国内外低空经济发展及其在铁路领域的应用场景研究

Low-Altitude Economy Development in China and Abroad and Its Application Scenarios in Railways

摘要

低空经济的迅速发展为铁路行业带来了新的发展机遇。为有效借鉴国际先进发展经验，深入研判未来我国铁路发展低空经济的发展趋势与重点方向，首先系统梳理了典型发达国家低空经济发展历程与路径异同，提炼对我国低空经济发展的有益启示；其次，全面综述低空经济技术在铁路的应用场景，重点总结了以无人机为代表的低空飞行器在各应用场景下面临的共性挑战；最后，展望低空经济未来铁路应用场景，围绕基础设施、货运物流与客运服务，创新提出了建立铁路基础设施全生命周期低空技术体系、构建“铁路干线+低空交通支线”的立体货运物流体系和打造“智能高铁+低空智能交通”的新型客运服务模式，以期为铁路部署发展低空经济提供参考借鉴。

Abstract

The rapid development of the low-altitude economy has brought new opportunities to the railway industry. To effectively reference advanced international development experience and deeply analyze the trends and key directions for future development of the low-altitude economy in China's railways, this paper first systematically summarized the development history and similarities and differences of the low-altitude economy industry in typical developed countries and extracted lessons for the low-altitude economy development in China; secondly, the paper comprehensively reviewed the application scenarios of low-altitude economy technologies in railways and proposed the common challenges faced by low-altitude aircrafts, represented by the unmanned aerial vehicle, in various application scenarios. Finally, envisioning the future railway application scenarios of the low-altitude economy and focusing on infrastructure, freight logistics, and passenger services, this paper innovatively proposed the establishment of a low-altitude technology system for the life cycle of railway infrastructure, the construction of a three-dimensional freight logistics system of "railway trunk line + low-altitude traffic branch line", and the creation of the new passenger service model of "intelligent high speed railway + low-altitude intelligent transportation". This study is intended to be an effective reference for the railway industry to deploy and develop a low-altitude economy.

Graphical abstract

关键词

低空经济 / 城市空中交通 / 铁路 / 无人机 / 应用场景

Key words

Low-Altitude Economy / Urban Air Mobility / Railway / Unmanned Aerial Vehicle / Application Scenario

0　引言

自2010年我国首次提出“低空经济”以来，学者对其概念界定、技术内涵及产业构成进行了深入探索^[1]。根据中国信息通信研究院研究报告^[2]，目前普遍将低空经济定义为：在垂直高度1 000 m以下、根据实际需要延伸至不超过3 000 m的低空空域范围内，以民用有人驾驶和无人驾驶航空器为主要载体，以载人、载货及其他作业等多场景低空飞行活动为牵引，辐射带动商业活动或公共服务领域融合发展的一种综合性经济形态。

交通运输是低空经济发展的核心领域^[3]。美国、欧洲、日本的通用航空业起步较早，逐步构建了较为完善的空中交通产业链和商业运营模式。目前，以无人机为代表的低空飞行器在各国的交通领域得到了广泛应用，尤其在测绘作业、物流运输、应急救援等应用场景中发挥了重要作用。就铁路领域而言，无人机被广泛用于勘测设计、工程施工、巡检养护、防灾救援等典型场景。此外，铁路货运与低空物流的跨区域配送、轨道交通与低空飞行器的联程接驳等创新场景也在加速培育，引领未来运输方式的深度变革。

铁路作为我国综合交通运输体系的骨干，具备强大的基础设施网络、丰富的应用场景和先进的技术创新水平，为低空经济的发展和应用提供了坚实支撑。深圳、北京、上海、成都等地已针对低空经济在铁路各类场景中的应用开展了积极尝试，但在推进过程中也面临技术“卡脖子”瓶颈、空域管理不规范、基础设施不完善等共性挑战，导致目前我国低空经济技术在铁路的应用仍处于小范围试点阶段。因此，亟需调研国内外低空经济发展情况，全面掌握低空经济技术在铁路领域的各类应用场景，科学谋划和部署低空经济在铁路行业的应用，为培育铁路新质生产力、推动新时期铁路高质量发展提供有效参考借鉴。

1　国外低空经济发展概述

“低空经济”是我国通用航空在发展中提出的创造性理论成果，但目前国际上还未形成“低空经济”的概念，许多发达国家提出的“城市空中交通(Urban Air Mobility，UAM)”与我国的“低空经济”最为相近。UAM将城市低空空域作为新的交通空间，通过充分利用城市上空的空间资源，有效缓解地面交通压力，并为运输服务提供更加快速高效的通道。相比之下，我国的低空经济概念更强调低空空域的经济属性，并将空中交通作为发展低空经济的重要抓手。低空经济与城市空中交通的关系示意图如图1所示。从产业构成上看，我国低空经济产业涵盖低空制造、低空飞行、低空保障和综合服务四大产业，全面涵盖了城市空中交通产业的上、中游；从应用场景上看，城市空中交通是低空经济的核心应用场景之一。城市空中交通作为低空经济商业化探索的重要领域之一，是激活空域资源经济价值的强大引擎^[4]。全球范围内，UAM正呈现出巨大的发展潜力，据美国摩根士丹利预测，2040年全球UAM市场总产值将达到10 000亿美元^[5]。基于此，将重点聚焦UAM领域具有先发优势的国家和地区^[6]，对其UAM发展历程及现状进行系统梳理。

