低空安全天網工程的發展與探討

王 浩，馮登超，王亦楠，杜振坤

(1.流域水循環模擬與調控國家重點實驗室，北京 100038;2.山東警察學院 警用無人機戰訓研究中心，濟南 250200; 3.國務院發展研究中心，北京 100010;4.中國水利水電科學研究院，北京 100000)

0 引言

無人機技術的飛速發展和廣泛應用，深刻改變著戰爭形態，影響著世界政治經濟局勢，改變著人類的生產生活。如何應對無人機時代的來臨，與時俱進開展低空安全研究，發展低空安全產業，不僅決定著國家安全，還影響著經濟社會可持續發展的全局，已是當前激烈國際競爭下的戰略要地之一。

我國的“總體國家安全觀”包括11個方面，即政治安全、國土安全、軍事安全、經濟安全、文化安全、社會安全、科技安全、信息安全、生態安全、資源安全和核安全。低空安全涉及國家安全的所有領域。無人機時代的來臨，給每個安全領域都創造了新的機遇，也提出了新的挑戰。

2020年，亞美尼亞和阿塞拜疆的軍事沖突中，阿塞拜疆投入多架無人機單向殺傷對方的地面裝甲目標。2021年，土耳其出動多架察打一體無人機對敘利亞空襲，摧毀了敘利亞多個地面目標。2022年，俄烏軍事沖突中，無人機在戰術層面展示了強大的偵察監視能力。在未來戰爭中，如果作為防御一方擁有更多的先進無人機，具備完整的低空防御系統，對方如果缺乏先進的防空手段和電子戰能力，其陸軍和坦克集群就會受到降維打擊，戰爭的態勢和走向會完全不同。

我國奉行防御性國防政策，低空安全天網工程，作為一種國防防御戰略的全新思路，完全契合這一基本政策。

低空安全天網工程不但是一個軍事戰略防御工程，具有加強國防建設的重要作用，更是一項維護社會秩序、保證人民安全、發展低空經濟的創新工程。

低空安全天網工程是一個以低空空域為基地，由無人機和飛行器監管、監視、預警與識別系統、攔截系統以及指揮、控制和通訊系統組成的立體數字化系統工程。

世界各國都在進行低空安全研究，中國在這一領域的研究處于領先地位[1]，低空安全天網工程的概念和理論由中國學者率先提出。通過低空安全天網工程的實施，將帶動一批諸如無人機、低空監管、雷達監測、激光、微電子、計算機、物聯網等技術組成的高技術群的發展，并進一步促進在經濟、軍事、科學技術等方面的自主創新研究。

低空空域作為一種天然的資源，如同土地、河流和海洋一樣，是一個國家自然資源的重要組成部分，具有稀缺性[2]。低空空域的特殊性是指其雖然可以重復利用，但仍屬于流量資源，對其利用必須是即時的，并且可以通過科學管理提高低空空域資源的利用率。隨著低空產業的迅速崛起，低空空域資源的稀缺性、重要性已經被越來越多的人所認可，將固定的、有限的、處于閑置狀態的低空空域資源轉化為能創造市場價值的經濟資源已經成為世界各國的共識。

2019年11月，美國紐約州宣布建成了全美首條無人駕駛飛機測試走廊。2019年，美國低空產業創造了2 470億美元的經濟貢獻，提供了約120萬個就業崗位。2022年，美國眾議院批準2.25億美元無人機巡檢/無人機低空交通專項基金，用于無人機運營和空中交通配套設施建設，擬定從2024年開始無人機低空交通運營。美國企業航空聯盟表示，如果低空交通運營和后續技術航空服務供應商得到支持，將有潛力創造近30萬個就業崗位，到2035年，每年創造1 150億美元的企業產值。在無人機運營發展的同時，為了確保低空安全，2022年4月，美國白宮網站發布《國內反無人機系統國家行動》，用于指導美國國內機構應對本土日益嚴峻的低空安全威脅。2022年5月，德國政府劃撥8 600萬歐元資助低空空中交通計劃項目，用于保障低空運營。為了應對低空安全問題，2018年至今，德國交通部和警察局等聯合開展了無人機防御系統研發。

