低空与轨道融合：构建未来立体交通系统的核心技术与发展路径

随着城市交通需求日益增长与空域资源逐步开放，低空经济与轨道交通系统的深度融合已成为智慧交通发展的重要方向。本文系统分析了"低空+轨道"融合的核心技术架构、应用场景及面临挑战。研究表明，通过智能感知技术、可靠通信网络、空域智能管控和协同调度算法等核心技术的综合运用，低空与轨道系统可实现优势互补，在基础设施巡检、立体化物流运输和空轨联运客运等领域形成创新应用。然而，技术整合复杂性、空域管理精细化不足、基础设施不完善及标准法规滞后等问题仍制约着融合发展。未来，随着低空智联网、先进飞行器技术和统一标准体系的持续突破，"低空+轨道"模式将有力推动立体交通系统的构建，为城市交通治理提供新范式。

关键词：低空经济；轨道交通；智能感知；空域管理；协同调度；立体交通

1 引言

全球城市化进程正加速推进，传统轨道交通系统面临高峰运力瓶颈、效率提升缓慢及基础设施维护难度大等挑战-1。与此同时，低空经济作为一种新兴经济形态，在政策支持与技术创新的双轮驱动下迅猛发展，以无人驾驶航空器（UAV）和电动垂直起降飞行器（eVTOL）为代表的新型航空器，正逐步改变传统运输与服务方式-1。

低空与轨道交通的融合，并非简单的能力叠加，而是系统层面的深度协同。轨道交通作为城市交通的"大动脉"，具有大运量、高效率和规律性强的特点；低空飞行器则如同"毛细血管"，具备灵活性高、突破地形限制和点对点直达的优势。二者结合可形成优势互补的立体交通网络，不仅能有效缓解地面交通压力，还能提升城市交通系统的整体效率与韧性。

目前，这一融合领域已从概念验证逐步走向规模化应用。青岛"地下地铁运输+地上无人车末端运输+航空运输"的物流模式-2、卡斯柯的低空智能管控系统-3以及中国通号在重庆部署的低空智能巡检系统-9等实践案例，充分证明了"低空+轨道"融合的可行性与巨大潜力。本文旨在系统梳理低空与轨道融合的技术体系与应用场景，分析当前面临的关键挑战，并展望未来发展趋势，为该领域的理论研究与产业实践提供参考。

2 低空+轨道的核心技术体系

低空与轨道融合依赖多项核心技术的协同发展，这些技术共同构成了融合系统的基石。下表概括了四大技术领域及其主要功能：

*表1：低空+轨道融合的核心技术体系*

技术领域	主要技术组成	核心功能	技术挑战
智能感知技术	高清视觉识别、红外成像、AI算法	环境感知、状态识别、隐患检测	复杂环境适应性、识别精度
通信与定位技术	5G-A/6G专网、北斗高精度定位、多传感器融合	实时数据传输、厘米级定位、无缝覆盖	信号干扰、 urban峡谷效应
空域智能管理	数字化空域建模、动态路径规划、空域动态分配	空域资源优化、冲突解脱、安全隔离	高密度交通流管理、有人/无人协同
协同控制技术	多智能体协同、空地联动调度、智能避让	任务分配、轨迹规划、应急响应	系统互操作性、实时决策

2.1 智能感知技术

智能感知是低空飞行器在轨道交通环境中实现自主作业的基础。通过搭载高清可见光相机、红外热成像传感器及激光雷达等多种传感设备，无人机可全面获取轨道设施及周围环境数据-8。这些数据经由YOLO、Mask R-CNN等AI算法实时处理，能够精准识别轨道裂缝、部件腐蚀、异物侵入等隐患-8。

在实际应用中，中国通号在重庆轨道交通5号线等4条线路部署的低空智能巡检系统，通过无人机搭载的高清摄像头和AI识别算法，可实时发现并回传影响隧道结构安全的大型施工机械信息-9。这一系统使巡检效率较传统人工方式提升50%以上，特别是在隧道内部和桥梁底部等人工难以触及的区域，实现了更全面的安全覆盖-8 -9。

