2025低空通导监及气象技术白皮书-数字低空工作组-

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数字低空工作组 低空通导监及气象技术白皮书 2025.04 数字低空工作组 I 目 录 低空通导监及气象技术白皮书 ............................... 1 摘要 .................................................... 1 1. 引言 .................................................. 2 1.1 背景与意义 ................................................... 2 1.2 目标与范围 ................................................... 2 2. 低空通导监及气象技术概述 .............................. 4 2.1 定义与分类 ................................................... 4 2.2 发展历程与现状 ............................................... 5 2.3 主要应用领域 ................................................. 6 3. 核心技术 .............................................. 8 3.1 通信技术 ..................................................... 8 3.2 导航技术 ..................................................... 9 3.3 监视技术 .................................................... 11 3.4 气象技术 .................................................... 13 3.5 数据处理与分析 .............................................. 15 4. 系统架构与集成 ....................................... 16 4.1 系统组成 .................................................... 16 4.1.1 通信系统 ...................................................... 17 4.1.2 导航系统 ...................................................... 18 4.1.3 监测系统 ...................................................... 20 4.1.4 气象系统 ...................................................... 26 数字低空工作组 II 4.1.5 控制与安全系统 ................................................ 28 4.1.6 地面支持系统 .................................................. 29 4.2 系统集成与互操作性 .......................................... 30 4.3 安全与隐私保护 .............................................. 31 5. 应用场景 ............................................. 33 5.1 无人机交通管理 .............................................. 33 5.2 城市公共服务 ................................................ 34 5.3 城市空中物流 ................................................ 35 5.4 农业与环境监测 .............................................. 36 5.5 应急救援与灾害管理 .......................................... 37 6. 挑战与未来发展 ....................................... 38 6.1 技术挑战 .................................................... 38 6.2 法规与政策 .................................................. 41 6.2.1 现有政策 ...................................................... 41 6.2.2 政策漏洞 ...................................................... 42 6.2.3 政策优化建议 .................................................. 43 6.3 市场与商业模式 .............................................. 44 6.3.1 市场前景 ...................................................... 44 6.3.2 可能的商业模式 ................................................ 