地图是人类认知与表达空间的语言,不同的制图对象决定了地图所承载的信息内容不同。从二维平面到三维实景,从地形测绘到航空导航,地图形态的演变始终随人类对空间认知与利用的深化而改变。在这一进程中,空域地图作为低空经济活动的核心时空参考框架,不仅承载着地理环境信息,还有助于精准刻画空域结构、管理规则以及各类飞行器的动态交互方式。
低空经济是指在低空空域(通常垂直高度1000米以下,根据实际需要延伸至不超过3000米)内,以各类飞行器(含民用有人驾驶和无人驾驶航空器)为主体,以载人、载货及其他作业等多场景低空飞行活动为牵引,辐射带动商业或公共服务融合发展的综合性新型经济形态。低空经济不仅是新质生产力的代表,更成为经济增长的重要驱动力。与通用航空的单一产业模式运作不同,低空经济注重多产业的深度融合与协同发展。这种多产业嵌套、动态化的特性使描述低空经济的空域地图与传统通用航空地图存在明显的区别,低空经济活动对空域地图提出了“高精度、高动态、高协同”的要求,促使其在制图区域、制图对象、表达形式与交互方式四个关键维度上突破经典地图制图方式的局限,面临全新的挑战。
从制图区域上看,空域地图可被视作一座专为天空打造的“动态沙盘”。它根据区域特点和实际需求,将低空空域概括性地划分为低、中、高三级分层结构。这三级分层结构的划分遵循安全与效率并重的原则,共同服务于城市的空域协同管理。低空层如毛细血管般密布航路,主要服务短距离、高频次的经济活动。其核心特征是航路网络高度聚集,并紧密依赖地面环境。中空层作为城市空域中的主要通道,专为快速通行设计,承担中等距离运输任务,减少低空层的交通压力,提高整体通行效率。其特征是航路拓扑稳定、管制统一。高空层则建立城市间的“空中高速路”,服务跨区域运输。其特征与中空层相似,但重点在于跨城市空域的无缝衔接,航路通行效率与稳定性更高。这三层空域在功能、结构和需求上各有特点,总体上,地图对空间分辨率的需求随空域层级的降低而增加,以精准刻画飞行器与地物之间的安全边界。
制图区域视角下的城市低空空域分层与不同飞行器的协同布局
图/林镕基
从制图对象上看,空域地图所表达的对象可分为三类:飞行器、支撑设施与管理规则。飞行器是低空经济活动的核心,涵盖无人机(多旋翼、固定翼)、eVTOL(电动垂直起降飞行器)、轻型通航飞机等。其实时动态数据包括三维坐标、航向角、速度矢量、轨迹路径及飞行状态等,具有实时性高、规则依赖性强、人机协同需求高的特征。支撑设施是飞行器运行的基础,其空间布局与效能直接影响低空经济的运作效率,包括通信基站、能源补给站、导航设施等。支撑设施需要具备合理的空间布局、多样化功能和协同能力,确保飞行器在低空空域中稳定运行。管理规则是保障低空经济任务有序稳定运行的关键约束。其通过建立空中廊道、飞行区域与空域结构,为飞行器提供明确的运行边界和调度依据,具有标准化、动态性、安全性、高效性和前瞻性等特征。这三类对象在空域地图制图中相辅相成,为空域地图制图提供了精确、全面和动态的数据信息支持。
不同管理规则下,飞行器与支撑设施的分布结构
图/林镕基
