全国一体化低空智联网的“数字神经系统”：构建空天地一体化数字底座

【摘要】构建以高精度时空基准为核心，融合“云-边-网-端”协同算力与多源感知的空天地一体化数字底座，是低空经济发展的关键。

引言

低空经济，已从一个前沿概念，转变为国家战略性新兴产业。无人机物流、城市空中交通（UAM）、应急救援等应用场景正加速从蓝图走向现实。这一切的背后，需要一个强大、可靠的数字基础设施作为支撑。这个基础设施，被形象地称为低空经济的“数字神经系统”。

它并非单一技术，而是一个复杂的巨系统。它需要为成千上万的低空飞行器提供精准的时空坐标，构建一个可计算、可感知、可调度的数字空域。本文将从时空基准、算力感知、治理安全、地方实践与应用生态五个维度，系统性地剖析这个“数字神经系统”的构建逻辑与技术内核。

📡 一、时空基准：全国“一张网”的构建与能力解析

任何数字系统的运行，都离不开统一的时空基准。对于在三维空间中高速移动的低空飞行器，一个稳定、精准、可靠的时空服务是保障安全与效率的生命线。我国正基于北斗系统，构建一个覆盖全国的高精度定位服务网络。

1.1 基础设施的整合与扩容

这个“数字神经系统”的基石，源于一次大规模的资源整合。全国自然资源系统将散布于各地的 3363座 卫星导航定位基准站进行了系统性整合，初步形成了全国性的服务网络。

这只是一个起点。随着低空经济需求的增长，这张网络在持续扩容。截至目前，基准站数量已接近 7000座。这种规模化的地面基础设施，为构建全国统一的低空时空服务网络奠定了坚实的物理基础。它解决了过去基准站“各自为政”、数据标准不一、服务范围受限的问题。

1.2 “一张网”的核心服务能力

整合后的“全国一张网”，其核心价值在于提供标准化的、无差别的时空信息服务。具体体现在以下几个方面。

• 高精度实时定位：通过网络RTK（实时动态差分）技术，该网络能够为接入的低空飞行器提供厘米级的实时定位精度。这对于无人机在复杂城市环境下的精准起降、航线保持、障碍物规避至关重要。

• 统一管理与调度：所有基准站数据被汇集至国家级数据中心，进行统一的质量监控、数据处理与服务分发。用户只需一次注册，即可在全国范围内享受无缝漫游的定位服务，无需关心底层基准站的切换。

• 高可用性与可靠性：密集的基准站布局，意味着即使个别站点因维护或故障离线，周边站点也能迅速补位，保障服务的连续性。这对于要求7x24小时不间断运行的物流、应急等业务是硬性要求。

下表总结了“一张网”提供的核心服务指标。

1.3 超越定位：迈向时空信息融合底座

高精度定位是基础，但仅有坐标点远远不够。低空“数字神经系统”需要的是一个融合了地理空间信息的、可计算的数字孪生环境。

“一张网”正在与**“实景三维中国”**等国家级地理信息数据底座进行深度融合。这意味着，提供给低空飞行器的不再是孤立的经纬高坐标，而是一个包含丰富语义信息的时空环境模型。

这个模型至少包含以下几层关键数据。

1. 静态地理信息：高精度地形图、城市建筑白模、高压线塔、桥梁等永久性障碍物数据。

2. 动态空域信息：实时更新的禁飞区、限飞区、临时管制空域等数据。

3. 气象信息：风场、降水、气压等高分辨率、实时更新的气象数据。

通过将北斗高精度定位数据与这些地理空间数据进行实时融合，系统可以为无人机提供智能航路规划和动态避障服务，从源头上提升飞行的智能化与安全性。

1.4 关键技术原则

构建如此庞大的时空服务网络，需要遵循两个核心技术原则。

• 统一授时（Unified Time-stamping）：网络内所有基准站、服务器、感知设备都必须同步到一个高精度的时间源。这确保了所有事件（如飞行器位置上报、传感器数据采集）都带有一个精准且一致的时间戳，是实现多源数据融合与事件溯源的基础。

• 空间连续性（Spatial Continuity）：服务必须在地理空间上是连续的。当飞行器从一个基准站的服务范围移动到另一个时，定位解算不应出现跳变或中断。这需要复杂的算法来保证基准站之间的平滑切换与差分数据的一致性。

🧠 二、算力与感知：“云-边-网-端”协同体系的架构剖析

如果说时空基准是“数字神经系统”的坐标系，那么算力与感知体系就是其进行思考、感知和反应的大脑与感觉器官。低空场景下海量、异构、实时的数据流，对传统的中心化计算架构提出了严峻挑战。为此，一个**“云-边-网-端”**协同的分布式架构成为必然选择。