在市場和政策的雙輪驅動下，我國的低空產業得到快速發展，特別是民用無人機產業發展迅猛，處于全球領先地位[3]。2020年，全球無人機產業規模94億美元，我國無人機產業規模約75.8億美元。截至2021年，我國有人駕駛航空器飛行118.2萬小時；無人機運營企業1.27萬家，實時飛行約3.86億架次，飛行時長月1 668.9萬小時；警用航空中，警用直升機發展到近百架，警用無人機超過1萬架。為了保障低空產業的安全有序發展，我國學者和科研工作者先后低空安全領域開展了一系列的探索研究工作。2015年，我國首次提出了低空安全走廊框架[4]，先后開展了多項有關低空安全走廊的理論研究和探索工作[5]，召開了低空安全產業峰會等學術研討會，建立了低空安全走廊相關研究機構，出版了《目標防護與低空安全》專刊、《低空安全走廊理論與應用》等科教書籍。2017年，中國科學院地理所與民航局及企業聯合開展了低空公共航路規劃研究[6]。2017年云南警官學院成立了無人駕駛航空器管理及應用協同創新中心，開展低空安全實戰應用。2017年，中國人民公安大學成立中國低空安全研究中心，開展了低空安全的法律法規研究。2019年，南京航空航天大學人文社科學院開展了低空空域管理改革的法理研究。2020年，南京多基觀測技術研究院成立了低空安全走廊研究中心，開展低空安全走廊技術和應用探索。2021年，中國電科集團開始打造低空安全走廊，服務低空經濟發展。2022年，山東管理學院建立了人工智能與低空安全走廊產業研究所，開展低空安全產業研究。中國人民警察大學、鐵道警察學院、南京森林警察學院、山東警察學院等探索了警用無人機與低空安全管理相關的人才培養機制。航天神州飛行器有限公司、四川九洲空管公司、中急管科技公司等企業等企業開展了低空安全管理與反制系統研制工作。各軍兵種實現了低空安全防御和低空巡查、軍事打擊一體化的作戰用途。2022年，國務院印發《“十四五”現代綜合交通運輸體系發展規劃》，提出了優化航路航線網絡、加強軍民航空管理基礎設施建設的建議，為低空安全天網工程建設提供了政策保障。2022年，國務院印發《“十四五”國家安全生產規劃》，提出加強無人機管控，防范化解重大安全風險，為低空安全天網工程建設注入了動力。

在十四五國民經濟建設中，開展低空安全天網工程，建設覆蓋低空空域、具備過濾功能的低空天網，過濾各類非法入侵的飛行器等低空威脅，將保障我國低空空域的安全運營。同時，結合低空安全天網工程，建設一批軍民兩用的低空停機坪和通航機場、低空飛行機隊、機務維修與機務保障力量，可以有效填補軍用機場網絡的空白，有利于隔離敵對勢力的空中入侵，加強國防交通運輸能力、增強低空后備人才儲備、輔助軍隊完成軍事任務，在國防和軍事領域發揮特殊作用。

以下將結合我國低空空域發展現狀和特點，探索低空安全天網工程的總體架構。

1 總體架構

基于我國低空產業發展與低空安全管理的現狀，探索了低空安全天網工程的構建方法。

低空安全天網工程的總體架構如圖1所示。由圖1可知，低空安全天網工程的總體架構包括工程建設需求、核心技術體系、原型試驗場建設、應用場景示范、人才培養體系、驗收與考核等內容。

圖1 總體架構

低空安全天網工程建設需求包括國產衛星互聯網、飛行器導航性能、低空通信網絡[7]、飛行器設計與管理、低空空域環境保護、低空法律法規需求[8]等內容。核心技術體系包括低空飛行流量管理、低空安全走廊與航路網規劃[9-10]、北斗導航與地基增強系統、基于廣播自動相關監視(ADS-B，automatic dependent surveillance broadcast)的低空監視網絡、數據安全保障機制、航天遙感與航空遙感技術[11-12]、低空安全防范技術[13]以及飛行事故征候、事故調查與處置等。其中，低空安全防范部分，突破了傳統的無人機反制思路的局限性，結合低空安全運營的需求，探索低空安全防范策略，避免了無人機反制可能引起的低空次生災害。

原型試驗場建設，包括試驗場分類、軟硬件平臺建設及系統部署方案。在應用場景示范中，包括低空交通運營場景以及低空安全管理場景。其中，在試驗場的測試中，增加了數據傳輸安全與存儲安全測試環節，確保低空安全天網工程中的數據安全。

低空安全教育與人培養體系搭建，包括低空安全科普教育與人才培養。其中，低空安全科普教育包括科普基地的低空安全宣傳方式以及科普教材開發。低空安全人才培養機制包括院校人才培養與行業級人才培養機制的探索，重點討論了產學研結合的人才培養策略。

低空安全天網工程的驗收與考核，包括驗收程序和考核指標。其中，驗收程序重點介紹了驗收步驟，在考核指標部分，探討了主要的考核指標要求。

以下，將結合低空安全天網工程的總體架構，分別介紹低空安全天網工程的主要特征與建設要素。

1.1 主要特征

低空安全天網工程，是以低空空域的日常運營、生產、生活及安全保障作為主要發展目標，呈現立體性、區域性、融合性、廣泛性等特點。

1)立體性：低空空域是指垂直范圍真高3 000米(含)以下的活動空間，它將人類的經濟活動由地面向空中延伸、由平面經濟向立體經濟轉變，形成三維空間的立體經濟形態。低空安全天網工程，是在三維空間的立體經濟形態背景下開展的低空基礎設施建設。

2)區域性：低空安全天網工程建設，采用分布式路網建設，類似地面公路建設，具有小規模、小范圍、分散性等特點，呈現出明顯的地域性和區域性特征，對地區經濟發展產生帶動效應的同時，也受當地環境條件的影響和制約。

3)融合性：低空安全天網工程的主要作用除了軍事應用、警務應用、海關緝私和通用航空等低空交通運輸及多樣化行業應用服務，還包括低空安全管理服務。

4)廣泛性：低空安全天網中的運行主體、飛行器種類以及應用行業具有廣泛性。低空運行主體包括企事業單位，政府機關、公民個人等；低空飛行器種類具有廣泛性，包括飛行汽車、飛行背包、固定翼無人機、多旋翼無人機、無人直升機、動力傘、三角翼、熱氣球、飛艇等各類有人駕駛航空器和無人駕駛航空器；低空運行行業包括軍用航空、警用航空、低空交通、低空公共服務和管理、低空旅游、低空物流、低空電力巡線、低空體育運動、低空安全防范、農業植保、低空環境監測等。

