引 言
“十五五”时期是我国实现全面建设社会主义现代化国家征程的关键节点,“十五五”规划纲要明确提出要“发展新质生产力”“培育壮大战略性新兴产业”,并将“低空经济”纳入重点发展方向之一。以无人机、轻型运动类航空器、eVTOL等低空飞行活动为核心的低空经济,融合了高端制造、飞行运营、基础设施保障和综合服务,正深刻改变着传统行业的作业模式。水利行业业务范围广、环境复杂、风险高、精准化管理要求高,与低空技术机动灵活、高效精准、可触及性强等优势高度契合。推动低空经济与水利领域的深度融合,不仅是响应国家发展战略的具体实践,更是切实解决传统水利作业难题、推动水利治理现代化的重要举措。目前,低空经济在水利领域的应用已逐渐进入规模化、规范化发展的阶段,但在空域管理、标准体系构建、成本效益、技术适配等方面仍存在诸多问题。本文旨在系统总结“十四五”以来及“十五五”开局阶段低空经济在水利领域的应用现状,结合国家发展和技术层面分析目前所面临的挑战,为其未来进一步发展提出相应的策略和方法。
引政策背景与市场驱动
近年来,中央和地方政府陆续出台了一系列关于低空经济的政策文件,开展了许多融合探索,促进了低空经济的应用和发展。
（一）相关政策支持
1.国家战略层面
“十五五”规划明确将低空经济视为“经济增长新引擎”,要求“推动低空装备产业创新发展,拓展低空技术应用场景”。2021年的《国家综合立体交通网规划纲要》中首次明确提出要将“低空经济”纳入国家规划,2023年中央开展的经济工作会议将低空经济列入战略性新兴产业,2026年“低空经济”第三次写入《政府工作报告》,“十五五”期间国家政策更是高度支持“低空经济”的发展。国家发展改革委新设立了低空经济发展司,专门负责规划协调该产业的发展;中国民航局成立低空经济工作领导小组,明确职能和规划;工业和信息化部(以下简称“工信部”)加速构建低空领域的标准体系;自然资源部、水利部等部门也积极推动低空技术在本领域的融合应用。这些政策的提出、部门的高度响应均推动和保障了低空经济在水利等领域的规模化、标准化应用。
2.水利行业层面
工信部、科学技术部、财政部、中国民用航空局于2024年联合印发的《通用航空装备创新应用实施方案(2024—2030年)》明确提出,要拓展通用航空在应急救援、公共服务等领域的应用,其中包含水利监测与巡查,这为低空经济服务于水利行业提供了顶层设计支持。“十四五”期间,水利部加速构建智慧水利体系,推动实现“天空地水工”一体化监测感知。针对天空维度,主要依靠卫星遥感和低空航空遥感,而无人机等低空平台作为“天空地”感知网络中的重要一环,因成本相对可控、部署灵活、可穿透云层、影像分辨率高等优势,已经成为填补卫星遥感与地面监测之间空白的关键技术。步入“十五五”,水利领域进一步深化低空技术创新应用。2026年全国水利工作的会议上,李国英部长明确提出要“加快新型监测技术装备研发应用,全面实时动态采集水利治理管理对象数据,推动实现全覆盖、全空间、全要素、全天候监测感知”,这为低空技术在水利工程巡查巡检、防汛抗旱、河湖管理、水文探测等场景的规模化应用提供了强有力的方向指引。
3.市场驱动方面
