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低空运行技术研究报告

news 2026/3/27 5:44:13

检索日期：2026-03-18
检索范围：SCI/EI/中文核心期刊/行业报告/预印本

【研究进展】

一、代表性最新研究成果

1. 《A Survey of Security Challenges and Solutions for UAS Traffic Management (UTM) and small Unmanned Aerial Systems (sUAS)》

来源：arXiv预印本，arXiv:2601.08229，2026年1月13日
作者：Iman Sharifi, Mahyar Ghazanfari, Abenezer Taye, Peng Wei等（美国印第安纳大学、普渡大学等机构联合团队）
URL：https://arxiv.org/abs/2601.08229

该论文是UTM安全领域迄今最为全面的综述研究之一。团队系统梳理了小 UAS 与 UTM 生态系统的网络安全威胁与防御机制，将威胁归为四大类：通信（射频干扰、中间人攻击、远程识别利用）、导航（GPS欺骗与干扰、惯性传感器攻击）、感知（视觉传感器欺骗、目标误分类）以及软件（OTA升级攻击、数据篡改）。论文还提出了轻量级、可互操作的安全解决方案框架，明确指出未来大规模 UTM 运营面临的核心安全开放问题。该工作被 AIAA 2026会议收录（编号2026-2892），代表了航空网络安全与UTM融合研究的前沿方向。

2. 《A Physics-Informed Fixed Skyroad Model for Continuous UAS Traffic Management (C-UTM)》

来源：arXiv预印本，arXiv:2512.06268，2025年12月6日
作者：Muhammad Junayed Hasan Zahed, Hossein Rastgoftar
URL：https://arxiv.org/abs/2512.06268

针对低空城市空域 UAS 动态进出、高密度飞行的管理难题，该研究创新性地将物理信息神经网络（Physics-Informed Methods）引入固定"天路"（Skyroad）结构设计，提出连续 UTM（C-UTM）框架。该框架通过多高度层固定航路分配策略，在保证城市障碍物规避约束的前提下，最大限度提升空域可用率。与传统多智能体协调方法不同，C-UTM允许航空器数量时变自由进出，研究给出了可达性数学证明。仿真表明该方法在计算效率和安全指标上均优于现有方案，是城市低空交通流管理的潜在核心技术路线。

3. 《Multi-Agent Meta-Advisor for UAV Fleet Trajectory Design in Vehicular Networks》

来源：arXiv预印本，arXiv:2602.16345，2026年2月18日
作者：Leonardo Spampinato, Lorenzo Mario Amorosa, Enrico Testi, Chiara Buratti, Riccardo Marini（意大利博洛尼亚大学）
URL：https://arxiv.org/abs/2602.16345

该研究针对无人机基站群（UABS）协同轨迹设计问题，将多任务分散式部分可观测马尔可夫决策过程（Dec-POMDP）作为数学框架，引入中心化训练+分散式执行（CTDE）的双延迟深度Q网络（3DQN）架构，并创新提出多智能体元导师框架（MAMO），通过元策略引导探索，解决了传统ε-greedy探索策略收敛慢、泛化差的问题。在三种城市场景和多种起飞构型下的仿真表明，MAMO在收敛速度和任务回报上显著优于基线方法，对未来无人机集群通信保障和动态网络覆盖部署具有重要参考价值。

4. 《Direct-to-Device Connectivity for Integrated Communication Navigation and Surveillance (CNS) Services for Low-Altitude UAVs》

来源：arXiv预印本，arXiv:2603.11848，2026年3月12日
作者：Muhammad Asad Ullah, Davi Brilhante, José Suárez-Varela, Paul Almasan等（欧洲多机构联合团队）
URL：https://arxiv.org/html/2603.11848v1

该论文聚焦6G时代直接设备（D2D）连接赋能低空无人机综合通信导航监视（ICNS）服务的前沿问题。研究分析了地面网络（TN）与非地面网络（NTN）链路的视距概率随飞行高度的变化规律，建立了路径损耗与接收信号强度模型。核心发现是：TN与NTN链路在低空形成互补，可显著提升CNS服务可用性，尤其在城市环境中，当地面网络服务中断或拥塞时，D2D-NTN模式可有效支撑BVLOS运行。这为6G空天地一体化网络支撑低空运行提供了理论支撑。

二、其他重要文献线索

MDPI Aerospace于2025年3月推出"Research and Applications of Low-Altitude Urban Traffic System"专题（Vol.13, No.3），收录了涵盖城市低空交通系统架构、eVTOL飞行性能、UAM安全挑战等多维度研究，代表了低空交通学术共同体对体系化技术路径的共识形成。
AI in UTM研究方面，Elsevier ICASSP 2025会议论文"Integrating AI for Autonomous UAV Traffic Management in Drone U-Space"探讨了机器学习、可解释AI（XAI）与U-space融合的技术路径。
联邦快递U-test：2026年2月，预印本平台Preprints.org发表"Empirical Evaluation of Federated Unmanned Traffic Management"（DOI: 10.20944/preprints202602.0402），通过控制实验比较了单提供商与联邦多提供商UTM配置的运营性能差异，为分布式UTM架构提供了实证依据。