1.2 建設要素

低空安全天網工程的建設，需要遵循低空主權和數據主權原則，堅持我國低空安全與信息化發展并重的建設思路。

從全球地沿格局分析，我國疆域廣闊，周邊分布國家數量較多。隨著無人機技術的發展，傳統的陸地巡控方式已經不再適應新形勢的邊境安全防控需求，急需構建具有邊境低空防護功能的低空安全天網。

從中華民族復興的歷史使命分析，我國是最早發明了飛行器(風箏)的國家，萬戶飛天等故事以及當前我國航空事業工作者的工作積累為構建低空安全天網積累了寶貴的經驗。

從空間安全分析，無人機在突破低空防護，精準打擊軍事目標的作用越來越明顯，低空安全是現代化戰爭成敗的焦點，構建低空安全天網具有重要的軍事意義。從低空安全體系分析，低空安全體系包括了低空法律法規建設、飛行器安全保障、低空道路建設、低空運營保障環境建設、低空安全防控管理等，構建低空安全天網將是低空安全領域的重要組成部分。

從低空安全天網的技術實現方式分析，現有的低空基礎設施已經逐步完善，低空管理技術日趨成熟，無人機反制設備的研究與應用也日趨完善[14]。開展低空安全天網工程建設，具備現實的可行性。

低空安全天網工程的建設要素如圖2所示。

圖2 建設要素

由圖2可知，低空安全天網工程的建設要素主要包括政策要素、安全要素、空域要素、技術要素和市場要素。以下將分別介紹上述建設要素。

1)政策要素：低空安全天網工程，除了中央政府的正常經費扶持，地方政府在加強低空安全產業市場培育、政府購買低空服務、優化低空營商環境等方面將更多發揮作用。

2)安全要素：低空安全天網工程，要以數據主權為原則，安全運營為底線。既要充分保障空防安全的基礎上保證飛行安全和公共安全，也要遵循安全發展客觀規律，結合國情合理確定安全指標，合理制定相關政策，科學把握發展與安全的關系。在低空安全天網工程建設中，可以探索建立低空安全等級保護制度，低空運營產品和服務安全制度、關鍵信息基礎設施運行安全保護制度、低空安全風險評估制度、威脅低空安全事件應急預案制度、低空安全監測和信息通報制度、用戶信息保護制度、關鍵信息基礎設施重要數據境內保存制度。

3)空域要素：低空空域是低空安全天網工程建設的關鍵要素。低空安全天網的關鍵是低空空域的安全和高效使用。如何發揮飛行器運營部門和政府在低空空域管理中的角色和作用，減輕部隊空管壓力，提高空域使用效率，是低空安全天網建設的關鍵。

4)技術要素：低空安全天網工程建設，需要多方技術做支撐。我國民用無人機產業，基于技術上的國產化優勢，在全球占據領先地位。有人機依賴進口的現象較為明顯，需要在技術上補短板，實現高效協調發展。除了硬件技術，人工智能和數字孿生技術等技術，是低空安全天網工程建設的重要技術保障。

5)市場要素：開展低空安全天網工程建設，是發展低空產業的根本保障。我國低空空域開發，呈現無人機市場蓬勃發展的局面。除了大力發展警用航空、政務服務、應急救援[15]、低空旅游以外，需要要積極鼓勵消費類低空發展[16]，激發市場潛力。低空安全天網工程建設，將為無人機市場發展提供有力的保障。

2 核心技術體系

2.1 飛行流量管理

低空飛行流量管理是低空安全天網工程中的一項關鍵技術，包括飛行流量管理運營機構建設和低空交通秩序建設兩部分。

在低空交通秩序方面，需要科學規劃低空空域結構，建立有序的空中交通秩序，在可接受的空中交通安全水平前提下，最大限度地增加低空飛行流量。低空飛行流量管理，是結合低空飛行器在飛行前、飛行中、飛行后三個階段進行飛行流量管理，包括低空空域容量增加和低空交通流量調整。

在飛行流量管理機構方面，需要建立低空飛行流量管理機構和運營中心，包括全國低空飛行流量管理部門、地區飛行流量管理部門、低空運營企業運控中心，如圖3所示。

由圖3可知，全國低空飛行流量管理中心，包括通信交互、態勢顯示、規劃審定等內容。區域低空飛行流量管理部門的功能包括通信交互、監視預測、協同建模、協同推理。低空運營企業運控中心的功能包括通信交互、態勢顯示和協同轉換。

圖3 低空飛行流量管理機制

在低空飛行流量管理中，側重于在信息協同和共享模式下，對飛行流量管理復雜決策過程建模，探索低空飛行流量管理部門、飛行器運營企業的協同流量管理策略，改進運行模式，提高低空運營系統的局部運行效率。

