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4月27日下午,中国无人机产业创新联盟联合腾讯智慧交通、腾讯研究院等共同编写的《2024年中国eVTOL产业发展报告》(以下简称《报告》),在“2024国际无人机应用及防控大会”上正式发布。
2021年1月,中共中央、国务院印发《国家综合立体交通网规划纲要》,首次提出发展“低空经济”,“低空经济”概念被首次写入国家规划。《规划纲要》从国家层面加强了对低空经济建设的顶层设计,低空经济在全国范围内掀起热潮。2023年12月11日-12日,中央经济工作会议提出“打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业”。
2023年10月10日,工业和信息化部、科学技术部、财政部、中国民用航空局等部委联合印发《绿色航空制造业发展纲要(2023—2035年)》。《纲要》提出面向城市空运、应急救援、物流运输等应用场景,加快eVTOL等创新产品应用,形成以典型场景为导向的电动航空器供给能力、运营支持能力和产业化发展能力,打造新经济增长极。鼓励开展绿色航空示范运营,推动eVTOL实现商业运营。加快将eVTOL融入综合立体交通网络,建立统一的空地智联管理平台,打造低空智联网,初步形成安全、便捷、绿色、经济的城市空运体系。
在这一系列的政策推动之下,包括eVTOL在内的低空经济产业受到了前所未有的重视。各地政府陆续出台大量的低空经济支持政策,研究机构、社会资本和企业加大相关资本投入、技术研究和应用开发。全社会热情高涨,纷纷瞄准无人机、eVTOL、飞行汽车等低空经济新兴领域布局。
低空经济作为国家战略性新兴产业,是新质生产力的典型代表,发展低空经济前景广阔、意义重大。而eVTOL产业作为低空经济最重要的载体,是一个随着技术、政策、法规快速变化的领域,社会公众、政府机关、行业从业和相关研究人员等亟须对最新的产业发展有系统性的深入了解。这一领域也涉及到适航航空器开发、航空器运营、国际合作,融资和资本运作等需要向欧美发达国家借鉴经验,行业更需要有国际化的视野和发展思路。
为此,中国无人机产业创新联盟联合腾讯研究院、腾讯智慧交通,组织相关领域的国内外专家进行访谈调研,共同编写了《2024年中国eVTOL产业发展报告》。
《报告》邀请到工业和信息化部原装备工业司副巡视员石靖敏,国家低空经济融合创新研究中心专家指导委员会主任范恒山、中心主任敖万忠、中欧协会欧盟工作委员会会长杨拴昌、中国民航局民航低空地理信息与航路重点实验室廖小罕、中国无人机产业创新联盟副秘书长金伟,以及腾讯研究院院长司晓、腾讯战略发展部高级顾问翟永平作为顾问指导。
电子版《报告》分8章内容,包含eVTOL、低空经济与新质生产力的概念内涵、发展意义,国内外相关政策环境、演变历程、落实情况,欧美及中国适航、运行法规,市场规模、发展前景、技术趋势及面临挑战,整机头部企业、产业链关键环节配套企业情况,国内外城市群运营试点,企业融资及国内外行业投资机构等详细内容。
序 言
在智能化、绿色化的社会浪潮推动下,低空经济正以其独特的战略地位,成为推动经济社会发展的新质生产力。低空经济以低空飞行活动为核心,融合了无人驾驶飞行、低空智联网等技术,是空域资源、市场需求与创新技术相互作用的综合性经济形态。它以万亿级的市场潜力和广阔的发展前景,引领着新一轮的产业变革,成为经济发展的新引擎之一。
电动垂直起降飞行器(eVTOL)作为推动低空经济发展的核心,以其革命性的技术优势,重塑我们对空中交通的认知。eVTOL的出现,预示着空中通勤、紧急救援、货物运输乃至个人出行方式的全面革新。它将极大地提升城市交通的效率,为社会就业、创新和经济增长注入新的活力,带来深远的社会影响。
在区域的发展中,未来eVTOL将与现有的交通系统实现深度融合,形成立体化、智能化的交通网络,推动城市交通体系的全面升级,为构建智慧城市和智能交通系统奠定坚实的基础。
在这一历史性的进程中,我们有幸成为低空经济数字化发展的见证者和参与者。腾讯作为互联网科技公司,非常幸运能有机会参与低空经济的数字化建设,提供技术支持和解决方案。我们期待与低空产业界的同仁们,共同在eVTOL领域开展深入的研究与创新,参与技术突破与应用实践,推动eVTOL融入城市交通的脉络之中,助力我国构建更加智能、高效、绿色的智慧城市和交通系统。
