低空经济智能物流基础设施设计研究
摘要：低空经济在物流领域具有广阔发展前景，目前面临缺乏智能基础设施的问题，本文基于精益物流（Lean Logistics）理论、逆向物流（Reverse Logistics）理论，结合人工智能分拣技术，参照我国空域管理规定提出了LAEL低空经济物流智能基础设施和平台系统开发理念与开发架构，为开展低空经济智能设施设计、开发与运营提供参考。关键词：低空经济；物流；人工智能；算法
1 引言
低空经济成为我国新质生产力领域未来产业，根据《国家立体交通网络规划纲要》，到2035年中国低空经济市场规模预期超6万亿元。低空经济不仅是新的民用产业，从俄乌战场格局来看无人机在阵地战中发挥了决定性作用，改变了传统战争打法，因此也是军民融合重要战略方向。全国各地正在密集部署与策划该产业的发展，由于当前空域管理还相对比较严格，低空经济法律法规包含国家空管委发布《国家空域基础分类方法》《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》等，国家将空域划分为A、B、C、D、E、G、W等7类，其中，A、B、C、D、E类为管制空域，G、W类为非管制空域，小型物流无人机可以在W空域开展运营，这个空间基本覆盖了90%的建筑需求。相关的法律法规和规范还不完善，对于低空经济基础设施如何建设还没有形成成熟的模式，一些地方正在先行先试，比如粤港澳大湾区内无人机配送航线正在密集开通，无人机可以拓展一些常规的人力配送不能触达的场景，W空域是120m以下的非管制空域（需注册报备），具有较多应用场景。当前也存在刚性需求，比如说山区、景区、公园，产业园区、广大农村地区等，可以作为一种有效的运力补充，尤其是城市在高峰运力时段缓解运力紧张的问题。本文尝试对W空域低空经济智能基础设施与平台系统提出设计思路。
2 低空经济物流优势
低空经济本质上来说是把地面的一些产业与商业形态搬到空中再做一遍，形成这个趋势的根本动力是效益与价值，如果低空经济不能提高效率、降低成本则低空经济的发展必然是空话，而效率与效益依赖于规模经济，因此低空经济物流必然是带来时效性优势、成本优势、交通效率优势。2.1 时效性优势无人机配送不受红绿灯、交通堵塞等不确定因素的影响，速度快，民用物流无人机最高飞行高度不超过120米，速度可达每小时90公里，在小雨及5级以下风力的环境下可以正常运行。在城市地区平均配送时长约12分钟，相比传统配送模式提效近150%。尤其适用于跨海、跨江、跨山地区，以及封闭的森林公园、工业园区、科技园区等。在电商领域，外卖、生鲜的实效性要求较高的领域，送达时间就是竞争力，通常3-5KM以内的外卖效率在35分钟左右，实际如果是无人机送达回节省2/3的时间。2.2 成本优势相比于一般的航空运输，低空经济物流一般由快递物流公司采用规模化运营手段，其总成本分为固定成本与可变成本，固定成本包含起停机坪设施和无人机设备、管理系统等，可变成本是每次的飞行电费与维护费用，当前启停实施没有特殊要求，平地即可，未来可能采取建筑物顶部专用停机坪的方式，由物业公司或业主投资与运营，无人机物流集散中心一般采用电动垂直升降技术以及人力成本均较低，从而降低了物流成本。从这个角度来看，有资金与规模优势的大型快递公司、物流公司具有优势。根据中国信通院测算的数据来看，市区内无人机配送成本约为1.14元/件，前提是规模化运营之后这个成本是可以控制在低于人工配送。2.3 交通优势低空物流通过无人机等航空器在三维空间中自由穿梭，突破了传统物流依赖于地面交通的限制，实现了“立体”的运输特性。低空物流有效地缓解了地面交通的拥堵压力，尤其是在城市交通繁忙的时段和区域。交通优势的本质是遵循了城市交通发展趋势，由2D的平面交通，向三维的城市地下、城市地面、城市上空的立体交通的拓展理念，破解大城市交通病的根本出路是立体交通，而交通无非是把人或者物从A点送到B点，如果采用空中的方式，将产生至少10倍容量于地面交通的优势。2.4绿色节能优势低空经济中的许多航空器，特别是电动无人机和电动飞行器（如eVTOL），采用电力驱动，相比传统的燃油航空器，显著减少了碳排放和其他污染物排放。这种环保特性有助于实现绿色出行和可持续发展目标。能够避开地面交通拥堵，实现更快速、更高效的运输。这种高效性不仅减少了能源消耗，还降低了因交通拥堵而产生的额外排放。
