SCIENTIA SINICA Informationis 中国科学 : 信息科学 2025 年 第 55 卷 第 10 期: 2449–2470 c ⃝ 2025 《中国科学》杂志社 www.scichina.com infocn.scichina.com 面向低空经济的低空网络技术创新与应用专题 . 论文 数字孪生驱动的低空智联网自智管控架构及 关键技术 喻鹏1, 谭灿1, 李文璟1* 收稿日期: 2025–02–15; 修回日期: 2025–07–11; 接受日期: 2025–09–15; 网络出版日期: 2025–10–13 国家自然科学基金 (批准号: 62471057, 62271093, 62571058) 和北京市自然科学基金 – 海淀原始创新联合基金 (批准号: L232045) 资助项目 摘要 面向未来低空领域涌现的各种新型业务形态, 低空智联网是实现低空空域高效运行与安全控 息服务需求呈现爆发式增长态势. 面对动态复杂的空域运行环境与差异化业务场景, 如何构建具备自 引用格式: 喻鹏, 谭灿, 李文璟, 等. 数字孪生驱动的低空智联网自智管控架构及关键技术. 中国科学: 信息科学, 2025, 55: 2449– 2470, doi: 10.1360/SSI-2025-0071 Yu P, Tan C, Li W J, et al. Digital twin driven

确的低空环保监测网络显得尤为重要。 低空环保监测网络的设计目标是通过整合多种监测手段，实现 对低空环境的全面、实时监控。该网络将涵盖多个监测点，能够收 集和传输多维度的环境数据，为决策支持提供科学依据。根据相关 数据统计，当前我国大气污染物的浓度仍然高于世界卫生组织的安 全标准，而低空地区的污染物扩散特征复杂，且直接影响人们的生 活和健康。因此，建立低空环保监测网络有助于及时发现和应对环 通过完善的监测网络，能够形成覆盖广泛、数据丰富的环境监 测体系，为政府部门、企业及公众提供及时且有用的监测信息。此 外，借助大数据技术，对获取的数据进行深度分析，有助于识别环 境问题的根源以及趋势，从而制定更加科学合理的环保政策。 本方案的落实将有助于整体提升区域环境治理能力，实现可持 续发展目标。这一系统的建立，不仅能促进经济与环境的协调发 展，还能为公众的健康与安全保驾护航。 1.2 低空环境监测的重要性 固定监测点与 5 架无人机相结合，实现了对该区域微气候变化的高 效捕捉。通过这种方式，不仅可以获取实时的空气质量数据，还可 以追踪污染源及扩散路径，为治理提供科学依据。 综上所述，低空环境监测在当今社会中具有极其重要的意义， 它不仅有助于政府部门制定科学合理的环保政策，保障公众健康， 还能提升社会整体的环保意识，推动可持续发展的进程。在未来的 发展中，构建系统化的低空环境监测网络，将成为保护城市生态环

校外研学活动......................................................................................88 6.2.1 航空科学知识普及......................................................................91 6.2.2 领航员职业体验........ 航空体验：为公众提供直升机、轻型飞机等的飞行体验活动， 在激发航空热情的同时，增强公众对航空行业的认知。 3. 航天教育：开展青少年航空科普教育活动，通过设立航空模 型、飞行模拟器等互动设施，激发青少年的科学兴趣和探索精 神。 4. 低空经济：结合地方经济发展，航空飞行营地应当注重发展低 空经济项目，如无人机产业、航空旅游、飞行表演等，将营地 建设成为经济增长的新动力源。 5. 文化传播：通过 研学基地的设立对于推动航空教育、增强青少年的科学素养及 “ ” 实践能力具有重要意义。对于受教育者而言，实行 游学结合 的教 育模式，不仅能让学生在理论学习中更好地消化知识，还可以通过 实际操作来加强对知识的理解。特别是在航空领域，学生可以通过 参与真实的飞行体验和观察航空器的结构、设计过程，从而激发对 航空科学的兴趣。 研学基地的目的具体体现在以下几个方面： 1. 提升科学素养：通过航空飞行和航空相关知识的学习与实践，

首先，低空产业有助于提升社会管理和服务的智能化水平，推 动智慧城市的建设。通过无人机等飞行器的使用，能够高效开展城 市管理与监控，例如环境监测、交通管理、灾害应急等。这些科技 手段使得管理决策更为科学化，有效降低了人工成本和管理难度。 其次，低空产业能够带来显著的经济效益。根据相关研究，低 空经济在未来十年内将拥有数万亿的市场规模，涵盖了物流配送、 农业植保、基础设施巡检等多个领域。一个具有整合性的低空产业 20%。这一数据充分体现了低空产业在市场经济中的重要地位及 其潜在的经济价值。 其次，低空产业是新兴技术应用的主要阵地，能够促进创新和 技术转移，带动相关技术的进步。通过低空飞行器的研发，催生了 新的材料科学、自动控制技术、人工智能等领域的创新。特别是在 数据采集、数据分析等技术的应用上，低空产业形成了新的技术标 准和市场竞争态势，推动了整体经济的升级。 再者，低空产业的发展能够有效促进地方经济的活力。例如， 器、摄像头及其他收 集数据的设备，城市各领域的信息都能够被实时收集和处理，形成 完整的城市管理信息系统。这种系统不仅可以提供数据支持，还能 够通过算法分析，生成管理优化建议，帮助城市管理者做出科学决 策。 例如，城市环境监测方面，通过低空飞行器进行大范围的空气 质量监测，可以将监测结果以图表的形式展现，使得决策者能够直 观地看到污染源和分布情况，从而制定更加有效的治理策略。 除了常

