低空空域规划、航线划设、安全保障及数字孪生系统介绍

低空航线规划方法需满足空间和安全两方面约束条件。

1.低空空域规划：基于空域栅格（网格化）技术

低空空域栅格技术实现对低空空域资源的充分利用。低空空域栅格量化表征基于网格 参考系统，将低空空域划分为若干个层级化、多尺寸的无缝且不重叠的网格单元，通过栅 格编码以及空域属性等信息对低空空域进行定量描述。进一步的，可以将离散化的空域栅 格划再分为可用栅格、保护栅格和限制栅格，或将点状栅格拓展为线状和区状栅格，不仅 可以直观区分空域中不同区域状态，还可对航空器飞行航线进行规划和优化。

北斗网格码类似于经纬度坐标系统，但精度更高、计算复杂度更低、应用范围更广。 北斗网格位置码是在地球空间剖分理论基础上发展起来的、适用于北斗卫星导航系统各种 应用终端输出的一种网格位置编码，它与以 GeoSTO（Geographical coordinate global Subdivision based on One-dimension-integer and Two to nth power）模型为基础的相关编码体系 同根同源、一脉相承，设计上与北斗卫星导航系统（包括增强系统）的定位精度相适应， 同时兼顾人和设备的使用，是经纬度点位置编码体系的重要补充。

北斗网格码下沉低空空域管理，建设低空智联网。低空智联网是通过新一代低空通讯、 低空定位以及低空三维立体网格空域图建模等技术，将低空空域建设成类似现代地面交通 的空域网格化指挥与服务系统。北斗网格码理论体系可以将地心到地球外围的 50 万公里实 现网格化剖分，因此依托北斗网格码国家标准，可以将低空空域及下垫面的三维空间按米 级或十米级立体网格数字化，实现空地信息基础设施一体化建设，亦即低空智联网的建设。 合肥骆岗公园建设国内首个基于北斗网格码的全空间无人体系城市级应用示范项目。 骆岗全空间无人体系采用北斗伏羲全球领先的 GeoSOT 地球网格剖分理论体系，首次实现 了“北斗网格+全空间无人体系”的深度融合，构建了全球首个“陆海空天电”全域立体网格 空域图，提供空域划设管理、航线自动规划导航、多飞行器飞行协同，全域态势感知等应 用，支撑智慧巡检、智能摆渡、物流配送、城市通勤等多任务场景。基于北斗网格全域立 体网格空域图的全空间立体分层管理能力，实现多类型无人器全域融合运行，全量态势感 知，全程“高德”式服务，助力低空经济发展行稳致远。

2.低空航线划设：需满足空间和安全要求，路线规划算法是效率提升核心

低空航线规划方法需满足空间和安全两方面约束条件。低空航线规划即为适飞空域范 围内的航空器规划从 A 点到 A 点，或从 A 点到 B 点并满足性能约束及任务约束的安全避障 运输路径。《城市低空无人机航路航线划设研究》文章中提出了基于数字网格、基于空地 协同、基于动态分层共 3 种城市低空航路航线划设方法。 我们认为，无论何种低空航路航线划设方法，都须满足空间和安全两方面基本要求。1） 空间方面，由于三维网格技术天然赋予每个低空空域网格三维空间坐标，因此只需约束航 空器在适飞空域网格集合内运行。2）安全性方面，规划低空飞行路径也需考虑航空器的物 理性能约束，如最大飞行里程、最大爬升角、最大转弯角、最大飞行高度等，确保所规划 的路径对于航空器来说安全可飞。

航线规划本质是多约束条件下的最优化问题，因此航线优化算法是航线规划的重难点。 按照航线规划任务需求，可分为预先航线规划和实时航线规划，前者基于先验环境信息， 后者应对实时突发威胁。航线规划算法可分为传统优化算法和智能算法两大类，前者主要 包括图搜索算法（如 A*算法）、空间采样算法、势场法等。与传统航线规划算法相比，智 能算法（包括智能优化算法和机器学习算法）具有高并行性、强鲁棒性、自组织自学习等 特点，因此近年来智能算法广泛应用于复杂环境下的无人机自主航线规划任务。

