The Development of Low Altitude Airspace Safety Management Driven by New Quality Productivity: A Low Altitude Airspace Safety Management System (LASMS)Conceptual Framework of Urban Air Mobility
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摘要: 安全是低空经济发展的前提和底线，未来低空空域运行的安全监管难题备受重视。针对城市低空空域安全管理面临空域复杂性高、飞行器种类繁多、空域使用密度高、网络安全和数据隐私隐患多、系统集成和互操作复杂、法规标准差异大等难题，考虑航空安全管理（safety management systems，SMS）安全监管对象从单一到多元化，从事后管理向及时管理发展趋势，提出城市低空安全管理系统（low-altitude safety management system，LASMS）的概念构想，包括低空运行角色与框架、城市空中交通（urban air mobility，UAM）安全水平指标、低空风险识别、风险监测、风险评估与风险缓解，核心是安全风险管理。在管理方式和运行模式上，通过多域融合、分布式架构、数字化监控、缓控机制等手段，满足未来低空运行快速响应需求，提高自主性和自动化，增强飞行前、飞行中和飞行后主动管控和飞行中近实时安全管控。最后，讨论了新质生产力以技术创新驱动LASMS发展及航空安全管理与运行模式创新的重点方向。LASMS的引入将为低空安全监管提供新思路和新方法，以助力未来低空空域安全、高效、持续的发展。
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关键词:
- 低空空域安全管理 /
- 航空安全管理体系（SMS） /
- 城市空中交通（UAM） /
- 城市低空安全管理系统（LASMS） /
- 新质生产力
Abstract: Safety is the prerequisite and baseline for the development of the low-altitude economy, and the challeng-es of safety supervision in future low-altitude airspace operations are receiving increasing attention. Addressing the difficulties faced in urban low-altitude airspace safety management, such as high airspace complexity, a wide vari-ety of aircraft types, high airspace usage density, numerous cybersecurity and data privacy risks, complex system in-tegration and interoperability, and substantial differences in laws, regulations, and standards. This paper considers the evolving trend in aviation safety management systems (SMS), which is shifting from single to diversified super-visory targets and from post-event management to real-time management. It proposes a conceptual framework for an urban low-altitude safety management system (LASMS), encompassing operational roles and structures for low-altitude airspace, safety performance indicators for urban air mobility (UAM), identification of low-altitude risk sources, risk monitoring, risk assessment, and risk mitigation. The core of LASMS is safety risk manage-ment, which emphasizes the identification, monitoring, assessment, and mitigation of risks to achieve near-real-time safety supervision of low-altitude aircraft throughout pre-flight, in-flight, and post-flight phases.In terms of manage-ment approaches and operational models, LASMS integrates multi-domain collaboration, distributed architec-tures, digital monitoring, and mitigation