1.1　美国：城市空中交通(UAM)与先进空中交通(AAM)

1.1.1　美国UAM与AAM发展历程

美国早在20世纪40年代就开始探索UAM。1947—1971年间洛杉矶航空公司曾利用直升机运输人员和传递邮件^[7]。20世纪50—80年代，一些运营商陆续在洛杉矶、纽约、旧金山湾区使用直升机提供定期的航空接驳服务。2014年，纽约市开始推行直升机预约服务，这标志着UAM进入了按需服务的市场化新阶段^[8]。2017年，美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)对UAM概念进行了标准化定义：UAM是城市区域内安全高效的航空客运和货运系统，包括小包裹物流和其他城市无人机系统服务，支持机载/地面操控，并逐步实现更高程度的无人自主化运行。2020年，NASA进一步将UAM的概念扩展至先进空中交通(Advanced Air Mobility，AAM)，AAM结合了UAM、区域空中交通和小型无人飞机系统，广泛采用无人机、电动垂直起降飞行器(eVTOL)、电动短距起降飞行器等新技术，实现更高效、更环保的空中交通。2023年7月，美国联邦航空局(Federal Aviation Administration，FAA)提出2025—2028年，AAM将基于美国现有机场开展规模化运营。

1.1.2　美国UAM发展现状

目前，UAM依旧是美国AAM中发展较快且获得投资最多的重要板块。UAM运营范围集中在大都市区主要机场周围的B类空域(距地面约3 000 m)、中型机场周围的C类空域(距地面约1 200 m)或小型机场周围的D类空域(距地面约750 m)。作为民航飞机主要运行空间的A类空域(距地面约5 400 m)则不在UAM空域概念的范围内^[9]。针对无人机，FAA将地面以上至120 m以下的超低空非管制空域(G类空域)作为小型无人机的适飞空域^[10]。美国FAA的空域分类如图2所示^[11]。

2023年FAA发布《UAM运营概念2.0》白皮书，预计美国UAM的未来发展将经历“初始运营-中期运营-成熟运营”3个阶段^[12]，飞行器将从依托现有空中交通服务规则、法规和航线运营，发展至在设计的特定UAM走廊网络内运营。随着运营需求增大，成熟阶段的UAM走廊将从单向、孤立的航线演变为网络结构，同时引入自动飞行规则，飞行器的远程驾驶技术将更加广泛可用。根据2024年1月更新的全球AAM/UAM市场地图^[13]，美国目前已有46个城市/地区正在开发AAM/UAM项目，航线开发主要面向市中心到机场的空中交通需求。其中，迈阿密有望成为美国最大的UAM枢纽，并计划自2026年起在南佛罗里达地区推出通勤飞行航班。

1.2　欧洲：将UAM融入可持续城市交通规划

1.2.1　欧洲UAM政策与计划

欧洲UAM的发展源自其对空中交通系统的改革。20世纪90年代，为应对欧洲空域容量不足导致的航班延误问题，欧盟委员会与欧洲航空安全组织(Eurocontrol)提出了“欧洲单一天空倡议”(Single European Sky，SES)，为实现欧洲空域组织、管理和监管一体化制定了一揽子政策法规。2008年，欧盟设立欧洲单一天空空中交通管理研究项目(Single European Sky ATM Research，SESAR)，历经“规划-开发-部署”3个阶段^[14]，旨在出台并执行《欧洲空中交通管理总体规划》。进入21世纪，面对欧洲日益增长的无人机飞行需求，欧盟提出了U-Space概念，将无人机全面融入现有空域管理体系。SESAR将U-Space定义为一套支持大量无人机安全、高效地访问空域的一系列数字和自动化服务^[15]，并预计2030年实现对大部分U-Space空域空间的定义。在尚未提供空中交通服务的空域中，U-Space空域的定义是距地面约150 m以内。欧洲航空安全局(European Union Aviation Safety Agency，EASA)对UAM进行了标准化定义：一种在城市环境内部及其周围运送乘客和货物的空中运输系统^[16]，并提出各欧盟国家将于2025年前后开始UAM的商业化运营，届时将使用无人机运送货物或使用有人驾驶飞机运送旅客。此外，欧盟持续推进“地平线2020”和“欧洲地平线”2期计划，通过各类研发项目为UAM的发展提供资金支持。近年来，欧盟逐步致力于将UAM与地面交通融合。2023年，欧洲航空航天与防务工业协会发布的《城市空中交通与可持续发展》白皮书正式将UAM纳入欧洲可持续城市交通规划，并提出未来UAM发展将致力于实现全生命周期碳中和，整合多式联运系统，融入“出行即服务”模式。欧洲UAM的政策与计划发布历程如图3所示。

1.2.2　欧洲UAM发展现状

与美国不同，欧洲是世界上第一个实施全面自由航路空域(Free Route Airspace，FRA)的地区，空域用户可在指定进出点之间自由选择飞行路线。鉴于欧洲的动态空域管理策略，UAM并未受到严格的运营范围限制。目前，欧洲的UAM生态系统尤其是基于无人机的U-Space服务已趋于成熟。EASA自2019年起发布并实施欧洲无人机通用法规，统一并规范了无人机监管规则，进一步推动了无人机在欧盟范围内的跨国运行。近年来，UAM在欧洲快速发展，根据欧盟预测数据，到2030年欧洲UAM市场规模将达到42亿欧元，约占全球份额的31%^[17]。欧洲各类新型飞行器也纷纷进入适航取证阶段，并增加试验和示范站点，以支持其2024—2025年城市商业客运服务计划的启动。