卡斯柯的无人机AI巡检系统则集成数字孪生与人工智能技术，能自动识别设备故障、环境异常等隐患，识别准确率超过90%，显著降低了人工巡检成本与安全风险-3。该系统已应用于滑县铁路专用线、无锡地铁保护区等项目，推动轨道交通运维模式从"故障修"向"状态修"升级-3。

2.2 可靠通信与精准定位技术

复杂城市环境中的可靠通信与精准定位是保障低空飞行器安全运行的关键。轨道交通环境电磁干扰多，传统无人机射频通信易受阻碍，需建立融合5G通信、卫星通信、Mesh自组网及轨道交通特有EUHT网络的多层次通信保障体系-8。

中国电信在低空通信领域积极推进5G-A通信、北斗高精度定位等技术的融合应用，为低空飞行打造"可感知、可控制、可追溯"的安全保障体系-5。中国通号则攻克了通信、感知、控制三大难题，推出"一塔一城"6G专网、静电+雷达融合探测系统，以及ID-Space低空空域智能管控系统等成果-9。

在定位技术方面，多传感器融合定位通过整合激光雷达、视觉传感器、里程计和惯性导航系统，有效提升无人机在复杂环境中的定位精度和可靠性-8。北斗系统提供厘米级定位与短报文通信功能，结合AI算法动态优化数据融合，使系统在复杂环境中的定位误差小于0.5米，满足无人机在卫星信号受限区域的精准作业需求-5 -8。

2.3 空域智能管控技术

随着低空飞行器数量的快速增长，空域智能管控成为保障低空与轨道协同运行的核心。卡斯柯基于近40年轨道交通智控技术积累，将大规模高密度交通流组织、动态路径规划、实时资源分配等成熟经验移植至低空场景，研发出低空智能管控系统-3。

该系统通过数字化空域建模、动态计划流控、安全包络等关键技术，构建覆盖"计划-调度-监视-运维"的全流程管控体系-3。其创新性地采用"移动闭塞"理念，为飞行器立体化形成类似安全罩的包络，通过速差分层管理让不同速度的飞行器有序运行在不同的飞行层-3。这种管控方式为构建"万点起飞，万点降落"的未来图景奠定了技术基础-3。

河南省低空立体交通重大科技专项项目则将"低空智联网技术"和"低空空域智能管控技术"作为重点研究方向，旨在构建适配地域特色的低空立体交通基础设施体系，破解低空立体交通基础设施建设瓶颈-6。

2.4 空地协同控制技术

空地协同控制技术是实现低空与轨道系统深度融合的关键。该技术需解决无人机作业与列车运行的安全协同问题，确保两者互不干扰-8。通过实时监控协调无人机飞行路径与列车运行路径，根列车位置、速度及作业区域自动调整无人机飞行轨迹-8。

协同控制机制需要建立无人机与列车调度系统的联锁机制：当无人机作业时，列车不进入作业区；当列车运行时，无人机禁入限界作业区-8。在特殊情况下，系统还需实现自动化的避让机制——当列车接近作业区时，无人机自动启动避让程序，飞至安全区域-8。

中国民航局原副局长李健强调，需加快300米以上空域有人机、无人机融合飞行验证，攻关智能避让、空域动态分配等关键技术，为大规模商业化扫清障碍-5。这些技术的成熟将为空地协同控制提供更强大的支撑。

3 低空+轨道的典型应用场景

3.1 基础设施智能巡检

轨道交通基础设施规模庞大，传统人工巡检存在效率低、风险高、盲区多等问题。低空无人机与AI技术结合，正重塑巡检模式。中国通号在重庆轨道交通5号线等4条线路部署的低空智能巡检系统，覆盖线路总里程约240公里，可实时识别并回传所有可能影响隧道结构安全的大型施工机械信息-9。

天津地铁在5、6、9、10号线及津静线保护区开展的无人机巡检项目，是当前涵盖线路最广的低空巡检实践之一。项目通过三大技术创新实现突破：智能航线规划精准规避建筑物障碍；AI毫秒级识别对桩基设备、挖掘机等高危机械及违规施工行为的识别准确率达95%以上；无人机机场自主作业实现无人机自主起降、自动充电与数据回传-1。

