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科普看台丨低空经济的“时域密码”


日期：2025-04-16

来源：中国气象报社

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编者按：从低空空域资源到低空时域资源，再到低空频域资源，低空经济信息基础设施建设序幕拉开。当低空空域划定后，需要根据飞行器特征和实际情况安排飞行时间。因此，需建立低空飞行的时域管理体系。这便涉及安全飞行的天气时域（可飞天气）和经济飞行的天气时域（如顺风情况、能耗效率等）。建设低空气象基础设施，是低空时域资源管理不可或缺的技术手段，也是发展低空经济重要的先行条件之一。本期科普看台聚焦低空飞行时域资源管理，探讨气象对时域资源开发的影响。

专家顾问：

粤港澳大湾区气象监测预警预报中心（深圳气象创新研究院）首席科学家蔡银寅

南京市气象局正研级高级工程师康志明

南京市气象台正高级工程师刘冬晴

低空时域：低空飞行也需要“大本钟”

如今，竞逐天空之城的思路愈来愈清晰。而基础设施建设，是撬动低空经济发展的重要支点。从通导监（通信、导航、监视）到气象再到频率环境，低空经济的底座正在逐步夯实。然而，一个新问题又逐渐显现——低空飞行的时间管理。

低空飞行具有“一高两短”特征，即高密度、短距离、短航时。这意味着低空经济可在较小空间范围内分步骤、分区域来实施。

为什么要做时间管理

低空飞行活动是一个时空规划问题。时间、位置、飞行器处于什么状态，是保障低空飞行安全的关键。一旦有了飞行速度，时间问题也是空间问题，空间问题也是时间问题。换句话说，飞行器一旦升空，时间和空间便是统一的，它们的测量精度越高，读取和理解实况信息的效率就越高，飞行也会越安全，飞行的时间和空间安排也会越经济。

理论上来说，在飞行速度已知的情况下，只要时间无冲突，则空间就必然无冲突。如在同一条航线上的同一位置，每隔一分钟放出一架飞机，这些飞机在航线上的间隔就等于一分钟的飞行距离。然而，如果在不同位置起飞，而这些位置又采用不同的计时工具和时间标准，同时又存在通信时间误差等因素，飞行空间冲突便难以避免。

当然，如果把时间间隔放得更大一些，远远大于可能存在的时间误差，是可以解决该问题的，但势必要牺牲低空飞行的经济性。试想，在大量无人机低空高密度飞行的智能化时代，如果时间标准不统一，机器之间的调度会呈现无序状态。因此，尽可能压缩时间和空间误差，是低空管理系统的一个内在要求。这也是低空经济要做时间管理的原因，既是安全需求，也是效率需求。

低空时间误差的产生与影响

在现有低空管理系统框架下，时间误差可能来源于三个方面：

首先，数据传输过程中的延迟。低空飞行器的通信大部分采用无线电方式，不可避免会出现时间上的卡顿和延迟，虽然这些都可以通过后期计算修正，但该过程的误差并不能消除，并会在海量数据传输读取存储过程中积累。

其次，数据采集设备本身也存在时间误差问题。传感器在感知环境信息时，都有一个采集计算分析的过程，不同的传感器类型、工作原理、工作环境，都会造成时间误差。这些误差会内嵌在数据中，如果不能从根本上解决，便会随数据一起传递到终端，产生操作上的时间误差。

再次，不同设备的计时装置和时间标准不统一。即便数据采集、传输、调用过程的时间误差很小，但如果这些数据的时间标准不统一，也会产生较大的集合误差。

虽然现在的低空飞行整体上在时间和空间方面都还比较稀疏，但仍不可避免地会出现某些特定空间、特定时间段的多种机型高密度飞行的情况。从这个角度看，应当将低空时间管理体系作为低空基础设施建设的一部分。

因此，在低空基础设施建设方面至少要考虑以下几点，一是要建设满足空域管理的基础设施，主要包括通信、导航、监视三部分；二是要建设满足时域管理的基础设施，主要指低空气象观测、预报及数据服务体系；三是要建设满足频域管理的基础设施，主要指针对低空电磁环境的综合监测和处置体系，如防诱捕、防干扰等一系列涉及无线电频域的识别与管理技术。