本报告全面剖析了我国eVTOL产业的发展现状与未来趋势,深入探讨eVTOL在推动低空经济发展中的关键作用,以及如何通过跨行业合作、数字技术的应用、地面智慧交通的经验,共同推动eVTOL技术的创新与应用。我们相信,低空经济必将成为推动经济社会创新发展的新动力。
——司晓 腾讯研究院院长
《报告》对eVTOL和UAM的未来技术、城市低空交通管理数字化趋势做了分析。与通用航空器相比,eVTOL航空器采用了大量新兴技术,以解决新挖掘的应用场景问题。采用分布式电驱、智能驾驶飞行/自主飞行/自动驾驶、更高的设计安全冗余、整机全面轻量化设计、高能量密度和安全等级的电池技术、降噪技术技术,也需要空路协同态势感知与避障技术、低空航线网络划设和空管基础设施建设等协同推进。
《报告》认为,未来低空经济、eVTOL的发展需要更加智能化,态势感知与空中避障技术、智能驾驶技术、低空交通数字化体系,将逐渐应用于城市空中交通。低空交通数字化体系将从“低空基建数字化网联、空域数字化管控、低空数字化管理、协同数字化服务、算力数字化支撑、安全数字化保障”等六大方向部署能力框架。
态势感知与空中避障技术
逐渐应用于城市空中交通
城市空中交通运行环境复杂,面临城市地形地貌复杂、建筑物及附属设施众多、局部气象条件多变、电磁环境恶劣、低空鸟群飞行等情况。为应对这些挑战,eVTOL飞行器需要感知周围环境(如其他飞行器、地面障碍物、天气状况等)并根据环境信息做出相应决策。它需要有更强的态势感知和空中避障技术支撑,包括障碍物探测和分类、障碍物定位及路径预测与碰撞风险分析、避障策略选择和航线重新规划等技术,涉及感知传感器、多源信息融合、智能目标识别、障碍物危险评估与避障决策等专业领域。
传统通用航空器加装ADS-B、TCAS等设备实现自动安全间隔保持、规避周围危险;而在未来复杂空间环境下、大空中交通流的运行将难以达到必要安全标准。很多研究机构和厂商已经在探索基于UWB、激光雷达、视觉避碰、4D雷达、合成孔径雷达、5G-A/智能物联网、气象激光雷达等设备和基础设施的新一代态势感知与空中避障技术的研发、验证和试点应用。有一些通用性技术,如根据几何空间相对运动矢量进行避障决策、利用无碰撞路径规划代替避障决策、基于AI的目标视觉识别,已经在汽车自动驾驶和避碰、无人机自动驾驶和避碰等领域有了广泛的应用,也向城市空中交通应用场景延伸。
智能驾驶技术
实现自主飞行任重道远
新一代汽车技术类似,eVTOL也强调高度智能化、自主化的特性。智能驾驶技术是eVTOL实现智能化和自主化飞行的核心,这包括使用先进的飞行控制系统进行起飞、飞行和降落,以及在复杂气象条件下的自动驾驶。eVTOL采用视觉、激光雷达、4D雷达/毫米波雷达等传感器技术,以及新一代通讯技术增强环境态势感知能力,实现多源信息融合,通过AI、大数据、云计算、高性能机载芯片对环境信息分析处理,形成飞行决策。各大厂商普遍强调逐步通过有人驾驶、有人驾驶+简化航空器操纵(SVO)、半自主飞行,最终实现eVTOL航空器完全自主飞行。不过,实现自主飞行还需要相当长的一个过程,进度相对较快的Wisk Aero计划在2028年试运行eVTOL载人自主飞行。
低空交通数字化体系建设提速
随着低空飞行活动持续增加,低空交通飞行的保障体系的重要性日益显现,相关的数字系统建设也伴随政府和产业界的投入增加而提速。腾讯也在积极探索前沿数字技术在低空领域的多元应用,构建了覆盖“低空基建数字化网联、空域数字化管控、低空数字化管理、协同数字化服务、算力数字化支撑、安全数字化保障”的低空交通数字化体系:
(一)低空基建数字化网联
低空基础设施建设要强化标准化建设和数字化网联能力,包括服务低空的通导监(CNS)能力、辅助飞行的微气象和电磁环境服务、提供低空起降和充电的各类地面设施、管控非合作目标的手段等。低空基础设施应该具备数字化网联能力,为低空经济的全链条运行和运营提供全自动化、全智慧化的数字化基础。
全新一代的空天地一体化CNSiM(通讯、导航、监视、情报、气象)能力的主要技术手段有包括但不限于:地面5G移动公网(5G-A)、宽带通信网、数据链和低轨卫星互联网等通信手段;地基增强系统GBAS、星基增强系统SBAS、惯导、视觉导航、UWB、激光雷达、4D雷达、GNSS导航和融合导航等导航手段;一/二次雷达、ADS-B、无线信标、RemoteID、光电探测、通感遥一体等监视手段;气象激光雷达、四维高分辨率数值气象预报系统;满足民航运行/交通管理要求的自动化机场、一体化机巢、自动化充电站、自动化应急降落点等。
