【摘要】低空經濟是指以各種有人駕駛和無人駕駛航空器在海拔3000米以下的各類飛行活動作為牽引，輻射帶動相關領域融合發展的新興經濟形態和效益。2024年全國兩會期間，“低空經濟”被寫入政府工作報告。報告提出，“積極培育新興產業和未來產業”“積極打造生物制造、商業航天、低空經濟等新增長引擎”。我們可以通過解析人工智能賦能低空經濟、大數據驅動的部分應用場景（智慧城市建設、智慧交通運輸、智慧路橋監測、智慧農業農村），理解低空經濟創造的新質生產力，探討低空經濟推進智慧城鄉建設和國家經濟發展的邏輯與路徑。
【關鍵詞】低空經濟 智慧城市 智慧交通運輸 智慧路橋監測 智慧農業農村
【中圖分類號】F562 【文獻標識碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2024.15.003
【作者簡介】莊茁，清華大學航天航空學院教授，國家973項目首席科學家，歐洲科學與藝術學院院士，國際計算力學協會副主席。研究方向為斷裂力學、計算力學和飛行器結構強度。主要成果有：提出基于連續體的殼體斷裂力學統一計算理論和方法，分析設計“天和”核心艙殼體結構，分析和實驗驗證大飛機整體機翼殼板結構的斷裂可靠性，西氣東輸天然氣鋼制管道動態斷裂的可靠性評估，提出頁巖氣高效開采的水力壓裂理論模型和計算方法，提出基于位錯機制的微尺度晶體塑性流動應力理論。
引言
人類居住的地球半徑是6370千米，地球表面的有限生存空間養育著80多億人口。人類懷揣夢想，從未間斷擴展自己的生存空間，向環繞地球的月球、向廣袤無垠的太空乃至外太空探索人口遷徙的可能性。然而，從地球表面到海拔3千米之間的低空尚未得到充分利用，如何利用這廣闊的空域發展經濟、造福人類，這正是我們關注低空經濟的始因。
設想不久的將來，人們可以隨時用手機呼叫低空飛行的有人或無人交通工具，更快捷地到達目的地；預訂的快餐和快遞從天而降……這就是低空經濟可能帶來的生活便利。設想某些高風險和高投入的工作，如邊防警戒、森林防火、滑坡預警、草原放牧、飛機播種、路橋檢測、環境監測等，都可以由無人機代替人工完成，大大提高實施精度和工作效率，保護人員安全，以保障城市安全、增進民生福祉。
那什么是低空經濟呢？低空經濟是指以各種有人駕駛和無人駕駛航空器在海拔3000米以下的各類飛行活動作為牽引，輻射帶動相關領域融合發展的新興經濟形態和效益。低空經濟的上下游鏈條及業態體系主要包括：上游制造，有人和無人飛行器；中游產業運營，人員通航和物資運輸，基礎設施保障；下游國計民生的各類應用。
2021年2月，中共中央、國務院印發《國家綜合立體交通網規劃綱要》，將低空經濟納入發展規劃。2024年全國兩會期間，“低空經濟”被寫入政府工作報告，報告提出，“積極培育新興產業和未來產業”“積極打造生物制造、商業航天、低空經濟等新增長引擎”。[1]
本文通過解析人工智能賦能低空經濟、大數據驅動的部分應用場景（智慧城市建設、智慧交通運輸、智慧路橋監測、智慧農業農村），詮釋低空經濟創造的新質生產力，探討低空經濟推進智慧城鄉建設和國家經濟發展的邏輯與路徑。
智慧城市建設
對于城市規劃和設計而言，低空經濟首先意味著低空交通的常態化，進而帶來人流與物流組織方式以及城市基礎設施和功能布局的革命性變化。然而，城市人口密集，高樓林立，對低空飛行的安全性和穩定性要求極高。AI技術應首先賦能城市低空交通的規劃、運行和管理。例如，科學布局低空飛行器的起降場地、服務場所等設施，精細化空域設計以統籌協調不同人流和物流的空中線路，從而提高空間利用率，優化成本，提升效率，保障安全，節約能源消耗。
