专家讲座 | 人工智能赋能低空经济：应用场景与未来方向

本文根据清华大学航天航空学院教授，欧洲科学与艺术学院院士庄茁在“第二届两岸新经济产业发展研讨会”上发表的主题演讲内容整理，以飨读者。

清华园是我们工作和生活的地方，低头思考是创新课题，举着望去是璀璨星空，我们向上仰望的就是低空经济所涉及的空域。

人类居住的地球半径是6370千米，在地球表面的有限生存空间，养育着80多亿人口。但人类始终怀揣着向更广阔的宇宙空间扩展的梦想，从未间断扩展自己的生存空间，向环绕地球的月球，向广袤无垠的太空乃至外太空探索人口的迁徙。

我们讨论的低空经济涉及的空域就是从地球表面起向上3公里的范围。100公里以上是太空，天和空间站在这个空域绕地飞行。20千米到100千米是我们的领空，民航客机和运20等军用飞机在此空域飞行。我们关注的低空经济，就是指从地球表面到海拔3千米的空域，这个空域尚未得到充分利用，我们希望的目标就是利用这个巨大空域来发展经济，造福人类。因为中国的地形东低西高的缘故，这里提到的3千米是一个相对高度。

今天我们从何谓低空经济、智慧城市，智慧交通，智慧路桥监测，智慧农业农村和未来的发展这样六个主题来汇报。

何谓低空经济

低空经济是以各种有人驾驶和无人驾驶航空器在海拔3000米以下的各类飞行活动作为牵引，辐射带动相关领域融合发展的新兴经济形态和效益。它的重点是发展新质生产力。

低空经济的业态体系，一是上游制造，包括制造有人和无人飞行器，二是中游产业运营，包括人员通航和物质输运，基础设施保障；三是下游应用于国计民生。

低空经济为我们带来的生活便利和出行快捷。大家可以设想在不久的未来，人们出行像打出租车那样方便，用手机呼叫低空飞行的有人或无人机，更快捷地到达目的地；预订的快餐和快递，可以从天而降，送到你的身边。所以，人类只有想不到的，没有做不到的。

低空经济为我们带来的国家安全和民生福祉。比如在边防警戒、森林防火、灾害预警、草原放牧、飞机播种、路桥检测、环境监测等某些高风险和高投入的工作，可以由无人机代替人工完成，大大提高了实施精度和工作效率，保护了人员安全。

在2021年2月，中共中央、国务院印发了《国家综合立体交通网规划纲要》，第一次将“低空经济” 一词写入《纲要》。在今年3月的全国两会上，“低空经济” 写入政府工作报告，并将其作为新兴产业和未来产业，打造成为我国经济增长数万亿级的新引擎。

低空经济的主要八大应用场景：快递物流，测绘与地理信息，城市管理，能源巡检，应急救援，交通巡检，农林植保，旅游观光。

低空经济为什么需要人工智能来赋能？先从人工智能的特点来说，它主要有四大特点，一个场景的依赖性， 二是数据的聚类性， 三是模型的参数性， 四是结果的可预测性。

这里举个例子。我现在与北大第三附属医院合作研究骨骼重建技术。场景就是患者缺损骨。我国有数百万患者需要进行骨骼重建，但缺少足够的假体骨。基于这一场景，我们首先进行数据聚类，收集患者的数据和CT扫描数据。数据聚类后，建立参数性的模型，设计出假体骨。设计完成后，通过3D打印技术将制作好的假体骨骼植入患者体内。最终，我们预测患者将能够恢复健康。

所以，AI的最高境界在于应用，应用到基础工程，应用到民生福祉。这里我们主要讲四个方面，智慧城市建设，智慧交通运输，智慧路桥监测， 智慧农业农村。

智慧城市建设

智慧城市建设一定要有巨系统、大数据来支撑，赋能城市低空交通的规划、运行和管理。

低空经济的前提是城市低空交通的常态化，进而带来人流和物流组织方式，以及城市规划和设计、基础设施和功能布局的革命性变化。由于城市的特点是，人口密集，高楼林立，所以对低空飞行的安全性和稳定性提出了极高要求。

AI技术应用的前提是要有北斗卫星导航，要有5G覆盖的空、天、地信息网络一体化，两个前提都具备才能形成智慧城市，才能赋能城市低空交通的规划，运行和管理。通过科学布局飞行器起降场地，服务场所等设施，精细化空域设计，就像我们的高速路和立交桥，在几千米的高空上，我们的航路也要建立交的规则，以统筹协调不同人流和物流的空中线路，提高空间利用率，优化成本，提升效率，保障安全，节约能耗。

AI赋能低空交通，提升城市公共服务水平，比如在医疗急救，消防减灾，公共安全等领域，保障应急资源及时准确到位；进一步提高居民日常生活质量，在个体出行，快递配送等，提供更加即时和便捷的选择；推动城市经济创新和就业增长，发展低空旅游观光，物流供应链等新型产业。