此外，低空空域容量、飛行流量具有動態性和隨機性[17]，現有飛行流量管理機制下，若航路擁堵發生時，所屬區域飛行流量管理部門需要承擔主要協調工作，制定并發布特定的流量管理措施，調整航路容量、流量匹配情況，保障飛行器的安全、有序通行。低空飛行流量管理的核心思想是控制擁堵航路的飛行流量，匹配當前空域的低空航路流量。因此，可以應用數字孿生技術，構建與實際空域環境接近的虛擬與顯示交互仿真平臺，進行實時飛行流量監測。

2.2 飛行器實時控制

飛行器低空實時控制，是指飛行器低空協同運行，可以在保障飛行器低空安全運行、減少管制員工作負荷的同時，實現飛行器自適應運行調整，提高飛行器在低空安全走廊中的航路利用率，改進航路流量管理方案的執行效率[12]。

現有雷達管制條件下，通常由管制員利用雷達監視飛行器的運行，確定飛行器的位置，辨認飛行器的類型和號碼，調整飛行器間隔。低空飛行器安裝了ADS-B、空地數據鏈等載荷，將會定期對外發送自身的狀態參數，接收其它飛行器發送的廣播信息，通過動態信息的交互實現對周圍空中交通態勢的詳細了解。此外，結合人工智能和大數據技術，未來飛行器將具備自動間隔調整的能力，自主避讓雷暴等惡劣天氣，降低尾流間隔標準，在保障空域系統安全運行的同時，自動調整飛行間隔，降低沖突發生概率、提高航路吞吐量，從運行層面提升低空運行效率。

2.3 低空安全走廊與航路規劃

隨著低空飛行器數量的增加，同一區域同一高度的低空飛行器發生碰撞的風險將會大大增加。借鑒地面道路修建和地面交通建設的思想，開展低空安全天網建設，結合低空安全走廊理論，修建低空高速公路，安裝虛擬紅綠燈，設定低空交通規則，是確保無人機在低空空域有序、高效和安全運營的重要內容，也是我國低空空域資源精細化開發和利用的重要基礎設施建設。

低空環境復雜，限制低空飛行器安全飛行的自然要素或人文地理要素較多[18]。因此，在低空航路建設中，需要充分利用低空氣象數據、移動基站分布數據、停機坪或機場位置等各類靜態數據和動態數據[19]，融合已有的公路網、水運網、移動基站分布，利用地面基礎設施，逐級優化航路及網絡結構，構建低空高速公路網絡。

為了保障低空飛行活動的安全，需要結合實地調查，在低空高速公路中進行飛行區域環境的真實性檢驗和精度校正，沿航路測試信號覆蓋情況和飛行器的通信能力[20]，監測通信鏈路參數[21]、局部氣候環境建模精度以及城市建筑、道路交通、市政基礎設施、地形、電網高塔等各種地理信息的準確度等。

2.4 國產衛星互聯網監視技術

低空安全天網工程的空域監視中，采用國產衛星組網技術可以提供全球覆蓋的一體化、冗余備份的飛行應用，增強低空空域中飛行器的通信、導航和監視的精度，實現空中情報信息的主動服務。

國產衛星組網監視，包括通信衛星網絡、北斗衛星導航與地基增強網絡、遙感衛星網絡、星載ADS-B監視組網等。它能夠為低空和地面用戶提供關于低空飛行器飛行位置、天氣、低空飛行流量等低空交通狀況的實時綜合性信息，使用戶能夠通過具備一體化運營功能的低空安全天網，發現和監測異常情況的出現，及時調整低空安全走廊中的各級航路，在確保飛行安全的情況下增加低空空域容量和使用效率。

低軌衛星通信網絡由衛星廣播分發子網、寬帶衛星通信子網、綜合業務子網、控制分系統和加密分系統組成。運用低軌通信衛星網絡，可以有效保障飛行器間及飛行器與地面端的通信。

北斗導航系統由空間子系統、地面監控子系統和用戶子系統組成。北斗增強系統包括地基增強系統與星基增強系統。運用北斗衛星導航與北斗增強系統網絡，可以確定運動物體在海平面和地平面的位置，進行二維定位，還可以對低空飛行器進行導航，確定飛行器的三維位置。飛行器安裝北斗高精度接收機，通過地面基準站網，利用衛星、移動通信、數字廣播等播發手段，在服務區域內可提供分米級和厘米級實時高精度導航定位服務[22]。

遙感衛星網絡，是已發射的各類遙感系列衛星提供的遙感數據服務。通過衛星遙感技術[23]，可以獲得低空運營區域的大尺度地形地貌數據[24-25]，實現對地觀測，輔助飛行驗證、功能驗證、測圖精度驗證等。

星載ADS-B監視組網，是通過衛星搭載高靈敏度 ADS- B 接收機，接收地面航空器信號,并轉發到地面站進行分析、處理，從而實現對覆蓋區域內的低空目標進行監控的目的。星載 ADS-B 系統包括機載 ADS-B 信號發射機、低軌衛星和地面站三部分構成。星載ADS-B系統是低空空管數據鏈的重要內容。通過星載ADS-B，低空數據鏈可以不受地域限制，接收飛行器的機載ADS-B數據，實現對飛行全過程的監視與服務，保障飛行安全，減少飛行費用，提高飛行效率和服務水平。因此，星載ADS-B能夠用于低空軍事目標的監控與偵察、低空交通管理、應急搜救、低空物流監控等。