此类智能巡检系统不仅提升了巡检效率，更推动了轨道交通运维模式从"故障修"向"状态修"的转变-3。通过全时全域的高精度自动化巡检、智能数据分析及数字化管理，系统能自动识别设备故障、环境异常等隐患，为实现预测性维护提供了数据支持-3。

3.2 立体化物流运输

"低空+轨道"物流通过无人机"最后一公里"配送与轨道交通"干线运输" 结合，构建高效立体物流网络。青岛地铁开创的"地下地铁运输+地上无人车末端运输+航空运输"模式，是国内首个集地铁接驳跨海直达、末端无人车运送、航空运输多式联运于一体的物流模式-2。

在具体实践中，青岛地铁利用地铁闲时运能开展轨道物流"地空联运"。通过8号线闲时运能运输快递，专用笼车装载，37分钟穿越海底段，使快递从市区到转运中心的全程运输时间缩短55%以上，从原来的3个多小时减少到约1小时20分钟-2。这种模式不仅提高了物流效率，还充分利用了轨道交通的闲置资源，实现了资源优化配置。

在山区和海岛等特殊场景中，低空物流展现出更大优势。青岛晓阳春茶叶基地通过无人机将茶叶运输时间从1小时压缩至2分钟，单次运量提升至40公斤以上-2。而在灵山岛的低空物流航线实现10分钟飞越18公里，突破传统水上运输限制，在北方率先实现海岛低空物流常态化运营-2。

3.3 空轨联运客运

空轨联运客运系统主要表现为悬挂式空中轨道与传统轨道交通的衔接融合，形成多层次城市客运体系。中国通号和中信集团参与建设的湛江西至海口站"空铁联运"项目，以"低空+轨道"模式替代传统的"火车+轮渡"模式，将两地间通行时间从4小时以上缩短至35分钟左右，极大提升了旅客出行体验-9。

在未来规划中，高铁站广场、地铁站屋顶都可以作为飞行器起降点，实现列车与飞机的"无缝换乘"-9。以文旅行业为例，游客下高铁后可在站内即刻换乘飞行器，垂直起降直达景区山顶，满足个性化、便捷化出行需求-9。

卡斯柯正在部署的起降场管控系统，旨在打造覆盖"起飞-巡航-降落"飞行活动全流程闭环管理的整体解决方案，打通空域管控节点与地面客货运枢纽，助力构建空地协同的智能化综合立体交通体系-3。

4 低空+轨道发展面临的挑战

4.1 技术整合与成熟度

低空与轨道融合面临技术整合复杂性高与部分技术成熟度不足的双重挑战。在感知技术方面，现有视觉识别算法在恶劣天气条件下性能显著下降，难以满足全时段巡检需求-8。轨道交通环境复杂，城市内电磁干扰多，传统无人机射频通信易受阻，移动信号覆盖不稳定，需要更可靠的融合通信机制-8。

中国民用航空局原副局长李健指出，需加快300米以上空域有人机、无人机融合飞行验证，攻关智能避让、空域动态分配等关键技术，为大规模商业化扫清障碍-5。同时，航空级元器件成本较高，价格可达消费级产品的10倍以上，且认证周期往往长达2至3年，限制了无人机在民用领域的普及-1。

4.2 空域管理精细化

空域管理的精细化水平与低空经济发展需求之间存在差距。低空经济面临"空域数字化管理能力不足"的挑战，空域资源高效利用的技术手段和管理机制还不完善-1。

面对"万点起飞，万点降落"的未来图景，需构建高效可靠的融合基础设施-5。卡斯柯相关负责人指出，围绕城市空中交通生态的建设还不够完善，地面的物理基础设施建设，包括起降场、充电桩、停机航站楼等还需要加大建设力度；空中信息化数字化的智能管理网络体系还无法为航空器大规模应用和商用提供充足的保障-3。

4.3 基础设施与成本

基础设施衔接不足是制约低空与轨道融合的关键因素。低空飞行器的能源补给网络建设滞后，充电桩、换电站、氢燃料站等设施布局尚未形成系统-2。轨道交通站点与低空起降场之间的物理衔接与流程对接仍处于起步阶段-2。

青岛的实践表明，无人机运输仍主要应用于轻载货物领域，重载货物运输等更具挑战性的应用场景还需要进一步探索-2。同时，高标准的安全管控要求和多样化的应用场景对基础设施提出了全新要求，需要大量投资-5。

