人工智能赋能低空经济：应用场景与未来方向

  【摘要】低空经济是指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。2024年全国两会期间，“低空经济”被写入政府工作报告。报告提出，“积极培育新兴起的产业和未来产业”“积极打造生物制造、商业航天、低空经济等新增长引擎”。我们大家可以通过解析人工智能赋能低空经济、大数据驱动的部分应用场景（智慧城市建设、智慧交通运输、智慧路桥监测、智慧农业农村），理解低空经济创造的新质生产力，探讨低空经济推进智慧城乡建设和国家经济发展的逻辑与路径。

  【作者简介】庄茁，清华大学航天航空学院教授，国家973项目首席科学家，欧洲科学与艺术学院院士，国际计算力学协会副主席。研究方向为断裂力学、计算力学和飞行器结构强度。主要成果有：提出基于连续体的壳体断裂力学统一计算理论和方法，分析设计“天和”核心舱壳体结构，分析和实验验证大飞机整体机翼壳板结构的断裂可靠性，西气东输天然气钢制管道动态断裂的可靠性评估，提出页岩气高效开采的水力压裂理论模型和计算方式，提出基于位错机制的微尺度晶体塑性流动应力理论。

  人类居住的地球半径是6370千米，地球表面的有限生存空间养育着80多亿人口。人类怀揣梦想，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迁徙的可能性。然而，从地球表面到海拔3千米之间的低空尚未得到充分的利用，如何利用这广阔的空域发展经济、造福人类，这正是我们关注低空经济的始因。

  设想不久的将来，人类能随时用手机呼叫低空飞行的有人或无人交通工具，更快捷地抵达目的地；预订的快餐和快递从天而降这就是低空经济可能带来的生活便利。设想某些高风险和高投入的工作，如边防警戒、森林防火、滑坡预警、草原放牧、飞机播种、路桥检测、环境监视测定等，都可以由无人机代替人工完成，大幅度的提升实施精度和工作效率，保护人员安全，以保障城市安全、增进民生福祉。

  那什么是低空经济呢？低空经济是指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。低空经济的上下游链条及业态体系最重要的包含：上游制造，有人和无人飞行器；中游产业运营，人员通航和物资运输，基础设施保障；下游国计民生的各类应用。

  2021年2月，中央、国务院印发《国家综合立体交通网规划纲要》，将低空经济纳入发展规划。2024年全国两会期间，“低空经济”被写入政府工作报告，报告提出，“积极培育新兴起的产业和未来产业”“积极打造生物制造、商业航天、低空经济等新增长引擎”。[1]

  本文通过解析人工智能赋能低空经济、大数据驱动的部分应用场景（智慧城市建设、智慧交通运输、智慧路桥监测、智慧农业农村），诠释低空经济创造的新质生产力，探讨低空经济推进智慧城乡建设和国家经济发展的逻辑与路径。

  对于城市规划和设计而言，低空经济首先意味着低空交通的常态化，进而带来人流与物流组织方式和城市基础设施和功能布局的革命性变化。然而，城市人口密集，高楼林立，对低空飞行的安全性和稳定能力要求极高。AI技术应首先赋能城市低空交通的规划、运行和管理。例如，科学布局低空飞行器的起降场地、服务场所等设施，精细化空域设计以统筹协调不同人流和物流的空中线路，来提升空间利用率，优化成本，提升效率，保障安全，节约能源消耗。

  低空交通的智能化在诸多层面影响着城市发展，能够逐步提升城市公共服务水平。例如，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；进一步提升居民日常生活品质，在个体出行、快递配送等方面提供更为即时和便捷的选择；逐步推动城市经济创新和就业增长，发展低空旅游观光、低空物流供应链等新型产业。

  AI与低空飞行器的结合，一方面能够更全面准确地从空中监控城市公共空间的使用状况，识别潜在危险或威胁。例如，预测交通拥堵以及事故发生的概率，预测人流聚集以及公共安全事件和犯罪行为发生的可能性，从而基于智能算法，提前响应预警并及时采取比较有效措施，保障城市运行的安全；另一方面能更为实时精准地从空中监测城市环境。例如，空气污染程度、热岛效应、道路状况、水体状况、ECO等，使用智能算法对采集到的数据来进行分析，识别潜在的污染、陈旧、紊乱等环境劣化因素，从而制定并实施准确有效的应对策略。