从技术角度看，低空基础设施建设的核心是解决低空飞行的管理问题。“通导监气频”（即通信、导航、监视、气象、频管），实际上是为了对飞行空域资源、时域资源和频域资源进行精准掌握和优化配置，以保障低空飞行活动的安全高效率与无冲突。这三部分基础设施本质上都属于信息化问题，而信息的核心特征是时间数据、空间数据和属性数据。信息的空间数据和属性数据由这些设备的硬件水平决定，统一它们的时间数据标准则是时间管理的工作任务。

低空经济也需要一个“大本钟”

如果说“通导监气频”是低空经济全场景发展不可或缺的基础与底座，那么时间管理，则是让这个底座发挥出协同效应的钥匙。生成这把钥匙，还需要一个母机和一个标准，这便是计时工具和对时器。

目前，计时工具已有较大发展，进行低空时间管理需要优化工程。统一低空的时间系统，相当于设立一个专门服务低空的大钟。这口钟的设计精度高、走时准确，并会定点报时。当它报时的时候，每个低空的单元都与它的时间同步，而这些低空单元的计时工具，又都是采用统一的技术标准，这样便大大减少了低空系统的时间误差。这口大钟，可以看作是低空经济发展的“大本钟”。

未来的低空经济，更多是物与物的频繁对话，这对时间同步要求极高，由此迫切需要统一的时间标准，这是一个不容忽视的技术需求。（蔡银寅）

气象条件和低空飞行——从“望天而飞”到“知天而行”

低空气象要素复杂多变，包括边界层的湍流、云覆盖时的复杂变化、城市下垫面和复杂地形引发的机械湍流等。低空飞行器起降、悬停及飞行过程极易受大风、降水、雷暴、高温、低温和能见度等天气或气象因素影响。2024年11月，江苏省南京市气象局牵头，联合南京气象科技创新研究院、南京市交通集团、浦口高新区以及相关气象仪器制造企业共同开展低空气象观测试验，主要任务是收集0至1千米梯度气象数据，分析影响低空飞行的关键气象条件，并研究其预报技术。

通过开展试验以及对接低空飞行运营企业，南京气象部门发现强风会导致飞行器偏离航线，突发气流扰动会引发飞行器颠簸；而当江面阵风超过8级时，消费级无人机失控率将大幅提升，搭载抗风设计的工业机型则能够保持稳定飞行；雷暴天会威胁电子设备，在强雷电发生时须禁止飞行；雨水会侵入飞行器电路，高湿度导致的冷凝会损坏传感器，不同等级降水对于飞行器的影响也不同——中雨以下不影响电动垂直起降飞行器（eVTOL）起降，防水型工业级无人机可耐受小雨，但需缩短续航时间，消费级无人机只能在无降水或弱降水时飞行；高温（>35℃）会加速飞行器电池老化，需缩短飞行时间，低温（<0℃）降低电池效率，需提前预热。（戴竹君开丽）






试验剖面示意图 来源：南京市气象局

起降阶段

能见度：能见度过低会严重影响飞行员的视距判断,增加碰撞风险，尤其是在起降阶段。无人机对能见度的要求相对较低，2公里至3公里即可，但eVTOL等飞行器对目视环境要求通常不低于5公里。

云高（云底高度）：较低的云底高度会影响目视飞行和飞行器起降，一般建议云底高度应比飞行作业高度高出300米以上。eVTOL对云底高度的要求更为严格,以避免误入云雾导致驾驶困难。

风速风向和风切变：大风、侧风及风切变对起降影响较大，特别是侧风超过设计极限值时，会导致飞行器偏离跑道或着陆区。

降水：雨雪天气使跑道变得湿滑，从而降低刹车性能和控制能力、增加滑跑距离，增加了起降风险。

悬停阶段

风速、阵风和湍流：悬停阶段飞行器对风速极为敏感，过强或不稳定的风会使飞行器姿态难以控制。

温度与空气密度：温度升高、空气密度降低，飞行器升力减少，发动机效率降低，需要更大动力以维持飞行，从而增加耗电；而温度较低时，空气密度较高，有利于航空器获得更大的升力，节省燃料，从而提高电池效率。

