從空域管理、間隔管控、空域協(xié)同和互聯(lián)互通4 個方面闡述低空管控系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來。首先，分析城市空中交通各種空域架構(gòu)的特點(diǎn)，基于空域使用目標(biāo)與要求，提出差速分層與廊道設(shè)計(jì)結(jié)合的空域規(guī)劃管理策略，通過模擬真實(shí)飛行環(huán)境，驗(yàn)證空域安全性和利用率。比對無人機(jī)交通管理系統(tǒng)和空域控制器的間隔管控方法，展望未來低空管控系統(tǒng)的自動化和智能化趨勢。接著，通過梳理低空空域管理體制變革歷程和分析空域類型的動態(tài)調(diào)整原則，提出軍地民三者之間建立協(xié)同機(jī)制，并強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)低空態(tài)勢的共享與協(xié)同。

一、低空空域規(guī)劃策略

空域是航空器運(yùn)行的三維空間，其屬性決定了如何分類、管理和使用。根據(jù)國際民航組織（ICAO）標(biāo)準(zhǔn)，空域通常按用途、高度和管制等級等劃分。低空空域一般指地表至海拔1 000 m（部分國家為3 000 m 以下）的空域，是通用航空、無人機(jī)和城市空中交通（UAM）的主要活動區(qū)域。隨著低空飛行器的增多和低空空域的逐步開放，空域管理的難度越來越大，如何確保飛行安全和兼顧運(yùn)行效率，還缺少有效的技術(shù)手段。

歐洲Metropolis 項(xiàng)目組將城市空中交通的空域架構(gòu)大致分為混合運(yùn)行、分層運(yùn)行、區(qū)域運(yùn)行和走廊運(yùn)行4 種架構(gòu)類型，如圖1 所示。

圖1　城市空中交通空域結(jié)構(gòu)

混合運(yùn)行架構(gòu)中，飛行器在飛行時有 4 個自由度，分別是兩個水平位置坐標(biāo)、高度和速度。該架構(gòu)下飛行器的飛行靈活性較高，但需要更先進(jìn)的空中交通管理手段和航空器機(jī)載智能化設(shè)備來保障運(yùn)行安全，避免飛行器之間發(fā)生沖突。

分層運(yùn)行架構(gòu)中，飛行器有 3 個自由度，即兩個水平位置坐標(biāo)和速度，高度被劃分成不同的高度層，飛行器在指定的高度層內(nèi)飛行。這樣可以減少同一高度層內(nèi)飛行器之間的相對速度，降低沖突概率，提高空域容量和運(yùn)行效率，且相對易于管理和控制。

分區(qū)運(yùn)行架構(gòu)中，飛行器在水平和垂直方向上都被劃分到特定的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，只有 2 個自由度，即高度和速度。通過將空域劃分為不同的區(qū)域，可以對不同類型的飛行任務(wù)或不同用戶的空域進(jìn)行有效管理，提高空域的利用效率和安全性，但可能會限制飛行器的靈活性。

廊道運(yùn)行架構(gòu)中，飛行器在固定的廊道內(nèi)飛行，沒有自由度，必須嚴(yán)格按照預(yù)定的廊道路線和高度飛行。這種架構(gòu)類似于地面的高速公路，可以最大程度地降低飛行器之間的沖突風(fēng)險，保障運(yùn)行安全，但對飛行器的飛行路線限制最為嚴(yán)格。

針對當(dāng)前的空域管理難題，采用差速分層和廊道設(shè)計(jì)結(jié)合的策略將可解決低空空域使用安全與效率問題。如圖2 所示，差速分層基于飛行器型號和速度、任務(wù)種類及空域需求差異化對空域進(jìn)行分層管理，能夠有效提升空域資源利用效率并保障飛行安全；廊道設(shè)計(jì)通過劃分不同流量和服務(wù)等級的航道，為多類型航空器在同一空域內(nèi)的融合飛行提供條件，如圖3 所示?？沼蚬芾硎褂脭?shù)字化空域技術(shù)，通過構(gòu)建數(shù)字孿生空域地圖模擬真實(shí)飛行環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)航道的可視化規(guī)劃與實(shí)時監(jiān)控，并對航路、航線的空間范圍進(jìn)行安全性評估。差速分層和廊道設(shè)計(jì)的數(shù)字化空域管理策略能夠支持未來低空航空器規(guī)?；\(yùn)行的可靠性、安全性和高效率的要求。