AI与低空飞行器的结合，全面准确地监控城市公共空间使用状况，识别潜在危险或威胁，比如预测交通拥堵、事故发生概率；预测人流聚集、公共安全事件和犯罪行为发生概率。地震提前响应预警并及时采取措施规避风险，比如地震发生的时候，根据纵波在前，横波在后的波动理论，纵波是体波，速度很快，可以达每秒5500到7000米的速度，但带来危害的是横波，横波在后，每秒大概3800米，所以预警的是纵波，如果能做到提前预警，哪怕秒级的预警，也能够避免由横波带来的灾害。地震以后，如果通过大数据，赋能无人机和有人机，高效率地定位人所在的位置及时抢救，就可以保障人员安全和城市运行。这就是低空经济在防止自然灾害和灾害救治方面的巨大益处。

AI与低空飞行器的结合，实时精准地从空中监测城市环境和市政基础设施的质量， 比如空气污染程度，热岛效应，道路状况，水体状况，生态系统等，将采集到的数据经过智能算法进行分析，识别潜在的污染，陈旧，紊乱等环境劣化因素，制定并实施准确有效的应对策略。比如今年法国巴黎奥运会，就运用AI赋能的无人机监测大气环境、人员流动，甚至恐怖危险源的监测。新加坡实施了类似的城市管理运行模式，同样采用了由法国的一个研究院设计的系统。2024年，北京、安徽、南京、苏州，沈阳等省市，也出台了低空经济的行动方案。

有人和无人飞行器可以对高的建筑物进行体检，比如高达828米的迪拜哈利法塔，利用有人和无人机进行自上而下的扫描体检；即便是埋入地下的综合管网，也可以对其进行场发射扫描损伤探测。北京市的市政管网总长度达到22.71万公里，包括电力、通信、燃气、供水、排水、燃气、供热等多种类型的地下管线，对其进行人工检测、 维护和改造的费用及其昂贵。采用AI赋能的无人机和机器人系统对其进行安全性监测，不仅提高了建筑物和市政管网的检测效率和精度，也大大降低了检测成本和人员安全风险。

在城市智能化管理中，利用无人机和AI技术进行建筑物的健康监测，能够实时掌握基础设施的状况，提前发现潜在问题，进行预防性维护，保障城市交通和建筑物的安全与稳定。

低空交通的普及也带来全新的视角对城市进行认知和经营，人工智能手段重塑新的城市形象，丰富人们对城市的体验过程和情感连接。将城市的数据库向低空进行延伸，赋能精细化城市低空空间权属管理，平衡公私权利分配 保证城市资源在低空空间的公平利用。总结来说，AI算力结合城市巨系统、大数据，赋能低空交通的规划、运行和管理，可以使城市空间使用状况、环境和基础设施质量的信息， 将有助于完善正在快速建构的城市精细化数据库，从而为AI驱动下的城市规划和设计提供更加扎实和全面的数字基础。

无人机对建筑物和基础设施的智能检测，极大地提升了城市建设的健康管理水平。目前中国注册无人机有187.5万架，随着科学技术的不断进步，AI无人机的应用场景更加广泛发展，发展低空经济是经济增长的新引擎，为智慧城市建设提供强有力的技术保障和发展动力。

智慧交通运输

通过垂直起降技术，有人和无人机能够在城市间或城市内提供快速、高效的空中交通服务，低空经济在推进智慧城乡交通方面发挥重要作用。通过海陆空无人系统产业的协同发展和技术跨界融合，可以实现城乡一体化的交通网络。

比如深圳，低空经济已逐步形成规模。市政府率先出台了直升机固定航线的补贴政策，鼓励市民和企业乘坐直升机空中通勤，提高了出行效率。到2023年底，深圳的低空航线已飞行近300架次，乘机人数累计超过1300人次，展示了空中交通的潜在应用前景。

2024年6月30日，新闻联播中播出：从高铁深圳北站乘直升机到达深圳湾仅需要8分钟，比地面交通节省了至少80%的时间成本，很好地诠释了“时间就是金钱，效率就是生命。”的深圳口号。

（图片来源于网络）

无人机在空中巡查和医疗救护等领域也发挥了重要作用。例如，深圳市公安局交警局与通用航空公司签订的应急救援战略合作协议，包括直升机救援服务、共享道路交通数据、现场交通保障和建立空中可视化指挥巡查等内容。在深圳，创伤呼叫120的比例较高，特别是在严重交通拥堵时，直升机救援能够大大提高救援效率。 目前，深圳已实现每100平方公里范围内有一架直升机待命，实现半小时内飞行圈覆盖全市直至深港澳。