1.3　日本：下一代空中交通愿景

为应对空中交通需求的增长和用户的各类需求，日本政府陆续出台系列顶层设计与规划方案。2010年，日本国土交通省制定了《未来空中交通系统的长期愿景——空中交通系统创新协作行动方案》，为日本发展下一代空中交通奠定了基础。2018年，日本政府发布《空中交通革命路线图》，明确了日本下一代空中交通的发展目标，到2025年启动先进空中交通服务，到2030年实现eVTOL空中出租车和重型货运无人机业务全面商业化。为进一步发展空中交通产业，2020年日本内阁发布的《增长战略跟进计划》首次将无人机和飞行汽车产业发展提至国家战略层面。2022年，日本经济产业省提出“在5 a内，通过技术开发和实证，进一步扩大无人机的应用”的目标。日本政府积极引导各类企业开展低空应用场景应用与试点示范，目前东京大都市区、东京湾区的eVTOL企业SkyDrive及多家通航公司正积极探索城市空中交通的商业化运营。其中，SkyDrive预计将于2028年在大阪市内启动商业化运营。

1.4　国外低空经济发展经验总结

美国作为最早提出和发展UAM的国家，其城市空中交通产业已发展至商业化试运行阶段，并通过“政策先行-技术引领-法规监管”进一步夯实其UAM全球领先地位。欧洲建立了世界先进的UAM监管体系^[18]，通过“前瞻布局-项目驱动-统一监管”抢占全球UAM发展先机，确保了无人机与有人机的安全、协同运行。日本下一代空中交通的优势则在于由政府主导开展应用场景拓展与试点落地，推动UAM产业发展。基于此，借鉴国外发展UAM的先进经验，结合我国当前发展实际，建议以“政策引领+场景需求”作为核心驱动力，在顶层设计前瞻性、技术创新协同性和安全监管完备度等方面对标国际持续发力，进一步加强低空经济政策体系建设，强化市场机制作用与低空产业企业创新主体地位，逐步完善低空经济发展配套制度与监管体系，充分释放我国低空经济发展潜力。

2　我国低空经济发展现状

2.1　政策背景

自2010年《关于深化我国低空空域管理改革的意见》印发以来，我国已开始针对真高(即无人机飞行高度与其在地面投影的实时高度距离)1 000 m以下的空域进行构想^[19]。2021年，低空经济被正式写入《国家综合立体交通网规划纲要》。2023年12月，中央经济工作会议将低空经济正式列入战略性新兴产业。2024年以来，我国低空经济加速布局。全国两会首次将低空经济写入政府工作报告。党的二十届三中全会明确指出“发展通用航空和低空经济。”2025年政府工作报告提出“开展新技术新产品新场景大规模应用示范行动，推动商业航天、低空经济、深海科技等新兴产业安全健康发展。”根据《低空经济发展报告(2024—2025)》^[20]，截至2024年底，各地共出台低空经济相关政策文件225项。低空经济空域需求有望获国家层面立法保障，推动我国低空经济从“政策试点”迈向“法治化深耕”新阶段。我国低空经济政策发布历程如图4所示。

2.2　共性技术及应用场景

我国低空经济已初步形成了完整的产业链体系，其产业链上游涉及原材料及核心零部件相关领域，中游包括装备制造及配套服务，下游则面向各类应用场景。低空经济产业链的发展离不开低空飞行器制造、数字空域管理与智能融合基础设施三大关键共性技术的支撑，以及各类应用场景的实践落地。通过系统梳理低空经济产业的共性技术发展现状及未来趋势，总结当前我国低空经济的主要应用场景。

2.2.1　低空飞行器制造

低空飞行器制造是低空经济技术的核心。低空飞行器普遍涵盖无人机、eVTOL、直升机、氢能源飞机、轻小型固定翼飞机等。其中，无人机是低空飞行的主要载体，民用无人机已成为我国低空经济发展的主力机型，广泛应用于安保、物流、应急救援、植保、环检等各行业，并在机体结构、机体材料、飞行控制、无线通信遥控、无线图像回传等核心技术方面持续创新。尽管目前无人机技术发展势头强劲，但依然面临电池续航不足、通信范围受限、精准导航与自主避障能力不足等技术问题。eVTOL被认为是未来低空交通市场的主流方案。eVTOL机型丰富，目前主流机型为多旋翼构型、复合翼构型、倾转构型，也发展出了倾转涵道风扇+完全矢量控制、隐藏式推进系统+无翼设计等机型类别。eVTOL分类及代表产品应用情况如表1所示，未来动力及能源是全球eVTOL发展的主要技术迭代方向，以突破当前航程和续航技术瓶颈。根据中国电子信息产业发展研究院专家预测，“十五五”时期我国低空产业将迎来中高速发展。未来低空飞行器及其相关装备技术将以低空飞行器研制为引领，围绕动力系统关键技术、复杂环境感知技术、低空装备检测认证技术和低空装备可靠性验证技术等关键共性技术加快科技攻关^[21]。