  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。例如，北京市的市政管网包括电力、通信、燃气、供水、排水、供热等多种类型的地下管线，它们是城市居民赖以生存和发展的基础。对其进行人工检测、维护和改造的费用极其高昂，能够使用AI赋能的无人机和机器人系统对其进行安全性监测，这不仅仅可以提高建筑物和市政管网的检测效率和精度，还可以大幅降低检测成本和人员安全风险。

  此外，上述关于城市空间使用状况以及城市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全面的数字基础。未来，AI技术将使城市的数据库向低空延伸，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。

  低空交通的普及也为人们拓展对城市的认知、革新经营和治理理念带来了全新的视角。城市设计面临城市形象和特征重塑的新挑战，增强现实、数字场所营造等人工智能手段可以为打造新的城市形象赋能，丰富人们对城市的体验过程和情感连接。AI赋能低空经济，通过无人机对建筑物和基础设施进行智能检测，极大地提升了城市建设的健康管理水平。随着科学技术的不断进步，AI和无人机的应用场景更加多样，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。

  人工智能赋能低空经济在推进智慧城乡交通方面发挥了重要作用，尤其是有人和无人机在空中交通和空中通勤领域的应用。在深圳，低空经济已初具规模。深圳市坪山区率先出台了直升机固定航线的补贴政策，鼓励市民和企业职员乘坐直升机空中通勤。这一政策不仅使得消费者承担的空中通勤费用大幅下降，还大大提高了出行效率。截至2023年底，深圳的低空航线架次，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。[2]据统计，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。

  通过垂直起降技术，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，成为未来城市交通的一种备选解决方案。当前，低空航线起降点的覆盖范围不断扩大，已涵盖大湾区的多个城市，包括香港、澳门、广州、东莞、惠州、中山和珠海等。2019年，粤港跨境直升机航线开通，进一步缩短了两地通行时间，标志着低空经济在跨境交通中的应用迈出了重要一步。

  无人机在空中巡查和医疗救护等领域也发挥了重要作用。特别是在交通严重拥堵时，直升机救援能够大大提高救援效率。例如，深圳市公安局交警局与深圳市东部通用航空公司签订应急救援战略合作协议，合作内容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。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港澳。

  低空经济的发展依赖AI技术的赋能。AI技术可以优化无人机的飞行路线和任务规划，提高飞行效率和任务执行能力。通过大数据和机器学习技术，AI可以根据历史数据和实时环境，智能调整无人机的飞行路径，规避障碍物，确保飞行安全性和可靠性。这一技术的应用，使得无人机在城市交通和应急救援等领域的应用更加广泛和高效。

  未来，随着AI技术的不断进步和低空经济的发展，空中交通将成为智慧城市的重要组成部分。例如，通过海陆空无人系统产业的协同发展和技术跨界融合，深圳正在加快海陆空一体化示范应用项目的建设，开展多场景运行试点，加快海陆空无人系统应用，以构建良好的低空产业生态圈。这一举措不仅提升了城市的智慧化管理水平，也为低空经济的发展提供了实践样板。

  我国是世界桥梁大国，2023年底，已建成公路桥梁达107.93万座。[3]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。然而，随着时间的推移，许多桥梁可能面临各种损伤和老化问题。当前，我国正面临“以建为主”向“建养并举”的转型。传统的检测方法往往难以全面、准确地评估桥梁的状态，对桥梁进行智能检测势在必行。《智能检测装备产业发展行动计划（20232025年）》提出，到2025年，智能检测技术基本满足用户领域制造工艺需求。这为发展AI与无人机结合的智能检测系统提供了政策支持。

  结合AI技术与无人机，将AI技术的图像识别和大数据分析功能应用于桥梁健康监测，正在开创桥梁智能检测的新篇章。无人机搭载高清相机、红外相机和激光扫描仪等设备，可以对桥梁结构进行全面的检查，利用高分辨率图像和视频记录桥梁的变化情况，捕捉桥梁的实时状况，将观测的图像数据传回数据中心；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。这种技术的显著优势在于能够快速完成巡检工作，提供高质量的视觉材料，为工程养护维修提供参考依据。

  无人机配备的激光雷达系统可以进行精准的三维扫描，从而获取桥梁的几何形状和尺寸数据。利用这种高精度的测量方式，可以准确评估桥梁的变形、磨损和结构失稳情况等。此外，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，如潜在的热点、温度异常或隐蔽的冷却线路等。这不仅能够快速发现桥梁的热异常区域，还可以尽早预警潜在结构故障，避免造成严重的后果。

