作者：廖小罕[1,2]；徐晨晨[1,2]；叶虎平[1,2], 

作者机构：[1]中国科学院地理科学与资源研究所 资源与环境信息系统国家重点实验室  [2] 中国民用航空局 低空地理信息与航路重点实验室 

出 版 物:《中国科学院院刊》(Bulletin of Chinese Academy of Sciences)

年 卷期: 2024年第039卷第11期

以下为节选。

低空路网基础设施体系建设与空域收益探索。低空经济产业发展中后期在面向规模化无人机飞得起来与风险可控的双重需求下，不仅需要新建低空路网核心基础设施，还需要依托低空路网建设通导监和气象等外部配套设施；应建立清晰的经济收益机制，制定相应政策吸引发展低空路网基础设施体系的投资。

① 公司和私人投资者开始探索布局低空交通所需的基础设施资产。例如，美国亚马逊公司（Amazon） 和美国优步公司 （Uber） 试图确定各种基 础设施的成本和要求，设计了支持不同尺寸的电动垂 直起降航空器 （eVTOL） 和运营量的垂直起降机场I7。

② 政府和公共机构对于空中交通基础设施的兴趣也在增长。例如，意大利拉齐奥大区、德国交通部、美国众议院分别宣布投资或加速建设无人机运输基础设施计划I8，FAA 和 EASA 发布了世界首个垂直起降场设计规范 ，NASA 也研发了垂直机场自动化系统以 提升飞行安全性、效率和可扩展性，并提出建造空 中高速公路的未来愿景。

本文研究团队在2022年首先提出低空路网新型基础设施体系，对通信、导航、监视和气象等面向低 空和无人机的升级新型设施标明能力要求。本文将进 一步结合国家立体交通发展需求，统筹空中与地面交 通基础设施衔接、空中交通特有设施要求，结合团队 在民用无人驾驶航空试验区的低空路网规划实践经 验，探索低空路网基础设施建设的主要生命周期，并 考虑低空经济发展需求特色，超前探索依托低空路网 的空域收益等关键问题。

低空路网基础设施建设的完整生命周期流程主要包括可行性研究、规划、构建及运行养护等环节，涉及空间遥感、摄影测量、地理信息、地图学和路径规划算法等技术。

3.1.1 可行性研究

遵循需求驱动原则，根据区域人口密度、低空应用场景需求调研、产业发展基础及地面交通拥堵态势 等多因子预测区域应用需求规模。调研区域禁飞区、 限制区、告警区等低空空域环境，动态更新临时禁飞 区信息，通过低空空域资源区划来分析无人机适飞空 域的占比和空间分布，构建区域监管空域环境区划 图。在此基础上，筛选并确定关于低空地理环境、电 磁环境、大气环境等评价因子，进一步量化区域可飞 行空域环境，结合区域的运输航路和通航机场及通信 布局等低空交通基础设施布局现状，论证低空路网规 划与构建的可行性（图5）。

3.1.2 低空路网规划

低空路网规划主要包括无人机起降枢纽空间布 局、低空路网规划和建设及空地协同进近航路航线 构建。

（1）起降枢纽空间布局。基于区域低空环境特点、 交通需求和流量预测分析，对地表建筑、通信、气 象、人口等各类关键约束地理要素进行建模。在此基 础上，进行低空空域资源的高效规划和精细管理，在 地面交通可达、空域和通信条件良好等多目标约束条 件下，以最大时效或最低成本为目标函数优化布局常 态化、应急、临时的区域起降枢纽网络。为降低前期 基础设施建设成本，可充分利用建筑物楼顶、通航机 场等已有的城市地表设施，构建无人机地面起降枢纽 的最小设施集，包括起降场站及自动充电桩、通信、 导航、小型气象服务站等，形成覆盖全区的多级多类 别起降枢纽网络。

（2）多层级低空路网。包括地表遥感、地理信息 提取、低空网格化、网络构建和路径规划算法、获得 最优航路（网）、仿真飞行验证、实际飞行验证等关 键步骤。对应地面公路的分级体系，低空路网也需 要根据机型、飞行任务类型和优先级，以及地表地理 格局来设计城市分级空中路网，例如全国骨干航路、 主干航路、支线航路和区域末端航路等。面向典型应 用场景和特定机型，根据遥感影像识别出影响飞行的 地表地理要素、政策规定的禁飞区、人口密集区、通 信覆盖、大气等要素，通过自适应四维网格剖分与编 码技术构建低空飞行环境，使用智能算法计算航路中 心航线航点并迭代优化多级航路网，开展同一区域、 同一时段下，多机、多用户运行多航道的时空资源配置，多机型、多行业共享宽兼容公共航路设计等关键 技术，产出典型示范区的低空路网图。

（3）空地协同的进近航路航线设计与运行调度。 起降枢纽和空中路网之间的航路航线构建是实现空地 高效协同的重要方式。为应对同一时刻多台无人机起 降，需要对终端流量进行控制。可采用基于遗传进化 算法的时间排序技术，以冲突风险最低为目标函数，通过重复交叉、变异过程，直到达到最大迭代次数或者获取目标函数的最优解。