4.4 标准法规与协同监管

低空与轨道融合发展面临标准法规不统一与协同监管机制缺失的挑战。目前，低空飞行器与轨道交通在通信协议、数据格式、接口标准等方面尚未形成统一规范，导致系统互联互通存在技术障碍-8。

中国电信无人科技有限公司产品总监王伦指出，在低空安全监管领域，需针对政府机关、核心商圈、机场等关键区域，以及低空航路、航线等线状区域的安全监管问题，建立多源感知组网模型-5。同时，低空经济应用往往涉及多个监管领域，跨部门协调成本高，需建立协同监管机制-5。

5 低空+轨道未来发展趋势与展望

5.1 全网联通与空天地一体化

未来低空与轨道融合将朝着全网联通与空天地一体化方向发展。中国电信正积极推进低空智联网建设，依托其在低空智联网、飞行服务及监管系统等领域的技术优势，系统构建"规划设计、融合组网、测试验证、建设运营"全链条能力体系-5。

中国通号将充分发挥智能控制技术优势，全力打造空海陆一体化综合立体交通网-9。从轨道巡检到物流运输再到文化旅游，"低空+N"模式可赋能千行百业-9。这种整合将打破行业壁垒，实现多运输方式无缝衔接，构建真正的立体交通网络。

武汉市东湖高新区建设的低空共享无人机应用示范区项目已经成为全国空天地一体化城市治理样板，首次实现低空物联全区覆盖，采用国内首个完整的低空运营系统-5。

5.2 智能先进与绿色经济

智能化与绿色化是低空与轨道融合的又一重要趋势。在智能技术方面，卡斯柯的低空智能管控系统通过数字化空域建模、动态计划流控等关键技术，构建覆盖"计划-调度-监视-运维"的全流程管控体系-3。中国通号制定的"电动化、垂直化、无人化、小型化"低空飞行器发展路径，则体现了行业对绿色经济的重视-9。

在能源动力方面，高能量密度电池、混合电推进系统和氢能源动力构成低空飞行器动力系统的三大技术路径，推动低空飞行器向更环保、更高效的方向发展-1。中国通号在舟山至东极岛的航线中使用的TD550共轴无人直升机，将海鲜运输时间缩短至30分钟，较传统航运时效提升75%以上，体现了绿色高效的特点-9。

5.3 标准完善与规模应用

随着低空经济从试点示范向规模化发展，标准法规完善和规模化应用将成为重点。河南省低空立体交通重大科技专项项目旨在通过关键技术突破与应用场景落地，构建适配地域特色的低空立体交通基础设施体系，项目完成后将解决70%低空领域的痛点和难点，同时将制定一批低空领域相关的技术标准和规范-6。

中国电信与39个城市签署低空经济城市合作战略，与10个城市启动合作项目，覆盖无人机巡检、低空治理、水利巡检、应急救援、试飞基地建设等场景-5。这种广泛的合作将推动低空经济规模化应用，加速技术迭代和商业模式创新。

6 结论

低空与轨道交通的融合代表着未来交通发展的新方向，是构建立体交通体系的关键路径。本文系统分析了"低空+轨道"融合的核心技术体系、典型应用场景、面临挑战及未来发展趋势。

研究表明，通过智能感知技术、可靠通信网络、空域智能管控和协同调度算法等核心技术的综合运用，低空与轨道系统可形成高效协同的立体交通网络。在基础设施巡检、立体化物流运输和空轨联运客运等场景中，这一融合模式已展现出显著效益，如巡检效率提升50%以上、物流时效缩短55%、旅客出行时间大幅减少等。

然而，低空与轨道融合仍面临技术整合复杂性、空域管理精细化不足、基础设施不完善及标准法规滞后等挑战，需要从技术攻关、体系建设、生态培育等多方面协同推进。

未来，随着低空智联网、先进飞行器技术和统一标准体系的持续突破，"低空+轨道"模式将逐步实现全网联通、智能先进和绿色经济，为构建现代化综合立体交通体系提供有力支撑，推动城市交通进入立体化、智能化、绿色化的新时代。