2.1 四层协同架构

该架构将计算、存储、网络资源在物理空间上进行分层部署，以最高效的方式匹配业务需求。

这四层各司其职，通过高速网络连接，形成一个有机的整体。

2.2 云端大脑：全局调度与智能决策中枢

云端是整个系统的“大脑”。它部署在大型数据中心，拥有海量的计算和存储资源。其核心职责包括：

• 全局航路规划与空域管理：处理大规模、非实时的计算任务，如基于历史数据和未来预测的城市级无人机航路网络规划、空域容量评估与流量分配。

• 大数据分析与模型训练：汇聚全网飞行数据、感知数据、气象数据，进行深度分析，用于训练飞行行为预测模型、异常检测模型、智能调度算法等。

• 数字孪生与仿真推演：构建城市级低空数字孪生环境，对新的航路、调度策略、应急预案进行大规模仿真验证，降低现实世界中的试错成本。

• 监管与服务平台：为监管部门提供统一的空域态势监控界面，为运营商提供飞行计划申报、数据管理等服务。

2.3 边缘神经元：实时响应与本地自治

边缘计算节点是“神经系统”的反应弧。它们部署在靠近终端的物理位置，如通信基站、路灯杆、建筑物楼顶。它的核心任务是处理需要毫秒级响应的业务。

• 实时感知数据融合：边缘节点负责汇聚其覆盖范围内的雷达、摄像头、通信信号等感知数据，进行初步的融合处理，快速生成局部空域态势图，并上报给云端。

• 本地智能决策：执行时延敏感的计算任务。例如，当检测到两架无人机有碰撞风险时，边缘节点可以直接下发规避指令，无需等待云端决策，将反应时间从秒级缩短到毫秒级。

• 数据下沉与预处理：对终端上传的海量原始数据（如高清视频）进行本地的清洗、压缩、特征提取，只将高价值的结果数据上传至云端，极大缓解了网络带宽压力。

2.4 网络动脉：高速、可靠的数据传输通道

网络是连接云、边、端的“动脉”。低空网络与地面网络有显著不同，它需要解决信号的“空口”覆盖问题。

• 5G-A（5G-Advanced）技术应用：5G-A是当前低空网络建设的主流技术方向。它引入了**通感一体化（Integrated Sensing and Communication, ISAC）**能力，基站不仅能提供通信，还能像雷达一样探测和跟踪低空目标，实现“一网两用”。

• 低空专用网络覆盖：传统蜂窝网络天线主要向下覆盖，对高空覆盖效果不佳。低空网络建设需要对现有基站进行天线角度调整，或增设专门朝向天空的基站，以确保航路上的信号连续覆盖。

• 网络切片（Network Slicing）：针对不同业务（如高带宽的视频回传、低时延的飞控指令），可以划分出逻辑上隔离的虚拟网络通道，保障关键业务的服务质量（QoS）。

2.5 终端触角：智能化的飞行载体

终端，即无人机、eVTOL等低空飞行器，是“神经系统”的末梢执行单元。现代飞行器本身也具备越来越强的计算和感知能力。

• 机载计算能力：板载的AI芯片可以执行本地的视觉识别、障碍物检测等任务，实现基础的自主避障。

• 多源传感器：集成了高清摄像头、毫米波雷达、惯性导航单元（IMU）等多种传感器，为自主飞行和环境感知提供数据输入。

• 端-边协同：终端可以将部分计算任务卸载到边缘节点，实现算力共享。例如，终端负责采集图像，边缘节点负责进行复杂的AI识别，并将结果返回给终端。

2.6 低空融合感知平台

将来自不同源头（雷达、光电、通信信号、机载ADS-B）的感知数据进行有效融合，是构建全面空域态势图的关键。低空融合感知平台正是为此而生。

它的核心技术是多源数据融合算法。平台接收来自不同传感器关于同一目标的航迹数据，通过卡尔曼滤波、粒子滤波等算法，剔除噪声、弥补单一传感器的盲区，生成一条更准确、更可靠的融合航迹。这极大地强化了对“非合作目标”（如未按规定上报位置的无人机）的监视监测能力。