【技术趋势】

基于上述文献检索与内容分析，当前低空运行技术研究呈现以下五大核心趋势：

1. AI与可解释性深度融合

UTM系统正加速引入机器学习、强化学习等技术。arXiv多篇论文显示，AI不再仅用于路径规划，而正向空域容量预测、冲突检测、动态资源分配等核心管理功能渗透。可解释AI（XAI）作为信任建立机制，成为学界关注焦点——决策黑箱问题若不解决，将阻碍监管机构对自主UTM系统的认证。

2. 安全研究从"外围"走向"内核"

2025年底至2026年初，安全问题正式进入UTM核心研究议程。arXiv:2601.08229的发布标志着系统安全威胁与防御的全栈图谱已初步建立，预计未来1-2年内，轻量级加密、信任根（Root of Trust）、安全监控将是UTM标准化进程中的关键议题。

3. 物理约束驱动的空域建模方法兴起

“天路”（Skyroad）概念的提出，代表了从纯数据驱动向物理约束+数据混合建模的方法论转变。Physics-Informed方法将气象、动力学、障碍物约束显式编码进优化框架，为高密度城市低空运行提供了更可靠的容量边界评估工具。

4. 6G空天地一体化通信支撑BVLOS

D2D-NTN融合链路研究揭示，6G网络架构下的卫星-地面协同将成为突破BVLOS通信瓶颈的关键使能技术。低空无人机不再依赖单一地面基站，而是通过多模态网络切换保障CNS服务连续性，这对偏远地区和复杂城市峡谷场景意义重大。

5. 有人-无人融合运行（MUCO）成为工程化难题

学界与工业界共同认识到，UTM的终极挑战不是管理无人机本身，而是在统一空域内实现有人机与无人机的安全协同。当前研究多聚焦于冲突检测与避免算法、轨迹预测和优先级规则设计，但标准化融合运行规则仍是全球性未解难题。

【行业动态】

一、监管标准化进程加速

（1）欧盟U-space正式实施
欧盟委员会已于2021年4月通过U-space一揽子法规（Regulation (EU) 2021/664等三项），并于2023年1月26日起全面适用，覆盖120米以下低空及超视距运行。该框架为全球最成熟的UTM监管体系，为美国FAA和其他国家的规则制定提供了重要参照。

（2）ICAO发布第4版UTM框架
国际民航组织（ICAO）发布UTM框架第4版，旨在推动UTM与ATM（空中交通管理）的全球协调统一，确立核心能力边界（Core Boundaries），为各国UTM实施提供通用概念模型。2025年APAC UAS工作组会议期间，ICAO提交了AAM-UTM框架文件，系统阐述了UAM与UTM的融合路径。

（3）FAA推进BVLOS规则体系
FAA于2025年8月发布"Normalizing UAS Beyond Visual Line of Sight Operations"拟议规则（联邦公告2025-14992），2026年1月重新开放公众评议期，首次提出基于性能的BVLOS法规设计，旨在以性能导向替代传统技术 prescriptive 要求，降低创新门槛。FAA与EASA联合发布的AAM机型认证路线图（2025年4月版）设定了2026年中期完成差异对齐的目标。

（4）美国国会推动eVTOL适航认证简化立法
2026年2月，美国参众两院提交法案，要求FAA简化eVTOL适航认证流程，允许以行业标准证明安全性，明确270天文件响应时限，并外包常规审定任务。该立法若通过，将显著加速eVTOL商业化进程。

二、eVTOL商业化进入关键冲刺期

中国：亿航智能EH216-S已取得全球首张无人驾驶载人eVTOL完整适航三证（TC+PC+AC），沃飞长空、小鹏汇天、时的科技等6家制造商TC申请已获受理，预计2026年有多款机型完成TC取证并进入量产交付阶段。中国eVTOL市场规模预计2026年增至95亿元。
美国：Joby Aviation宣布2026年在美国启动商业运营（亚利桑那、佛罗里达、纽约等州），并在白宫空中出租车计划框架下推进。FAA的eVTOL集成试点计划（eIPP）计划于2026年夏季启动运营试验。
全球：PwC《Advanced Air Mobility: From Concept to Commercial Reality》报告指出，2025年6月Joby已在迪拜完成有人驾驶eVTOL飞行演示；Global Newswire报告预测AAM市场到2050年将达900亿美元，届时全球将有约16万架载人无人机投入运营。

三、中国低空经济体系化推进

2026年全国两会期间，低空经济连续第三年被写入政府工作报告，并从"新兴产业"升级为"新兴支柱产业"。关键进展包括：

场景验证元年：2026年被业界普遍视为低空经济"常态运营元年"，从"试点飞行"迈入"场景验证"阶段。人民日报（2026年1月15日）刊文指出，"管得住才能放得开"已成为政策主线。
适航认证大年：多款主流eVTOL产品预计2026年完成型号合格证（TC）取证并进入规模化交付。
地方政策密集落地：深圳低空经济产业集群增加值突破350亿元；广东（2024-2026行动方案）、武汉、上海、合肥等地均发布低空经济专项规划和标准体系建设指南。
司法保障加码：2026年3月，司法部部长贺荣宣布加快人工智能、低空经济等领域立法，制定空域管理条例。