3.低空空域安全保障：无人机地理围栏技术与 UOM 平台相配合

地理围栏系统可以实现对无人机空域和飞行的有效监督。地理围栏技术是基于位置服 务(LBS)使用虚拟围栏来表示虚拟地理边界的技术，通过精度、维度、高度数据标明允许无 人机系统活动的三维空间边界。无人机围栏通常内嵌于无人机系统，当无人机进入（禁止 飞入地理围栏）或者离开（禁止飞出地理围栏）某个特定地理区域，低空空管系统可以自 动接收通知并进行警告，实现对单架次或同时对多架次无人机的监督和管理。 地理围栏系统可分为禁止飞入和禁止飞出两类。无人机禁止飞入地理围栏技术通过在 低空障碍物周围划定一个满足无人机安全间隔要求的缓冲区域，实现对无人机进入行为的 禁止；禁止飞出地理围栏则是在无人机周边设定了虚拟的空间边界，限制无人机的飞行活 动范围，同时还以无人机为中心设置球星无人机缓冲区，维护无人机操作的安全性。

UOM 平台为无人机合规安全飞行提供有力支持。2024年 1月 1日，民用无人驾驶航空 器综合管理平台（UOM 平台）上线运行。民航局规定，所有类型的民用无人驾驶航空器， 其所有人都应该按规定在 UOM 平台进行实名登记，取得登记标志后方可使用。未经实名 登记实施飞行活动的，将由公安机关责令改正。UOM 平台包含行政管理、运行管理、公众 服务、政府协作四大功能，为用户提供电子围栏等运行管理信息。

4. 低空空域数字孪生系统：基于算力平台的空域管理未来技术

空域数字孪生体是指空域物理实体的工作状态和工作进展在信息空间的全要素重建及 数字化映射。空域数字孪生体仿真模型具有多物理、多尺度、超写实、动态概率等特征， 能够对空域物理实体在现实环境中的形成过程、状态和行为进行模拟、监控、诊断 和预测，可以在空域建模（大规模、高精度三维建模）、时空计算（飞行冲突校验、保障 飞行安全）、数据融合（低空空域运行态势实时感知）以及仿真模拟等方面提供支持。

数字孪生技术在城市地面交通已有成熟应用。数字孪生技术广义是指利用虚拟映射、 人工智能等新一代信息技术，对现实世界中的物理实体进行精确的数字化重构，创建一个 与其物理属性、行为和功能完全一致的虚拟模型，数字孪生技术已在城建、交通、能源互 联网等领域有成熟应用。华设集团针对公路运行调度难的痛点问题，研发出基于数字孪生 的智慧公路一体化决策与分析平台，通过多源数据融合分析推演预测短时交通态势，智能 化决策出行路径，有效支撑路网运行监测预测预警及科学决策的行业应用。

低空空域数字孪生系统列入地方低空发展规划。山东、苏州等省市已在低空发展方案 中考虑将低空空域数字孪生系统应用于航线规划和低空监管——《山东省低空经济高质量 发展三年行动方案（2024-2026 年）》中提出，构建开放融合的低空飞行航线网，建设低空 空域数字孪生系统；《苏州市低空经济高质量发展实施方案（2024～2026 年）》中也提出， 推进监管服务平台建设，构建低空空域数字孪生系统。 互联网大厂率先行动。23 年世界低空经济论坛上，腾讯与 IDEA 研究院发布了联合打 造的基于数字孪生技术的低空空域划设与管理平台，构建了空域、设施、无人机等一整套 实时数字孪生系统，实现空域运行状态实时评估、历史回溯、未来预测等全流程服务。