3.1.3 低空路网构建

依靠地理空间信息技术手段，按照一定的低空路网施工建设标准，构建有边界的数字飞行廊道，包括基于主航线的航点，通过航空器性能和通导精度等因素研判设计的廊道边界。升级建设通导一体的外部基础设施体系，包括通信检测设备和小型通信基站设备、高精度导航定位设备（如基于实时动态载波相位差分技术的差分移动基站）、飞行安全监视设施（如地理围栏和无人机反制设备）、气象服务（如小型气象服务站）等外部支撑设施，并修建与地面交通设施接驳的无人机常态或临时起降枢纽站与加油站、充电站等设施。

3.1.4 低空路网运行养护

通过无人机云端管理系统与移动端增强现实 （AR） 管理系统对低空路网及基础设施进行三维可视化 ，实现路网运行态势的直观可视化监管，为基础 设施现状的检测提供直观可视化手段。同时，高精度 地图信息的全局和局部动态更新也是应对低空环境高 动态变化的手段。

相比其他投资，交通基础设施投资回报率高，但同时也存在投资规模大、回报周期长、维护费用高等问题。为维持无人机低空运行的低水平风险，低空交通需要高带宽通信、高精度导航、精准气象监测等基础设施支撑，前期投入成本较高，一旦回报周期拉长便会阻滞低空路网经济发展。因此，需要超前探索基于低空路网的空域收益机制。

3.2.1 国外低空路网的空域收益探索经验

空域权利是空域收益的核心。 低空飞行活动迅速增长带来的空域权与空间权间 的冲突（如噪声干扰和隐私侵犯等）是阻碍航空器商 业活动良性运行的重要因素，也是低空经济可持续发 展避不开的问题。美国为应对低空航空器活动给居民 生活带来的噪声干扰和隐私侵犯及生命财产安全威胁 等问题，各级政府主张土地所有者拥有空域排他权。 例如，1946年，考斯比 （Causby） 经典空域产权案例 中，美国国会裁定军队在私人土地上空活动侵犯了低 空产权 ；Rule提倡基于微观经济学和财产理论， 立法赋予土地所有者严格的权利，禁止航空器进入地 块正上方明确高度的低空空域。然而，当前私人空域 的高度界定仍不清晰。“足够低”到什么程度才会引 发收购？飞行必须频繁到何种“足够频繁”程度才能 要求支付合理的赔偿？这些问题都还需要进一步 明确。 土地所有者的空域使用权利界定不清晰将严重阻 碍公共通行权和空域收费系统的发展。商业无人机倡 导者是私人空域权的反对者，他们认为取消或忽视土 地所有者的空域权利是在全国范围内广泛开展商用无 人机业务的唯一途径。为了调和私人空域和商业倡 导者间的分歧，有学者和公司提出并实行在道路等公 共空域上空构建公共通行权、针对私人空域构建空域 收费体系的方案I9。例如，2014—2018 年，美国伯灵 顿北方圣太菲铁路运输公司 （BNSF） 使用铁路用地 范围内的空域进行了数百小时的远程无人机飞行。

3.2.2 国内低空路网的空域收益探索

国内尚未明确空域所有权主体及其与空间权的界 限，也没有私人空域。在当前无人机运行的城市试点 工作中，均是以牺牲部分公众空间权 （如噪声和隐私 权益） 来修建由企业或公司主体运营的“私家”航 路。然而，随着未来数以万计无人机在低空活动，空域权和空间权的法律关系将在地面范围呈现出一种交 织状态，这种以损失单方面利益的做法将会导致越来 越多的企业日常运营与公共利益发生冲突，应提出从 根本上解决空域权与空间权冲突问题的方法。 

本文提出一种由政府顶层建设低空路网及依托低 空路网的空域收益机制来缓解私人抵制和长距离商业 航空活动间矛盾的技术方案。参考地面道路建设时建 立隔音设施或采用经济补贴手段来保障沿路居民的噪 声权益，相关部门可以行使空间征用权并给与赔偿或 补贴以消减土地使用者的抵制，在某些最需要无人机 进入的瓶颈位置创建开放的低空路网。同时，监管部 门从空域租赁获得的收入可以用于低空路网的建设和 管理。在低空经济国家战略背景下，空域权与空间权 都有着为无人机低空路网建设让渡其自身权利的义务 和能力。低空路网是一种无需清晰界定居民空域使 用边界即可实现无人机大范围跨区飞行的有效手段， 也将是一种由政府主导的缓解空域权和空间权矛盾、 补偿因低空飞行活动而空间权受损公众利益的有效手 段。2024年4月1日，由中国民用航空局主导发布的 《民航空管收费行为规则》正式实施，其中的“航 路费”可以看作是基于低空路网的空域收益体系的先导概念。