自2015年国内首次体验“飞的” 出行以来，深圳的低空经济发展迅速。2019年， 开通粤港跨境直升机航线，进一步缩短了两地的通行时间，标志着低空经济在跨境交通中的应用迈出了重要一步。而且低空航线起降点的覆盖范围不断扩大，已涵盖了大湾区的多个城市，包括香港、澳门、广州、东莞、惠州、中山和珠海等。另外，从江苏昆山到上海的浦东机场也有了直升机的低空经济，飞行时时间不会超过30分钟，大大缩短了堵车时的通行效率。

总结来说，AI技术进步和低空经济发展，空中交通将成为智慧城市的重要组成部分。无人机能够缓解地面交通的压力，提供更加便捷和高效的交通服务。例如， 在城市高峰时段，通过无人机进行空中通勤，可以大大缩短通勤时间，减少交通拥堵，提升城市的运行效率。通过无人机技术，实现对城市基础设施的智能化管理， 提高城市的智慧化水平。随着技术进步和应用场景的不断拓展，低空经济将在智慧城市建设中发挥更加重要的作用，实现城乡一体化发展的宏伟蓝图。

智慧路桥监测

智慧路桥监测，我们更应给予关注。因为我国路桥特别多，通过AI技术的图像识别和大数据分析功能，正在重塑路桥管理的新篇章。

我国是世界桥梁大国，2023年底，已建成公路桥梁达107.93万座。桥梁作为连接城市的重要交通枢纽，其安全性与稳定性至关重要。但随着时间的推移，许多桥梁可能面临各种损伤和老化问题，超过40%的桥梁已进入病害高发期。过去我们检测桥梁一是在桥两端安装变形传感器监视桥梁，再一个是利用小车在桥梁运行，通过小车的敲击来反映桥梁的频响效应，以此来确定桥梁的损伤状况，但这种方法人工和时间成本都非常高。所以，当前面临的问题是从“以建为主” 向“建养并举” 转型。传统检测方法难以全面、准确地评估桥梁的状态，对桥梁进行智能检测势在必行。

无人机搭载高清相机、红外相机和激光扫描仪等设备，对桥梁结构进行精准三维扫描，从中获取桥梁的几何形状和尺寸数据。利用高分辨率图像和视频记录桥梁的变化情况，实时捕捉桥梁状况，将观测的图像数据传回到数据中心。然后对比工程设计施工图、监测传感器记录和内嵌的疲劳损伤容限阈值等大数据，精准识别裂缝、 腐蚀、锈蚀等结构损伤、老化等问题。该技术优势在于快速完成巡检工作，提供高质量视觉材料，为工程养护维修提供参考依据。

无人机配备的红外热像仪可以探测桥梁结构中的损伤隐患，如潜在热点、温度异常或隐蔽的线路管网等，快速发现热异常区域，尽早预警潜在结构故障，避免造成严重的后果。

通过无人机获取大量数据，借助AI的图像数据处理技术，根据结构设计图纸数据、 日常监测数据，关键参数敏感性分析数据，基于断裂力学的疲劳损伤容限软件，预测评估桥梁结构的疲劳寿命和日历寿命，给出剩余寿命。这个技术不仅提高了桥梁检测的效率和准确性，还提前预警潜在的隐患，确保桥梁的安全运行，为工程部门提供可靠的参考依据

无人机融合北斗卫星定位技术， 搭载专用相机，实现对桥梁底部、支座、桥塔等部位的全覆盖高清图像采集，利用AI算法自动完成缺陷的定性判断、定量测量、精准定位，并将处理结果映射至三维实景模型上， 自动生成满足定检要求的数据报告。

总结来说，利用巡检无人机高分辨率图像和视频记录桥梁的变化情况，实时精准测量，捕捉桥梁状况，识别裂缝、腐蚀、锈蚀等结构损伤、老化等问题，自动生成满足定检要求的数据报告，精准判断损伤，关键是能预测桥梁结构的疲劳寿命和日历寿命，给出剩余寿命。目前，已有多个部门联合印发《智能检测装备产业发展行动计划(2023—2025年)》，明确提出到2025年，智能检测技术要基本满足用户领域制造工艺需求。这为AI与无人机结合的智能检测系统提供了政策支持。

智慧农业农村

发展AI赋能的农机大数据和智慧农机装备是我国农业机械化和农机产业转型升级的重要方向。比如新疆棉花产业。我国90%以上的棉花来自于新疆， 新疆的棉花品种有40多种，长绒棉产量位于世界第一。现在有10,000台采棉机在工作， 采摘工作基本实现了机械化，数字化和这个智能化的。10,000台采棉机需要低空无人机和有人机来协调整个采棉过程， 再也不是人工采棉的时代了。如何利用无人机会和有人机做智能采摘和智能管理，这就是 AI 赋能农业，机械赋能智慧农村。

