來源：“中國科協(xié)之聲”公眾號(hào)??作者：廖小罕 ?日期：2024年3月17日

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2024年3月17日，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所研究員、中國民航局民航低空地理信息與航路重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任廖小罕做客“國家科技傳播中心講壇”，為大家?guī)砹艘粓鲫P(guān)于“無人機(jī)低空天路時(shí)代”的視聽盛宴，以下是轉(zhuǎn)載演講內(nèi)容以饗讀者。

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當(dāng)代高新技術(shù)發(fā)展迅速，其中很重要的一個(gè)進(jìn)展是在通信導(dǎo)航的基礎(chǔ)設(shè)施方面。過去我們認(rèn)為通訊可能是昂貴而麻煩的，現(xiàn)在無線通信已經(jīng)到了每個(gè)人的手里，可以輕易和全世界進(jìn)行聯(lián)系。導(dǎo)航也深入到千家萬戶，每一個(gè)人出行都有幾十個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星為我們服務(wù)。

在這種科技浪潮大環(huán)境下，無人機(jī)迅速發(fā)展起來了。中國在其中占有一席之地。我想用三個(gè)數(shù)字讓大家看一下中國無人機(jī)的發(fā)展情況：

第一，全世界無人機(jī)的生產(chǎn)數(shù)量。中國走在前面，大疆這種多軸無人機(jī)，全球80%來自于中國。

第二，無人機(jī)活動(dòng)數(shù)量。現(xiàn)在無人機(jī)按飛行數(shù)量已經(jīng)和我們的運(yùn)輸航空持平。我們通常把通航和民航說成兩個(gè)類別，除民航、軍航以外都?xì)w為通航。如果把無人機(jī)從通航里面分離出來，無人機(jī)的飛行量將是通航的10倍以上。

第三，載人無人機(jī)數(shù)量。這個(gè)聽起來有點(diǎn)拗口，無人機(jī)怎么又載人了？無人機(jī)指的是沒有人駕駛它，實(shí)際上地面上還是有人員進(jìn)行操縱。載人無人機(jī)是說無人機(jī)可以作為運(yùn)輸載體運(yùn)人，簡稱載人無人機(jī)。中國的載人無人機(jī)研發(fā)、生產(chǎn)、制造和運(yùn)行也走在了世界前列，而且剛剛獲得了全球第一張適航證。

低空：未來將成稀缺資源

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今天我重點(diǎn)要說的不是無人機(jī)在整個(gè)大氣層里面的活動(dòng)，而是討論一個(gè)專門的領(lǐng)域：低空。

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低空是大氣層和地表之間相互接壤的這一部分。先說1千米以下，這1千米無論對于航空飛行活動(dòng)、民航機(jī)、航空體育等都不是一個(gè)主要的空域，甚至對于很多飛行活動(dòng)來說屬于荒山荒坡。我常用荒山荒坡來形容低空空域，主要是因?yàn)槠溟_發(fā)利用價(jià)值少，且風(fēng)險(xiǎn)高。高于1千米的空域，通常地表地貌復(fù)雜，還有很多起伏的地形、建筑物、電網(wǎng)高塔、風(fēng)車等。這些人工建筑物不確定性很多，同時(shí)還有隨時(shí)可能出現(xiàn)的邊界層的湍流、氣流、切變風(fēng)等；在這個(gè)高度，飛機(jī)與地面的通訊可能因?yàn)榈匦蔚脑蚴艿礁蓴_，監(jiān)視飛機(jī)的雷達(dá)在低空或者超低空的層面上是看不見的。

這就是低空環(huán)境，對于航空飛行來說它是荒山荒坡。但由于無人機(jī)的出現(xiàn)，尤其是低空的輕小型無人機(jī)大量出現(xiàn)以后，低空空域資源變得稀缺。

針對迅速涌現(xiàn)的、規(guī)模化出現(xiàn)的無人機(jī)在低空怎樣才能安全高效地飛行這一問題，科技界、產(chǎn)業(yè)界都有很多解決方案。這里簡單說幾個(gè)。

一是為了安全、合規(guī)、監(jiān)視好無人機(jī)，我們提出了低空監(jiān)視網(wǎng)——在一個(gè)面上把相應(yīng)的裝置都布上，能夠把低空的無人機(jī)飛行活動(dòng)隨時(shí)監(jiān)測到。這主要是想有序地管控?zé)o人機(jī)的安全運(yùn)行。