45 6.4 未来发展趋势 ................................................ 46 7. 结论 ................................................. 48 7.1 总结 ........................................................ 48 7.2 展望 ........................................................ 49 数字低空工作组 III 8. 参考文献 ............................................. 51 数字低空工作组 1 摘要 《低空通导监及气象技术白皮书》由数字低空 TG7 工作组牵头编制，系统梳理了低空 通信、导航、监视及气象技术的核心框架与应用场景，旨在为低空空域的安全高效运行提供 技术支撑与标准化指引。随着无人机、城市空中交通及低空物流的快速发展，通导监气技术 通过融合 5G、卫星通信、高精度导航及智能感知等关键技术，逐步构建起覆盖通信、定位、 环境监测与空域调度的综合体系，支撑农业监测、应急救援、城市物流等多样化场景。然而， 当前仍面临通信信号覆盖盲区、动态频谱管理不足、数据隐私保护等挑战。未来，技术将朝 智能化、集成化与全球化方向演进，依托人工智能、边缘计算及空天地一体化网络，推动低 空经济与智慧城市深度融合，并通过国际合作与标准统一，构建安全、开放、可持续的低空 生态。聚焦低空空域智能化管理需求，提出技术标准与系统化解决方案。 数字低空工作组 2 1. 引言 1.1 背景与意义 随着无人机、低空飞行器等新兴航空设备的广泛应用，低空空域的使用变得越来越频繁， 特别是在物流配送、城市空中交通、农业监测和应急救援等场景中，低空空域管理的复杂性 和重要性日益凸显。当前，针对低空空域的通信、导航、监测和气象保障技术尚未形成统一 的标准和系统化的方案，导致各国和地区在低空空域安全管理方面存在不一致和技术空白。 因此，行业内亟需编制一份白皮书，系统梳理相关技术框架、标准和应用场景，这将有助于 建立技术标准和行业规范，从而确保低空空域飞行器能够安全、高效地运行。 通过统一低空空域的通信、导航、监测及气象数据处理标准，不仅能够提升无人机、低 空飞行器与地面系统之间的互操作性，还能有效降低空域管理的复杂性，避免通信干扰和空 域冲突。同时，这些标准也可为相关技术的发展和创新指明方向。在空域管理的不同场景中， 如无人机交通管理（Unmanned Aircraft Traffic Management System, UTM）、低空物流、灾 害应急等，通信、导航、监测及气象技术的融合应用至关重要。通过白皮书的发布，技术开 发者和决策者将能够更好地理解这些技术的现状与未来趋势，从而推动新型设备和系统解决 方案的研发，进一步提升低空空域管理的效率。 此外，统一标准的制定还将推动国际合作，促进各国在低空空域技术上的交流与协作。 低空空域作为新兴的空域资源，其安全和发展关系到全球航空活动的整体格局。统一的标准 与技术体系有助于建立全球范围的低空空域监管网络，确保各国在技术应用和政策制定方面 保持协调一致，共同应对低空空域管理的挑战。 1.2 目标与范围 低空通信、导航、监测及气象技术（通导监气）白皮书的目标是为低空空域管理提供全 面的技术框架与标准体系，促进低空空域的安全、高效运行，并推动相关技术的创新与应用。 随着无人机、城市空中交通、低空物流等领域的迅猛发展，白皮书旨在梳理通信、导航、监 测及气象保障技术，为政府监管机构、技术研发企业、行业用户提供清晰的指导和规范。同 时，白皮书还希望在国际范围内建立统一的低空空域管理标准，推动全球航空业、科技界在 数字低空工作组 3 低空技术上的合作与协同，确保跨区域的空域安全。 白皮书的范围涵盖以下几个方面： 1、通信技术：将详细阐述适用于低空空域的无线电频段、通信协议和技术标准，确保 无人机和低空飞行器能够与地面控制中心、其他飞行器实现稳定、低延迟的通信。它还将探 讨多种通信方式的无缝融合（如 5G、卫星通信、专用航空频段等），以应对复杂的低空空 域环境。 2、导航技术：将介绍精确的低空导航解决方案，包括全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）、惯性导航系统（Inertial Navigation System, INS）、地基 增强导航（Ground-based Augmentation Systems, GBAS）和视觉导航（Vision Navigation， VN），确保低空飞行器能够在多样的地形和环境中精准飞行。特别是在城市空中交通领域， 导航技术的高精度和稳定性将成为重点讨论内容。 3、监测技术：将探讨空域监测技术的应用，包括雷达系统、视觉感知、自动相关监视 广播(Automatic Dependent Surveillance–Broadcast, ADS-B)等技术，帮助空域管理者实时了解 低空飞行器的动态位置、飞行状态以及空域使用情况。还将分析这些监测技术如何实现自动 避障、空中冲突预警和实时空域调度。 4、气象技术：低空空域的气象环境变化较大，白皮书将覆盖为无人机和低空飞行器提 供实时气象服务的技术，尤其是如何通过微型气象站、气象卫星、无人机自身传感器等技术， 提供实时天气预报、飞行气象条件评估，帮助飞行器规避极端天气影响。 数字低空工作组 4 2. 低空通导监及气象技术概述 2.1 定义与分类 低空通信、导航、监视及气象技术是保障低空空域中无人机、低空飞行器等航空器安全、 高效运行的核心技术体系，覆盖通信联络、飞行导航、空域监视以及气象预警等多个方面。 通过协同工作，这些技术能够实现信息的高效交互与整合，提供稳定的飞行保障与空域管理 支持。随着无人机、低空物流和城市空中交通的发展，通导监气技术正成为低空空域管理的 基础。 1、基本概念 1）低空通信：指的是在低空空域中，飞行器与地面控制站、其他飞行器之间的信息传 递。