低空交通的智能化在諸多層面影響著城市發展，能夠進一步提升城市公共服務水平。例如，在醫療急救、消防減災、公共安全等領域，保障應急資源及時準確到位；進一步提高居民日常生活質量，在個體出行、快遞配送等方面提供更為即時和便捷的選擇；進一步推動城市經濟創新和就業增長，發展低空旅游觀光、低空物流供應鏈等新型產業。
AI與低空飛行器的結合，一方面可以更全面準確地從空中監控城市公共空間的使用狀況，識別潛在危險或威脅。例如，預測交通擁堵以及事故發生的概率，預測人流聚集以及公共安全事件和犯罪行為發生的可能性，從而基于智能算法，提前響應預警并及時采取有效措施，保障城市運行的安全；另一方面可以更為實時精準地從空中監測城市環境。例如，空氣污染程度、熱島效應、道路狀況、水體狀況、生態系統等，使用智能算法對采集到的數據進行分析，識別潛在的污染、陳舊、紊亂等環境劣化因素，從而制定并實施準確有效的應對策略。
在城市智能化管理中，利用無人機和AI技術進行建筑物的健康監測，能夠實時掌握基礎設施的狀況，提前發現潛在問題，進行預防性維護，保障城市交通和建筑物的安全與穩定。例如，北京市的市政管網包括電力、通信、燃氣、供水、排水、供熱等多種類型的地下管線，它們是城市居民賴以生存和發展的基礎。對其進行人工檢測、維護和改造的費用極其高昂，可以采用AI賦能的無人機和機器人系統對其進行安全性監測，這不僅能夠提高建筑物和市政管網的檢測效率和精度，還可以大幅降低檢測成本和人員安全風險。
此外，上述關于城市空間使用狀況以及城市環境和基礎設施質量的信息，將有助于完善正在快速建構的城市精細化數據庫，從而為AI驅動下的城市規劃和設計提供更加扎實全面的數字基礎。未來，AI技術將使城市的數據庫向低空延伸，賦能精細化城市低空空間權屬管理，平衡公私權利分配，保證城市資源在低空空間的公平利用。
低空交通的普及也為人們拓展對城市的認知、革新經營和治理理念帶來了全新的視角。城市設計面臨城市形象和特征重塑的新挑戰，增強現實、數字場所營造等人工智能手段可以為打造新的城市形象賦能，豐富人們對城市的體驗過程和情感連接。AI賦能低空經濟，通過無人機對建筑物和基礎設施進行智能檢測，極大地提升了城市建設的健康管理水平。隨著科學技術的不斷進步，AI和無人機的應用場景更加多樣，發展低空經濟是經濟增長的新引擎，為智慧城市建設提供強有力的技術保障和發展動力。
智慧交通運輸
人工智能賦能低空經濟在推進智慧城鄉交通方面發揮了重要作用，尤其是有人和無人機在空中交通和空中通勤領域的應用。在深圳，低空經濟已初具規模。深圳市坪山區率先出臺了直升機固定航線的補貼政策，鼓勵市民和企業職員乘坐直升機空中通勤。這一政策不僅使得消費者承擔的空中通勤費用大幅下降，還大大提高了出行效率。截至2023年底，深圳的低空航線已飛行近300架次，乘機人數累計超過1300人次，展示了空中交通的潛在應用前景。[2]據統計，從高鐵深圳北站乘直升機到達深圳灣僅需要8分鐘，比地面交通節省了至少80%的時間成本。
通過垂直起降技術，無人機能夠在城市間或城市內提供快速、高效的空中交通服務，成為未來城市交通的一種備選解決方案。當前，低空航線起降點的覆蓋范圍不斷擴大，已涵蓋大灣區的多個城市，包括香港、澳門、廣州、東莞、惠州、中山和珠海等。2019年，粵港跨境直升機航線開通，進一步縮短了兩地通行時間，標志著低空經濟在跨境交通中的應用邁出了重要一步。
無人機在空中巡查和醫療救護等領域也發揮了重要作用。特別是在交通嚴重擁堵時，直升機救援能夠大大提高救援效率。例如，深圳市公安局交警局與深圳市東部通用航空公司簽訂應急救援戰略合作協議，合作內容包括直升機救援服務、共享道路交通數據、現場交通保障和建立空中可視化指揮巡查等內容。目前，深圳已實現每100平方公里范圍內有一架直升機待命，實現半小時內飛行圈覆蓋全市直至港澳。