2.5 低空安全防范

為了確保低空空域的安全運營，需要制訂低空安全探測感知及反制設備聯網接入標準體系，建設省、市低空安全防范聯網平臺，實現對已建和未來新建系統和設備的全面安全規范接入管理，實現感知數據的融合共享；在低空安全天網工程中開展空間安全大腦建設，用大數據實現轄區空間安全的融合感知及預警預測，與省、市城市大腦無縫對接，服務城市立體化安全防控和城市應急管理體系，構建城市多層次、全天候、立體化防控體系。提升城市管理、風險監測、應急處置等各領域精細化治理水平，促進實現社會治理的現代化。

低空安全防范體系架構包括基礎設施層、數據層、支撐層、應用層、展示層、用戶層。基礎設施層，包括計算資源、數據庫存儲和操作系統，兼容目前主流服務器及硬件資源。數據層主要包括地理信息數據、無人機數據、民航數據、氣象數據、法律法規庫、預案庫、案例庫、風險目標庫等。支撐層包括數據總線、空間安全信息承載平臺、資源交換共享服務平臺，用于接入融合底層數據、外部數據、設備數據等，同時提供一套完整的對上層應用提供可視化[26]、流程、邏輯進行支撐輔助的服務。應用層包括無人機管理應用系統、空間安全管控子系統、低空態勢感知系統[27]、運維服務系統等。展示層包括Web端、大屏幕、手機App等。

2.6 飛行事故征候與處置

低空飛行事故征候，是指在低空安全數字化天網中的飛行器在飛行中發生的嚴重危及飛行安全，但尚未構成飛行事故的事件。飛行問題是指在低空飛行中發生的危及飛行安全，但尚未構成低空飛行事故征候的事件。當發生低空飛行事故征候或低空飛行問題時，應當查明原因、落實責任后，才能繼續飛行。

在低空飛行事故調查時，要求堅持實事求是的原則，深入調查，廣泛搜集飛行事故相關材料，客觀、公正、全面地做出結論，提出預防事故的措施建議。

低空飛行事故的調查內容包括事故地點的經緯度及標高數據、飛行參數記錄、空地通話錄音(有人駕駛飛行器)、一次雷達數據記錄、空管雷達數據記錄、機載告警信息記錄、飛行實施傳輸監控系統數據等。

在低空飛行事故處理中，需要客觀記錄事故調查工作中獲得的各類數據和資料，分析事故原因，支持事故暴露的問題和教訓，提出預防同類事故和改進工作的措施意見。

2.7 低空安全教育與人才培養

在低空安全天網工程建設中，除了低空運營平臺及飛行器監測與管控設施軟硬件建設，還需要加強低空安全的科普和教育工作。

在學校開展低空安全教育，是在校大學生獲取低空安全知識的最主要渠道，可以采取各類線上線下活動開展低空安全宣傳教育，舉辦低空安全講座、培訓、征文、知識競賽等校園活動，把對學生的自我教育、自我管理、自我服務延伸至低空安全教育中。

在低空安全教育的社會公益層面，可以借助官方微信、微博、網站、廣播、校報、宣傳欄、櫥窗等渠道，廣泛開展低空安全意識和防護技能方面的各類公益宣傳教育，鼓勵朋輩互育、個人自育，推動朋輩互育、個人自育與學校教育的有機協同，形成整合效應。同時，要強化網上互動交流，為大眾開辟線上答疑渠道，提高低空安全宣傳教育內容對大眾的吸引力，使得人們自覺養成遵守低空安全規則的習慣。

在低空專業人才培養方面，需要成立專門人才培養團隊，撰寫低空安全人才培養規劃及具體方案，進一步完善各類規章標準，加快擬定標準制定計劃，形成制定程序和階段性目標。同時，在人才培養中，要求加快低空安全專業人員培訓，不斷提高專業人員的質量和素質。

國內普通高校、職業學院及低空相關行業培訓機構，是培養低空安全專業人才的中堅力量。為滿足低空產業發展的人才需求缺口，院校需要關注低空人才供需市場對人才質量的新變化，創新人才培養模式，完善學科結構，堅持理論與實踐并重[28]，以提高低空運營專業服務水平和創新能力為核心。

行業外院校是培養低空安全專業人才的有力補充力量。為了低空產業可持續發展，必須建立一套適應并能促進中國低空發展的、區別于運輸航空的人才培養機制，實現低空安全人才的社會化培養。同時，還要進一步加強校企聯合，通過加強產學研合作教育，積極鼓勵通用航空企業參與到專業院校的專業設置和課程建設以及標準確定，將高職院校作為企業后備技能人才的資源庫，從而打造全方位、多層次、專業化、國際化的高素質低空產業人才隊伍。