3 低空经济物流基础理论与依据
LAE（Low-altitude Economy，低空经济），“Logistics”（物流），因此本文将LAEL名称代之，即下文中LAEAL代称智能物流设施，低空经济基础设施设计遵循物流端到端的设计理念，将智能分拣技术、物联网技术、无人机技术、建筑设计技术、移动通信技术、卫星定位技术于一体。3.1 效率优先本文所称物流泛指物品的运送，包含且不限于快递、邮政报刊、外卖、生鲜速递、同城速递、物品寄存等，低空经济要充分发展必然是依靠市场化原则，由运营实体企业为民众创造新的物流价值，必然是以节省成本，节省成本必然依靠的是Lean Logistics（精益物流）理论，根据第一性原则，凡是不产生直接或间接效益的资源投入都是多余的。当前快递包裹成本占物流成本的10%左右，主要是纸箱、塑料箱等材料，根据逆向物流理论，逆向物流就是从客户手中回收用过的、过时的或者损坏的产品和包装开始，直至最终处理环节的过程，通过逆向物流可以减少无人机空载率，增加运营收益。3.2 规模效益传统意义的物流依靠的是人力投送的方式，而且不同公司的物流资源互不共享，资源重复投入，本文所称物流的基础设施平台是面向所有物流形式，使其成为一个具有规模效益的综合平台，可以同时服务于快递、外卖、邮政、生鲜到家、同城速递等，根据谁投资谁受益的原则，借鉴机场运营规则，可采用出租场地的方式获取收益。3.3 系统化没有基础设施，尤其是起飞与降落的场地，低空经济就无法正常开展，对于新建住房建议采用类似人防强制配套的方式建设低空经济基础设施，由国家出台相应强制性标准规范，由房地产开发商委托相关建设单位同步设计、同步施工、同步验收；对于现有住房可以采用配套资金补贴的方式引导物业设施投入。3.4 安全环保无人机由于是在空中运行，必然带来安全的问题，包括硬件安全和信息安全，其中包括技术成熟度，软硬件安全入网的许可、运营保险等。
4 LAEL基础设施设计思路
传统物流大部分是货到小区（园区），传统物流没有解决最后100米的问题，包括物品安全性、隐私保护、存储空间、环境卫生问题。当前物流、快递、外卖一般采用就地摆放的方式，往往是在现有空间开辟，经常发生物品被盗、食品卫生问题、影响环境美观，传统物流传递柜需要占地面积，影响了地面交通、消防安全，破坏了原有园林景观设计的整体性。未来低空经济环境下，将重点是以楼顶空间作为低空物流的资源，收货方与寄货方只需要到达楼顶低空基础设施即可完成，楼顶资源的利用根据建筑物的面积设计，通常2万平米以内的楼宇可以预留出9平方空间，如果5万平米的楼宇可以预留16平米的空间即可。实现图2所示的功能：LAEL分为快递站点端与客户端，快递站点端一般设置在开阔的地面，而客户端一般设在楼顶女儿墙内；LAEL分为存储区域与无人机启停区域；无人机启停区域设置防护网以防人员触碰；停机坪带有自动升降功能与物品自动投放功能；升降平台带有黄光导航灯，增加光线云雾穿透的功能。
图2 智能物流基础设施设计示意图
根据《中国建设报》相关报道，由住建系统承担的房屋建筑和市政设施普查，全国有6.6亿栋城乡房屋建筑，其中10%为城市建筑，约6600万栋，按照每栋楼投资10万元计算，预计将直接拉动6.6万亿投资，当前居民楼、商务楼宇的楼顶空间主要应用于空调室外机、冷却塔、电梯间、排烟、排气、太阳能等功能，大部分仍然还有剩余空间，这部分空间恰好可以为低空经济所用，尤其是在人口密集城市地区，且大部分楼顶空间当前存在脏乱差的问题，通过开发楼顶空间，增加楼顶绿化，美化楼顶空间，改善了办公与居住体验，有条件的楼宇甚至可以开发出eVTOL垂直升降载人停机坪，作为地面交通的有益补充。
5 LAEL低空经济智能物流管控服务平台架构
5.1 概述
LAEL低空经济智能物流管控服务平台可以按照云原生部署的方式，以提升平台的安全性和扩展性，可分别从从底层基础设施、管理与服务组件、软硬件平台层加以分类，主要的应用方为城市低空经济运营管理公司，代理LAEL管理的角色。