2.2.2　低空数字空域管理技术

低空经济业态发展背景下，我国空域环境日益复杂，低空交通需求趋于多样，对传统空中交通管理提出新挑战。空中交通管理的核心在于统筹规划空域资源、科学实施交通管制和提供灵活交通服务，因此，突破低空数字空域管理技术，需进一步优化设计城市多维度低空空域，加强空地一体化低空空管系统与管理平台建设，持续突破低空通感一体网络通信技术^[22-23]。其中，空管系统是低空经济的“大脑”，由空中交通管理系统、通信系统、导航系统与监视系统组成，在我国民航领域应用已十分成熟，其依托空管基础设施，融合数据通信、自主感知、协同调控等空中交通管理技术，提供灵活、精准和高效的空中交通管理服务。当前我国传统空管系统对低空场景仍存在适应性不足、管理服务精细化程度不高等问题，预计未来北斗导航、5G-A通感一体技术、低轨卫星通信等先进技术将在低空数字化空域建设与低空数据传输服务等方面进一步发挥作用。

2.2.3　低空智能融合基础设施

低空基础设施是低空飞行的有力支撑，我国低空智能融合基础设施建设是现阶段发展重点。2024年全国两会《关于推动开展低空空域利用 加快培育发展低空经济的提案》中指出，低空飞行需建设“四张网”：“设施网”主要为物理基础设施如通用机场、起降点、飞行服务站和服务中心等；“空联网”包含通信、导航、气象监测等信息基础设施，满足低空感知与通信需求；“航路网”包含空域航路、3D数字地图等；“服务网”包括低空飞行服务与监管系统等。目前，深圳已率先布局低空新基建“四张网”，并发布全球首个智能融合低空系统，启用了深圳低空运行管理中心^[24]。随着各地低空基础设施建设规划路径与发展目标陆续确立，预计我国低空基建投资规模将进一步扩大，并在空联网建设、新技术融合、技术标准跟进等方面持续发力。

2.2.4　主要应用场景

我国低空经济应用场景呈现多元化特征，参考《2024低空经济场景白皮书》^[25]，将我国低空经济主要应用场景分为作业类、安全类和出行类。低空经济主要应用场景如表2所示。

可以看出，我国低空经济产业体系日益完备，应用场景持续拓展，产业链发展基础扎实，尤其在无人机制造、新一代信息通信等技术领域优势显著。据中国民用航空局预估，到2035年，我国低空经济市场规模有望达到3.5万亿元。尽管现阶段我国低空经济发展势头强劲，但仍面临低空飞行器制造“卡脖子”瓶颈、低空空域精细化管理亟待完善、起降基础设施区域分布不均等问题。因此，要实现低空经济产业的全面部署和市场化高效运行，还需在政策、技术、场景和生态的多维协同上持续发力，在区域协调发展、资源要素统筹与管理体制机制方面不断完善，助力加快我国低空经济产业实现“局部试点-初步商业化-全面商业化”的发展步伐。

3　低空经济技术在铁路领域的应用场景

低空经济的快速兴起为各种交通运输方式提供了创新解决方案与新发展机遇。铁路作为综合交通运输体系的重要组成部分，发展低空经济对于进一步提高铁路运输效率与服务质量、激活铁路新质生产力意义重大。目前，以无人机为代表的低空飞行器在铁路领域的应用最为普遍，并广泛用于工程勘测设计、铁路工程施工、设施运维养护、灾害应急救援等典型场景。此外，低空物流与铁路货运跨界融合、eVTOL与铁路及城市轨道交通联程接驳等创新应用场景正在加速培育，推动运输效率有效提升。

3.1　铁路工程智能勘测设计

基于无人机搭载倾斜相机、激光雷达等多源传感器的测绘技术被广泛应用于新建铁路中线测量、横纵断面测绘、工点地形测绘和既有线测绘等^[24]。具体地，无人机低空摄影用于中小范围1∶2 000、1∶1 000、1∶500大比例尺影像采集，无人机倾斜摄影主要用于高分辨率(优于5 cm)倾斜影像获取，无人机激光雷达则用于大比例尺的激光点云采集。形成的成果类型包括但不限于：地形图、断面、数字正射影像、数字高程模型、数字地形模型、实景三维模型、视频影像等^[26]，有效服务于铁路选线规划、铁路二维、三维和建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)设计。

美国伯灵顿北方圣太菲铁路运输公司(BNSF)将无人机测绘技术用于创建铁路工程制图和规划文件，以及桥梁、塔楼等其他复杂结构的数字孪生。德国铁路路网公司(DB Netz)选用Aibot X6 V2无人机系统开展了土工测量试点作业，通过无人机配合陀螺仪/加速度传感器、气压表/磁强计和超声波传感器及全球导航卫星定位系统接收器获取数据，生成不同密度的点云、以大地为基准的正交照片、数字地貌模型、体积数字模型等信息，为BIM项目提供基础数据。意大利铁路路网公司将无人机激光雷达测绘系统的区域扫描数据和无人机航拍采集的数字多普偏振图像进行叠加，制作了反映轨道结构现状的地理信息图，实现了既有线单渡线道岔的高精度测量。

我国为适应新时期铁路智能建造发展需求，在铁路勘测设计领域已初步形成空天地一体化的数据采集和处理体系。针对空域范围内铁路勘测数据的获取和分析，一方面采用运输机或直升机搭载航空相机进行大范围1∶2 000影像采集，或搭载激光雷达进行大范围点云采集；另一方面则通过无人机航测技术，对铁路线路、桥隧工程等设施进行三维建模，对区域内的地形、河流、植被等环境因素进行调查和分析，实现对传统人工勘测的替代^[27]。