3 原型試驗場建設

低空安全天網工程的落地應用，需要建設具有典型地形、地勢、地貌、地沿和氣候的原型試驗場。

結合試驗場對飛行器的環境適應性要求，試驗場可以按照所處海拔高度分為四類試驗場：平原型試驗場、高原型試驗場、丘陵型試驗場、盆地型試驗場，如圖4所示。

圖4 試驗場分類

平原型試驗場：將海拔高度在0～200 m的地勢平坦、面積廣闊的陸地設定為低平原試驗場，海拔高度在200～500 m的勢平坦、面積廣闊的陸地選定為高平原試驗場。

高原型試驗場：將海拔高度在500 m以上，面積廣大，地形開闊，周邊以明顯的陡坡為界，比較完整的大面積隆起地區，選定為高原型試驗場。

丘陵型試驗場：將海拔高度在500 m以下，相對高度在100 m以下，地勢起伏、坡度緩和的地區，選定為丘陵型試驗場。

盆地型試驗場：將低于周圍山地相對凹下的地表形態的陸地，選定為盆地型試驗場。

3.1 軟件平臺構建

試驗場的軟件平臺功能包括低空安全管理系統、低空安全防控系統、低空安全態勢感知系統。

試驗場的低空飛行器是采用無人機作為主要飛行器，無人機低空安全管理系統的功能如圖5所示。

圖5 無人機低空安全管理系統

由圖5可知，無人機低空安全運行管理系統包括身份標識管理、飛行計劃審批、飛行環境維護、態勢監控、數據分析管理及無人機操作員信息管理模塊。

無人機低空安全運行管理系統，需要覆蓋從數據采集到數據展示的全過程，支持公有云部署和私有云部署，通過數據中心的海量數據存儲和大型數據運算能力，實現系統的穩定運行和管理。系統應具備支持多種云平臺能力、不同子系統數據接入能力、不同數據通信協議處理能力和多元異構數據管理能力[29]。

低空安全防控系統如圖6所示。 低空安全防控系統包括管控目標管理、低空安全監測、智能預警、指揮調度、智能預案、智能綜合分析研判、知識庫等模塊。

圖6 低空安全防控系統

低空安全態勢感知系統如圖7所示。 低空安全態勢感知系統包括區域管控、監測預警、案事件展示、指揮調度、綜合分析、專題報告。

圖7 低空安全態勢感知系統

3.2 系統部署方案

低空安全運營管理系統依托空地測控網、地面公共網和專網專線，構建空地一體化基礎網絡環境，集成部署數據中心、應用系統，實現數據信息的快速采集和無縫傳輸。各系統節點對數據負載進行分析預測，提供對應的負載平衡和安全防御措施。部署主要從業務數據的獲取出發，通過一套完備的硬件設備部署，實現數據的安全可靠傳輸，數據通過篩選過濾后送入專網進行實時展示，實現數據的綜合管控。整個部署包含硬件組成、網絡傳輸系統、業務數據內容和應急保障。綜合管理中心部署涵蓋從硬件到數據到展示的每一維度，展示內容包括了基礎地理信息數據，在基礎數據的基礎上，增加多種數據內容的分析結果[30-31]，增加綜合管控和計劃審批的模塊，為提高管控能力提供支撐。在部署優先級上需要先部署基礎數據，而后再完成其它增值數據的部署，保證部署工作開展的穩定性和服務內容的完整性。

低空安全管控系統與各探測、跟蹤、攔截設備采用統一的網絡接口，可根據低空布防區域的實際地形地勢，選擇合適設備靈活組網，網絡依靠自建專網的形式構建，減少防御網對其他網絡和設備的影響，提高網絡安全性和穩定性。針對大范圍或復雜環境，也可劃分多個防御區域，各區域獨立組網并形成探測打擊網，實現無死角全方位探測攔截。系統對外通過專網接入政府、公安、上級監管系統實現消息報送和情報共享。

圖8 低空安全管控部署拓撲圖

由低空安全管控系統的拓樸圖可知，基于無線電探測設備和無線電全向干擾設備的低空目標防御系統，可以通過專網、內網、4G/5G移動通信網，開展邊緣計算及安全邊界分析，通過云平臺進行數據處理和存儲[32]，最終將無人機低空防控數據和低空態勢等發送到展示終端。

3.3 數據安全

在低空安全天網工程建設中，需要綜合考慮數據的整體安全，包括設備接入安全、遙測遙控數據及視頻數據安全傳輸、邊界接入安全、存儲數據保護、圖像及視頻數據應用權限保護等。

3.3.1 數據信息安全與安全網關構建

為了保障各類傳感器的視頻、圖像和感知數據能夠安全順利地從互聯網進入業務專網，以及系統發出的各類控制指令和管理文件能夠安全受控地傳送到制定用戶或設備，需要按照信息安全等級防護的要求，基于安全技術類標準、安全檢測類標準和安全管理制度等安全標準體系和管理制度，在安全管理組織和安全管理中心等人員組織保障的安全運行管理基礎保障下，在數據匯集的互聯網和用戶業務專網之間部署綜合數據交換網關，建設安全、受控的數據擺渡節點，安全接入來自各個分節點在線系統的數據信息，并可以對傳輸的數據進行協調管理，資源調度。綜合數據交換網關主要解決具有不同通信規程、不同數據交換格式、不同來源數據和不同安全接入方式的系統接入專網系統的問題，即對接入專網的系統和數據接口采用的通信規程、數據交換格式和加密等級，網系安全等級，系統接入方式進行研究、抽象、分類，建立一體化接口描述標準，對各種接口過程進行分析和標識，形成網絡安全體系的接口過程規范。