低空經濟的發展依賴AI技術的賦能。AI技術可以優化無人機的飛行路線和任務規劃，提高飛行效率和任務執行能力。通過大數據和機器學習技術，AI可以根據歷史數據和實時環境，智能調整無人機的飛行路徑，規避障礙物，確保飛行安全性和可靠性。這一技術的應用，使得無人機在城市交通和應急救援等領域的應用更加廣泛和高效。
未來，隨著AI技術的不斷進步和低空經濟的發展，空中交通將成為智慧城市的重要組成部分。例如，通過海陸空無人系統產業的協同發展和技術跨界融合，深圳正在加快海陸空一體化示范應用項目的建設，開展多場景運行試點，加快海陸空無人系統應用，以構建良好的低空產業生態圈。這一舉措不僅提升了城市的智慧化管理水平，也為低空經濟的發展提供了實踐樣板。
智慧路橋監測
我國是世界橋梁大國，2023年底，已建成公路橋梁達107.93萬座。[3]橋梁作為連接城市的重要交通樞紐，其安全性與穩定性至關重要。然而，隨著時間的推移，許多橋梁可能面臨各種損傷和老化問題。當前，我國正面臨“以建為主”向“建養并舉”的轉型。傳統的檢測方法往往難以全面、準確地評估橋梁的狀態，對橋梁進行智能檢測勢在必行。《智能檢測裝備產業發展行動計劃（2023—2025年）》提出，到2025年，智能檢測技術基本滿足用戶領域制造工藝需求。這為發展AI與無人機結合的智能檢測系統提供了政策支持。
結合AI技術與無人機，將AI技術的圖像識別和大數據分析功能應用于橋梁健康監測，正在開創橋梁智能檢測的新篇章。無人機搭載高清相機、紅外相機和激光掃描儀等設備，可以對橋梁結構進行全面的檢查，利用高分辨率圖像和視頻記錄橋梁的變化情況，捕捉橋梁的實時狀況，將觀測的圖像數據傳回數據中心；對比工程設計施工圖、監測傳感器記錄和內嵌的疲勞損傷容限閾值等大數據，精準識別裂縫、腐蝕、銹蝕等結構損傷、老化等問題。這種技術的顯著優勢在于能夠快速完成巡檢工作，提供高質量的視覺材料，為工程養護維修提供參考依據。
無人機配備的激光雷達系統可以進行精準的三維掃描，從而獲取橋梁的幾何形狀和尺寸數據。利用這種高精度的測量方式，可以準確評估橋梁的變形、磨損和結構失穩情況等。此外，無人機配備的紅外熱像儀可以探測橋梁結構中的損傷隱患，如潛在的熱點、溫度異常或隱蔽的冷卻線路等。這不僅能夠快速發現橋梁的熱異常區域，還可以盡早預警潛在結構故障，避免造成嚴重的后果。
利用AI數據處理技術可以進一步分析無人機獲取的大量數據，根據結構設計圖紙數據、日常監測數據，關鍵參數敏感性分析數據，代入基于斷裂力學的疲勞損傷容限計算軟件，能夠預測評估橋梁結構的疲勞壽命和日歷壽命，給出剩余壽命。這不僅能夠提高橋梁檢測的效率和準確性，還能夠提前預警潛在的安全隱患，確保橋梁運行安全，為工程部門決策提供可靠的參考依據。
無人機還可以融合北斗定位技術，搭載自研專用相機，實現對橋梁底部、支座、橋塔等部位的全覆蓋高清圖像采集，并利用智能算法自動完成缺陷的定性判斷、定量測量、精準定位，同時將處理結果映射至三維實景模型上，自動生成滿足定檢要求的數據報告。自研相機的高速對焦，每秒兩張不間斷拍攝，使得每日檢測面積可達5000平方米。智能算法自動識別、測量及定位各種缺陷，識別精度最高可達0.05mm，搭建GIS-BIM數字化平臺，基于缺陷信息的自動映射，能夠實現缺陷的可視化管理。[4]這一技術突出優勢在于其全覆蓋、高效率和智能化。
通過對橋梁結構的高精度、高分辨率觀測數據，智能處理系統能夠精準識別裂紋和其他病害，實現建筑結構健康狀態的多維度表征。但由于對裂紋的拆分再還原，會影響裂紋形態的高精度還原及走向的準確判斷。因此，構建識別與提取一體的穩健輕量化學習模型，開展多任務載荷協同監測，提升健康狀態指標的多維度表征水平，是該領域下一階段的研究重點。[5]
智慧農業農村