🛡️ 三、治理与安全：构建可信的数字空域运行框架

一个高效的“数字神经系统”必须是安全可信的。低空智联网涉及国家空域安全、公共安全和个人隐私，其安全治理框架的构建与技术体系同等重要。

3.1 标准规范的引领作用

没有统一的标准，设备无法互联，数据无法互通，系统将是一盘散沙。标准规范的制定是产业健康发展的前提。当前，标准制定工作主要聚焦于以下几个方面。

• 通信协议标准：定义低空场景下终端与网络之间的通信接口、消息格式、传输协议，确保不同厂商的设备都能接入网络。

• 数据接口标准：规范飞行计划、空域态势、气象信息等数据的格式与交换方式，实现跨平台、跨系统的数据共享。

• 安全认证标准：建立设备入网、用户接入的身份认证与鉴权机制，防止非法设备接入网络。

• 服务质量（QoS）标准：根据业务类型定义不同的时延、带宽、可靠性等级，为网络资源调度提供依据。

3.2 多维度、深层次的安全架构

低空网络的安全防护必须是立体的、纵深的。单纯的边界防护已不足以应对复杂的安全威胁。引入**“零信任（Zero Trust）”**安全理念是构建新一代低空安全体系的核心。

其核心思想是不信任任何内部或外部的访问请求，每次访问都必须经过严格的认证和授权。基于此理念，安全架构可分解为以下几个层面。

3.2.1 身份安全

• 强身份认证：所有接入网络的实体，包括飞行器、地面站、用户、应用程序，都必须拥有唯一的数字身份，并通过基于国密算法的数字证书、多因素认证等方式进行强身份验证。

• 动态访问控制：权限不再是静态授予的。系统会基于用户角色、设备状态、访问位置、当前任务等多维度信息，进行动态、实时的授权。一次合法的访问，不代表下一次访问同样合法。

3.2.2 网络安全

• 端到端加密：从飞行器到云端的所有数据链路，特别是控制信令，都必须进行端到端的加密，防止数据在传输过程中被窃听或篡改。

• 网络隔离：利用虚拟专网（VPN）、网络切片等技术，将不同安全等级的业务网络进行逻辑或物理隔离。例如，高安全等级的飞行控制网络与普通的视频回传网络应严格分离。

3.2.3 数据安全

• 数据分类分级：对低空数据（如航迹数据、任务载荷数据、用户信息）进行分类分级，根据其敏感程度实施不同的安全保护策略。

• 隐私保护：在数据采集、存储、使用过程中，采用数据脱敏、匿名化等技术，保护个人隐私和商业秘密。

3.3 数据治理框架

海量的低空数据是宝贵的战略资源。建立有效的数据治理框架，才能确保数据的合规、共享与价值释放。

• 数据资源目录：建立统一的数据资源目录，清晰地描述有哪些数据、数据在哪里、谁可以访问、如何访问。

• 共享交换平台：构建安全可控的数据共享交换平台，在确保安全合规的前提下，向政府部门、科研机构、商业公司有序开放数据，赋能更多创新应用。

• 安全审计与演练：建立全链路的日志审计系统，记录所有操作行为。定期组织红蓝对抗演练，模拟黑客攻击，检验和提升整个系统的安全防护能力。

🏙️ 四、地方实践：山东模式的剖析与启示

顶层设计需要地方实践来验证和落地。在全国一体化低空智联网的建设版图中，山东省扮演了“先行者”和“试验田”的角色。其发布的全国首个省级低空信息基础设施专项规划，为其他地区提供了可借鉴的范本。