从表达形式上看,空域地图往往是通过不同的地图符号来直观地区分制图要素对象的。飞行器在空域地图上通常以特定图标表示,其三维坐标对应具体位置。飞行状态通过颜色、形状或动态效果等方式区分。除了飞行器本身,实时动态数据也是空域地图表达的重要组成部分。轨迹路径通常以线条形式呈现,不同颜色或线型的线条区分不同的飞行任务或飞行阶段。速度矢量通过动态箭头或速度标尺直观展示。支撑设施使用多样化图标标注,服务范围通常以渐变色区域或虚线边界表示,直观展示其覆盖范围。协同关系通过连线或关联符号(如箭头、虚线等)体现,帮助用户理解不同设施之间的功能联动与协作关系。管理规则通过符号化设计和视觉分层清晰呈现。空中廊道是对标地面道路级的地图要素,在地图上以半透明管状结构、边界线条、箭头和悬浮信息标签等方式表示,直观展示其空间范围、路径、流向及关键属性。飞行区域中的自由飞行区、限飞区和禁飞区等通常使用不同颜色填充区域表示,区域内可添加文字说明。空域结构(包括完全混合、分层、分区和管道化四种类型)以不同颜色填充或边界线划分区域的方式直观呈现。
用不同颜色的填充区域表示飞行区域中的自由飞行区、限飞区和禁飞区
图/北京飞渡科技股份有限公司
不同颜色和线型的航路在空域地图中的表达形式
图/北京飞渡科技股份有限公司
从交互方式上看,使用对象对空域地图交互方式的需求各有特点。飞行器操作人员通常依赖移动端设备(如无人机遥控器、平板电脑或智能手机等)进行实时地线路规划和飞行监控。这些设备轻便易携,能提供即时反馈,帮助操作人员快速调整路线,确保任务顺利完成。其中,空域地图通常具备简洁、轻量的特征,界面设计直观明了,数据加载迅速,确保在飞行过程中能够高效响应。政府与企业管理人员主要依托桌面端空域管理的系统进行交互操作。这些系统能够处理复杂的空域数据,生成高精度、多维度、大容量的空域地图,提供全面的分析和决策支持。研发人员借助VR(虚拟现实)、AR(增强现实)、MR(混合现实)设备,构建沉浸式、高仿真度的空域地图进行模拟测试。这些技术使研发人员能够在虚拟环境中直观地理解和分析空域结构,并测试飞行器的性能及其与空域的适配性,确保研发产品在各种条件下的有效性。
不同角色之间在空域地图上的交互方式
图/郑康
空域地图已成为低空经济活动的核心基础设施之一,突破了现有地图的局限,在制图区域、制图对象、表达形式和交互方式上体现了创新性。在制图区域上,描述低空经济的空域地图将低空空域划分为低、中、高三级分层结构,分别服务于短距离高频次活动、中等距离运输和跨区域运输,体现了安全与效率并重的原则。在制图对象上,飞行器、支撑设施和管理规则协同为空域地图提供了精确、动态和全面的信息支持。在表达形式上,通过符号化设计直观区分不同对象,清晰呈现空域结构、飞行路径和管理规则。在交互方式上,针对不同用户的需求,分别采用移动端设备、桌面端系统以及VR、AR、MR设备,提供高效、直观和沉浸式的操作体验。这四个维度相互关联、协同作用,共同构建了空域地图的制图框架,使其能够精准刻画低空经济活动的复杂需求,并为用户提供高效、直观的操作支持。空域地图的演进不仅满足了低空经济活动“高精度、高动态、高协同”的要求,也为低空经济活动的高效运行和安全管理提供了重要支撑。
空域地图与数字孪生技术相结合,将空域结构、飞行器、支撑设施和其他地理信息进行综合表达与管理
图/北京飞渡科技股份有限公司
随着低空经济的快速发展,地图制图者将进一步融合人工智能、大数据和物联网等技术,推动空域管理和飞行调度向更加智能化的方向迈进。例如,空域地图与数字孪生技术相结合,构筑了飞行服务、飞行监管、空域管理、资源管理等全生命周期管理与可视化的平台,使用户能够享受更高效、更安全的操作体验,并不断提出新的需求。地图制图者与用图者的协同创新,将为低空经济的规模化、智能化和可持续发展奠定坚实的基础。在这片曾经寂静的低空疆域,空域地图的持续进化必将为其注入蓬勃生机,开启低空经济的新纪元。