農業無人機是專為農業應用而設計的無人駕駛飛行器（UAV）。這些無人機配備了一系列傳感器和成像技術，如攝像頭、激光雷達和多光譜傳感器，使它們能夠收集有關農作物、土壤和其他影響農業生產因素的數據。當前，在利好政策的助推下，農業無人機成為推進農業機械化的重要工具之一，其技術水平、普及程度和市場規模正在大幅提升。隨著數字化、智能化技術與無人機產品和農業場景深度融合，農業無人機正在為智慧農業賦能，助力推進農業農村現代化和鄉村全面振興。
近年來，我國頒布了一系列政策鼓勵農業無人機發展。一方面，為農業無人機研發和制造水平的提升提供政策支持。2022年2月，《中共中央 國務院關于做好2022年全面推進鄉村振興重點工作的意見》，即2022年中央一號文件發布，提出應提升農機裝備研發應用水平。加快高端智能機械研發制造納入國家重點研發計劃并將予以長期穩定支持。另一方面，為農業無人機購置提供補貼。2017年起，我國實施了農機購置補貼引導植保無人機規范應用試點工作。2020年，廣西、廣東等20個試點省份共計申請中央財政補助資金2.23億元，補貼購置植保無人機9000余臺。《2024—2026年農機購置與應用補貼實施意見》強調，推動農業機械化全程全面高質量發展，全面開展農用無人駕駛航空器購置補貼工作，更進一步將實施范圍統一擴展至全國，植保無人機正式擁有了全國性農機購置補貼的資格。
隨著新農業和智慧農業的推進，植保無人機的市場規模近年來不斷擴大。農業無人機的需求從傳統的植保無人機逐漸拓展，目前已經深入到病蟲害防控、農藝、播撒、智慧農業、授粉、果樹防凍防曬等農業領域。農業無人機應用場景的不斷細化和擴寬，為全球農業無人機行業發展提供了龐大的市場潛力和發展動力。農業無人機在對馬鈴薯、水稻、大豆等重要農作物進行植保飛防的基礎上，已經能夠結合高分辨率多光譜巡田無人機實現地塊平整監測、出苗識別、病蟲害監測、精準變量營養液和殺蟲劑精準點噴作業。[6]無人機能夠對種植地塊進行航測，生成地塊的數字高程模型，測量地塊內高差、發現局部高地、洼地等，助力及時整改。在病蟲害防護上，無人機可以設置自動飛行和拍攝航線，對田間進行高密度采樣拍照，并把拍攝到的照片輸入病蟲害識別AI模型，從而自動監測病蟲害，同步把病蟲害位置和等級通過軟件呈現給管理人員。無人機將識別到的病蟲害發生熱點生成點噴處方圖，下發給農業無人機進行點噴作業，相較于傳統的全田噴施做法，其在達到有效防治的情況下，可以大量減少蟲害。除了病蟲害精準點噴，無人機也可對作物整體長勢進行監測，并進行營養液的變量噴施。
未來，發展AI賦能的農機大數據和智慧農機裝備是我國農業機械化和農機產業轉型升級的重要方向。例如，新疆棉花產業機械化、數字化、智能化應用愈發廣泛，從自動駕駛播種、無人機巡田，到智能灌溉與病蟲害預警系統，一系列新技術賦能棉花生產，催生了高效、綠色、可持續的農業生產方式，以農業領域新質生產力助力新疆棉花量穩質升。無人機有望與智能技術、農藝制度、農業經營、農田建設等進一步融合，更深入地介入農業領域，影響農業全行業鏈條，支撐智慧農業發展。如“無人機＋感應器＋大數據”在農業領域融合應用，可形成多層次、全方位的“農業地圖”，將土壤信息、作物信息、氣候信息和農戶信息匯總和分析，進一步深度參與農業全流程作業，形成農業領域智慧化系統解決方案。
未來發展方向
低空經濟的應用領域廣泛，涵蓋了農林作業（如噴灑和播種）、森林防護（如防火安全監測）、航空攝影與遙感測繪（如地理信息采集）、礦產資源勘查、緊急救援與醫療救護、高層建筑結構和道路橋梁健康監測、低空鳥瞰的民間旅游業務、海上石油生產保障與海洋監測、海事巡航執法與海上救助勤務，以及海洋資源監測等關鍵服務。
低空經濟的產業鏈豐富，包括從飛機的設計和制造到運營服務的整個流程，主要環節包括整機制造、基礎配套（航空電子設備和發動機）、運營服務（客運、貨運和飛行培訓）、機場建設與運營、空中交通管理以及政府和軍方的監督保障與空域協調，等等。這是一個龐大復雜的巨系統工程，產業鏈呈現多元化、復雜化、網絡化的特點。