mechanisms to meet the rapid response requirements of future low-altitude operations. It enhances autonomy and automation, strengthens proactive safety control before and after flights, and ensures near-real-time safety management during flights. The discussion highlights key directions for the develop-ment of LASMS, driven by New Quality Productivity through technological innovation, alongside advancements in aviation safety management and operational models. The introduction of LASMS offers new perspectives and meth-odologies for low-altitude safety regulation, supporting the safe, efficient, and sustainable development of low-alti-tude airspace in the future. -
图 1 ICAO SMS框架
注：SMS特点包括系统性、预防性、数据驱动、全员参与和持续改进，目前应用范围广泛，涵盖了航空公司、空管部门、机场和制造商等多个领域。
此外，ICAO还公布了各国的安全管理要求，要求各国制定国家安全计划（State Safety Programme，SSP），以便在其民用航空系统中实现可接受的安全性能。Figure 1. ICAO SMS structure
图 7 低空运行风险视景图（图源：NASA）
Figure 7. Low-altitude operation risk scenario map(Image source: NASA)
表 1 低空经济相较传统运输航空、传统通用航空的发展趋势
Table 1. The Development Trend of Low-altitude Compared to Traditional Transportation and General Aviation
比较对象 空域条件 管理对象 管理模式 飞行规则 风险源（危险源） 航空安全管理 应用场景 航空器类型 事故致因 对地面的安全关注度 传统运输航空 6 000 m以上 载人、货运 大型客、货机等有人机（具备完善的飞行控制系统和机载设备） 高度集中的空中交通管理模式，空中交通管理部门和民航管理部门进行统一管理 飞行规则体系完善，由国家空管部门制定和执行 有人机自身系统故障；通导监设备失效；气象突变等 忽略 传统SMS 传统通用航空 1 000~3 000 m 空中通勤、航空旅游、飞行培训等的非商业运输飞行 固定翼、直升机（机载设备相对简单） 在相对空旷的空域运行，执行较为宽松的管理模式，主要由飞行员自行管理，做飞行备案，空管部门提供辅助服务 特定环境作业（多为空旷区）；飞行规则相对简单，由飞行员自行遵守，空管部门提供辅助服务 飞行器自身故障；人工操作失误；气象突变等 较低 传统SMS 低空经济 1 000 m以下（尤其120 m以下） 城市空中交通、低空物流、航空救援、低空文旅、农业植保、城市治理、无人机监测等多场景 eVTOL、飞行汽车、无人机（机载设备高度自动化发展） 探索空中交通管理部门、民航管理部门和地方管理部门协同管理；需要采用高度智能化的自动化管理模式，利用AI等技术进行实时监控和指挥，以应对高密度、高复杂性的飞行场景 直接覆盖地面人群和基础设施；需要制定更加精细化的飞行规则，以适应高密度、高复杂性的飞行场景，并确保飞行安全 （非合作目标）混合空域空中碰撞；楼宇、加油站等地面物理特征和功能特征影响；撞击地面人口密集区; 城市微气象、风场变化等 非常高 向更加智能化、自动化、精细化的低空安全管理系统发展 
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表 2 SMS事后管理向及时管理发展趋势
Table 2. The development trend of SMS post management towards timely management
比较对象 概念沿革 相同点 沿革动因 管理方式 空域属性 管理对象 管理办法和规则 国外 SMS（2006年） 理念相同（提高航空安全） 主要原因是AAM/UTM对航空安全管理的挑战 美国：由FAA负责统一监管；欧洲：由EASA负责 中、高空空域 主要针对传统有人机 强调系统化的安全管理，包括安全政策、安全风险管理、安全保障、安全政策和程序的制定、安全监督与审核以及安全文化的培养相对静态，需要大量人工参与遵循ICAO的民用航空安全管理规范 ISSA（2018年）与IASMS（2020年） 中、低空融合空域 无人机和其他先进航空器 需要更灵活的空域管理规则，依赖于高度自动化的系统，减少人工干预
探索和制定适用于AAM/UTM的空域和飞行模式规则中国 SMS（2009年） 一方面，应对UAM和低空经济高速发展带来的航空安全管理的挑战；另一方面，实现国内低空经济跨越式发展和弯道超车 空中交通管理部门和民航管理部门分块管理 中、高空空域 针对传统有人机的运输航空和通用航空 人在回路管理模式，主要依靠人工决策，事故或事件预警和响应速度较慢。更注重对事故或事件的分析和评估，而缺乏对潜在安全风险的预警和预防机制