总体而言，目前铁路无人机测绘技术已在各国铁路新线建设和既有线扩能改造中发挥了重要作用，并在无人机性能参数优化、航线设计、像控点布设及信息整合平台开发等方面不断完善，未来低空飞行器技术和遥感测绘技术的融合发展将持续推动铁路工程勘测设计的数字化进程。

3.2　铁路工程数字化施工

数字化施工是建筑行业发展新趋势，其主要利用信息化手段、移动技术、智能穿戴及工具等，实现对工程施工现场的实时监控、数据采集和信息管理。无人机低空航测技术在铁路工程数字化施工中发挥着重要作用，为铁路工程施工全过程赋能。

美国BNSF公司采用无人机在施工前进行现场分析，并在施工期间验证工程进度。日本利用无人机采集施工现场数据信息，配合数字孪生模型，实现了施工项目的远程监理。JR东日本铁路公司在千手发电站更新改造工程中，使用手动操作型和自动循环型2类无人机，基于预设的多条飞行路线，通过红外相机进行运动捕捉采集沿线数据。同时，利用数字孪生软件和运动结构恢复(Structure from Motion，SfM)技术对无人机采集数据进行立体化处理，使用户不仅能够从期望的位置和角度远程观看检测，还可以进一步查验现场施工是否符合设计标准，实现远程监理。

我国围绕铁路工程施工全过程开展了无人机应用场景的探索，并已通过自主研发管理平台实现了铁路工程施工全线的智能化综合巡查^[28]。施工前，除了采用无人机进行勘测作业以外，还可借助无人机低空摄影或倾斜摄影，开展征拆现状调查并确认土地属性^[29]。施工中，通过无人机搭载激光雷达进行点云数据采集，能够快速获取现场土石方量测量数据，基于多期三维模型对比分析，还可自动计算开挖及回填料体积^[30]；通过搭载变焦相机、热成像相机，动态掌握工地状况，全面管理施工进度；利用视频空间融合技术，将无人机拍摄的视频与数字底图进行叠加，实现视频信息与真实位置的精准对应；针对施工中的排污问题，可采用无人机对污水偷排、违法排沙、漏排等行为进行全天候监控。施工后，无人机拍摄资料及收集数据等还可作为可视化验收或巡检成果展示，并进一步用于后续工程现场的数字化管理工作^[31]。

当前，低空飞行器正逐渐成为铁路智慧工地系统的重要“成员”，随着其软硬件设备的逐步迭代升级，将在施工全过程信息采集、实时影像处理和工程监督管理等领域持续发挥作用，并与铁路智能建造深度融合，推动铁路工程建设数字化转型。

3.3　铁路无人机巡检与养护

无人机在铁路基础设施运维养护领域的应用最为广泛。美国、日本、英国、韩国等已经开展了大量研究和应用，并开发了基于无人机的铁路基础设施检测、基础设施资产管理等系统，进一步提升了设施维护效率，实现了养护维修少人化作业^[32]。我国持续深化铁路基础设施无人机巡检技术应用，京沪高速铁路(北京南—上海虹桥)已成功应用全自动无人机巡检智能分析系统，实现对铁路线路常见缺陷的高精度辨识，极大地提高了铁路运维能力。

欧盟提倡利用对地观测卫星和无人机搭载传感器进行铁路基础设施监测与运营管理。根据欧盟发布的Shift2Rail计划，其设立铁路基础设施多角度检测和监测(MOMIT)项目，旨在实现以下目标：一是利用无人机和卫星对铁路基础设施进行监测；二是验证获取数据的应用价值；三是开发数据分析和决策的独立工具；四是确定无人机技术的运营标准^[33]。MOMIT项目采用无人机进行电气系统监测和土木工程构筑物病害巡检。此外，挪威铁路基础设施公司(Bane Nor)利用无人机搭载高分辨率照相机、热成像照相机等进行轨道线路巡检，获取线路相关信息和数据并输入数据池中，作出维修计划和故障预测。英国铁路路网公司(Network Rail)配备了无人机，专门用于铁路基础设施检查，可同时捕获包括最低点、倾斜图像、热图像和激光雷达等各种数据。

美国将无人机技术广泛应用于钢轨和桥梁的检测中。BNSF公司于2016年在新墨西哥州约200 km长的铁轨上首次将无人机应用于钢轨检测；2019年，FAA批准BNSF进一步扩大其铁路无人机巡检的运营范围，并进行超视距无人机技术试验，即允许无人机飞出飞行员的视线，飞行员从远程位置监控其状态。太平洋联合铁路公司(UP)自2014年以来一直使用无人机技术检查桥梁、隧道等基础设施，并开发了感知导航技术，使无人机可在桥梁结构内部、涵洞深处等GPS未覆盖区域顺利飞行。诺福克南方铁路公司(NS)利用无人机进行钢轨坡度检查、桥梁结构缺陷评估、空中勘测和脱轨检查等，其中，针对脱轨事故现场的受损轨道段，还可通过无人机测量所获信息确定所需更换的轨道板数量。