低空經濟是資金密集型、技術密集型和高端人才密集型產業，投資大、周期長、回報慢。地方政府應理性發展具有地方特色的低空經濟，不可一蹴而就。應結合本地實際情況，明確產業定位，找到自身優勢，制定差異化的發展模式，確保經濟效益和社會效益的最大化。例如，根據地理條件，平原比山區容易形成交通網絡；人口密集的地區對交通、物流、旅游等服務的需求量大；以及綜合考慮經濟狀況、基礎設施、產業基礎（如電動垂直起降技術）、市場需求、人才儲備、環境保護、安全保障等。
2023年以來，全國多個省市公布了低空經濟行動方案，在產業相關的促進政策方面，主要集中在低空基建、制造、飛行保障和運行管理四大板塊，核心是打造低空飛行場景，帶動產業鏈的發展。主要應用場景包括：快遞物流（外賣配送、物流配送）；測繪與地理信息（國土和城市規劃、建筑規模、土地測量）；城市管理（重大活動和賽事安保、重點區域巡邏、施工現場巡查、刑事偵查）；能源巡檢（輸配電設備線路過熱／凍融、變電設施安全、清潔能源設施管理）；應急救援（災情勘察、緊急救援、應急通信）；交通巡檢（交通疏導與指揮、道路設施異常巡檢）；農林植保（農田灌溉、監測、巡護、搬運）；載人電動垂直起降技術（空中旅游和觀光），等等。
在以上應用場景，聚類的大數據、跨時空尺度的模型、合理的運行邏輯、可預測的輸出結果，為AI賦能提供了巨大的算力空間。從橋梁劣化檢測、空中交通和智慧城市建設到智慧農業的發展，AI技術在賦能低空經濟中展現了巨大潛力。無人機的應用場景日益拓展，AI賦能的無人機不僅在橋梁檢測中實現了高效、精準的監測，為基礎設施的維護和管理提供了可靠的數據支持，還在空中交通和通勤領域展現出較強的優勢，極大地提升了城市交通的效率和安全性。在這些應用中，AI技術通過智能算法和大數據分析，使無人機能夠自主完成復雜的任務，為智慧城市的建設奠定了堅實基礎。
結語
低空經濟的發展離不開政策的支持和技術的創新。廣東深圳等城市通過出臺《深圳市支持低空經濟高質量發展的若干措施》等一系列政策措施，鼓勵和推動低空經濟的發展；云南彌勒利用地理環境資源優勢，建成省內首家高空跳傘基地、云南低空經濟產業園，帶動旅游和研學等產業。上述實踐展示了地方政府搶抓發展先機的主動性和創造性。
城鄉融合發展是中國式現代化的必然要求。低空經濟將進一步促進城鄉共同繁榮發展。智慧城鄉建設需要依托先進的技術手段和科學的管理模式，AI技術在這一過程中扮演了不可或缺的角色。AI賦能低空經濟，能夠實現資源的優化配置和高效利用，提升城市的整體運行效率和居民的生活質量。隨著AI技術的深度應用，無人機將不局限于當前的應用場景，還將探索更多可能。
未來，通過技術創新和政策支持，低空經濟將為智慧城鄉建設注入新的活力，實現城鄉融合發展的美好愿景。AI技術在無人機領域的應用，將不斷延展低空經濟的地平線，為智慧城鄉建設提供堅實的技術保障和廣闊的發展空間。AI賦能低空經濟，應用于智慧城市、智慧交通、智慧農業，必將產生新質生產力。發展低空經濟，不能循規蹈矩、亦步亦趨，善出奇者，無窮如天地，不竭如江河。
（清華大學建筑學院副教授張燁對本文亦有貢獻）
注釋
[1]《政府工作報告——2024年3月5日在第十四屆全國人民代表大會第二次會議上》，2024年3月12日，https://www.gov.cn/yaowen/liebiao/202403/content_6939153.htm。
[2]《深圳低空航線崛起 “空中的士”版圖擴張》，2024年1月12日，https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_25990737。