4.1 “双核引领”的战略布局

山东的策略并非全面铺开，而是采取了重点突破、分步实施的务实路径。其核心是**“双核引领、多点支撑”**。

• 双核：以济南、青岛这两个经济核心城市为突破口，集中资源率先建设高标准的低空信息基础设施。

• 多点：在双核取得成功经验后，逐步将建设模式和标准推广至省内其他城市，形成全省联动的发展格局。

这一战略背后，是清晰的、可量化的发展时间表。

• 到2026年底：实现济南、青岛城区重点航路的连续覆盖。这标志着第一阶段的完成，能够支撑起特定场景下的商业化运营。

• 到2027年底：实现济南、青岛的全城全域连续覆盖，并开始向其他城市扩展。这标志着区域性网络能力的形成。

这种分阶段、目标导向的建设思路，避免了初期投资过大、应用场景跟不上的风险，确保了基础设施建设与产业发展节奏的匹配。

4.2 基础设施建设的重点任务

山东的规划并非空泛的口号，而是分解为九个方面的具体任务。其中，技术层面的核心任务包括：

1. 加强低空通信网络覆盖：这是基础中的基础。重点是在济南、青岛等城市试点部署5G-A通感一体网络，并建设服务于特定航线的航线级专网，保障核心业务的通信质量。

2. 构建精准导航定位能力：在国家“一张网”的基础上，进一步加密建设省内卫星导航定位基准站，提升区域服务的精度和可靠性。

3. 强化实时监视监测能力：部署雷达、光电等多种感知设备，并与通信网络融合，构建多层次、全覆盖的低空监视网络。

4. 部署协同低空智算体系：按照“云-边-网-端”架构，在省内规划部署服务于低空飞行的边缘计算节点和云数据中心。

4.3 “山东方案”的可复制性

山东的探索，其价值不仅在于建设了省内的低空网络，更在于为全国提供了一套可复制、可推广的省级建设范式。其经验启示主要体含在以下几点。

4.4 创新路径：实景三维驱动的城市治理

山东模式的一个深层次创新，在于将低空信息基础设施与城市实景三维模型进行了深度绑定。这不仅仅是飞行，更是将低空经济融入城市数字化治理的宏大叙事中。

• 航路规划的精细化：基于实景三维模型，系统可以规划出楼宇级、街道级的精细化航路，实现“绕楼飞行”“贴地配送”，而不仅仅是在高空划定一个宽泛的通道。

• 动态电子围栏：结合实景三维模型和实时人流、车流数据，可以动态生成和调整电子围栏。例如，在大型活动期间，自动在场馆上空生成临时禁飞区，活动结束后自动解除。

• 城市管理的应用延伸：无人机巡检数据可以直接叠加在实景三维模型上，用于违章建筑识别、市政设施巡查、环境监测等，实现低空数据对城市治理的直接赋能。

这种“节点—网络—平台—应用”的联动建设思路，以及与城市数字底座的深度融合，是“山东方案”最具前瞻性的部分。

🚀 五、应用生态：从基础设施到产业价值

“数字神经系统”的最终目的，是催生繁荣的低空应用生态，创造巨大的经济和社会价值。完善的基础设施，是这一切发生的土壤。

5.1 基础设施的赋能效应

一个全国一体化的低空智联网，其核心赋能效应在于降低应用开发的门槛和提升运营的确定性。

过去，一家无人机公司想开展城市物流业务，可能需要自己解决通信、导航、监控等一系列问题，投入巨大，且服务范围受限。

现在，基于“平台+生态”的融合架构，基础设施平台方提供了标准化的API（应用程序接口），应用开发者和服务运营商可以像开发手机App一样，调用平台提供的定位、通信、感知、气象等服务，专注于自身的核心业务逻辑。这极大地激发了创新活力。

5.2 核心应用场景展望

在坚实的数字底座之上，众多低空经济应用场景正从想象变为现实。

• 城市空中交通（UAM）：以电动垂直起降飞行器（eVTOL）为载体的“空中出租车”，是低空经济的终极愿景之一。它对网络的可靠性、安全性、时延提出了最高要求。

• 智慧物流：从“最后一公里”的末端配送，到跨市的干线货运，无人机物流正在重塑物流行业。它要求网络具备大容量、广覆盖和高并发处理能力。

• 应急救援：在地震、洪水等灾害发生后，无人机可以第一时间进入灾区，进行灾情勘察、物资投送、通信中继。这要求网络具备极高的韧性和快速部署能力。

• 公共服务：包括电网巡检、农林植保、环境监测、交通疏导等。这些应用场景多样，对网络的需求也各不相同，需要网络具备灵活的服务定制能力。

• 文旅消费：低空旅游、无人机灯光秀等，为文旅产业带来了新的体验和增长点。

5.3 迈向规模化运营的目标

当前，多数低空应用仍处于试点或小规模运营阶段。未来的目标，是实现**“千机互联、万场景并发”**的规模化、常态化运营。

要达到这一目标，对“数字神经系统”提出了更高的要求。

• 可扩展性（Scalability）：系统架构必须能够平滑扩展，以支持未来百万级甚至千万级的低空飞行器同时在线。

• 自动化空域管理（UTM）：当空域中的飞行器数量巨大时，依赖人工进行交通管制是不现实的。需要高度自动化的无人机交通管理系统（UTM），进行自主的冲突探测与解脱。

• 频谱资源的高效利用：海量的设备连接将消耗大量的无线频谱资源。需要通过先进的频谱管理技术，提升频谱利用效率。

全国一体化低空智联网的建设，正是为应对这些未来的挑战，提前布局。

结论

全国一体化低空智联网的构建，是一项复杂的系统工程。它始于全国“一张网”的高精度时空基准，通过“云-边-网-端”协同架构搭建起智能的算力与感知体系，并以严格的安全治理框架和统一的标准规范作为保障。以山东为代表的地方实践，则为这一宏大蓝图的落地提供了宝贵的经验范式。

这个“数字神经系统”的持续完善，将为我国低空经济的腾飞铺平数字化的“天路”。它不仅是保障飞行安全、提升运行效率的关键，更是激发万亿级产业创新、推动数字中国战略向“天”拓展的核心引擎。基础设施的先行，预示着一个规模化、智能化、协同化的低空经济新时代，正加速到来。

📢💻 【省心锐评】

低空经济的未来，不在于飞行器本身，而在于那张看不见的“网”。这张网是规则、是通道、是安全底线。基建先行，产业方能腾飞。