低空通信技术的核心是确保稳定、实时、双向的数据传输，支持飞行控制、状态反馈、 任务指令等功能。常用的通信方式包括 5G、无线电频段、卫星通信和专用航空通信网络等。 2）低空导航：帮助飞行器在低空空域中实现精确定位和航线控制，确保其在复杂环境 中安全飞行。常见的导航方式包括 GNSS、INS、GBAS（如差分 GPS）和 VN 等技术。 3）低空监视：主要用于空域管理者对低空飞行器的实时监控，保障飞行安全。通过监 视技术，地面控制中心可以了解飞行器的位置、速度、高度等参数，并对空域进行管理，避 免冲突和碰撞。主要技术包括雷达、自动相关监视广播系统、视觉感知系统和飞行数据记录 系统等。 4）气象技术：通过气象传感器、气象雷达、无人机搭载的气象设备，飞行器能够获取 实时气象数据，避免受到恶劣天气的影响。气象技术可以提供风速、气温、湿度、气压等重 要信息，并为飞行计划制定提供依据。 2、技术功能分类 1）通信技术：包括无线电通信（如 VHF/UHF）、5G 网络、卫星通信、Wi-Fi 等，主要 用于飞行器与地面及其他飞行器之间的信息传输。 2）导航技术：包括 GNSS、INS、GBAS、VN 等，用于提供精确的飞行定位和航向控制。 3）监视技术：包括雷达监控、自动相关监视广播系统、视觉识别、红外成像等，用于 实时监控飞行器位置、空域情况和飞行动态。 4）气象技术：包括气象站、气象卫星、无人机传感器等，用于提供实时天气数据和气 数字低空工作组 5 象预警。 2.2 发展历程与现状 低空通信、导航、监视及气象技术的发展历程反映了科技进步对航空管理与飞行安全保 障的推动作用，随着无人机和低空飞行器应用的持续增长，特别是在城市空中交通、物流配 送、应急救援等领域，低空空域的技术需求变得更加迫切和复杂。在早期主要服务于传统航 空业，如民航、军用航空，随着科技的进步，逐渐向低空空域应用拓展，相关技术的发展历 程如下： 1、早期阶段：通信、导航和监视技术最初应用于高空和中空航空器中，主要通过无线 电、地基雷达和简易气象站进行空域管理，设备体积大、成本高，低空空域的技术应用受限。 随着全球导航卫星系统的普及，民航和军航开始采用精确定位系统，而监视技术主要依赖地 面雷达和 ADS-B 系统。 2、无人机技术的引入：20 世纪 90 年代开始，无人机技术逐渐进入民用和商业领域， 推动了低空通导监气技术的革新。随着无人机规模和应用场景的扩大，传统高空航空技术被 简化、优化，以适应低空空域的小型化设备需求。特别是在导航领域，GNSS 技术结合 INS， 实现了更高精度的导航。同时，地面通信设施的升级，以及卫星通信的引入，使无人机与控 制中心之间的信息传输更加稳定。 3、智能化与自动化：进入 21 世纪，随着 5G、物联网、人工智能（Artificial Intelligence， AI）和边缘计算等技术的飞速发展，低空空域管理得到了全面提升。随着低空空域管理对智 能化、自动化需求的不断提升，飞行器与地面系统、其他飞行器之间需要实时进行大数据量 的双向通信，5G 技术的低延迟和高带宽特性，满足了这些大规模数据的实时传输需求，使 得低空通信更加高效稳定，为智能化与自动化奠定了坚实基础。同时，在 AI 和边缘计算的 赋能下，导航和监视技术逐渐朝着自动化和智能化方向发展，进一步提升了低空空域管理的 效率和安全性。 4、气象技术的升级：随着无人机飞行器的广泛应用，微型气象站、气象传感器、无人 机搭载的气象设备得到了快速发展。这些系统能够实时获取低空飞行环境的气象数据，如风 速、气压、湿度等参数，保障飞行器在复杂气候条件下安全运行。同时，气象数据与大数据、 云计算的结合，为低空空域的飞行计划和调度提供了更为精确的决策支持。 数字低空工作组 6 如今，低空通导监气技术正朝着标准化、智能化和全球互联互通的方向发展。低空通信 方面，5G 通信网络和卫星通信逐渐成为低空飞行器的主流选择，确保了实时、高效的飞行 数据传输。导航技术在 GNSS 的基础上，引入了更多的增强系统（如差分 GPS、RTK）和基 于视觉的自主导航系统，进一步提高了飞行器的导航精度。监视技术则逐步融合了雷达、 ADS-B、光学感知和 AI 算法，能够在复杂空域中实现动态实时监控和自动避障。气象技术 也不断进步，便携式气象设备、云平台气象分析系统的广泛应用，使低空空域的气象保障更 加全面。 2.3 主要应用领域 低空通信、导航、监视及气象技术在城市空中交通、物流运输、农业管理、应急救援及 环境监测等多个领域的应用，不仅提升了工作效率，还增强了安全性和可持续性。 1、城市空中交通：随着城市化进程的加快和空中出行需求的增长，低空通信、导航和 监视技术为城市空中交通管理（如无人机交通管理和电动垂直起降飞行器）提供了关键支持。 通信技术确保飞行器与地面控制中心之间的实时数据传输，实现高效的空中交通调度；导航 技术提供精确的飞行路径规划和控制，避免空域冲突；监视系统实时跟踪飞行器的动态，确 保航行安全；气象技术则为飞行器提供实时气象信息，帮助其规避恶劣天气，保障飞行安全。 2、物流运输：在物流领域，低空通信、导航和监视技术为无人机配送和低空物流运输 提供了高效解决方案。通信技术保障了物流无人机与配送中心之间的实时信息交互，导航技 术优化了配送路径，提高了运输效率；监视系统则确保物流无人机在复杂空域环境中的安全 运行。此外，气象技术能够提前预警天气变化，避免物流运输因恶劣天气中断，提升物流链 的可靠性。 3、农业管理：在农业领域，通导监气技术为精准农业提供了重要支持。无人机通过通 信技术与农业管理平台实时交互，传输农田监测数据；导航技术实现无人机在农田中的精准 飞行，完成播种、施肥、喷洒农药等任务；监视系统帮助农户实时掌握农田状况；气象技术 则为农业生产提供精准的气象预报，帮助农户合理安排农事活动，提高农业生产效率。 4、应急救援：在灾害应急和救援场景中，通导监气技术也发挥了不可替代的作用。通 信技术保障了救援无人机与指挥中心之间的实时联络，导航技术为救援任务提供最优路径规 划，监视系统实时跟踪救援进展，气象技术则为救援行动提供准确的气象预警，确保救援任 数字低空工作组 7 务的安全和高效执行。 5、环境监测：在环境监测领域，通导监