摘要:有了路,汽车才能跑起来;有了“天路”,低空飞行器才能有施展的空间。这里的“天路”是指“空域”。空域是低空经济发展的“命门”。谁拥有空域使用权,谁就获得了畅游低空经济新蓝海的通行证。
有了路,汽车才能跑起来;有了“天路”,低空飞行器才能有施展的空间。这里的“天路”是指“空域”。空域是低空经济发展的“命门”。谁拥有空域使用权,谁就获得了畅游低空经济新蓝海的通行证。
扣住低空经济的“命门”
“空域管理对于低空经济来说就是水龙头。水龙头不打开,发展低空经济就是无源之水。”国家空管委办公室的负责人表示,空域开放的程度直接决定了低空经济能飞多高、飞多远。
“空域管理是国家空中交通管理的重要组成部分,对促进低空经济发展至关重要。只有科学规划和管理空域,才能保障安全、高效飞行。”南京莱斯信息技术股份有限公司技术副总监鲍科广在接受采访时表示。
南京莱斯信息技术股份有限公司技术副总监鲍科广
以前,在低空空域飞行,需要层 层审批。现在,国家开始逐步开放低空空域。为低空经济发展提供了更加有利的条件。中国航空运输协会通航业务部无人机工作委员会主任孙卫国近日在2024国际电动航空(昆山)论坛上透露,中央空管委即将在六个城市开展eVTOL(electricVerticalTake-offandLanding,即电动垂直起降飞行器)试点。
六个试点城市初步确定为合肥、杭州、深圳、苏州、成都、重庆。试点文件对航线和区域都有相关规划,其中600米以下的空域将授权部分地方政府。消息一出,“低空经济”“空域管理”“低空飞行服务”再次成为关注的焦点。
空中飞行,如何远离拥堵,井然有序?用好空域的前提,是管好空域。当前,我国空域管理面临哪些挑战?“目前,空域管理面临空域资源紧张、安全监管压力大、跨部门协作与信息共享困难,以及基础设施和技术不足等挑战。”中国保信集团总裁、中国航空学会理事会常务理事姚义纯在接受采访时表示。
中国保信集团总裁、中国航空学会理事会常务理事姚义纯
第一,中国的空域资源有限,军航和民航的需求量大,留给通用航空、低空经济的空域资源不足,导致低空经济的发展受到制约。特别是在大城市和人口密集区域,存在大量的禁飞区,进一步限制了低空经济的发展。
第二,安全监管压力较大。低空飞行的安全风险相对较高,需要建立健全安全监管体系,以确保飞行安全。无人机市场的快速增长对现有的法规提出了挑战。现有法规往往无法及时应对新技术带来的空域使用变化,特别是在无人机等新兴技术的管理上存在滞后现象。这就导致了安全监管与新服务需求之间的脱节。
第三,跨部门协作与信息共享困难。空域管理是一项系统性工程,涉及多个政府相关部门和机构,建议不同部门之间的职责划分、合作流程及信息共享机制是实现高效空域管理的关键。然而,目前低空空域管理方面存在多头管理、信息不畅的问题,增加了监管的难度和成本。
第四,基础设施不足,技术水平有限。现有的空管体系难以适应未来复杂低空环境的需求,需要更新、深化。
“低空交通的特点与传统民航不同,需构建独特的空管系统。此外,低空运行监管尚未建立标准统一的数字化、精细化空域系统,多类型空域、多元化用户、多任务场景交织作用下的协同运行监管理论、技术与机制还存在空白。”姚义纯说。
可以肯定的是,高效、精细化的空域管理需要新技术的支撑。“空域管理”聚焦低空经济活动核心资源,旨在通过数字化手段实现低空空域的高效、合理、安全利用。“实现高效的空域管理需要综合运用5G通信技术,以确保低延迟、高带宽的数据传输;人工智能与大数据技术可以动态调整飞行路径并优化空域使用;卫星互联网和北斗导航提供低空通信和定位支持;自动化和智能化技术可以减少人为错误;ADS-B技术(广播式自动相关监视系统)能够提升运行容量和地空通信安全;无人机管理系统(UTM)可以提高空域使用效率和飞行安全;数字化空域系统通过网格化感知和高性能计算,实现资源高效利用;电子显著性技术可以确保无控空域中飞机操作的可见性。这些技术共同构建起一个安全、高效、精细化的空域管理体系。”姚义纯表示。
