【中國科協(xié)之聲】國家科技傳播中心講壇：低空天路時代開啟新變革！
來源：“中國科協(xié)之聲”公眾號??作者：廖小罕 ?日期：2024年3月17日
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2024年3月17日，中國科學院地理科學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實驗室主任廖小罕做客“國家科技傳播中心講壇”，為大家?guī)砹艘粓鲫P于“無人機低空天路時代”的視聽盛宴，以下是轉載演講內(nèi)容以饗讀者。
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當代高新技術發(fā)展迅速，其中很重要的一個進展是在通信導航的基礎設施方面。過去我們認為通訊可能是昂貴而麻煩的，現(xiàn)在無線通信已經(jīng)到了每個人的手里，可以輕易和全世界進行聯(lián)系。導航也深入到千家萬戶，每一個人出行都有幾十個導航衛(wèi)星為我們服務。
在這種科技浪潮大環(huán)境下，無人機迅速發(fā)展起來了。中國在其中占有一席之地。我想用三個數(shù)字讓大家看一下中國無人機的發(fā)展情況：
第一，全世界無人機的生產(chǎn)數(shù)量。中國走在前面，大疆這種多軸無人機，全球80%來自于中國。
第二，無人機活動數(shù)量。現(xiàn)在無人機按飛行數(shù)量已經(jīng)和我們的運輸航空持平。我們通常把通航和民航說成兩個類別，除民航、軍航以外都歸為通航。如果把無人機從通航里面分離出來，無人機的飛行量將是通航的10倍以上。
第三，載人無人機數(shù)量。這個聽起來有點拗口，無人機怎么又載人了？無人機指的是沒有人駕駛它，實際上地面上還是有人員進行操縱。載人無人機是說無人機可以作為運輸載體運人，簡稱載人無人機。中國的載人無人機研發(fā)、生產(chǎn)、制造和運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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今天我重點要說的不是無人機在整個大氣層里面的活動，而是討論一個專門的領域：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、民航機、航空體育等都不是一個主要的空域，甚至對于很多飛行活動來說屬于荒山荒坡。我常用荒山荒坡來形容低空空域，主要是因為其開發(fā)利用價值少，且風險高。高于1千米的空域，通常地表地貌復雜，還有很多起伏的地形、建筑物、電網(wǎng)高塔、風車等。這些人工建筑物不確定性很多，同時還有隨時可能出現(xiàn)的邊界層的湍流、氣流、切變風等；在這個高度，飛機與地面的通訊可能因為地形的原因受到干擾，監(jiān)視飛機的雷達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。但由于無人機的出現(xiàn)，尤其是低空的輕小型無人機大量出現(xiàn)以后，低空空域資源變得稀缺。
針對迅速涌現(xiàn)的、規(guī)?；霈F(xiàn)的無人機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。
一是為了安全、合規(guī)、監(jiān)視好無人機，我們提出了低空監(jiān)視網(wǎng)——在一個面上把相應的裝置都布上，能夠把低空的無人機飛行活動隨時監(jiān)測到。這主要是想有序地管控無人機的安全運行。
我們提出的第二個概念，叫低空智聯(lián)網(wǎng)。這主要是想到單一的無人機在信息化高度發(fā)達的年代可以通過相互之間的協(xié)同而釋放更多的力量。
另一個概念是低空遙感網(wǎng)。無人機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布置在一個區(qū)域里，就可以對這一區(qū)域進行無縫覆蓋。
最后一個是低空航路網(wǎng)。這是本文要說的主題。無人機如果規(guī)模大又要商業(yè)化運行，我們要以有一定秩序的交通方式來運行，路網(wǎng)和低空網(wǎng)格化就自然地提出來了。低空實際上是看不見的，我們?nèi)绾文苤滥硞€精準的空中位置？這就必須把低空進行網(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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無人機興旺是因為通訊導航基礎設施的發(fā)展，但并不是給大眾普適性的通訊導航基礎設施就可以滿足無人機的發(fā)展。針對無人機的應用，可能還要建更高分辨率、更高帶寬的通訊導航基礎設施。據(jù)此，低空通道一體化被提出來，這樣就解決了設施布局效率的問題。
在此我想提一個問題：規(guī)?；虡I(yè)無人機安全高效應用和發(fā)展路在何方？無人機不是僅僅拿來看的，它要作為工具為生產(chǎn)建設服務，其應用正在形成規(guī)模，包括電網(wǎng)巡檢等，目前都依賴數(shù)以萬計的無人機在運行。這相對于未來可能還是很小的量，未來無人機會有大量商業(yè)化需求，規(guī)模會更龐大、數(shù)量更多。
這里我說的“路”，一是指出路，二是指天路——這么多的移動載體，有沒有足夠的路？對于這個問題，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順的。比如汽車、火車在世界上的應用，包括在中國的應用，都經(jīng)歷了曲折的歷程。當年汽車剛出來的時候英國還有個紅旗法案：汽車不允許走得比馬車快，還得舉著一個紅旗在前面，汽車才能上路；鐵路也一樣，當年火車進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，這些在當時可能會是洪水猛獸的東西，借助相應的路網(wǎng)建設都得以了規(guī)?；膽煤桶l(fā)展，無論天上地下，這些東西最終都有序在運行，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，批準在紐約州規(guī)劃一條無人機廊道，可以試運行50英里。在這個范圍內(nèi)，超視距的無人機可以飛行和做實驗?，F(xiàn)在對無人機的管理，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、考文垂幾個地方，這條路網(wǎng)廊道上面將會有交通的管理系統(tǒng)，有不同類別的無人機按照一定的交通規(guī)范進行流動。