iFly D1 搭载高清专业摄像机，实时获取施工现场图片和视频数据；  然后，通过高清数字图传系统设备，将无人机获取的高清图片和视频数据实时回传至监控中心；  最后，分析接收数据，根据数据信息作出科学、合理的措施，为管线等带状施工现场检测提供有 力的技术支持。 天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司） 5 2.2 管线安全巡检 a. 无人机可见光巡查： 无人机可见光巡查  首 遗漏情况等进行巡 检；  然后，利用旋翼无人机 iFly D1搭载图传设备进行巡检监控，并将数据实时同步传输至 地面站；  最后，地面人员根据巡检实时数据判断巡检结果，并根据具体情况制定科学、合理的解 决措施。 无人机可见光巡线优势： 与人工目视巡线相比，无人机工作范围大，拍摄角度灵活，离拍摄目标近，拍摄到的目 标细节更丰富，有效提高巡线效率。 天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司） 蔽性较强故障点；  结合传统可见光巡线，热成像仪巡线将大大提高故障点检测的准确性；  通过图传设备，将巡检数据实时回传至地面站；  地面人员根据巡检实时数据判断巡检结果，并根据具体情况制定科学、合理的解决措施。 无人机红外巡线优势： 提高了夜间抢修队伍在处理应急事件的办事效率，无人机搭载热成像设备快速准确的为 出现故障点进行红外巡查，为寻找故障点和电线抢修赢得宝贵充足的时间； 2

3、研发创新与供应链优化 研发创新在推动低空经济产业链上游发展方面起到了关键性作用。尤其是 在 高性能、高质量原材料及零部件方面，创新研究不断突破技术限制，为行业 带来 了更多的可能性和发展方向。例如，通过材料科学的创新，新型复合材料 被研发 出来，这些材料的热稳定性、轻量化和强度比都有所提高，为低空经济 6 带来了更 6 多的实际应用价值。 供应链管理的优化也是一个关键环节，特别是在目前市场需求快速变化的背 响应、监测、搜索及 10 救援等场景，无人机也展现巨大潜力。在人道主义援助中，无人机可快速穿越灾 区，提供紧急物资。智能飞行器在环境监测、野生动物保护等领域也发挥着不可 或缺的作用，帮助科学家收集数据，实现无干扰观察。低空经济不仅改变物流， 更在重塑我们的生活方式。 无人机技术在医疗领域展现出潜力，紧急药品和医疗样本运送，以及在影视 拍摄、房地产评估、灾害勘查等多方面大放异彩。随着技术的持续创新，无人 、操作简便、适应性强 的特点，使科研机构和政府部门能够利用其开展多种研究活动，获取不易从地面 获取的数据。研究者使用无人机能够及时收集植被、水文和土壤状况数据，为环 境可持续发展和科学决策提供支持。随着技术的进步和应用场景的拓展，未来低 空经济将在更宽广的领域内展现其价值。 农业监测中，无人机协助评估作物健康，精准施肥与灌溉；在考古发掘上， 低空拍摄技术揭示地表遗迹，

GISTC 低空遥感数据要素共享与服务 刘霞 家对地观测科学数据中心无人机遥感数据资源分中心副秘书长 北京清源四维科技有限公司总经理 2024 年 6 月 26 日 北京 从低空经济和数据经济说起… .. GISTC 低空经济 数据经济 2024 年两会低空经济首次被写入政府 工作报告，并列入 2024 年国家培育新 兴产业和未来产业的重点工作任务计划。 源，为应急处置提供重要信息。 · 基础设施建设与规划 对交通、水利、能源等基础设施进行快速勘察和监测，提 高规划和建设的效率。在城市规划中，无人机遥感数据可以提供详 细的城市地貌、建筑物分布等信息，为城市规划提供科学依据。 · 灾害监测与救援 在自然灾害发生时 ( 地震、洪水等 ), 无人机遥感技术可以快速获取灾区的实 时 影 像，为救援决策提供重要信息。 无人机还可以搭载救援物资，快速将物资投送到灾区，提高救援效率。 农业植保、国土监测、电力巡 检、低空物流、低空旅游 ④ 数据交易平 台 数据上架、分发 低空 经济 生态 数字 经济 生态 ③ 数据确权、定价平 台 高讯数据服务网，从标准到应用落地 · 国家对地观测科学数据中心无人机遥感数据资源 分 中心对外服务支撑平台，技术上和国家对地观 测科 学数据中心； · 建立了统一规范的海量无人机高分辨数据目录管 理 平台，可实现数据录入管理、可视化报表分析、