低空飞行管理需要信息化技术支撑
低空飞行环境复杂。飞行活动具有异构、高密度、高频次、高复杂性的特点。有人、无人飞行器混合运行,飞行器密度高,障碍物数量多,环境复杂。这些因素对低空飞行管理提出了更高要求。
要想让eVTOL早日飞起来,就要打通低空经济产业链的“最后一公里”———空域管理和飞行服务管理。
毋庸置疑,除空域管理外,低空飞行服务管理也是不容忽视的发展重点。“空域管理与低空飞行服务管理是有交集、紧密相关的。”鲍科广表示。空域管理是为维护国家安全,兼顾民用、军用航空的需要和公众利益,统一规划,合理、充分、有效地利用空域的管理工作。低空飞行服务管理则是为低空飞行提供飞行计划、低空航空气象、动态监控等服务,确保低空飞行的安全和高效运行。
9月15日上午,两架载着300份中秋月饼的无人机,从位于南京白下高新科技园区启航,跨过秦淮、江宁、栖霞三大区,用时10分钟,成功抵达位于栖霞区仙林大学城的中国电子科技集团公司第二十八研究所。
此次飞行看似简单轻松,但一路上环境错综复杂,既要飞越有轨电车、高速公路、高铁等线网,还有不少限飞区域,能够顺利完成任务,离不开“天牧”的保驾护航。
“天牧”是南京莱斯信息技术股份有限公司(简称“莱斯信息”)于今年6月推出低空飞行服务保障产品,主要包括低空飞行管理服务平台、无人机运营服务系统、空域航线规划仿真系统和起降场智能管理系统四大类型产品,覆盖航线规划、起降管理、飞行管控等核心场景,可以帮助规划路线,引导飞行。比如,低空飞行管理服务平台涵盖“管、协、服”三个方面,可为大规模、高密度、多场景运行提供安全精细、高效顺畅、便捷专业的服务,保障低空飞行全过程的安全;空域航线规划仿真系统可实现对无人机的三维航路规划、空域受限仿真、空域瓶颈分析、飞行视景仿真等一系列功能,助力完成相关航线规划;起降场智能管理系统能够达成基于远程视景的、一对多的起降场管理,同时具备机位分配、起降排序、进离场管理等相关能力,让海量无人机能有序起降。
目前,莱斯信息正不断加快在低空经济领域的布局,积极推进项目在南京市、苏州市、无锡市、扬州市等地落地应用,并且已在江苏取得阶段性成果。
“空域管理需要利用数字化手段实现低空空域的高效、合理、安全利用;低空飞行服务管理着眼于低空飞行活动的全流程,也同样需要利用信息化、数字化手段保障低空飞行器的智慧飞行。”鲍科广说。
据了解,莱斯信息在空管系统、指挥控制技术等领域技术积累深厚。这些成为其研发“天牧”系列创新产品的基础。
首先,莱斯信息研发的全国流量管理系统支撑民航空管运行管理中心成为世界第三大空中交通流量管理中心。此外,莱斯信息还为北京大兴机场提供了空管自动化系统。
其次,莱斯信息面向民航空中交通管理、城市道路交通管理、城市治理等领域的信息化需求,提供涵盖顶层设计、整体方案、产品研制、系统集成、服务运营等的信息系统服务。再次,莱斯信息研发的空中地面智慧交通指挥体系,以及突破性的卫星遥感变化检测、实景重现等关键技术,不仅提高了航班运行的安全性,还为机场提供了更高效的管理和运营能力。
在低空领域,莱斯信息致力于成为引领低空智联服务的国家低空经济建设主力军,未来计划向三大方向拓展:第一,向低空运营整体解决方案拓展;第二,向低空飞行所需的飞行信息系统拓展;第三,向低空飞行智联平台拓展。
搭建智能“天路”,让低空飞行拥有“大脑”
“低空飞行服务管理作为一个新兴的应用场景,对三维空间实时计算能力提出了较高的要求。”北京超图软件股份有限公司(简称超图软件)企业BU营销工程中心总经理李江川表示,“飞行器在不同高度飞行时,系统需实时计算它们之间的距离,并结合空间坐标进行实时分析,以防止飞行器偏离航道或因距离过近而发生碰撞。在空中,即使是轻微的刮蹭也可能导致严重后果。随着飞行器密度的增加,确保飞行器之间保持安全的距离,以及在飞行过程中始终处于预定航线,且航速符合规定,变得尤为重要。这些都依赖强大的空间分析和计算能力。”