[3]《2023年交通運輸行業發展統計公報》，2024年6月18日，https://www.gov.cn/lianbo/bumen/202406/content_6957901.htm。
[4]《揭秘未來：無人機＋AI，重塑橋梁智能檢測新篇章》，2024年3月1日，http://www.whjzyxh.org/index.php/View/7476.html。
[5]劉春、艾克然木·艾克拜爾、蔡天池：《面向建筑健康監測的無人機自主巡檢與裂縫識別》，《同濟大學學報（自然科學版）》，2022年第7期。
[6]《農業無人機行業白皮書》，2022年7月5日，https://ag.dji.com/cn/newsroom/ag-news-cn-ag2022。
AI Empowers Low-Altitude Economy: Application Scenarios and Future Directions
Zhuang Zhuo
Abstract: Low-altitude economy refers to the emerging economic forms and benefits brought about by various types of flight activities of manned and unmanned aircraft below the altitude of 3,000 meters through driving the integration and development of related fields. During the National Two Sessions in 2024, "low-altitude economy" was written into the government work report. The report proposes to "actively cultivate emerging industries and future industries" and "actively build new growth engines such as bio-manufacturing, commercial aerospace, and low-altitude economy." We can understand the new quality productive forces created by low-altitude economy by analyzing some application scenarios (smart city construction, intelligent transportation, intelligent road and bridge monitoring, and intelligent agriculture and rural areas) empowered by artificial intelligence and driven by big data, and then explore the logic and path of low-altitude economy to promote intelligent urban-rural construction and national economic development.
Keywords: low-altitude economy, smart city, intelligent transportation, intelligent road and bridge monitoring, intelligent agriculture and rural areas
責 編∕李思琪 美 編∕周群英