图3 LAEL低空经济智能物流管控服务平台架图
5.2 SaaS层
应用平台与服务也是SaaS管理模式，对于低空经济来说，涉及到低空经济管理者、提供服务的企业、操作人员、运维人员、自然人、空域管理者等，类似民航机场的运营模式，楼顶与地面基础设施由低空经济管理者统一运营，类似民航的机场服务，只不过这里机场为小型的LAEL。数字孪生大屏：这是平台的主要展示界面，用于集成和展示各种低空经济相关数据和信息，方便管理一屏统管、一屏观全城，也可以面向低空经济指挥中心提供服务。通过飞行服务小程序，为飞行相关服务提供便捷的用户界面，包括航班查询、飞行预约、费用支付等功能。这里航班用在物流领域就是每次飞行活动的编号，有且唯一的编号。空域管理：负责低空空域的规划、分配和管理，确保飞行安全。航道的设计与管理，统一航道编码，飞行器可以输入航道编码自动到达目的地，无需人为额外操作。飞机监管服务客户端用于对飞机进行实时监控、调度和管理。告警与协助救援：实时监控低空活动，及时发现异常并提供紧急告警和协助救援服务。反无人机监测系统专门用于检测和跟踪无人机，防止其干扰正常飞行或造成安全隐患。低空安全管控软件平台集成各种安全管控功能，确保低空经济的稳定运行。空中交通流量管理优化空中交通流量，避免拥堵和冲突。航道管理、飞行保险管理、飞行器管理、操作人员管理等：这些模块分别负责航道规划、飞行保险服务、飞行器监管和操作人员培训等。5.3 PaaS层PaaS层提供各类管理与服务组件：物流服务接口、快递服务接口、外卖服务接口等：这些接口为低空经济提供物流支持，实现快速、高效的货物和食品配送。包括物联中台组件、天气服务组件、飞行态势共享组件、认证与授权组件等，为平台提供全面的管理和服务支持。数字孪生城市、大模型组件、3D数字地球组件：利用先进的技术和组件构建虚拟的城市模型和数字地球，为低空经济管理提供数据支持。空域编辑与可视化：提供空域的编辑和可视化工具，方便用户直观地查看和管理空域。5.4 IaaS层通过各种感知网关和传感器（如室外位置感知网关、图像感知网关、天气感知网关等）收集实时数据，为平台提供准确的数据支持。
基础设施层：包括通感一体基站、低空经济专用卫星、地基增强系统等，为平台提供强大的基础设施支持。TOC启停服务站、TOB启停服务站、充电站、维修点等则为飞行器提供必要的启停、充电和维修服务。
6 总结与展望
低空经济物流发展前景广阔，充满无限潜力。随着无人机技术的快速发展和国家对低空经济的政策扶持，低空物流正逐步成为现代物流行业的重要发展方向。未来，低空物流将以其高效、便捷、低成本的优势，在医疗急救、快递配送、城市空中交通等领域实现广泛应用，并带动相关产业的融合发展。同时，低空物流也将面临基础设施建设、安全保障、政策监管等挑战，需要行业内外共同努力，推动低空物流经济高质量发展，为我国现代物流行业的提质增效降本提供重要支撑。
备注：文章发表于智慧中国2024年10期
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作者简介：唐怀坤（1981－），男，高级经济师，硕士研究生学历，研究方向为低空经济基础设施规划设计、数据资产交易模式。
公司始建于1963年，系致力于通信、建筑、信息化、电力、节能环保的咨询、设计、研究与实施的国家级重点高新技术企业，住建部、工信部等政府部门国家标准和行业标准制定单位之一，通信运营商集团总部主要技术支撑单位。国家发改委认定的国家企业技术中心，江苏省省长质量奖获奖单位。公司以“国内一流、国际有影响力的智慧服务创新型企业”为愿景，多年来潜心传承智慧网络，创意与灵感构建无穷想象。公司定位于“智慧服务创新型企业”，以中国通服智慧城市工程院为载体，智慧城市总承包建设能力处于国内领先地位。地址:江苏省南京市楠溪江东街58号网址:www.cicdi.com联系电话:025-52868888
供稿|唐怀坤
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