二、低空交通間隔管理

低空交通規(guī)則是保障低空飛行安全、提升空域資源利用效率的核心制度框架。隨著低空經(jīng)濟(jì)被納入國家戰(zhàn)略，各地加速探索規(guī)則制定與技術(shù)應(yīng)用?！短K州市低空空中交通規(guī)則（試行）》于2024 年9月1 日施行，是國內(nèi)首部地方性低空交通法規(guī)，涵蓋服務(wù)管理、空域管理、飛行活動管理和飛行保障等方面，其中飛行活動管理對飛行間隔要求和避讓原則進(jìn)行了規(guī)范。

歐盟委員會、歐洲航空安全局提出建立無人機(jī)交通管理系統(tǒng)U-space，通過數(shù)字和自動化服務(wù)程序確保大量無人機(jī)可以安全、高效飛行。歐盟的BUBBLES 項(xiàng)目主要研究 “間隔管理服務(wù)”，探究無人機(jī)在低空空域中的安全運(yùn)行。間隔管理服務(wù)包括無人機(jī)與其他無人機(jī)和有人駕駛航空器根據(jù)商定的規(guī)則保持間隔。U-space 將低空空域劃分成X、Y、Z 共3 類空間，如圖4 所示。

每個空域空間提供不同的服務(wù)，具體劃分如下。X 空域：適用于視距內(nèi)飛行的空域，不需要編排飛行計(jì)劃，可根據(jù)特定運(yùn)行風(fēng)險評估（SpecificOperations Risk Assessment，SORA） 建議提供天氣服務(wù)，需要對航空器進(jìn)行識別，在X 空域內(nèi)超視距飛行需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險評估，但不采取任何緩解措施。不提供間隔管理服務(wù)，安全操作的所有責(zé)任由遠(yuǎn)程飛行員承擔(dān)。

Y 空域：必須統(tǒng)籌編制飛行計(jì)劃，提供戰(zhàn)略層沖突檢測和解除服務(wù)，經(jīng)批準(zhǔn)的飛行計(jì)劃須滿足準(zhǔn)入條件且不存在沖突，通常在飛行期間提供航空器識別、空中交通信息和應(yīng)急管理等服務(wù)。

Z 空域：提供戰(zhàn)術(shù)沖突檢測和解決服務(wù)的空域，分為Zu、Za 和Zz。Za 一般位于機(jī)場，航空器按照機(jī)場交通管制批準(zhǔn)的計(jì)劃飛行，Zu 空域內(nèi)提供戰(zhàn)略沖突檢測和解決服務(wù)及戰(zhàn)術(shù)沖突檢測和解決服務(wù)，戰(zhàn)術(shù)沖突解決服務(wù)發(fā)布無人機(jī)系統(tǒng)必須遵循的指令。Zz 空域內(nèi)提供戰(zhàn)略沖突檢測和解決服務(wù)及戰(zhàn)術(shù)沖突咨詢服務(wù)，戰(zhàn)術(shù)沖突咨詢服務(wù)發(fā)布沖突解決建議。只有Z 空域才能完全實(shí)現(xiàn)U-space 所有服務(wù)。

為確保在給定的U-space 空域內(nèi)沖突解決的協(xié)調(diào)一致，BUBBLES 間隔管理服務(wù)以集中化的方式提供，而非無人機(jī)機(jī)載端分布式服務(wù)。間隔管理服務(wù)由間隔模式、間隔方法、沖突范圍、間隔最小值以及安全、性能和互操作性要求（SPR/INTEROP）5 個模塊組成。間隔最小值計(jì)算根據(jù)通信、導(dǎo)航與監(jiān)視（CNS）的性能動態(tài)更新，如果性能低于預(yù)設(shè)的閾值，保護(hù)體積增大，以維持U-space 操作區(qū)域的目標(biāo)安全等級（TLS）。對于開放和特定類別的UAS-UAS 碰撞，U-space 的TLS 為1e-6 次致命事故每飛行小時（FAT/FH），并針對人為或操作問題導(dǎo)致的位置重疊（NMAC）定義了2.5e-7 次致命事故每飛行小時的安全水平。