市场力量也是推动低空经济在水利领域应用的重要因素。在成本效益方面,众多低空行业相关的企业公司争相发展创新,低空产品在性能逐渐提升的同时价格也在逐年下降。以大疆、极飞、纵横股份等为代表的国内企业,在飞控系统、飞行平台、任务载荷(高分辨率相机、激光雷达、合成孔径雷达等)、数据处理软件等技术方面不断优化创新,低空产品应用的成本和性能更优化,门槛降低。例如,能够垂直起降的国产固定翼无人机在水利测绘方面已经实现垂直应用,并针对不同场景进行细化。在技术层面,近年来5G/6G通信、人工智能、边缘计算、云计算等技术空前发展,它们与无人机的深度融合为无人机的数据传输、实时通讯、检测识别、数据分析等方面提供保障和技术支持,也提升了数据采集和分析的自动化水平。eVTOL技术的进步,则为未来重型物资运输、长距离河道巡测等应用场景提供了可行性路线。低空经济在市场需求和技术发展的推动下,正加速与水利领域深度融合、共同发展。
低空经济在水利领域的应用实践及其优势
（一）低空经济在水利领域的应用场景
低空技术以其精准、高效、安全等优势特点,广泛应用于水利领域,年应用项目规模与无人机投入数量保持约20%的年均增速。特别是在大型水利工程、流域管理中,无人机巡查已逐步成为常态化作业方式。
1.水利工程巡检与安全监控实现自动巡航
水库大坝、堤防工程等水利设施的传统巡检主要依靠人工徒步、车辆巡查、驾船巡查等地面方式,这种巡检作业方式效率低、风险高、灵活性低且存在视觉盲区。低空技术的应用大大提升了水利领域的巡检效率、安全性和机动性。无人机可选择搭载可见光相机、红外热成像仪、多光谱相机、激光雷达等传感器,按照预先设定的航线巡逻,也可在工作人员操作下手动驾驶巡逻,根据实际需要搭载不同传感器拍摄对应的数据信息。
相比于人工巡测,无人机可高效获取全方位多视角的工程信息,实现了从“人巡”到“机巡”、从“间断性”到“连续性”、从“二维”到“三维”的变革。例如,安徽省龙河口的引水工程线路复杂、地形多变,传统人工巡检5公里需要2周时间。而引入无人机巡检系统后,1天之内即可完成全线飞行,时间成本大幅降低。并且无人机巡检可以通过对比不同时期的影像和三维模型,精确识别厘米级甚至毫米级的阀井盖板位移、地表沉降、边坡滑塌等变化,迅速做出预警响应。2025年3月,无人机巡检系统通过AI自动比对,成功预警了一处可能因周边施工影响导致管道压力增加进而破损的风险,避免了可能发生的爆管事故,体现了其在水利工程预警中的价值。
黄河水利委员会河南局在黄河下游的重要堤防部分采用了无人机巡检的作业方式,一方面利用无人机雷达扫描生成的高精度数字高程模型(DEM),准确计算堤防断面的尺寸、土方量,监测河道淤泥堆积和滩岸冲刷情况;另一方面运用无人机采集的可见光遥感图像,在目标检测算法的识别下,自动定位并识别堤防表面的渗水点、裂缝、洞穴等工程缺陷。在2024年的汛前检查中,无人机在郑州黄河段巡检时发现一条长约15米、宽约2厘米的纵向裂缝,在地面核实预警后及时进行了加固处理,消除了安全隐患。
相比传统的人工测量巡查,低空产品的巡检效率能够提升十倍乃至数十倍,且能获取全覆盖、无死角高实时性的数据,为地质灾害和工程隐患的预警提供了科学依据。
2.防汛应急与灾害分析实现瞬时响应
洪涝、干旱等灾害往往有着突发性强、危害性大的特点,需要高效及时的应急响应。传统应急响应措施往往囿于时空障碍,在速度和效率上难以取得突破进展,而低空飞行器以其响应迅速、机动灵活性高、不受地面交通限制等优势,在灾情侦察预警、实时通信、物资投送等方面发挥传统应急响应难以达到的作用。
灾情发生后,无人机可迅速飞往受灾区域上空,通过搭载的传感器采集灾区详细情况并实时传输给中控平台,获取淹没范围、水深、受灾程度、工程险情等第一手信息;通过搭载通信基站,无人机还可充当“空中中转站”,帮助灾区与外界的即时联系;中型、大型无人机的负载能力强,可向被困区域投送救生器材、药品、食品等应急物资。2025年7月应对京津冀地区特大暴雨洪涝灾害过程中,长续航高航程的高空无人机在通信中断的区域上空持续盘旋,建立起超过50平方公里的临时通讯网络,为被困群众与外界联系定位和救援指挥提供了关键的通讯保障。同时,多架中、大型无人机飞行上百次,向交通阻断的受灾区域投递食品、药品等应急物资,累计超过870公斤,解决了灾害中困难的“最后一公里”的物资输送难题。