  利用AI数据处理技术可以进一步分析无人机获取的大量数据，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，代入基于断裂力学的疲劳损伤容限计算软件，能够预测评估桥梁结构的疲劳寿命和日历寿命，给出剩余寿命。这不仅可提升桥梁检测的效率和准确性，还能够提前预警潜在的安全隐患，确保桥梁运行安全，为工程部门决策提供可靠的参考依据。

  无人机还可以融合北斗定位技术，搭载自研专用相机，实现对桥梁底部、支座、桥塔等部位的全覆盖高清图像采集，并利用智能算法自动完成缺陷的定性判断、定量测量、精准定位，同时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。自研相机的高速对焦，每秒两张不间断拍摄，使得每日检测面积可达5000平方米。智能算法自动识别、测量及定位各种缺陷，识别精度最高可达0.05mm，搭建GIS-BIM数字化平台，基于缺陷信息的自动映射，能够实现缺陷的可视化管理。[4]这一技术突出优势在于其全覆盖、高效率和智能化。

  通过对桥梁结构的高精度、高分辨率观测数据，智能处理系统能够精准识别裂纹和其他病害，实现建筑结构健康状态的多维度表征。但由于对裂纹的拆分再还原，会影响裂纹形态的高精度还原及走向的准确判断。因此，构建识别与提取一体的稳健轻量化学习模型，开展多任务载荷协同监测，提升健康状态指标的多维度表征水平，是该领域下一阶段的研究重点。[5]

  农业无人机是专为农业应用而设计的无人驾驶飞行器（UAV）。这些无人机配备了一系列传感器和成像技术，如摄像头、激光雷达和多光谱传感器，使它们能够收集有关农作物、土壤和其他影响农业生产因素的数据。当前，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。随着数字化、智能化技术与无人机产品和农业场景深度融合，农业无人机正在为智慧农业赋能，助力推进农业农村现代化和乡村全面振兴。

  近年来，我国颁布了一系列政策鼓励农业无人机发展。一方面，为农业无人机研发和制造水平的提升提供政策支持。2022年2月，《中央 国务院关于做好2022年全面推进乡村振兴重点工作的意见》，即2022年中央一号文件发布，提出应提升农机装备研发应用水平。加快高端智能机械研发制造纳入国家重点研发计划并将予以长期稳定支持。另一方面，为农业无人机购置提供补贴。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。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9000余台。《20242026年农机购置与应用补贴实施意见》强调，推动农业机械化全程全面高质量发展，全面开展农用无人驾驶航空器购置补贴工作，更进一步将实施范围统一扩展至全国，植保无人机正式拥有了全国性农机购置补贴的资格。

  随着新农业和智慧农业的推进，植保无人机的市场规模近年来逐步扩大。农业无人机的需求从传统的植保无人机逐渐拓展，目前已经深入到病虫害防控、农艺、播撒、智慧农业、授粉、果树防冻防晒等农业领域。农业无人机应用场景的不断细化和扩宽，为全球农业无人机行业发展提供了庞大的市场潜力和发展动力。农业无人机在对马铃薯、水稻、大豆等重要农作物进行植保飞防的基础上，已经能够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。[6]无人机能够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，助力及时整改。在病虫害防护上，无人机可以设置自动飞行和拍摄航线，对田间进行高密度采样拍照，并把拍摄到的照片输入病虫害识别AI模型，从而自动监测病虫害，同步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，相较于传统的全田喷施做法，其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。

  未来，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。例如，新疆棉花产业机械化、数字化、智能化应用愈发广泛，从自动驾驶播种、无人机巡田，到智能灌溉与病虫害预警系统，一系列新技术赋能棉花生产，催生了高效、绿色、可持续的农业生产方式，以农业领域新质生产力助力新疆棉花量稳质升。无人机有望与智能技术、农艺制度、农业经营、农田建设等进一步融合，更深入地介入农业领域，影响农业全行业链条，支撑智慧农业发展。如“无人机＋感应器＋大数据”在农业领域融合应用，可形成多层次、全方位的“农业地图”，将土壤信息、作物信息、气候信息和农户信息汇总和分析，进一步深度参与农业全流程作业，形成农业领域智慧化系统解决方案。