我們提出的第二個(gè)概念，叫低空智聯(lián)網(wǎng)。這主要是想到單一的無人機(jī)在信息化高度發(fā)達(dá)的年代可以通過相互之間的協(xié)同而釋放更多的力量。

另一個(gè)概念是低空遙感網(wǎng)。無人機(jī)很重要的使命是做低空的對地觀測、遙感，如果把眾多的無人機(jī)布置在一個(gè)區(qū)域里，就可以對這一區(qū)域進(jìn)行無縫覆蓋。

最后一個(gè)是低空航路網(wǎng)。這是本文要說的主題。無人機(jī)如果規(guī)模大又要商業(yè)化運(yùn)行，我們要以有一定秩序的交通方式來運(yùn)行，路網(wǎng)和低空網(wǎng)格化就自然地提出來了。低空實(shí)際上是看不見的，我們?nèi)绾文苤滥硞€(gè)精準(zhǔn)的空中位置？這就必須把低空進(jìn)行網(wǎng)格化，簡單形容就是把低空像積木一樣分成方塊，每一塊都被標(biāo)記，并且把數(shù)據(jù)裝在方塊里面。將來這無論是對于規(guī)劃路網(wǎng)還是做其他的用途都非常重要。

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懸浮在城市上方的立體路網(wǎng)

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無人機(jī)興旺是因?yàn)橥ㄓ崒?dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，但并不是給大眾普適性的通訊導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施就可以滿足無人機(jī)的發(fā)展。針對無人機(jī)的應(yīng)用，可能還要建更高分辨率、更高帶寬的通訊導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施。據(jù)此，低空通道一體化被提出來，這樣就解決了設(shè)施布局效率的問題。

在此我想提一個(gè)問題：規(guī)?；虡I(yè)無人機(jī)安全高效應(yīng)用和發(fā)展路在何方？無人機(jī)不是僅僅拿來看的，它要作為工具為生產(chǎn)建設(shè)服務(wù)，其應(yīng)用正在形成規(guī)模，包括電網(wǎng)巡檢等，目前都依賴數(shù)以萬計(jì)的無人機(jī)在運(yùn)行。這相對于未來可能還是很小的量，未來無人機(jī)會(huì)有大量商業(yè)化需求，規(guī)模會(huì)更龐大、數(shù)量更多。

這里我說的“路”，一是指出路，二是指天路——這么多的移動(dòng)載體，有沒有足夠的路？對于這個(gè)問題，我們可以在歷史縱深中去尋找啟示。汽車、火車、輪船、民航飛機(jī)我們都經(jīng)歷了，大家都非常熟悉，它們從發(fā)明以來都不是一帆風(fēng)順的。比如汽車、火車在世界上的應(yīng)用，包括在中國的應(yīng)用，都經(jīng)歷了曲折的歷程。當(dāng)年汽車剛出來的時(shí)候英國還有個(gè)紅旗法案：汽車不允許走得比馬車快，還得舉著一個(gè)紅旗在前面，汽車才能上路；鐵路也一樣，當(dāng)年火車進(jìn)入華北平原以后我們修了一段鐵路，慈禧太后后來又把它拆了。

但是從今天來看，這些在當(dāng)時(shí)可能會(huì)是洪水猛獸的東西，借助相應(yīng)的路網(wǎng)建設(shè)都得以了規(guī)?；膽?yīng)用和發(fā)展，無論天上地下，這些東西最終都有序在運(yùn)行，并且安全、高效，都在可控范圍內(nèi)，路網(wǎng)最終是解決我們規(guī)模化、商業(yè)化的一個(gè)重要的閉合。

2019年9月，美國官方，確切說是美國航空署FAA，批準(zhǔn)在紐約州規(guī)劃一條無人機(jī)廊道，可以試運(yùn)行50英里。在這個(gè)范圍內(nèi)，超視距的無人機(jī)可以飛行和做實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在對無人機(jī)的管理，視距范圍內(nèi)和超視距是不太一樣的。對于超視距管理各國還是比較嚴(yán)的。2022年8月份英國在范堡羅航展上高調(diào)宣布，要規(guī)劃世界最長的無人機(jī)高速公路（Drone Super Highway），說是largest Drone Super Highway in the world。這條路將從倫敦連接里丁，再連接牛津、考文垂幾個(gè)地方，這條路網(wǎng)廊道上面將會(huì)有交通的管理系統(tǒng)，有不同類別的無人機(jī)按照一定的交通規(guī)范進(jìn)行流動(dòng)。