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，這個路線圖需要開展的幾大任務里明確提出要發(fā)展低空公共航路基礎設施。這應該是中國官方經(jīng)過過去幾年組織科技界開展相關工作后一個明確的態(tài)度，要對低空公共航路基礎設施的科研和規(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，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別：我們通過AR技術（增強現(xiàn)實技術）賦能，可以讓原本看不見的路變得能夠看見。通過技術賦能，我們還可以看見天路上的各種標志，以及路上的交通流。未來，我們通過手機上相關的APP，也可以知道飛行器是否在路上合規(guī)地飛行。
可能大家會和我一樣有這種感覺：天路既陌生又熟悉。陌生是因為我們誰也沒見過天路；但是又覺得熟悉，是因為人類早就在地上建立了完善的公共路網(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米都會有一條路，大家各自繁忙運行。
將來AR技術、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，人們提出了Smart Air Mobility，也就是借助AI技術，加上自動駕駛技術、人機交互技術。以后控制小的無人機不需要復雜的指令，用普通的語音指令或手勢就足以完成任務。
可以暢想一下，將來會有全國的天路網(wǎng)骨干航路，也會有主干航路，還有末端航路，最后是社區(qū)的路網(wǎng)。它們會有什么不同點和相同點？
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；時空維度也不一樣，天上的路是四維的，也就是說可以隨時間變化，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；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設施，尤其是通信導航基礎設施，沒有通信導航基礎設施天上就不可能有路，相對來說地上的路比較簡單。
兩者的共同點是：第一，都是為交通載具的移動提供合理合規(guī)的空間；第二，公共屬性，支撐多用戶路權；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，并通過一定的收費機制收回投資，地方政府將來可以在這方面制定相應的政策。
國內(nèi)外在天路的規(guī)劃構建上面都已經(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)，中國科學院牽頭，會同相關單位，也已經(jīng)做了一些工作，特別是在關鍵技術的突破以及標準的制定上面，比如在IEEE（電氣與電子工程師協(xié)會）層面上，我們制定了一個面向無人機運行的低空空域框架的標準。
由中國科學院地理科學與資源研究所牽頭，會同民航科學技術研究院、民航管理干部學院、民航大學等建立了一個民航的低空地理信息航路重點實驗室，開展相關的天路工程研究，取得了一些成果，包括我們的路網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)。我把這項工作叫做筑路機，其過程如同是把低空的遙感影像當作桑葉吃進去，把路網(wǎng)作為蠶絲吐出來，我們因此取了個名字叫春蠶系統(tǒng)，在這個方向做了開拓。
國內(nèi)外標準規(guī)劃方面還有一項很重要的工作，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)搞準確。全國高精準的地理信息數(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。在推動天路規(guī)劃、天路構建的工作中，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了20個城市開展民用無人駕駛航空試驗區(qū)建設，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)濟發(fā)展服務。當前很多地方都提出要發(fā)展低空經(jīng)濟，政府也在抓，產(chǎn)業(yè)界也在跟進、都在做，但總的來說，低空經(jīng)濟還沒有真正產(chǎn)生大的效益。從我的分析看，天路網(wǎng)尚未構建好是現(xiàn)在低空經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，因為低空路網(wǎng)是整個低空經(jīng)濟發(fā)展的血脈。如果說地上的交通路網(wǎng)是國民經(jīng)濟的動脈，則對于低空經(jīng)濟，天路網(wǎng)就是相應的動脈。這幾年我去各地做學術交流的時候，也越來越明確提出，要致富先修路，先修天路。一旦修路就會涉及到投資、涉及到就業(yè)、涉及到物流、涉及到消費，整個經(jīng)濟就循環(huán)帶動起來了。
根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，通常能夠認可的是1億人民幣的公路投資能帶動1.9個億的GDP增長，涉及到相關就業(yè)崗位3900個。用同樣的方法來分析天路，我們團隊做的初步結果是：一個億的天路投資可以帶動2.4億的GDP增長，創(chuàng)造就業(yè)崗位5780個。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，以及涉及到起降、充電、中轉、飛行、導航、監(jiān)視、氣象、培訓等服務，還有制造業(yè)等，都會因為天上血脈網(wǎng)的建設、經(jīng)濟大循環(huán)而拉動起來。
2022年在深圳召開的世界無人機大會上，通過了一個天路宣言，其核心內(nèi)容就是將來大家要團結起來，產(chǎn)學研各界一起共同修天路。中國制造的低空載人無人機已經(jīng)在全球多個城市開展了運行實驗，其中我們億航智能的載人無人機——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)性的天路基礎設施還沒有建成，適航證卻已經(jīng)拿到，要開始運營了。因此，人類正在創(chuàng)造新的歷史。
汽車帶來了公路時代，火車帶來了鐵路時代，民航飛機帶來了航空時代，無人機的規(guī)?；l(fā)展必將帶來低空天路時代。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)濟大發(fā)展的時代。
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