BUBBLES 沖突頻率的計(jì)算基于無人機(jī)的碰撞防護(hù)模型，如圖5 所示，當(dāng)綠色區(qū)域與障礙物重疊時，飛手應(yīng)采取一些機(jī)動動作，以避免失去間隔。黃色范圍與障礙物重疊時失去間隔，飛手仍有一定的余地來解決沖突。若沖突仍未解決，橙色部分被突破，就可能出現(xiàn)即將發(fā)生的碰撞，此時碰撞規(guī)避系統(tǒng)將啟動。最嚴(yán)重的事件是近空中碰撞（NMAC），它代表了碰撞的發(fā)生。

安全間隔保持技術(shù)是低空交通管理的核心，旨在確保飛行器（無人機(jī)、eVTOL 等）在共享空域中保持安全距離，避免碰撞風(fēng)險。國內(nèi)低空交通管理廠商通過空域控制器實(shí)現(xiàn)航空器的安全間隔保持及沖突解脫，借鑒軌道交通的自動防護(hù)邏輯，將軌道交通的間隔控制技術(shù)遷移至空中，確保各類飛行器的安全間距?；诘涂诊w行發(fā)展的密集飛、安全飛、計(jì)劃飛的規(guī)?；\(yùn)輸特點(diǎn)，根據(jù)不同的飛行密度要求采用固定閉塞、移動閉塞和虛擬編組的間隔控制方式對沿航線飛行的航空器間縱向飛行間隔進(jìn)行管控，并保證多航道并行場景下靈活變道的飛行安全。通過實(shí)時監(jiān)控航空器的航跡并預(yù)測未來的飛行路徑，判斷潛在的沖突。通過沖突解脫算法得出滿足安全要求的避撞操作，同時兼顧對飛行活動的影響，來解決當(dāng)前的沖突威脅。

在低空交通間隔管理方面，國內(nèi)外的交通管理系統(tǒng)對間隔管理均進(jìn)行了安全性量化設(shè)計(jì)，同時為適應(yīng)未來低空的規(guī)模化和復(fù)雜環(huán)境運(yùn)行，進(jìn)行了前瞻性的空中交通間隔管理方案部署。隨著低空經(jīng)濟(jì)活動日益增多，對低空交通管理的要求逐漸加大，低空交通管理系統(tǒng)的自動化和智能化水平將進(jìn)一步提高。

三、低空空域協(xié)同

由于空域資源的有限性，需要平衡國防需求與通用航空和低空經(jīng)濟(jì)的需求，軍民航的空域協(xié)同需要通過制度創(chuàng)新、技術(shù)融合與動態(tài)協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)空域資源的高效共享。國內(nèi)空域分為管制空域、監(jiān)視空域和報告空域3 類。管制空域內(nèi)的航空器需接受空中交通管制，在儀表飛行和目視飛行規(guī)則下飛行；監(jiān)視空域?qū)崟r監(jiān)視航空器但無主動干預(yù)；報告空域內(nèi)航空器僅需報備?？沼蝾愋涂筛鶕?jù)任務(wù)需求進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，軍航戰(zhàn)備訓(xùn)練或緊急任務(wù)時，可臨時將監(jiān)視空域或報告空域升級為管制空域，地方政府重大活動期間則放寬使用權(quán)限。

長期以來，我國空域管理符合國情、務(wù)實(shí)高效，面對低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，低空空域管理體系和體制機(jī)制的變革，正在進(jìn)一步走深、走實(shí)。2010 年以來，國內(nèi)低空空域管理經(jīng)歷了三輪改革，從軍航為主、到軍民航共管、再到軍地民三方協(xié)同管理。當(dāng)前，地方政府逐步成為低空空域管理的主體，空域使用類型的調(diào)整需要軍、地、民三者之間建立良好的協(xié)同機(jī)制，并在該機(jī)制下實(shí)現(xiàn)低空態(tài)勢的共享與協(xié)同，共享的交通態(tài)勢信息內(nèi)容主要包括：

1）氣象與情報信息：協(xié)同運(yùn)行管理中心整合氣象衛(wèi)星和地面監(jiān)測站數(shù)據(jù)，向低空用戶提供實(shí)時氣象預(yù)警和飛行告警情報信息；

2）飛行動態(tài)監(jiān)控：通過ADS-B、雷達(dá)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)全域監(jiān)視，與軍航、民航、通航共享飛行器位置和航跡信息，確保安全間隔。