我們再看中國。2022年中國民航局頒布了民用無人航空發(fā)展路線圖征求意見稿，這個(gè)路線圖需要開展的幾大任務(wù)里明確提出要發(fā)展低空公共航路基礎(chǔ)設(shè)施。這應(yīng)該是中國官方經(jīng)過過去幾年組織科技界開展相關(guān)工作后一個(gè)明確的態(tài)度，要對低空公共航路基礎(chǔ)設(shè)施的科研和規(guī)劃布局的研究工作以支持。將來低空路網(wǎng)的組成是從地上的起降點(diǎn)，加上地-天連接之路，以及天上的路網(wǎng)這三塊，也就是說低空天路發(fā)展起來以后我們的綜合交通路網(wǎng)就是立體的了。

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“路基”已經(jīng)開始修筑

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將來天上的路網(wǎng)依然是看不見的，但我們可以通過一定的方法識(shí)別：我們通過AR技術(shù)（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)）賦能，可以讓原本看不見的路變得能夠看見。通過技術(shù)賦能，我們還可以看見天路上的各種標(biāo)志，以及路上的交通流。未來，我們通過手機(jī)上相關(guān)的APP，也可以知道飛行器是否在路上合規(guī)地飛行。

可能大家會(huì)和我一樣有這種感覺：天路既陌生又熟悉。陌生是因?yàn)槲覀冋l也沒見過天路；但是又覺得熟悉，是因?yàn)槿祟愒缇驮诘厣辖⒘送晟频墓猜肪W(wǎng)，只不過這一次把地上的路抬到了我們頭頂上而已。典型的場景是，在城市上空80米、100米、150米都會(huì)有一條路，大家各自繁忙運(yùn)行。

將來AR技術(shù)、人工智能可能要在其中扮演重要的角色。要管理這么多的無人機(jī)，人們提出了Smart Air Mobility，也就是借助AI技術(shù)，加上自動(dòng)駕駛技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)。以后控制小的無人機(jī)不需要復(fù)雜的指令，用普通的語音指令或手勢就足以完成任務(wù)。

可以暢想一下，將來會(huì)有全國的天路網(wǎng)骨干航路，也會(huì)有主干航路，還有末端航路，最后是社區(qū)的路網(wǎng)。它們會(huì)有什么不同點(diǎn)和相同點(diǎn)？

先來看一下天上的路和地上的路的區(qū)別。從組成上，天上的路是電子的、數(shù)字化的，我們地上的路有水泥有沙子；天上的路正常情況下是看不見的，地上的路是可以看見的；時(shí)空維度也不一樣，天上的路是四維的，也就是說可以隨時(shí)間變化，白天晚上可以不一樣：骨干道可以從東邊移到西邊，改變電子化道路相對來說成本低，不同于地上的路修好了二三十年不能動(dòng)；天上的路依靠的是空域資源，地上的路依靠的是土地資源，不過兩者都是有限的；天上的路更加依賴我們的基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是通信導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施，沒有通信導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施天上就不可能有路，相對來說地上的路比較簡單。

兩者的共同點(diǎn)是：第一，都是為交通載具的移動(dòng)提供合理合規(guī)的空間；第二，公共屬性，支撐多用戶路權(quán)；第三，都有交通規(guī)則和交通管理的措施；第四，天路和地上的路一樣，可以通過吸引投資建設(shè)，并通過一定的收費(fèi)機(jī)制收回投資，地方政府將來可以在這方面制定相應(yīng)的政策。

國內(nèi)外在天路的規(guī)劃構(gòu)建上面都已經(jīng)做了一些工作，歐洲、美國、新加坡、日本都有很多研究。在國內(nèi)，中國科學(xué)院牽頭，會(huì)同相關(guān)單位，也已經(jīng)做了一些工作，特別是在關(guān)鍵技術(shù)的突破以及標(biāo)準(zhǔn)的制定上面，比如在IEEE（電氣與電子工程師協(xié)會(huì)）層面上，我們制定了一個(gè)面向無人機(jī)運(yùn)行的低空空域框架的標(biāo)準(zhǔn)。