灾后重建中,无人机航拍影像则能够快速生成灾区高清影像图和灾情分析图,为灾情评估和恢复重建提供了数据支持。2024年江西省鄱阳湖区抗旱行动中,无人机搭载高光谱成像仪,在鄱阳湖区域上方大范围飞行,通过分析植被指数和土壤水分光谱特征,快速反映土壤的墒情分布,精准评估旱情发展态势,为水资源调度和抗旱措施制定提供了科学依据,相比于传统的地面取样作业更高效安全、覆盖更广。
3.水文测量与水资源调查实现精准透视
传统水文测量依赖测船、铅鱼、声学多普勒流速剖面仪(ADCP)等,在险峻峡谷、浅滩激流等复杂水情下作业风险高、难度大。低空技术利用大型无人机吊载ADCP进行水面以上测流;通过无人机搭载高清相机进行视频测流(PIV)技术,分析水面漂流物速度推算表面流速;利用无人机雷达进行水下地形测量,为水文测验提供了新的解决方案。
黄河水利委员会水文局在潼关、花园口等测验条件复杂的水文站开展了大型无人机吊载ADCP的比测试验。无人机悬停于测流断面上空,将ADCP沉放至水下指定深度进行测量,成功获取了主流线流速分布数据。这种方法有效规避了船只航行风险,尤其适用于汛期流量大、流态紊乱的测验环境,实现了“测得到、测得准、报得出”的安全测验目标。南水北调中线工程针对长距离输水、水质安全要求高的特点,利用固定翼无人机进行常态化渠道巡线,通过可见光和高光谱相机监测水面漂浮物、水色异常等情况,并使用无人机搭载小型水质传感器进行水面采样和水质快速检测,提升了水源污染问题的主动发现和快速处置能力。
4.河湖管理与水政执法监察实现精准取证
利用无人机进行定期或不定期的河湖巡查,可以自动识别、定位、取证非法采砂、违章建筑、非法排污等涉水违法行为;通过不同时期影像对比,监控河湖“四乱”(乱占、乱采、乱堆、乱建)问题的动态变化,为落实河长制湖长制、加强河湖空间管控、打击非法采砂、侵占水域等行为提供了高效的技术手段。
长江水利委员会联合沿江省市,在部分重点江段布设了无人机自动巡航监控系统,在夜间或清晨等非法采砂高发时段进行自动巡飞,通过热红外相机识别隐藏在黑暗中的采砂船作业热源,并自动录像取证,有效弥补了人力巡查的不足,对非法采砂行为形成了有力震慑。太湖流域利用无人机高光谱成像,对太湖重点湖区进行高频次飞行,精确监测蓝藻水华的分布范围、密度和叶绿素a浓度,实现水华的早期发现和预警,为蓝藻打捞处置提供了精准导向。
（二）低空经济应用于水利领域的优势
低空技术之所以能在水利领域迅速推广并展现出巨大潜力,是因为其相较于传统作业方式所具有的巨大技术优势。这些优势不仅体现在单项工作效率的提升,更在于其对水利业务全流程的优化。
1.高效率与广覆盖
传统水利巡查、测量等工作高度依赖人工,如徒步巡视大坝堤防、驾船进行水文测验,存在效率低下、周期长、覆盖面有限等固有瓶颈。应用低空技术则能有效克服这些问题。当前工业级无人机巡航速度可达80-120公里每小时,续航时间从几十分钟到几小时不等,这一高时速高续航的特点使无人机作业的覆盖能力和效率远高于人工。举例来说,对于一段100公里长的河道,人工徒步巡查可能需要数天或者数周,而一架无人机可以在数小时内完成对河道的巡检,并且获取多样的数据信息,覆盖区域包括河道主流线路、滩区、堤防内外坡等。