  低空经济的应用领域广泛，涵盖了农林作业（如喷洒和播种）、森林防护（如防火安全监测）、航空摄影与遥感测绘（如地理信息采集）、矿产资源勘查、紧急救援与医疗救护、高层建筑结构和道路桥梁健康监测、低空鸟瞰的民间旅游业务、海上石油生产保障与海洋监测、海事巡航执法与海上救助勤务，以及海洋资源监测等关键服务。

  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与空域协调，等等。这是一个庞大复杂的巨系统工程，产业链呈现多元化、复杂化、网络化的特点。

  低空经济是资金密集型、技术密集型和高端人才密集型产业，投资大、周期长、回报慢。地方政府应理性发展具有地方特色的低空经济，不可一蹴而就。应结合本地实际情况，明确产业定位，找到自身优势，制定差异化的发展模式，确保经济效益和社会效益的最大化。例如，根据地理条件，平原比山区容易形成交通网络；人口密集的地区对交通、物流、旅游等服务的需求量大；以及综合考虑经济状况、基础设施、产业基础（如电动垂直起降技术）、市场需求、人才储备、环境保护、安全保障等。

  2023年以来，全国多个省市公布了低空经济行动方案，在产业相关的促进政策方面，主要集中在低空基建、制造、飞行保障和运行管理四大板块，核心是打造低空飞行场景，带动产业链的发展。主要应用场景包括：快递物流（外卖配送、物流配送）；测绘与地理信息（国土和城市规划、建筑规模、土地测量）；城市管理（重大活动和赛事安保、重点区域巡逻、施工现场巡查、刑事侦查）；能源巡检（输配电设备线路过热／冻融、变电设施安全、清洁能源设施管理）；应急救援（灾情勘察、紧急救援、应急通信）；交通巡检（交通疏导与指挥、道路设施异常巡检）；农林植保（农田灌溉、监测、巡护、搬运）；载人电动垂直起降技术（空中旅游和观光），等等。

  在以上应用场景，聚类的大数据、跨时空尺度的模型、合理的运行逻辑、可预测的输出结果，为AI赋能提供了巨大的算力空间。从桥梁劣化检测、空中交通和智慧城市建设到智慧农业的发展，AI技术在赋能低空经济中展现了巨大潜力。无人机的应用场景日益拓展，AI赋能的无人机不仅在桥梁检验测试中实现了高效、精准的监测，为基础设施的维护和管理提供了可靠的数据支持，还在空中交通和通勤领域展现出较强的优势，极大地提升了城市交通的效率和安全性。在这些应用中，AI技术通过智能算法和大数据分析，使无人机能够自主完成复杂的任务，为智慧城市的建设奠定了坚实基础。

  低空经济的发展离不开政策的支持和技术的创新。广东深圳等城市通过出台《深圳市支持低空经济高质量发展的若干措施》等一系列政策措施，鼓励和推动低空经济的发展；云南弥勒利用地理环境资源优势，建成省内首家高空跳伞基地、云南低空经济产业园，带动旅游和研学等产业。上述实践展示了地方政府抢抓发展先机的主动性和创造性。

  城乡融合发展是中国式现代化的必然要求。低空经济将进一步促进城乡共同繁荣发展。智慧城乡建设需要依托先进的技术手段和科学的管理模式，AI技术在这一过程中扮演了不可或缺的角色。AI赋能低空经济，可以在一定程度上完成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的生活质量。随着AI技术的深度应用，无人机将不局限于当前的应用场景，还将探索更多可能。

  未来，通过技术创新和政策支持，低空经济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。AI技术在无人机领域的应用，将不断延展低空经济的地平线，为智慧城乡建设提供坚实的技术保障和广阔的发展空间。AI赋能低空经济，应用于智慧城市、智慧交通、智慧农业，必将产生新质生产力。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。

  [1]《政府工作报告2024年3月5日在第十四届全国人民代表大会第二次会议上》，2024年3月12日，。

  [2]《深圳低空航线崛起 “空中的士”版图扩张》，2024年1月12日，。

  [4]《揭秘未来：无人机＋AI，重塑桥梁智能检测新篇章》，2024年3月1日，。

  [5]刘春、艾克然木艾克拜尔、蔡天池：《面向建筑健康监测的无人机自主巡检与裂缝识别》，《同济大学学报（自然科学版）》，2022年第7期。