(二)空域数字化管控
数字化空域是低空经济有效管控的关键措施。通过数字孪生、城市CIM、三维地理信息地图等技术,构建空域、城市、设施、无人机等实时数字孪生系统,支撑“安全、协同、高效”的数字空域,推动低空空域从“可通达” 到 “可计算” 到 “可管控” 到 “可运营” 性质的数字化变革。
空域数字化管控,为空域划设、空域管制、空域网格、空域容量、航路划设、航班排序、导航规划、飞行监测、冲突探测、冲突解脱、运行仿真、场站规划、风险规避、应急处置、非合作目标监管等低空业务提供数字化基础。
腾讯数字孪生技术在低空空域的应用
资料来源:腾讯研究院
(三)低空数字化管理
低空数字化管理是低空交通和管理全自动化运行和运营的突出表现。
低空运行监管通过数字化技术,实现各类低空运行要素的大数据汇聚,包括但不限于精确的城市三维空间地理模型、权威的管制空域和电子围栏数据、完整的高空航路航班数据和低空航路航线数据、全面的低空飞行计划清单、实时的各类低空飞行器运行轨迹、可靠的空中气象和电磁等运行环境、完善的地面通导监和机场机巢状态、动态的地面客流车流等影响因素等,经过大数据的清洗、加工、汇聚、整理,通过AI分析和预测,向运营人、民航空管、政府监管等部门提供各类低空数字化管理服务,并通过数字孪生大屏等技术,在各单位的业务监控中心展现低空运行运营的综合态势。
(四)协同数字化服务
低空经济关联方之间的必须保持好数字化协同。低空经济涉及无人机制造和销售、军民航管理、地方政府监管和场景应用的方方面面,跨部门、跨产业、跨主体、跨地区、跨服务人、跨空域的数字化协同服务也越发重要。
数字化的低空交通系统需要向低空业务关联方提供全面的、实时的、安全的低空协同数据服务。数字化低空交通系统需要实时采集获取并相互协同以下相关信息:通导监运行和保障信息、管制空域和适飞空域信息、航线航路规划和调整信息、飞行申请和冲突信息、飞行计划信息、飞行计划冲突和协调信息、地面影响因素信息、紧急避让服务、应急保障服务等,系统需要构建一套完整的空域数字化协同服务基础能力,保障低空经济业务的安全开展。协同化服务同时还包含向公众和消费者可开放的低空飞行支撑的能力服务。
(五)算力数字化支撑
随着低空经济业务的完善扩展,低空经济业务系统对算力需求越来越庞大,算力分散在“云”、“网(空天地)”和“端(飞行器)”三个不同部分。
低空经济数字化涉及空域、飞行器、航路航线、气象、飞行计划、空间计算、孪生仿真、风险评估与预测、AI识别、视频分析等大规模的低空各类业务计算,涉及对城市低空十万乃至百万架以上飞行器的自动化监管和智慧化服务,其对算力要求是非常巨大的。
腾讯分布式算力平台
数字化的低空交通体系,底层需要有成熟、可靠、超大规模计算的云网边端分布式的算力平台的支撑,满足低空经济的生产、监管、运营、服务的智慧化运行要求。
算力数字化支撑的关键技术,主要包含:飞行器自身的智能化算力、基础的云平台技术(计算、存储和网络的虚拟化)、容器化、微服务、大数据技术、人工智能AI技术、物联网技术、数据库技术(关系数据库、内存数据库、时序数据库、地理信息数据库等)、低空智能化管控和服务算法、边缘段的通感算力等。
(六)安全数字化保障
低空经济的运行保障,涉及到空域管理、民航运行、城市三维空间、无人机飞控、企业运行和个人隐私等一系列涉及公共、企业、个人的关键业务和隐私数据,安全保障非常关键。数字化的低空交通体系包含地面遍布全市的低空通导监设备、分布式的低空感知和计算节点、空中大量的无人机及其网络数据通道以及低空交通管理云平台,整体涉及到的安全环境比较复杂。
低空安全数字化保障,在网络安全、数据安全、恶意攻击防护、通信链路安全、飞行器飞控安全以及非合作目标的反制等方面,都要有全面的数字化安全防护手段。
腾讯低空数字化框架:算力数字化+空域数字化+协同数字化+监管数字化+安全数字化
腾讯聚焦低空交通数字化体系建设需求,基于丰富的数字化政企服务经验,提出面向未来低空交通的数字化框架。腾讯的低空数字化解决方案,为低空空域管理和运营提供数字化和智能化技术工具,为低空经济各关联方提供全数字化的智能管理手段和运营服务,为政府和行业主管部门提供强有力的管理和决策依据。