北京超图软件股份有限公司(简称超图软件)企业BU营销工程中心总经理李江川
超图软件利用空间智能铺设低空“天路”,通过搭建低空安全运行保障环境及低空监测体系,融合构建起一体化低空飞行综合管控,从而推出了多级联动超图低空飞行服务管控系统。目前,该系统已在广州市南沙新区明珠湾、湖南等地应用。
该系统让低空飞行拥有了“大脑”,通过集成运行态势可视化、空域管理、飞行活动管理、安全监管、航空情报服务和基础信息管理等功能,保障低空飞行的安全高效。该系统包括两大支撑平台、五个业务应用方向、一个低空运行态势可视化大屏和多个应用场景,具有四个主要功能。
第一,飞行活动全流程管控。通过整合飞行计划申请、审批、监控、历史轨迹查看和飞行告警等全流程管控,有效提升飞行工作的效率与安全性。
第二,安全动态监管。利用各类监测设备全面监测飞行器运行动态,有效预警黑飞事件,提高监管的效率和准确性。
第三,三维立体空域管理。采用三维建模和仿真技术实现空域资源的动态监管和合理分配,确保低空空域的安全有序。
第四,基础设施智能化管理。通过实时收集、整合和分析低空飞行活动中的各种数据,对飞企、飞手、航空器、起降点等诸多运力资源和保障资源进行综合管理,构建运维流程,实现对空域资源的动态监测和合理分配,促进空域资源的高效利用。
此外,该系统还通过对接气象系统,实现航行情报和气象信息的实时更新与共享,为飞行活动提供精确的数据支持。李江川表示,下一步,超图数字孪生低空管控系统将在三个方面进行优化:第一,对接并融合已有通航行业系统;第二,结合空间智能技术,进行实时计算的深化和优化;第三,在空间实时计算过程中,进一步深化和优化空间智能技术。
超图软件长期专注于GIS(地理信息系统)技术,特别是在三维GIS和大数据处理方面拥有深厚的技术积累。“超图软件自2016年涉足中国民航信息化领域,已经在多个领域提供服务。低空经济虽然是新兴产业,但管理对象仍是以空中资源与设施为主。我们只是把以往在民航领域积累的技术能力运用到低空飞行领域,将经验延伸到低空飞行服务管理中。”李江川说。
一直以来,超图软件发力大数据、人工智能、三维GIS等核心技术研发,打造了空间智能软件技术体系,依赖强大的数据处理与空间分析能力,为无人机获取的海量数据提供了智能化处理与应用解决方案,赋能低空经济基础设施建设、空域管理建设、气象监测等。
明珠湾,是粤港澳大湾区黄金内湾中心,“半小时交通圈”的原点,更是粤港澳大湾区无人体系先导示范区。超图软件深入融合超图空间智能技术体系,打造了以空间智能为核心的适用于全空间无人体系的低空解决方案。该方案基于1个全空间基础感知体系及支撑平台,联合构建数字底座,支撑海陆空全空间无人体系应用,并依托数字底座基础,搭建低空飞行综合管理平台,实现了智慧城市运营全生命周期闭环管理。
软件企业、信息技术服务企业跃跃欲试
除莱斯信息、超图软件以外,很多软件企业、信息技术服务企业摩拳擦掌,纷纷试水低空飞行服务管理领域。
广州海格通信集团股份有限公司(以下简称“广州海格”)已布局和开展了多项服务于低空经济的业务,包括构建空天地一体化通信网络和时空基准,打造服务低空经济的智能无人系统。
目前,广州海格通过提供“北斗+5G+卫星互联网”服务,筑牢空天地一体全域通导一体网络和综合时空基准服务底座;其低空无人飞行器空域管理平台可以用于低空频谱规划与动态管理、无人飞行器管理和无人机侦测防御管理(反无人)等,进一步确保低空飞行器的合规操作和安全监管。
四川九洲电器股份有限公司的主营业务涵盖三大领域,分别是智能终端、空管产品和微波射频。其中,空管产品与低空经济密切相关,包括空中交通管理及相关航电设备的研发、生产和销售,涉及空管二次雷达、机载防撞系统、S模式应答机、ADS-B系统(AutomaticDependentSurveillance-Broadcast)等。
