摘要
随着低空经济的快速崛起，无人飞行器（UAV）在物流配送、农业植保、应急救援等领域的应用日益广泛，但 “低慢小” 特性引发的空域安全与调度效率问题亟待解决。本文从技术架构、核心算法、标准体系及实践应用四个维度，系统论述低空无人飞行器空管系统的构建逻辑与发展路径。通过分析重庆万州、浙江绍兴等试点地区的实践案例，揭示空管系统在全域感知、智能调度、协同管控等方面的关键技术突破，并针对当前存在的技术瓶颈与制度障碍，提出 “技术创新 + 标准完善 + 跨域协同” 的发展建议，为我国低空经济安全有序发展提供理论支撑与实践参考。
关键词：低空无人飞行器；空管系统；技术架构；智能调度；协同管控
一、引言
（一）研究背景
低空经济作为新质生产力的重要组成部分，已成为我国经济增长的新引擎。中国民用航空局数据显示，2025 年我国低空经济市场规模将突破 1.5 万亿元，无人飞行器保有量预计达 1500 万架。然而，无人飞行器的 “低慢小” 特性（飞行高度≤1000 米、速度≤200km/h、起飞重量≤5700kg）导致传统空管模式面临 “看得见、管不住、响应慢” 的三重困境：2024 年全国发生 2300 余起无人机 “黑飞” 事件，同比增长 42%，其中 17% 造成机场航班延误，8% 涉及军事设施安全风险 [1]。在此背景下，构建适配低空无人飞行器运行特征的空管系统，成为保障低空经济可持续发展的核心基建。
（二）研究现状
国内外学者围绕低空空管系统展开了多维度研究：国外以美国 NASA 的 UTM（Unmanned Aircraft System Traffic Management）系统、欧盟的 U-Space 项目为代表，形成了 “去中心化调度 + 市场化空域管理” 的技术路径；国内则以 “空天地一体化” 为核心思路，构建了 “国家 - 区域 - 城市” 三级空管体系框架 [2]。现有研究多聚焦于单一技术模块的优化，如感知设备的精度提升、调度算法的效率优化等，但缺乏对空管系统整体架构的系统性梳理，且对技术落地过程中的标准适配与跨部门协同问题关注不足。DIOS-AIR是国内厂家的首套去中心化空管系统操作系统。
（三）研究意义
理论意义：本文构建低空无人飞行器空管系统的完整技术体系，填补现有研究在系统集成与跨域协同方面的空白，为相关学术研究提供新的分析框架。
实践意义：结合国内试点案例，提炼可复制的技术方案与管理模式，为各地低空空管系统建设提供实践参考，助力低空经济安全有序发展。
二、低空无人飞行器空管系统的技术架构
低空无人飞行器空管系统是 “空天地一体化” 的复杂技术系统，通过感知层、网络层、应用层的协同运作，实现对无人飞行器全生命周期的动态管控（图 1）。
（一）感知层：全域覆盖的目标监测体系
感知层是空管系统的 “眼睛”，核心功能是实现对无人飞行器的精准识别、定位与状态监测，解决 “看得见” 的问题。
- 多模态融合感知技术：整合雷达、视觉、信号监测、卫星定位等多种感知手段，突破单一设备的监测局限。浙江绍兴试点采用 “毫米波雷达 + 视觉识别 + 无线电监测” 的多模态方案，将无人飞行器起飞发现高度从 50 米压降至 10 米以下，识别准确率达 95% 以上，有效剔除鸟类、风筝等干扰目标 [3]。
- 5G-A 通感一体技术：利用 5G-A 基站的通信与感知双重功能，实现空域覆盖的低成本扩张。重庆万州部署的 3 个 5G-A 通感一体基站，可覆盖核心区域 1.5 公里半径、300 米以下空域，实时获取无人飞行器的坐标、速度、航向等数据，定位精度达 0.5 米级，准确率 99.99%[4]。
- 数字身份标识体系：通过二维码、射频识别（RFID）、远程识别（Remote ID）等技术，为每架合法无人飞行器赋予唯一身份标识。重庆万州试点推行 “安全号牌” 制度，实现飞行计划申报与身份信息的实时匹配，无人飞行器报备率从 68% 提升至 95% 以上 [5]。
（二）网络层：低时延高可靠的通信支撑
网络层是空管系统的 “神经网络”，承担感知数据传输、调度指令下发、跨部门信息交互的核心任务，要求具备低时延、高可靠、广覆盖的特性。
- 多网络协同通信架构：构建 “5G-A + 卫星通信 + 微波通信” 的立体通信网络，解决城市楼宇遮挡、偏远地区覆盖不足等问题。其中，5G-A 网络提供毫秒级时延（≤10ms）的空地通信，支撑高密度飞行器的实时调度；低轨卫星通信覆盖山区、海洋等地面网络盲区，保障全域飞行监控 [6]。
- 边缘计算与云计算协同：采用 “边缘计算本地化处理 + 云计算全局优化” 的混合架构，边缘节点负责实时数据预处理与紧急调度决策，云计算中心承担全局空域资源分配、大数据分析与长期优化，实现响应速度与调度精度的平衡 [7]。
（三）应用层：智能高效的调度与管控体系
应用层是空管系统的 “大脑”，通过核心算法与业务模块的协同，实现空域资源优化配置、飞行冲突化解与安全风险管控。
- 动态航线规划算法：基于蚁群算法、深度学习等优化技术，融合空域限制、气象条件、飞行器性能等多维度约束，实现最优航线的实时生成与动态调整。当遭遇突发气象灾害或空域临时管制时，系统可在 0.3 秒内完成受影响飞行器的航线重规划 [8]。