3.3.2 量子保密通信設計

遙測遙控數據及視頻數據是低空運營平臺的重要數據。在數據傳輸過程中，可以采用量子保密通信技術。量子保密通信設計，包括低空遙測遙控數據及視頻數據加密傳輸、基于量子隨機數的傳輸安全保障。在低空飛行器視頻傳輸專網的縱向邊界部署量子網絡密碼機，保證縱向數據加密傳輸，下級數據通過量子網絡密碼機進行數據的加密，視頻數據以密文形式通過網絡傳輸到上級平臺，在上級平臺部署量子網絡密碼機用于數據解密，確保了視頻數據縱向的安全傳輸，防止數據被竊取和篡改，保證了數據的完整性。

3.3.3 導航數據安全性設計

導航系統的數據安全性是低空飛行安全的重要指標。北斗導航系統是我國完全自主研發、自主建設、自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統。因此，可以通過北斗導航系統的短報文通信功能與飛行控制系統之間建立上行、下行數據傳輸通道，對無人機進行監控、管理，同時對無人機管理工作進行立法規范。

3.4 試驗場建設

在低空安全天網工程的試驗場建設中，可以結合已有的地面試車場基礎設施，運用數字孿生技術，建設具有規劃設計、建造集成、環境測試、運營管理功能的性能驗證測試場。試驗場將以低空智能駕駛測試、低空運營管理、功能認證為主要目標。

3.4.1 試驗場規劃

在試驗場規劃設計中，包括低空航路規劃、低空飛行測試路徑規劃、低空運營場景設計、高精度定位數據系統及低空智能網聯設施布置。

在低空建造運維中，包括低空安全天網試驗場智能設施、低空智能交通系統。在低空測試技術中，包括低空測試評價平臺、測試設備研究、測試環境仿真。在低空運控平臺中，采用智慧低空路網、低空通信網、低空定位網三網融合，構建基于大數據的低空交通信息服務、低空交通流量調度、低空交通安全管理，設計基于自主飛行器和低空智慧交通的多樣化低空出行場景，包括飛行汽車、智能停車場、飛行器自動充電樁等居民體驗項目。

3.4.2 場景應用模型驗證

在低空安全試驗場中，需要構建圖像識別算法模型庫、波形分析算法模型庫、文本分析算法模型庫、聲紋識別算法模型庫、輿情模型庫、氣象數據庫的基礎算法模型，針對圖像識別、微波分析、聲紋識別及語音分析等不同場景，在人工智能平臺上設計不同的場景應用，并把低空運營場景抽象化，為具體業務提供場景化應用支撐，提升設計、開發、訓練和搭建等效率。

3.4.3 場景示范

在試驗場的應用場景搭建中，可以采用可視化技術，模擬構建轄區空域無人機監控場景、無人機行業應用檢測場景、重大活動全域低空安保場景、異常及違法行為檢測場景。

1)轄區空域無人機態勢監控。在試驗場中，通過系統聯網數據共享，采用試驗數據，進行一張圖可視化融合分析，實現轄區范圍內無人機飛行分布的全域可視化監管，一張圖展示轄區風險點分布及風險點的無人機分布態勢。

2)無人機行業應用監測。在試驗場中，對無人機的正常應用審批管理數據進行融合，監測無人機行業應用的分布和屬性，為無人機應用區域做凈空管理，避免黑飛無人機影響正常無人機應用作業。

3)重大活動全域低空安保。在試驗場中，建設低空防控監測設備的聯網共享機制，能夠在轄區低空構建一張無人機監管網絡，模擬活動面積大、人群聚集的大型活動，為其提供全域低空安全服務。

4)異常及違法行為監測。在試驗場中，對于低空無人機的一些異常行為，如夜間起飛、定線飛行等，可以通過數據的長期積累分析，安排警力專項處理，將一些違法違紀事件及時處理，避免突發惡性恐怖事件。

未來，在低空安全天網工程的試驗區，將形成集低空自動駕駛與有人駕駛飛行器運營基礎設施研發測試、檢測驗證、示范運營為一體的低空產業生態鏈聚集基地。

4 驗收程序與考核指標

低空安全天網工程的驗收程序與考核指標是保證天網工程投入生產應用的重要保障。

4.1 驗收程序

為了確保低空安全天網工程的建設達到有關要求和標準，并能正常投入運行，必須開展工程驗收工作。

驗收前提條件包括各個分系統全部初驗合格，通過軟件確認測試評審，系統建設和數據處理符合信息安全的要求；硬件平臺經過加電測試，狀態正常；外購的數據庫、中間件、應用軟件和開發工具符合知識產權相關政策法規要求；技術文檔和驗收資料完備等。

在項目驗收過程中，需要嚴格按照驗收方案對軟硬件平臺、低空安全天網工程中的異構網絡集成效果、飛行場地環境評測、系統文檔資料進行全面的測試和驗收。項目驗收完畢，對低空安全天網工程的系統設計、建設質量、設備質量、軟件運行情況等做出全面的評價，得出結論性意見。

低空安全天網工程的驗收程序包括初驗、終驗兩個階段。系統安裝、調試達到技術規范書規定的指標并開通業務后，可進行驗收測試。根據技術規范書的有關規定進行修改和補充，形成驗收文件，作為驗收依據。

系統經過三個月試運行期，所有性能指標達到技術要求的時候，可以進行最終驗收。最終驗收過程中，要求對低空安全天網工程進行綜合測試和評估，包括試驗場的基礎設施、氣象條件、電磁環境、飛行器的低空環境適應性，以及各子系統之間的數據安全。特別指出，低空安全天網中的運營數據，需要具備實時上報和本地存儲雙重機制。