农业无人机(eVTOL)配备一系列传感器和成像技术，例如摄像头、激光雷达和多光谱传感器，收集农作物、土壤和其他影响农业生产因素的数据。农业生产经营者面对大片良田， 利用自动化机械完成生产。在利好政策的助推下，农业无人机成为推进农业机械化的重要工具之一，其技术水平、普及程度和市场规模正在大幅提升。所以助力乡村振兴。我们要加大智慧农机的建设。

所以2022年，中共中央、国务院印发《关于做好2022年全面推进乡村振兴重点工作的意见》，提出应提升农机装备研发应用水平，将高端智能机械研发制造纳入国家重点研发计划并予以长期稳定支持。2017年起，我国实施了农机购置补贴引导植保无人机规范应用试点工作。比如，2020年，广西、广东等20个试点省份共计申请中央财政补助资金2.23亿元，补贴购置植保无人机9,000余台，这个数量不多。 所以还要继续加大政策支持力度，过去农业机械化，现在的农业智能化，农机智能化的水平。

在农业植保上，无人机从传统的植保逐渐扩展和细化到病虫害防控、农艺、播撒、 授粉、果树防冻防晒等农业领域。对马铃薯、水稻、大豆等重要农作物进行植保飞防；结合高分辨率多光谱巡田无人机实现地块平整监测、出苗识别、病虫害监测、 精准变量营养液和杀虫剂精准点喷作业；对种植地块进行航测，生成地块的数字高程模型，测量地块内高差、发现局部高地、洼地等，及时整改。

在病虫害防护上，设置自动飞行和拍摄航线，对田间进行高密度采样拍照，并把照片输入到病虫害识别 AI 模型，从而自动监测病虫害，把病虫害位置和等级通过软件呈现给管理人员。无人机将识别到的病虫害发生热点生成点喷处方图，下发给农业无人机进行点喷作业，相比传统的全田喷施做法，在达到有效防治的情况下， 可以大量减少虫害。除了病虫害精准点喷，无人机也可对作物整体长势进行监测，并进行营养液的变量喷施。

总结来说，发展AI赋能的农机大数据和农机装备是我国农业机械化和农机产业转型升级的重要方向。举世闻名的新疆棉采摘过程，是10,000台采棉机在短时间内作业完成的，需要AI赋能协调万台采棉机的作业运行。无人机与AI技术、农艺制度、农业经营、农田建设等进一步融合，将土壤、 作物、气候和农户信息汇总分析，深度参与农业全流程作业，形成多层次、全方位的“农业地图”和农业领域智慧化系统解决方案。

未来发展方向

低空经济的产业链丰富，包括从飞机的设计和制造到运营服务的整个流程，主要环节包括整机制造、基础配套（航空电子设备和发动机）、运营服务（客运、 货运和飞行培训）、机场建设与运营、空中交通管理、以及政府和军方的监督保障和空域协调、产业链呈现多元化、复杂化、网络化的特点。这是一个庞大复杂的巨系统工程。

AI赋能低空经济有四个维度：一是建天路，飞行控制的航路。二是织天网，通信导航监视系统（通导监），三是立天规，飞行规范与法律体系。四是寻天用，应用场景与价值，惠及千行百业。

低空经济要因地区的特点来发展。比如中国的特点是以“胡焕庸线”来划分经济发展水平，东边是经济比较发达的沿海地区，西边是一些高原和沙漠地区。而秦岭淮河则是南北气候的分界线，低空经济的发展要因地而异，以这样两条线来进行差异化发展，发展出不同的模式。

低空经济的发展离不开政策支持和技术创新。如深圳政策和发展模式，促进城乡一体化，实现资源的优化配置和高效利用，提升城市的整体运行效率和居民生活质量。 云南省弥勒市利用地理环境资源优势，大力发展会议、旅游和休闲养生等低空经济产业。AI赋能低空经济，将持续推动智慧城乡建设的发展。无人机将不局限于当前的应用场景，还将探索更多可能，成为智慧城乡建设的重要工具。

AI赋能低空经济是科技的进步，必将产生新质生产力。通过技术创新和政策支持，将为智慧城乡建设注入新的活力，实现城乡融合发展的美好愿景。发展低空经济不能循规蹈矩、亦步亦趋，善出奇者，无穷如天地，不竭如江河。

（本文图片来源如无注明，均来自演讲嘉宾PPT）

9月29日-30日，由清华大学两岸发展研究院主办的“第二届两岸新经济产业发展研讨会”在福州举行，来自两岸的专家、学者及企业家代表围绕“发展新质生产力 引领两岸企业创新”的会议主题，聚焦光电、低空经济、新一代电子信息技术等产业领域展开深入讨论，为推动两岸新经济产业合作创新，融合发展建言献策。