日本铁路近年来研究利用无人机技术安全高效地进行山区铁路电力设备的维护作业。JR东日本秋田支社电力技术中心利用无人机对重点或发生故障的电力设备及部件进行巡检；JR北海道选用消费级小型航拍无人机开展牵引供电巡检，认为其最佳拍摄位置一般处于对象最高处上方1 m，距离地面10 m左右处，距离无人机操控人员最远400 m的目视范围内，航拍速度以5 km/h为宜。韩国研发了基于无人机的铁路基础设施自动化检测系统，可通过分析无人机采集的视频影像自动检测裂缝等损伤情况，并创建铁路设施的可视化检测图，损伤检测准确率达到85%以上；该系统还能够对铁路设施的图像进行自动分类，准确率超过90%，并且可以识别小于10 cm的损伤。由该系统控制的无人机，最大运行距离超过1 km，导航系统的定位精度控制在0.7 m以内。

我国铁路无人机巡检多采用固定翼和多旋翼2类无人机机型，并根据无人机搭载设备的不同，将巡检作业分为倾斜摄影测量和激光雷达测量2类。获取无人机巡检结果后，一般采用人工或智能识别技术对拍摄影像进行分析，也可进一步建立三维模型，分析巡检对象及其周边环境情况^[34]。目前铁路无人机巡检应用涵盖轨道线路、桥梁、隧道、牵引供电等铁路基础设施，同时也包括铁路沿线地质灾害、防洪地段、沿线异物侵入等周边环境隐患的排查。我国铁路无人机巡检应用情况^[34-37]如表3所示。

3.4　铁路无人机防灾与应急救援

无人机应急救援的核心在于遥感技术，其可搭载高清摄像机、热成像仪、红外夜视仪、应急通信设备等，极大满足了应急救援的各类需求^[38]。铁路在运营过程中不可避免地受到恶劣天气、不良地质和突发事件等影响，要求相关部门及时掌握现场情况并快速响应，开展应急救援工作。目前世界范围内均有利用无人机进行铁路沿线防灾检测与灾害现场应急救援的应用案例。

美国多家铁路公司在应对灾害时利用无人机进行灾情检查，辅助救灾工作。BNSF公司使用无人机对发生洪水灾害的铁路货运网络主要区域进行空中巡航检查，获取大量现场数据信息并协助制定救援计划；2023年美国俄亥俄州列车脱轨事故中，无人机在协助当地救援人员拍摄事故现场影像及视频过程中发挥了重要作用。挪威Bane Nor公司利用无人机开展基础设施灾害检测和调查工作，包括使用无人机拍摄和绘制影响铁路运营的塌方、滑坡和洪水等自然灾害地图。日本近畿铁道公司利用无人机技术建立了铁路灾情快速反应系统，可通过远程操作准确控制无人机的起降并且按照地图软件预先设计的飞行高度、速度及路线进行灾情调查。俄罗斯自2020年起为铁道兵各旅编配无人机分队，主要包括轻型无人机“超光束粒子”和通用型无人机“海雕-10”，用以勘察铁路桥梁或道路设施损毁状况，在抢险救灾过程中通过实时传输图像信息协助部队预判形势并开展救援任务。

无人机在我国应急救援领域的作用日益凸显，我国《通用航空装备创新应用实施方案(2024—2030年)》中明确指出“推动构建有人无人、高低搭配、布局合理、功能互补的航空应急救援装备体系”，目前我国铁路已应用无人机进行应急救援。如采用无人机实时图传、现场直播的方式，直接将现场实时状况传回指挥部，便于主管部门精准决策和指挥部署；借助无人机低空遥感系统，开展铁路应急测绘，及时掌握病害点灾情并作出科学预测。采用无人机倾斜摄影对地质灾害进行调查并借助网络快速发布，实现应急抢险现场高清影像的异地实时共享，满足各方远程协同指挥的需求。

可以预期，未来铁路无人机应急救援场景将进一步丰富，辅助开展轨道线路风险辨识与评估、人员搜救与定位、物资投送与运输、空中监测与二次灾害预防以及实时通信与数据传输等各项救援活动。

3.5　“低空+铁路”新兴运输服务场景

全球范围内低空物流创新运输模式迅速发展，美国亚马逊、谷歌，以及我国顺丰、京东等众多物流行业巨头已广泛采用无人机进行货物配送。然而，受限于承重能力与航程，无人机在长距离物流作业中适应性不足。同时，考虑到无人机在安全性与政策环境等方面面临的挑战，将无人机与铁路货运相结合，有望成为货物快速配送的有效解决方案^[39]。我国在“低空+铁路”货运服务场景具备先发优势^[40]，2024年，杭州率先打通“低空+高铁”物流链运送医疗物资，运输准点率可达90%以上；成都采用“中欧班列+低空物流”模式，在实现物流运输环节降本增效的同时有效降低运输链碳排放。城市轨道交通方面，2023年粤港澳大湾区首条“空铁轨联运”物流示范线启动运营，2024年深圳推出首个轨道物流驿站，通过低空无人机与地面驿站及地铁顺畅衔接的立体货运物流网络，充分盘活了城轨交通运力资源并在减少地面交通压力、助力物流绿色化、低碳化发展方面发挥了积极作用。