【本周展望】

值得关注的研究方向

1. UTM安全标准化与监管信任机制
arXiv:2601.08229揭示的安全全景图，亟需向标准化迈进。下周值得关注：GUTMA（全球UTM协会）是否发布新版安全标准映射文件，以及AIAA/FAA联合安全研讨会是否提出UTM安全认证路线图。

2. 中国低空经济万亿市场落地路径
2026年两会后的政策细化值得关注。民航工作会议定调和各省市实施细则的发布，将决定"有人-无人融合规则"和数据接口标准的制定节奏。央地协同视角下的空域管理改革研究（hanspub.org, 2026年1月）是重要参考。

3. eVTOL适航认证的全球协调进展
FAA-EASA 2026年6月联合安全会议将是重要观测节点。2026年中期是多款eVTOL机型认证的关键节点，认证标准的国际互认进展将直接影响全球UAM市场开放节奏。

4. 城市空中交通基础设施（Vertiport）标准
美国SunTrax设施2027年竣工目标倒计时启动（2026年12月目标商业运营），Vertiport电气基础设施标准（FAA/NREL研究）是制约商业化的关键瓶颈，相关标准草案预计2026年中期完成公众评议。

5. ICNS服务与6G融合研究
arXiv:2603.11848揭示的低空D2D-NTN互补路径，预期将在3GPP Release 20中形成标准化提案。关注3GPP工作组关于NTN与无人机集成服务的技术报告进展。

参考文献

Sharifi I. et al., “A Survey of Security Challenges and Solutions for UAS Traffic Management (UTM) and small Unmanned Aerial Systems (sUAS)”, arXiv:2601.08229, 2026-01-13. https://arxiv.org/abs/2601.08229
Zahed M.J.H. & Rastgoftar H., “A Physics-Informed Fixed Skyroad Model for Continuous UAS Traffic Management (C-UTM)”, arXiv:2512.06268, 2025-12-06. https://arxiv.org/abs/2512.06268
Spampinato L. et al., “Multi-Agent Meta-Advisor for UAV Fleet Trajectory Design in Vehicular Networks”, arXiv:2602.16345, 2026-02-18. https://arxiv.org/abs/2602.16345
Ullah M.A. et al., “Direct-to-Device Connectivity for Integrated CNS Services for Low-Altitude UAVs”, arXiv:2603.11848, 2026-03-12. https://arxiv.org/html/2603.11848v1
“Research and Applications of Low-Altitude Urban Traffic System”, MDPI Aerospace, Vol.13, No.3, 2026. https://www.mdpi.com/2226-4310/13/3/268
ICASSP 2025, “Integrating AI for Autonomous UAV Traffic Management in Drone U-Space”, ScienceDirect, 2025. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405896325009620
European Commission, “U-space Package (Regulation (EU) 2021/664)”, Official Journal of the EU, 2021-04-22.
ICAO, “AAM Environment & UTM Framework”, ICAO APAC UAS Working Group, 2025. https://www.icao.int/sites/default/files/APAC/Meetings/2025/2025%20UAS%20WS/02-Presentation/Day%203/Day-3_5_ICAO_AAM-Environment-UTM-Framework.pdf
FAA, “Normalizing UAS Beyond Visual Line of Sight Operations”, Federal Register, 2025-14992, 2025-08-07. https://www.federalregister.gov/documents/2025/08/07/2025-14992/normalizing-unmanned-aircraft-systems-beyond-visual-line-of-sight-operations
FAA & EASA, “Roadmap for Advanced Air Mobility Aircraft Type Certification”, Edition April 2025. https://www.faa.gov/air-taxis/NAA-Network-Roadmap-Advanced-AirMobility-Aircraft-Type-Certification-Edition-April2025.pdf
《低空经济"管得住才能放得开"》，人民日报，2026-01-15. http://paper.people.com.cn/rmlt/pc/content/202601/15/content_30137714.html
《低空经济迈向体系化推进、规模化发展新阶段》，新华网，2026-01-20. http://www.news.cn/tech/20260120/022efb2fbec0450db7c4234d8f84da83/c.html
《2026年低空经济有望从"试点飞行"迈入"场景验证"》，21财经，2026-03-18. https://www.21jingji.com/article/20260318/herald/241cfd1a1ecc23f1b14439645114c5b3.html
《“规则的天空”：中国低空空域管理与安全体系演进趋势研究》，iresearch.cn, 2025-08. https://report.iresearch.cn/report/202508/4746.shtml
《低空经济连续第三年被写入政府工作报告》，观察者网，2026-03-15. https://www.guancha.cn/ZhangWeiWei/2026_03_15_810094.shtml