飞行巡航阶段

顺风或逆风：顺风飞行可显著提高飞行效率，降低燃料或电池消耗。相反，逆风会增加能耗并降低续航里程,增加运营成本。

雷暴、湍流等恶劣天气：雷暴产生的强烈垂直气流、闪电和冰雹都会威胁飞行安全。飞行器应严格避开雷暴核心区域，并应至少保持10公里至20公里的安全距离。巡航阶段遭遇雷暴或强湍流，会威胁飞行器结构和安全，影响飞行的平稳性与乘坐的舒适性，甚至迫使飞行器绕飞，增加飞行成本。

结冰与降水影响：飞行中持续隆水或结冰会影响飞行性能，重量增加，导致升力减少增加飞行能耗。

低空飞行之“路”

我国曾以庞大而独特的交通系统书写出全球最高标准的“基建奇迹”，如今低空经济发展正在遵循类似路径——既要“造车”（飞行器制造），也要“修路”（空路规划）。

当各类飞行器技术日益成熟，如何构建安全高效的空中交通系统，成为这场新质生产力变革的关键。

修路：“交规”先行场景牵引

类比高速铁路、公路或城市轨道交通，空中交通系统同样离不开工具、路线与场站的“铁三角”。对于低空经济来说，这三个要素分别对应的是飞行器、飞行路线和中转补给场站。

想象一下，若无数飞行器像夏日蚊群般无序盘旋，城市上空将陷入何等混乱。因此，制定交通规则，是空路建设的第一步，可以考虑建立三重秩序：分层、分道、定点。

分层飞行——不同机型、不同功能的飞行器，需要在自己所属的空间层飞行，如跨城货运机在较高处巡航，快递无人机在中层穿梭，个人航拍休闲可能在最底层。

按道飞行——类似于公路交通，低空飞行器也应按照既定线路飞行，如在同个空域层下，细分更多空中廊道（管道），飞行器在廊道内按次序飞行，不同廊道之间的交叉点通过指挥调度错开。

按点飞行——即进入空中廊道的起点和落点都是固定的，且可指挥、可调度。

管路：气象护航依“天”起飞

地面道路一旦建成通常相对稳定，但空路则更加“流动”。一阵突发的侧风、一团聚集的雷雨云，都可能让飞行器偏离轨道。因此，低空稳定安全飞行的关键在于管路。

如何管好空路，考验的是民航、交通、气象等多部门的协同联动。天气对飞行安全的重要性不言而喻，实时气象数据和未来两小时内的气象状况，是空路管理的关键。

粤港澳大湾区气象监测预警预报中心（深圳气象创新研究院）首席科学家蔡银寅指出，空路建设的核心关键技术之一是低空数字孪生大气的实时监测网络和多尺度多时空预报预警技术体系。“没有这个基础，低空飞行的安全管理场景就无法正式搭建。”

在空路规划之初，便需要对相关城市的气候特征、建筑物分布、地理地貌等进行全面分析，以保证空路规划的科学性，减少后期运行成本和风险。

富路：“牌照”为钥激活产业

今年3月底，全国首批载人民用无人驾驶航空器运营合格证（OC）正式颁发，成为我国低空经济从试点迈向商业化的重要里程碑。

根据相关法律规定，任何单位或者个人想要自由设计、生产、销售指定航空器，必须先取得以下三证——型号合格证（TC）、生产许可证（PC）、单机适航证（AC），即适航“三证”。

适航“三证”是对飞行器性能和安全性等进行全面评估的重要依据，可确保其可以量产、实现商业化交付，进而投入运营。但若要正式开展载人飞行服务，则还要向中国民用航空局申请运营许可证（OC），以证明其具备安全运营的能力。

参考道路交通，低空经济也需要完善“牌照制”来拉开空路基础设施建设的序幕。综合来看，空路系统建设包括起降场站、定位网络、通信网络和气象网络等。这些公共基础设施建设可由政府投资，飞行器像汽车一样实行“上牌”管理，并通过缴纳基础税费的方式分摊建设成本。飞行器可以自用，也可以通过开展低空交通运营活动，获取运费收入等。（刘丹）

（责任编辑：曹锐怡）















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