eVTOL的迅速兴起进一步加速了综合立体交通的发展，并带来了新的出行方式。世界各国致力于将地面交通枢纽与低空交通融合，构建立体化交通网络。2024年，日本九州铁路公司和SkyDrive宣布签署合作协议，探索空铁联运应用场景并争取在JR九州的车站和商业设施设置eVTOL起降点。大阪地铁有限公司也与SkyDrive公布了“大阪钻石路线”计划，以期实现轨道交通与空中交通服务的无缝换乘。目前，我国已开展了eVTOL与铁路、城市轨道交通的联程接驳探索。深圳于2024年6月建立了我国首个“低空+轨道”空铁联运项目并开航，该项目以深圳北站为枢纽，分别设有城际航线和市内航线，城际航线覆盖粤港澳大湾区多个城市，市内航线则可飞往深圳各区。2025年，湛江西至海口站“空铁联运”项目实现首飞，首次打造了“低空+铁路”跨海联运的新场景，将两地间通行时间从4 h以上缩短至约35 min。由此可见，低空经济为传统铁路客货运输带来了新的产业增长点，预计铁路客货场站将升级成为新的联运枢纽，低空飞行器将与铁路运输协同调度，推动交通运输向综合化、立体化、智能化方向转型。

综上，无人机作为低空飞行器中的典型代表，凭借其灵活性高、操作便捷等优势，有效克服了传统铁路工程勘测建设与巡检技术的诸多不足，在工程建设与巡检领域得到了广泛的应用^[41]。然而，无人机在铁路领域的各类应用场景下仍面临以下共性技术挑战。一是无人机精准导航与自主避障技术有待突破。铁路巡检场景和巡检任务复杂，尤其是桥梁、隧道、客运站房等基础设施存在大量狭小、昏暗空间与不可预见障碍物等问题，实现卫星信号弱覆盖、狭窄通道、昏暗或夜间环境等复杂巡检场景下无人机的高精度导航与自主避障是保证其安全飞行与高效巡检的基础。二是智能化图像识别与数据处理方法有待完善。目前现场对无人机回传的视频、图像与巡检结果主要采用人工分析与定性研判的方法，在处理效率与结果精度上仍有较大提升空间，亟需进一步深度融合人工智能、机器学习算法对无人机采集的图像及海量数据进行智能分析，提高对设施病害、设备故障、地质灾害等的精准识别、定量评估与预测能力，有效协助相关部门制定养护方案并开展应急救援决策。三是铁路沿线空域管理与飞行安全问题待解决。为保证运营安全，铁路部门对铁路沿线空域管理与无人机飞行任务的管控更加严格，但目前仍缺乏系统性的空域管理技术体系与安全监管体系。因此，应充分调研铁路空域资源与安全监管需求，在空域规划、航线设计、智能调度控制及安全监管技术等领域持续攻关，逐步推进无人机在铁路行业的规模化应用。

4　低空经济未来铁路应用场景展望

4.1　未来铁路低空经济发展重点方向

当前我国低空经济应用场景不断扩展，促进了传统交通与物流市场潜力的持续释放，尤其是以无人机为重要支撑的低空经济技术在铁路行业应用不断深入，为新时期我国铁路高质量发展提供了更多技术突破点与创新解决方案。把握世界铁路融合应用低空技术的前沿趋势，紧密结合我国低空经济宏观部署与我国铁路发展实际，展望未来低空经济在铁路领域的应用前景，初步提出了涵盖铁路基础设施、货运物流与客运服务三大板块的重点发展方向。低空经济未来铁路应用场景如图5所示。

4.1.1　铁路基础设施全生命周期低空技术体系

设计阶段，大力推动低空遥感航测、北斗卫星导航、无人机航测与智能物探技术在铁路勘测中的应用，打造空天地一体化铁路智能勘测体系，推进勘测设计数字化；建造阶段，充分发挥低空飞行器对铁路智能建造、智慧工地建设等领域赋能作用，加强无人机全自动巡检与BIM三维建模、数字孪生的技术衔接，实现对施工中各个环节的实时数据采集和远程监理，辅助工程施工数字化；运维阶段，提高铁路无人机巡检自动化水平与检测精度，扩大铁路设施尤其是对高速、重载等铁路的病害识别范围，扩展铁路无人机巡检应用专业范围，推动开展铁路无人机巡检技术在高原、高寒等复杂、特殊环境中的适应性研究，持续深化无人机在铁路自然灾害监测预警与现场应急救援中的应用，科学助力应急抢修保通决策，促进养护运维数字化。

4.1.2　“铁路干线+低空交通支线”立体货运物流体系

2022年中国民航局发布的《民用无人驾驶航空发展路线图V1.0》征求意见稿中指出“到2025年，无人机城市短距离低速轻小型末端物流配送场景将逐步成熟，城市中长距离物流配送将逐步应用”，为低空经济融入物流运输指明了方向。2024年11月发布的《有效降低全社会物流成本行动方案》指出“鼓励发展与平台经济、低空经济、无人驾驶等结合的物流新模式”。应充分发挥铁路货运在有效降低全社会物流成本中的重要作用，挖掘低空飞行器在短途运输、中长距离跨区域飞行等支线和末端物流环节的应用潜力，构建以“铁路干线为主、低空交通支线为辅”的立体货运物流网络。具体地，针对跨城长距离运输采用铁路干线货运，经由城市或区域集散中心，转移至支线中长距离运输，配合eVTOL或大中型无人机运送至社区或网点物流配送中心，最后通过小型、轻型无人机完成末端短途配送。特别是在乡村、偏远地区或交通不便的区域，通过无人机低空运输方式，结合铁路的地面运输能力，打破地域限制，提升物流效率和服务质量。此外，打造立体货运物流体系要求进一步推进低空物流集散中心与配送中心建设，完善飞行器垂直起降平台、配送管道等配套设施，构建城市立体货运物流网络，建设飞行器智能调度与管理平台，助力开创城市低空物流新模式。

