也将成为SILAS系统智 能空域构建的训练数据,加快自动空域构建能力的建成;飞行活动申报系统实现对 无人机消费者和运营机构、无人驾驶航空器等飞行主体和设备的注册和管理,实现 适飞空域的查询、空域申请和提交、飞行计划申请等各类申请和申报功能,统一了 低空领域飞行活动申报渠道,提升空域安全可控水平和审批效率;数据共享平台聚 集了各方提供的飞行器信息、空域使用情况、飞行动态、异常事件告警和飞行计划 辅助信息等数据到数据共享平台,让各关联方根据授权共享相关的低空信息数据, 并根据获得的数据规划和调整其各自的业务流程和飞行任务,为深圳低空经济活动 提供一站式展示方案,并为低空管理服务中心的管理人员和操作员提供全域的低空 态势情况,展示低空航线和轨迹动态、显示飞行器或者空域异常时间并告警;低空 活动展示平台将作为未来SILAS系统管理服务中心的一部分,除了提供展示功能外, 还将叠加控制和指挥功能,能够更好地服务低空经济各管理主体,为运营企业、政 府监管部门解决低空飞行器“看不见”的痛点。
SILAS是全数字化、智能化、全开放的系统,是“四网”的核心基础设施。SILAS是 低空的“大脑”,相当于低空的“鸿蒙”、“Windows”,负责统筹、协调、管理、 分配低空的空间和时间,支撑、管理、服务各类低空飞行活动。SILAS是一个全数字 化的系统,它将低空空域信息、航路信息、飞行器信息、环境信息以及三维地图信息 等完全数字化,映射到低空空域的时空网格上,形成动态的数据场,便低空成为可 计算的空域;SILAS是一个智能化的系统,它根植于最先进的人工智能技术,在全数 字化框架下,优化空域划设,增加空域容量,通过智能计算,对所有飞行活动进行仿 真预演、精细动态规划,实现高密度融合飞行和数字技术的无缝整合,提供了前所 未有的低空飞行管理和协调能力,能够增加飞行密度,提升空域使用效率,保障大 规模低空飞行的安全;SILAS是一个全开放的系统,它具备统一的接口标准,支撑处 在不同智能水平的软件和硬件模块在系统中协同工作,支持异构的飞行器在同一空 域进行融合飞行,它提出了一种运行规则描述语言,统一规范并兼容现行以及未来 新的飞行规则,对监管方、管理方、运营方及用户提供全开放、全生态的链路平台, 实现低空经济从传统人工化到数字化、自动化、自主化和自进化的演变。
(四)多技术协调融合:低空管理系统的技术发展趋势
1.星基ADS-B技术:实现空域监视全覆盖
基于低轨卫星与ADS-B的星基ADS-B系统可突破传统陆基系统限制,实现空域监视 的全球空域覆盖。据《星基ADS-B系统与传统监视手段对比研究》(罗云飞,电子 与通信技术,2022年),ADS-B目前已逐渐成为民航客机、货机甚至军用飞机的标 准配置,但需要大量布设地面接收基站,实现在航路航线、终端区的信号接收。传统 陆基ADS-B系统受地面部署条件的限制,要实现海洋全覆盖需要在大量浮标上部署 ADS-B地面站,要实现地面全覆盖则需要在大量无人区部署ADS-B地面站,海洋、 极地等偏远地区与地形复杂区域存在大量盲区,受限于建设条件和成本,全球目前仅有不到10%的区域实现了ADS-B飞行监视覆盖,尚不能满足未来航空监视全球化、 全程无缝监视覆盖的要求。由于卫星可以在服务区内实现不受地理条件限制的无缝 覆盖,通过在低轨卫星上搭载ADS-B接收设备(即星基ADS-B系统) ,接收航空器 ADS-B信息并通过星—地通信链路下传,再转发到空管中心后就能实现对全球航班 的实时连续无缝监视,以提升航空的安全性、效率和容量。
2.基于ADS-B技术的低空领域导航监视系统:优势互补实现监视优化