新质生产力的典型代表被列入国家战略性新兴产业。2024 年中央政 府工作报告更是将低空经济列为积极打造的新增长引擎。二十届三中 全会明确提出发展通用航空、低空经济，确定低空经济的新兴战略产 业地位，坚定开辟低空经济新赛道信心，为科学谋划低空经济高质量 发展指明方向。 2024 年 6 月四川省发布关于促进低空经济发展的指导意见，以 培育壮大低空飞行应用市场重点，加快低空基础设施建设，提升低空 空域使用效率，推动通航制造业发展，加快形成新质生产力。为响应 防火的智能化升级。无人机防控 系统集成了高清摄像、红外热成像等先进技术，能够实现全天候、无死角巡查。 一旦发现火情，无人机能够迅速将火场图像和数据实时传输至指挥中心，提供 精准的火情信息，制定出更加科学、合理的灭火方案。 贵州丹寨县的空地一体化“防火墙”。通过远程遥控无人机，巡查区域内 有无野外用火行为，做到早预防、早发现、早处理，同时采取无人机巡查与地 面巡查相结合的方式，形成了‘人防+技防’‘空中+地面’的立体巡护监测体 域内低空经济管理服务 和低空飞行服务实现全 面科学管理，制度和技 术国内先进 东区低空经济产业园区（飞行营地） 完成园区选址和建设项目规划 园区分期建设并投入运行，组 织低空经济企业入驻，实现产 业聚集发展 完成园区建设，运行顺 畅，有效支持域内低空 经济发展 东区低空经济空域改革区 开展改革示范区申报和建设 低空空域改革措施科学完善， 低空空域利用率高，低空安全 管理处于全国较高水平

国际化人才，并通过建立国际合作平台，推动技术交流与合作，以 提升地区在全球低空经济产业链中的地位。 总之，建设低空经济创业园不仅仅是一个经济项目，更是一个 社会、科技、环境和国际发展的综合体。通过合理规划和科学管 理，低空经济创业园将为推动地方经济、促进科技创新、实现绿色 发展和增强国际竞争力发挥积极作用。 2. 项目背景分析 在当今全球经济转型的大背景下，低空经济作为新兴产业之 一，正逐步显现 的原则，减少对生物多样性和自然资源的破坏。 在选址的技术可行性上，建议利用地理信息系统(GIS)进行空间 分析，寻找到最优位置。同时，考虑自然地理特征、人文环境与社 会发展潜力等因素，使选址决策更加科学合理。 综上所述，低空经济创业园的选址应综合考虑交通、产业基 础、政策支持及环境影响等多重因素。为确保选址过程的严谨与科 学，建议将所有评估因素进行量化，形成综合评价模型，最终选择 出最优的 生态保护措施 50% 通过有效的选址与环境评估，可以实现低空经济创业园的稳步 建设和可持续发展，为未来的经济增长提供强有力的支撑。 3.1 选址原则 在低空经济创业园的选址过程中，必须遵循一系列科学合理的 原则，以确保园区具备良好的发展潜力和可持续性。选址原则包括 以下几个方面： 首先，地理位置的适宜性是基础。低空经济创业园应选择位于 城市交通便利、通达性强的区域，以便于企业与客户、合作伙伴之

应用背景及意义 现今，我国的工业建设与农业建设虽取得了很大成效，但是环境污染十分 严重，生态环境受到破坏，这对于我国经济的持续稳定发展带来了一定影响。 我国是一个人口众多的大国，加强环境保护是落实科学发展的重要举措。环境 是人类生存和发展的一个最基础的前提，可以说，不论是从人们的生存来看， 还是从生存的未来发展来看，环境都为人们的生活提供了一些必要的资源条件。 随着我国经济以及各项事业的的 势下，为符合人们对生存环境质量的期望与要求，有效地实现环境保护科学化 管理，必须加强环保信息化建设。随着生态环境保护体制深化改革，以及物联 网、云计算、大数据、移动互联等新兴信息技术的不断发展和深入应用，为环 保信息化建设注入了新的活力，中国的环保信息化建设已进入由“数字环保”向 “智慧环保”全面推进的新时期。 ① 弥补了人员的不足 智能化监管转变了“人海战术”执法监管模式，科学统筹有限的执法资源。工作人 员即使没有到达现场，也可以通过摄像头进行 法人员定期巡检和群众举报，难以有效监测污染处理设施的非正常运行状态。 ② 执法不够精准，监管难度较大。 此前，环保监管手段主要靠执法人员定期巡查，执法效果依赖于执法人员的个 人经验及能力，缺乏科学有力的工具支撑精准稽查。部分排污企业环保意识相 对薄弱又抱有侥幸心理，为了追求利润而躲避环保部门执法，选择在夜间加班 加点生产，污染治理设施处于停运状态，监管部门难以对这部分企业的违法行 为实现精准锁定、精准打击。