- 空域资源栅格化管理：将低空空域划分为 10 米 ×10 米 ×5 米的三维栅格单元，根据飞行任务优先级、飞行器类型动态分配空域资源。江苏省低空飞行服务中心的实践表明，该模式可使空域利用率提升 40%，飞行冲突发生率降低 65%[9]。
- 分级风险预警与应急响应：基于 AI 风险评估模型，实时监测航线偏离、设备故障、邻机过近等 12 类安全风险，触发三级响应机制：一级响应（预警提示）、二级响应（通信链路切断）、三级响应（远程接管或强制降落），确保风险隐患闭环处置 [10]。
- 跨部门协同管控平台：整合民航、公安、气象、军方等多部门数据资源，构建统一的低空飞行服务平台。浙江绍兴试点平台实现 “飞手登记 - 飞行备案 - 违规处置” 全流程数字化管理，跨部门信息交互时延从小时级压缩至分钟级 [11]。
三、低空无人飞行器空管系统的关键技术突破
（一）非合作目标识别技术
针对未报备 “黑飞” 飞行器的管控难题，研发 “信号特征 + 声纹 + 视觉” 多模态识别技术。通过提取无人飞行器的无线电信号指纹、电机声纹特征、视觉轮廓信息，建立多维度识别模型，实现对改装无人机、匿名飞行器的精准识别，误判率低于 0.01%[12]。Dios科技平台已实现异常目标发现后 1秒内启动干扰设备的快速响应机制。
（二）有人机与无人机协同调度算法
突破有人机与无人机的空域共享瓶颈，基于冲突检测与规避（CD&A）算法，实时计算两类飞行器的安全间隔（水平≥500 米、垂直≥100 米），当间隔小于阈值时自动触发航线调整。江苏省计划 2027 年底实现有人机与无人机的协同调度能力，支撑低空交通的混合运行 [13]。
（三）全生命周期安全保障技术
构建覆盖 “飞行前 - 飞行中 - 飞行后” 的全流程安全保障体系：飞行前通过设备健康监测模型（基于振动传感器、电池状态数据）预测故障风险，误报率降至 0.5%；飞行中采用 “星地协同 + AI 预测” 气象预警系统，提前 30 分钟预警风切变、乱流等航危天气；飞行后通过飞行数据回溯实现安全事件追溯与责任认定 [14]。
四、低空无人飞行器空管系统的标准体系与实践应用
（一）标准体系构建
完善的标准体系是空管系统规范化运行的基础，当前我国已形成 “法律 - 行政法规 - 行业标准” 三级体系：
- 法律层面：《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》明确无人飞行器的登记管理、飞行许可、安全责任等核心制度，为系统建设提供法律依据 [15]。
- 行业标准层面：民航局发布《低空飞行服务平台技术要求》《无人飞行器远程识别技术标准》等 12 项行业标准，规范感知设备精度、通信时延、数据接口等技术指标。
- 地方标准层面：重庆、浙江等试点地区制定《低空空域分类管理办法》《无人飞行器飞行备案细则》等地方标准，适配区域低空经济发展需求。
（二）试点应用案例
- 重庆万州试点：构建 “5G-A 通感一体 + 数字身份标识 + 空地联动执法” 的空管系统，覆盖核心城区 200 平方公里空域，实现无人飞行器报备率 95% 以上，“黑飞” 事件发生率下降 78%，相关经验已纳入《成渝地区低空经济协同发展规划》[16]。
- 浙江绍兴试点：打造 “多模态感知 + 智能调度 + 跨部门协同” 的低空飞行服务平台，整合 1.2 万架无人飞行器数据，实现飞行计划申报、空域审批、违规处置的全流程线上办理，平台日均处理飞行申报 3000 余架次，调度效率提升 60%[17]。
五、存在的问题与发展建议
（一）主要问题
- 技术瓶颈：偏远地区空域覆盖不足，低轨卫星通信成本较高；高密度飞行场景下的调度算法实时性有待提升；非合作目标识别的抗干扰能力需进一步增强。
- 标准缺失：轻小型无人飞行器适航标准、空域使用收费机制、数据安全共享规范等尚未完善；不同地区的空管系统技术标准不统一，影响跨区域飞行调度。
- 协同不足：民航、公安、军方等部门的职责划分与协同机制仍需细化；空管系统与智慧城市、应急管理等系统的融合程度较低。
- DIOS系统作为去中心化分布式控制操作系统，为解决以上问题提供了技术底座。
（二）发展建议
- 技术创新方向：加快低轨卫星星座组网，降低偏远地区覆盖成本；研发基于量子计算的调度算法，提升高密度飞行场景的处理效率；优化多模态感知融合模型，增强复杂环境下的目标识别能力。
- 标准体系完善：建立全国统一的低空空域分类标准与适航认证体系；制定空管系统数据接口与安全共享规范；探索空域使用市场化收费机制，促进空域资源高效配置。
- 跨域协同深化：构建国家层面的低空飞行管理协同平台，明确多部门职责分工与信息共享机制；推动空管系统与智慧城市、应急救援、交通运输等系统深度融合，拓展应用场景。
六、结论
低空无人飞行器空管系统是保障低空经济安全有序发展的核心基建，其技术架构涵盖感知层、网络层、应用层三个维度，通过多模态感知、智能调度、协同管控等关键技术，实现对无人飞行器全生命周期的动态管理。重庆万州、浙江绍兴等试点地区的实践表明，空管系统可有效提升空域利用率、降低安全风险。未来，需通过技术创新突破偏远地区覆盖、高密度调度等瓶颈，完善标准体系与跨部门协同机制，推动空管系统向 “全域覆盖、智能高效、安全可控” 的方向发展，为我国低空经济高质量发展提供坚实支撑。