新晨科技股份有限公司(以下简称“新晨科技”)于2004年开始致力于国家空管领域信息化建设与业务应用,持续聚焦国家空管数据信息服务体系建设,先后承担了数据通信网络平台、跨机构传输交换平台、国家级数据中心系统、国家级业务运行系统建设,形成自顶向下覆盖空管各级管理单位的体系化数据服务保障能力。新晨科技自主研发的空域申报平台和空域监视平台是其空管数据信息服务能力平移至低空保障领域的成果。
新晨低空空域申报平台可提供一体化申报服务,实现空域申请、空域审批、空域监视、空域使用等全过程“一站式”服务。该申报平台已在上海、山东、黑龙江、吉林等地落地。截至2023年底,该平台为各地气象人影部门(人工影响天气办公室)作业和通航飞行用户提供空域使用计划申报服务,共计保障人工影响作业1万余次,通航飞行6万余架次,飞行总小时数9.6万小时。新晨低空综合监视平台被誉为“守护天空的智慧之眼”。未来,低空飞行活动面临密度高、流量大、用户多的管理压力,新晨低空综合监视平台融合北斗、雷达、ADS-B、高精度光电、频谱侦测等各类探测感知设备信息,结合城市地理和气象等环境信息,实现了低空运行场景下的空地一体化态势展示能力。该监视平台既可独立部署,也可为低空运行管理/监管平台、低空运行服务平台、低空反无平台等提供综合监视支撑,满足用户多场景低空综合监视需求,直击低空目标监视领域“看不见、看不准”的痛点。
“平台软件在空域管理中发挥着至关重要的作用,通过整合关键静态数据如适飞空域和起降点,以及接入航路航线,实现空域资源的可视化展示。”姚义纯总结说。第一,软件可以进行飞行计划的冲突检测与优化,有效解决计划间的冲突问题,并且通过数据、业务和技术的融合,构建低空空域的立体网格安全体系,从平视管理转变为多维网格的立体管理,以确保低空航空器的飞行安全。第二,平台软件还能实时监控和动态分配空域资源,支持跨部门协作和信息共享,保障无人机在安全空域内飞行,提升空域运行效率与安全性。第三,利用人工智能和深度学习技术,生成最优飞行航线,并实现空域管理的智能化决策,减少对传统人工作业模式的依赖。在紧急情况下,具备应急响应功能的平台软件可以迅速采取行动,保障无人机和地面人员的安全。
“目前,国内有很多企业机构在尝试进入低空飞行服务领域,比如民航二所、深圳数字院等。这些企业大多具有信息化技术背景,以及通用航空、运输航空领域的基础和经验。通用航空、运输航空和低空经济在技术上同源,业务上相通,都涉及空中交通管理、导航监视、通信、气象和情报等方面。低空飞行管理这一赛道上的竞争将非常激烈。大浪淘沙,只有技术创新能力强的企业,才能在激烈的市场竞争中生存下来。”鲍科广总结说。试水才刚刚开始,谁能站稳脚跟,时间会给出答案。
中国工程院院士李德仁日前在出席中国低空经济联盟和湾区硅谷举办的首届全球低空经济论坛年会时指出:安全可靠是低空飞行的关键。自主飞行与安全控制是需要持续关注的问题。针对低空开放带来的机遇和国家的重大需求,重点突破以下几个方面:一是安全、稳定、可靠的低空有人/无人飞行平台;二是低空飞行的自主避险、飞行控制与通信;三是低空实时遥感与监测。
围绕上述三个方面的问题和关键技术难题,需要开展联合攻关研究,逐步形成我国未来“天、空、低空、地面”一体化实时遥感的多学科交叉的研究体系,有效弥补我国高分辨对地观测系统的不足,同时开拓5G和人工智能支持下的多行业应用。
低空飞行技术、控制通信与遥感技术涉及通用航空和对地观测两个庞大产业中的大部分链条。军民用户众多,社会需求非常大,市场总体供不应求。通用航空活动使用低空空域不足30%,且未成网连片。国内通航机场数量较少、地区分布不均衡,大部分机场功能较单一,难以满足多元化服务需求。针对复杂低空飞行的特点,我们要注意,一是基于飞行性能判定与推演的碰撞风险评价;二是复杂环境下的协同控制与快速避险策略;三是研究多传感器的时间同步控制及联合标定;四是研究对地观测平台与低空飞行平台的耦合;五是研究多源数据的在线智能处理与分析。
来源:中国信息化周报