北斗+ADS-B技术主要应用于一般航空器的高度层变更、辅助进近以及小型通用飞 机的交通态势感知、冲突防撞上,通用机载导航监视系统将通过融合ADS-B技术与 “北斗”来实现优势互补。据《ADS-B技术在低空领域通用机载导航监视中的应用》 (扈胜超,张阎,中阿科技论坛,2021年),以“北斗”为导航,向ADS-B系统提 供定位功能,并以ADS-B作为数据信息传输链路,利用“北斗”创建卫星链路,能 够实现ADS-B的广域监视。根据功能差别将系统分为三层,分别是硬件层、协议层 以及应用层。硬件层主要由服务器系统平台、ADS-B数据采集节点、飞机承载终端 系统等元素构成,用于服务器与机载终端的设计与开发;协议层主要包括ADS-B报 文信息、“北斗”定位信息编码、通航飞机监视信息编解码等,用于实现通航飞机 状态数据信息传递;应用层包括服务器系统端与机载系统端,其主要作用是实现监 视系统的信息化显示与终端设计。采用广播式自动相关监视技术和北斗RDSS短报 文通信技术能够实现通用航空监视数据在空-地间的有效传输,满足地面监管人员对 通用航空器运行的监视服务需求。
3.北斗+低轨通导一体化:“泛在、精准、可信”导航及“高容量、低延时”低轨 通信方案
北斗+低轨通导一体化位置服务支撑未来低空环境下数字化无人系统等的高精度定 位、通信、导航和监控服务需求。据《北斗+低轨通导一体位置服务网络与低空经济 应用》(贾诗雨,信息通信技术,2023年),北斗+低轨通导一体化位置服务网络由 北斗卫星导航系统、低轨通导一体化卫星、地面导航信号监测网和北斗+低轨位置服 务平台组成。其主要有两条技术路径:(1)泛在精准可信的位置服务技术路线:通 导一体化技术能够实现通信导航相互赋能,是提升位置服务能力的重要途经以及解 决低空环境下无人机泛在精准可信导航问题的首选方案;(2)高容量低时延的低轨 通信服务技术路线:卫星通信手段是必要甚至是唯一的通信保障手段。针对4G/5G 等地面通信网络系统覆盖范围受限及高轨卫星因距离较远导致通信容量有限的制约, 需要通过低轨卫星通信和其它地面通信组合实现更大范围更高容量的低空通信,以 解决低空服务中飞行器数字化通信管理缺失和监视容量不足的问题。北斗+低轨通导 一体位置服务网络具备基于网络化时空资源统一管理与协同监测,可实现具有“泛 在、精准、可信”特征的位置服务和具有“高容量、低延时”特征的低轨通信服务, 将推动低空经济向着无人化、精准化和智能化的方向发展。
4.北斗+智能5G宽带自组网技术:高精度、高可靠、高效率通信导航路线
北斗+智能5G宽带自组网技术是将北斗卫星定位技术和智能5G宽带自组网技术相 结合,在各个领域实现高精度、高可靠、高效率的数据传输和定位服务。据《北斗+ 智能5G宽带自组网在未来通信中的应用场景与趋势》(朱焕,杨林(金麒麟分析师)峰,通信与信息 技术,2024年),北斗卫星定位技术可以实现精确定位和高可靠性的数据传输,同 时具有低成本、低功耗、低速率等优点,适用于广泛的应用场景;智能5G宽带自组 网技术可以实现高速率、低延迟、大容量的数据传输和组网具有智能化、自适应、高 效率等特点,适用于多种复杂环境下的数据传输;北斗+智能5G宽带自组网技术可 以利用两种优势相互补充,实现高精度、高可靠和高效率的数据传输和定位服务, 适用于各个领域的应用场景。
(五)产业链:低空空管系统上市公司梳理
通信、导航、监控以及雷达产业相关上市公司积极参与空管系统的开发与管理。截 至目前,多家产业相关上市公司已参与到空管系统供应体系中,部分公司产品已直 接应用于空管系统。
(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)
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