遵循CAAC的民用航空安全管理规范LASMS概念构想（本文提出） 探索空中交通管理部门、民航管理部门和地方管理部门协同管理 涉及G、W空域，尤其复杂城市低空空域 支持无人机、eVTOL等其他先进航空器混合空域的安全高效运行 建立低空空域管理机制，强化军民地空域协同管理。探索及时、高效、快速响应的空域安全管理系统
探索和制定适用于中国UAM发展的空域和飞行模式规则
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表 3 低空关键风险源（危险源）
Table 3. Low-altitude key risk set
类别 风险源（危险源） 监测技术手段 风险缓解 系统故障和技术操作类 飞行器故障 飞行器组件故障（如：电池、电机和螺旋桨等）系统可靠性（如：GNSS、IMU等传感器失准或损坏；信号丢失；射频干扰等）
命令和控制（C2）通信链路中断（如：与地面控制站之间通信链路中断；与其他飞行器间通信丢失，影响协同飞行）系统健康预测；数据服务报告 飞行器健康监测系统持续评估 操作失误 操作技能不足或操作失误缺乏有效的应急操作程序实际操作时延
蓄意干扰（如：黑客攻击通信链路等）飞行数据记录与分析；实时监控系统；操作技能评估 操作培训
建立应急预案库和操作程序
应急演练
操作系统监控并评估程序风险 低空飞行器操作流程、飞行管理程序或软件算法中的缺陷和错误所引起的风险 异常检测；预测性维护 通过系统级数据分析可以检测到导致安全风险的意外后果，从而为新的安全增强提供信息通过更多的信息交换源和传感器功能可以避 物理风险 鸟击等空中撞击 传感器感知；数据源交换 通过更多的信息交换源和传感器功能可以避免野生动物（鸟击等）和/或恶意动因风险 环境因素类 气象 风切变和乱流（如：城市楼宇造成的风向和风速突变；气流不稳定导致飞行器失控）
极端天气事件（如：雷电对飞行器电子系统的破坏；暴雨和冰雹对飞行器结构、性能和能见度的影响）天气情报数据接收；气象预测；实时气象 出发前检查飞行计划，了解当前和天气预报（包括温度、风向、强度和阵风、对流天气、雨量和霜冻）；城市飞行计划的微观天气预报飞行中实时天气报告，以更新飞行计划 城市环境和地理障碍 城市建筑等障碍物碰撞和信号遮蔽（如：与建筑物、架空线路的碰撞；密集楼宇的信号遮蔽和视线受阻） 路线冲突解决模块；增强地理数据库服务 飞行计划考虑空域图、地图以及其他地理信息产品上的已知障碍物分布特征，以确保安全的横向和垂向距离
感知和避撞系统监控飞行计划的操作轨迹，以检测需要规避的意外障碍电磁干扰（如：城市高楼大厦的电梯、通信链路等产生的电磁干扰；城市无线电频率拥挤） 电磁干扰模块 电磁干扰建模
操作系统监控并评估射频干扰是否会中断通信地面特殊敏感区（如：禁飞区、加油站、政府机要区、医院和学校等） 需求地理信息数据；增强地理数据库服务 飞行计划考虑空域图、地图以及其他地理信息产品上的已知敏感区分布 山丘、树木等自然障碍物 感知和避撞系统监控飞行计划的操作轨迹，以检测需要规避的意外障碍 网络风险 网络环境造成的威胁或飞行故障 历史数据；网络监测 通过主动和被动的方法来识别和缓解网络安全威胁或故障
专用网络和协议可以标准化和分段，以限制这种风险的潜在传播社会接受度 隐私侵犯 邻近威胁服务；人员伤亡风险评估；无人机系统可靠运行架构路线冲突解决模块；安全迫降技术 飞行器按照飞行计划中规定的或飞行过程中更新的信息（例如：飞行路线的更改或第三方风险评估）保持与人员和移动飞行器周围的安全横向距离 公共安全（如：飞越地面移动人群和车辆；飞越空中移动飞行器） 噪音 适用于各种飞行器的垂直升力技术噪声模型 基于各种机型的噪声建模和验收测试的程序调整或限制 空中交通管理类 飞行器相撞风险 空域拥堵（如：无人机与有人机在混合空域操作；无人机集群作业时的相互避撞）
空中交通管制失效（如：系统的技术失效；管制员监管失利等）
航迹冲突（如：飞行计划冲突；飞行计划变更通知不及时等）冲突检测；动态监视；密度预测 空中导航服务提供商（air navigation service provider，ANSP）实时操作系统提供风险感知和规避警告，以确保远离其他飞行器，并在与其他飞行器和无人机服务供应商（UAS Service Supplier，USS）/ ANSP网络通信时传达操作机动 飞行路径规划风险 航路设计不合理（如：未规避加油站、学校等低空敏感区域） 飞行计划；航迹风险预测和评估 机载实时操作系统提供风险检测和规避警告，确定远离其他空中飞行器的操作，并在与其他飞行器和USS /ANSP通信的同时执行这些操作 实时动态调整不灵活（缺乏实时空域信息和交通数据的集成；飞行路径调整机制不灵活） 历史数据；监视服务 在批准空域之外飞行 飞行备案；飞行监视 飞行器遵守批准空域或遵循批准的备案飞行计划 法规与监管类 法规与标准不完善 低空运行法律法规滞后（尤其对eVTOL等新型飞行器）
安全标准缺失（针对不同类型的低空飞行器，缺少分类安全管理标准）法规标准库 依据低空运行特征，完善法规标准和安全监管体系 安全监管体系不完善 监管能力欠缺（如：当前无法满足低空实时监控；正在初步探索新兴技术应用）
应急响应缺陷（如：应急程序未建立；应急响应有时延）监管服务；应急服务
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图(9) / 表(3)
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