由中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所牽頭，會(huì)同民航科學(xué)技術(shù)研究院、民航管理干部學(xué)院、民航大學(xué)等建立了一個(gè)民航的低空地理信息航路重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，開展相關(guān)的天路工程研究，取得了一些成果，包括我們的路網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)。我把這項(xiàng)工作叫做筑路機(jī)，其過程如同是把低空的遙感影像當(dāng)作桑葉吃進(jìn)去，把路網(wǎng)作為蠶絲吐出來，我們因此取了個(gè)名字叫春蠶系統(tǒng)，在這個(gè)方向做了開拓。

國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃方面還有一項(xiàng)很重要的工作，就是低空的地理信息收集。我們要把天上的路修好，就必須把地上的數(shù)據(jù)搞準(zhǔn)確。全國高精準(zhǔn)的地理信息數(shù)據(jù)，尤其是基于遙感影像獲取的地表信息就顯得非常重要。

低空天路時(shí)代即將來臨

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科技的力量以外，政策資源同樣重要。在推動(dòng)天路規(guī)劃、天路構(gòu)建的工作中，2021年2月國家頒布了綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要。這是在國家層面上正式把低空這一塊明確寫到了交通網(wǎng)里，開展低空天路網(wǎng)構(gòu)建有了政策的依據(jù)。

另外，中國民航局2020年以來先后兩次總共批準(zhǔn)了20個(gè)城市開展民用無人駕駛航空試驗(yàn)區(qū)建設(shè)，也是了不起的舉措。

天路不是拿來看的，也不僅是拿來攀登科研高峰的，發(fā)展它，更重要的是為我們的經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。當(dāng)前很多地方都提出要發(fā)展低空經(jīng)濟(jì)，政府也在抓，產(chǎn)業(yè)界也在跟進(jìn)、都在做，但總的來說，低空經(jīng)濟(jì)還沒有真正產(chǎn)生大的效益。從我的分析看，天路網(wǎng)尚未構(gòu)建好是現(xiàn)在低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，因?yàn)榈涂章肪W(wǎng)是整個(gè)低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展的血脈。如果說地上的交通路網(wǎng)是國民經(jīng)濟(jì)的動(dòng)脈，則對于低空經(jīng)濟(jì)，天路網(wǎng)就是相應(yīng)的動(dòng)脈。這幾年我去各地做學(xué)術(shù)交流的時(shí)候，也越來越明確提出，要致富先修路，先修天路。一旦修路就會(huì)涉及到投資、涉及到就業(yè)、涉及到物流、涉及到消費(fèi)，整個(gè)經(jīng)濟(jì)就循環(huán)帶動(dòng)起來了。

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，通常能夠認(rèn)可的是1億人民幣的公路投資能帶動(dòng)1.9個(gè)億的GDP增長，涉及到相關(guān)就業(yè)崗位3900個(gè)。用同樣的方法來分析天路，我們團(tuán)隊(duì)做的初步結(jié)果是：一個(gè)億的天路投資可以帶動(dòng)2.4億的GDP增長，創(chuàng)造就業(yè)崗位5780個(gè)。就業(yè)崗位包括天路勘察、規(guī)劃、修建、管控、路網(wǎng)的養(yǎng)護(hù)，以及涉及到起降、充電、中轉(zhuǎn)、飛行、導(dǎo)航、監(jiān)視、氣象、培訓(xùn)等服務(wù)，還有制造業(yè)等，都會(huì)因?yàn)樘焐涎}網(wǎng)的建設(shè)、經(jīng)濟(jì)大循環(huán)而拉動(dòng)起來。

2022年在深圳召開的世界無人機(jī)大會(huì)上，通過了一個(gè)天路宣言，其核心內(nèi)容就是將來大家要團(tuán)結(jié)起來，產(chǎn)學(xué)研各界一起共同修天路。中國制造的低空載人無人機(jī)已經(jīng)在全球多個(gè)城市開展了運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，其中我們億航智能的載人無人機(jī)——億航智能216剛剛獲得了全球第一張適航證，這是非常了不起的，系統(tǒng)性的天路基礎(chǔ)設(shè)施還沒有建成，適航證卻已經(jīng)拿到，要開始運(yùn)營了。因此，人類正在創(chuàng)造新的歷史。

汽車帶來了公路時(shí)代，火車帶來了鐵路時(shí)代，民航飛機(jī)帶來了航空時(shí)代，無人機(jī)的規(guī)模化發(fā)展必將帶來低空天路時(shí)代。城市低空天路將為大眾的出行提供立體交通的選擇，也將是出行方式的重大變革；大眾的廣泛參與也將迎來低空經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的時(shí)代。

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