4.2 考核指標

低空安全天網工程的考核指標，包括試驗場基礎設施、軟件管理平臺系統、硬件設施、安全運營及非法入侵防御性能等。

在試驗場基建設施考核中，要求對試驗場周邊的低空空域安全性測試評估、電磁環境偵察、設施設備的用電安全及硬件布局科學性等進行綜合考量。

在軟件管理平臺考核中，要求對低空飛行器運營管理平臺和低空威脅探測與防御平臺的綜合服務性能進行綜合考核，包括網絡安全測試。

在硬件設施考核中，要求對無線電探測定位分系統、雷達探測分系統、無線電測向探測分系統、光電跟蹤分系統、導航誘引分系統、無線電干擾反制分系統、ADS-B分系統、無線電協議破解及精準打擊分系統以及便攜式低空偵測設備進行綜合考核。

在低空安全運營考核中，要求設定不同的低空空域環境，對飛行器的低空交通網絡布局、低空路由規劃性能、飛行自動監控、飛行器自動控制性能等指標進行考核。

在低空非法入侵防御性能考核中，需要考核低空入侵響應時間，對低空安全管控預定的入侵目標進行探測、識別、定位、跟蹤，引導光電跟蹤系統進行錄像取證，結合低空安全運營軟件平臺進行綜合研判，引導導航誘引分系統或無線電干擾分系統對非法目標進行處置，確保低空安全運營。

5 前景展望

低空安全天網工程是國家低空強國的戰略基石，是國家低空安全治理的解決之道，也是國家低空安全的戰略支撐點。低空安全天網工程建設，將為國民經濟發展提供新動力，推動區域經濟的立體化發展，打造區域經濟新的增長點，優化我國當前區域經濟布局，促進區域協調發展，為社會公共服務提供新手段，為區域經濟發展提供新空間，有效支撐政府的低空治理能力和低空治理體系現代化建設，為國防安全事業發展提供新支撐。

隨著低空產業的發展和技術的不斷進步，低空安全天網工程在國民經濟發展中主要呈現五大發展趨勢。

1)通航產業將成為低空安全天網工程的重要業務支撐。在民用有人機和無人機產業規模不斷擴大的同時，警用、海關和相關軍用低空產業規模不斷增加。通航產業在低空產業中具有重要的地位，是低空安全天網工程的重要業務支撐。

2)低空安全天網工程在公共應用領域將得到突出體現。以政府為主導的各類低空飛行公共管理和服務的場景將越來越多，范圍將越來越大，對于低空安全天網工程的細化任務需求將會更加明顯。

3)低空消費類經濟活動將在低空安全產業中呈現出普及化趨勢，是低空安全天網工程的重要承載目標。隨著人們生活水平的不斷提升，多樣化低空消費類需求將不斷涌現，低空安全產業應用會逐步融入到百姓的日常生活中。

4)各類發展要素將聚集助力低空安全天網工程建設，加快低空安全產業發展。在市場根本要素的拉動和技術支撐要素的推動下，與低空經濟發展相關的空域環境要素、政策環境要素、安全環境要素都將向人們預期的方向改善和完善，更好地服務低空安全產業建設大局。

5)無人機安全運營將逐步成為低空安全天網工程的重要保障目標，無人機產業將成為低空安全產業生態鏈的主導產業。無人機對有人機的替代程度越來越高，對各行各業的滲透程度越來越廣，對人們的生產生活方式的幫助也越來越大。隨著無人機應用場景的快速增多，無人機在低空安全產業發展中的主導作用將越來越明顯。

然而，低空安全天網工程建設中，需要適應綠色低碳轉型發展要求。“十四五”時期，國際國內資源環境約束將更加強化，國家環保標準將繼續提高，環保執法將趨于嚴格，提升低空產業的綠色化發展水平迫在眉睫。當前，我國低空安全產業應用和需求尚未飽和，在低空安全天網工程建設中，需要超前謀劃和布局清潔能源、低空噪聲環境過濾等綠色環保措施，滿足低空安全產業發展需要。

此外，在我國重要的基礎設施、敏感區域，如機場、電站、油庫、車站及碼頭等，當前已經自行設置了低空局部防護網，但是較為分散，沒有統一標準，各自為政。低空安全天網，需要嘗試將這些低空局部防護網統一起來，建立統籌規劃的低空信息化框架，搭建資源共享的信息化體系，形成靈活的配置擴展能力，構筑統一的低空安全防御體系，減少重復建設。

6 結束語

低空空域是寶貴的戰略資源，世界各國都高度重視對低空空域資源的開發和應用。當前，建設創新引領、協同發展的低空產業體系已經成為各國低空產業發展的主要方向。低空產業的高質量發展對低空安全要素供給和低空空域的政策生態提出了更高要求。低空安全天網工程是保障低空產業健康發展的重要基礎設施建設任務。

總之，低空安全天網工程，將營造低空安全運營環境，創造信息傳播新渠道，開辟生產生活新空間，建立低空經濟發展新引擎，構筑低空文化繁榮新載體，創建社會治理新平臺，實現空地運行新紐帶，拓寬國家主權新空間。