4.1.3　“智能高铁+低空智能交通”新型客运服务模式

“路空一体”是低空经济与地面交通融合发展的重要体现。铁路在地面交通体系中发挥着重要的运输骨干作用，四通八达的铁路网是构建“路空一体”综合立体交通体系的重要支撑。创新“铁路+低空”的旅客运输服务模式，有望引领人们出行方式的新一轮变革。应顺应当前低空旅游发展势头，持续探索开辟“铁路+低空交通”旅客联程服务新方式，丰富交通枢纽的服务场景和产业生态，满足人民群众日益多样的出行需求。同时，逐步尝试构建以铁路为主导的“智能高铁+低空交通”新型客运服务模式，持续完善配套硬件设施建设与软件平台开发。例如，在客运枢纽等存量设施上增设起降平台、停机坪等，推动智慧车站与低空基础设施共建共享，持续完善枢纽配套硬件设施，打造新型联运枢纽；开发构建旅客联程票务系统、联程信息共享平台等软件平台，充分发挥新一代信息技术对低空飞行器路径规划及铁路运输调度的赋能作用，提高运输效率，缩短换乘时间，助力实现“30 min城市圈、60 min都市圈”的出行服务目标。面向未来，探索尝试将智能高铁与eVTOL、空中出租车等低空交通方式相配合，扩展智能高铁2.0运营阶段旅客联程运输服务体系，拓宽低空交通新型产业生态。

4.2　铁路低空经济发展潜在风险及应对策略

低空经济发展为铁路运输行业带来了效率提升、服务创新和产业升级等诸多发展新机遇，但也要清晰看到铁路低空经济发展中的潜在风险。其中，安全风险是制约铁路低空经济发展的首要因素。目前铁路无人机技术普遍存在续航能力有限、自主避障能力不强、稳定性不高等问题，增加了其碰撞与坠落等飞行事故的发生概率，直接威胁铁路线路运营安全。同时，铁路接触网附近的强电磁环境易对无人机的飞行控制产生干扰，导致失控或坠落事故，并接续诱发接触网短路失效、列车紧急制动等后果，危及人身和财产安全。此外，低空飞行器在城市区域内的物流配送过程中还面临碰撞与坠落后造成建筑损坏、人员伤亡等方面的安全风险。其次，经济风险是各类低空经济技术在铁路领域应用的重要考量因素。低空经济技术前期投入大，回报周期较长，配套基础设施建设成本高，企业投资建设存在顾虑，低空物流配送成本仍然较高，目前还未形成清晰的盈利模式等，铁路低空经济距离规模化发展还有较大差距。值得一提的是，低空经济作为新业态还未被公众广泛接受，人们对“低空+铁路”的客货运输服务新模式普遍持观望态度，尤其在环境噪声问题与数据隐私保护上存在较大顾虑，铁路低空经济发展的社会接受度风险同样不容忽视。

基于此，针对安全风险，应以保障铁路无人机技术安全可靠为基础，加强铁路空域管理与安全监管，持续完善各类标准化与法规，建立事故应急响应与追责机制，全面规范无人机在铁路领域的应用。针对经济风险，铁路行业在建设配套基础设施过程中要用好中央财政奖补资金、地方政府专项债券等现有投融资政策工具，发挥好低息贷款、PPP新机制等市场化融资工具的主体作用，拓宽低空基础设施投资项目资金渠道。同时，以“小步快跑”模式进行低空经济技术在铁路各类应用场景中的技术验证与商业化迭代更新，降低成本并拓展收益渠道，探索适合铁路行业的低空经济商业化运营模式。在社会接受度方面，可借鉴欧洲发展UAM过程中的先进经验^[18]，开展不同应用场景社会风险和经济社会效益的全面评估，了解公众对安全、噪声、隐私与环境等方面的关注程度，确保铁路发展低空经济与市场需求相适应。

5　结束语

低空经济发展浪潮中，多样化低空飞行器层出不穷，各类低空经济新技术、新产业不断涌现，为铁路运输行业带来了新机遇和挑战。目前，以无人机为代表的低空飞行器在铁路的应用前景广阔，其有效克服了传统铁路工程勘察、建设与人工巡检技术的诸多不足，已广泛用于工程勘测设计、铁路工程施工、设施运维养护、灾害应急救援等典型场景。此外，美、日、欧等国家和地区对“低空+铁路”联运的新兴运输服务场景纷纷开展顶层布局和试点探索，将空中交通与地面交通逐步融合。基于对当前国内外低空经济发展与低空经济技术在铁路领域应用场景的综述与分析，预计未来低空经济在我国铁路领域的应用场景将进一步丰富，各类低空经济技术有望全面融入铁路基础设施全生命周期各阶段，有效赋能客货运输服务全过程。进一步地，为实现低空经济技术在铁路行业的规模化应用，建议综合考虑铁路低空经济发展的潜在安全、经济与社会接受度风险，全面规范无人机在铁路领域的飞行活动，探索适合铁路行业的低空经济业务运营模式，确保铁路发展低空经济与市场需求相适应，促进铁路运输降本提质增效。

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基金资助

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题(J2024Z002)

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题(K2024Z002)