未來的低空空域協(xié)同管理將打破信息壁壘，形成與軍航、民航、通航、政府、公安、應(yīng)急管理和上下級交通管理平臺的全方位協(xié)同機(jī)制，構(gòu)建動態(tài)的、高效協(xié)同的智能化低空空域管控與服務(wù)體系，才能保證各方對空域使用的實(shí)時高效協(xié)同。

四、低空基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通

當(dāng)前各地低空交通指揮網(wǎng)絡(luò)和飛行服務(wù)平臺缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)接口，導(dǎo)致跨區(qū)域協(xié)同困難，企業(yè)需重復(fù)勘測航線，增加社會成本。目前低空行業(yè)內(nèi)通常把低空基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃為4 張網(wǎng)。

1）設(shè)施網(wǎng)：包括起降場、充電站、維修中心等物理基礎(chǔ)設(shè)施。通過科學(xué)規(guī)劃和布局，設(shè)施網(wǎng)為低空飛行器提供完善的物理支持，確保飛行器能夠高效起降、快速充電和及時維護(hù)。

2）空聯(lián)網(wǎng)：通過5G、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低空飛行器的實(shí)時感知、定位和通信，是低空經(jīng)濟(jì)的“神經(jīng)系統(tǒng)”。

3）航路網(wǎng)：通過數(shù)字化空域管理和智能操作系統(tǒng)，規(guī)劃低空飛行航線，優(yōu)化飛行路徑，避免空域沖突，實(shí)現(xiàn)低空飛行的有序化和高效化。

4）服務(wù)網(wǎng)：通過數(shù)字化平臺實(shí)現(xiàn)飛行器的監(jiān)管、調(diào)度和服務(wù)，整合飛行數(shù)據(jù)、用戶需求和運(yùn)營資源，為低空經(jīng)濟(jì)提供全流程、全要素的智能服務(wù)。其中，低空通信是實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的關(guān)鍵。5G 增強(qiáng)技術(shù)、5G-A 技術(shù)（通信+ 感知功能）及未來的6G 技術(shù)（陸基+ 天基網(wǎng)絡(luò)）等，以更高速率、更大帶寬、更低時延等優(yōu)勢，為低空智聯(lián)管控提供支撐。未來將利用超級宏站覆蓋3 000 m 以下、5G公網(wǎng)提供120 m 以下的通信，建立分層通信體系，結(jié)合衛(wèi)星通信構(gòu)建“公專融合、星地一體”網(wǎng)絡(luò)，解決低空連續(xù)覆蓋難題。

服務(wù)網(wǎng)中未來將重點(diǎn)研究智能管控和智能調(diào)度技術(shù)，包括前面提到的空中交通規(guī)則與安全間隔保持技術(shù)，以及智能調(diào)度技術(shù)。低空飛行環(huán)境復(fù)雜，航空器性能差異大，運(yùn)行場景需求多樣，傳統(tǒng)的間隔管理和人工調(diào)度難以適用。因此，需要基于數(shù)字化空域、軌交信號等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字化、智能化的低空空域管理和調(diào)度體系。

低空基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通涉及到上述4 張網(wǎng)的“四網(wǎng)融合”和“互聯(lián)互通”。未來低空空域管理標(biāo)準(zhǔn)化后，各個低空管控空域?qū)⒆裱嗤娘w行規(guī)則，低空管控平臺與航空器間采用統(tǒng)一接口協(xié)議和信息格式，管控區(qū)域間將能實(shí)現(xiàn)管控權(quán)限的無縫交接，按照標(biāo)準(zhǔn)化流程進(jìn)行通信、飛行任務(wù)、交通間隔管理和飛行服務(wù)的移交。

五、結(jié)束語

低空智能管控系統(tǒng)的發(fā)展需要在技術(shù)、政策和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等方面協(xié)同推進(jìn)，通過加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)、完善政策法規(guī)和建立科學(xué)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，低空智能管控系統(tǒng)將能夠更好地支持低空經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展。推動低空經(jīng)濟(jì)的全面和可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)立足其交通屬性，構(gòu)建城市低空交通網(wǎng)絡(luò)，并與地面和地下多種交通方式實(shí)現(xiàn)協(xié)同聯(lián)動，整合交通樞紐資源，形成現(xiàn)代化的城市立體交通體系。(作者：張立鵬，朱永華，蔣建金，劉磊)