低空技术高效率、广覆盖的特性,让高频率常态化的水利巡查巡检成为可能,特别适用于大型水库库区、跨流域调水工程、全流域水土保持调查、水资源普查等大型作业场景,为水利治理能力现代化提供了有力支撑。
2.高精度与精细化
除了覆盖广、效率高的优势以外,低空技术还能做到“准”和“细”。低空产品能够搭载高分辨率光学相机、多光谱/高光谱相机、红外摄像头、激光雷达(LiDAR)以及合成孔径雷达(SAR)等,帮助获取目标范围厘米级的精细信息。例如,激光雷达可以穿透地表植被,直接获取高精度的数字高程模型(DEM),用于河道淤积监测、水库容量计算、地形变化分析等。倾斜摄影测量技术能够生成高精度的实景三维模型,用于精准测量水利设施的尺寸、体积、坡度等参数,并通过自动对比不同时期生成的模型来识别毫米级的地表位移、裂缝、渗漏湿斑等变化。
相比于人工宏观的观察和主观的判断,低空产品能够更精细化的测量、感知和分析数据,为提高水利工程安全管理的科学性和可预测性提供科学精细的数据支持。
3.高安全性与人本关怀
水利工作常面临水下探测、汛期抢险、暴雨侵袭及滑坡崩塌等作业场景,对作业人员的人身安全构成威胁。低空技术的引入,能够代替工作人员前往危险作业区域,实现作业主体与危险环境的物理分离,提高水利行业工作人员的安全保障。
通过无人机替代人员进入高风险区域的“人机分离”作业模式已经有了一定的现实实践。在汛期,无人机可以替代探查人员进行危险汛段的勘察;如果有险情发生,无人机可以第一时间飞往洪水、滑坡、溃口等危险区域上空,通过摄像头实时拍摄并传回现场画面,为专家远程指挥决策提供即时准确的影像依据,避免了工作人员近距离侦察可能带来的伤亡风险。
这种以机器替代人工执行高危任务的方式,极大降低了安全风险,体现了“以人为本”的关怀,从根本上提升了水利行业安全生产水平。
4.强机动性与快速响应
无人机有着较好的灵活性和机动性,对起降场地要求较低,起飞后能够快速到达峡谷丛林、沼泽滩涂以及受灾后道路中断而难以到达的区域。正是基于这一优势,无人机在灾害防御和应急抢险中扮演着不可替代的角色。一旦发生险情,无人机能够立刻响应起飞,在最短时间内抵达险情现场。在受灾区域,无人机能够迅速侦察灾情、评估损失、定位被困人员,还能搭载信号传输装置作为中转平台作来恢复灾区通信,甚至能够直接投送应急物资。
这种强大的机动性和快速响应能力,为抢险救灾赢得了宝贵时间,显著提升了水利部门应对突发事件的处置效能。
5.数据集成与智能决策
无人机不仅是数据采集工具,更是连接“天空地”一体化感知网络的关键节点。它能够实时获取到多源、海量的空间数据,并通过5G通信等技术实时传输至云端,从而可将数据无缝集成到“水利一张图”和数字孪生流域平台中,通过人工智能、大数据分析等技术,将无人机数据与卫星遥感、地面监测站网、视频监控等数据融合,实现数据的深度挖掘和智能解译,进而自动识别堤防险情、智能提取洪水淹没范围、精准预估土方工程量、动态预演洪水演进过程等功能。
无人机已经从单纯的数据提供者,提升为支撑水工程优化调度、灾害模拟预演、水资源精准配置等智能决策的“大脑”,低空经济也因此成为驱动智慧水利从概念走向落地、从数字化走向智能化的核心引擎之一。
水利领域应用低空技术面临的挑战及其应对措施
（一）低空技术用于水利领域的困境
目前低空技术在水利领域已有较多应用,但仍面临着来自系统管理、标准制定、技术瓶颈、经济效益人才支撑等多方面的挑战。清晰认识并系统突破这些困境,是推动低空经济在水利事业规模化、深度化融合的关键。
1.空域管理体制机制亟待创新
当前,我国的空域管理规则主要基于有人驾驶航空器制定,形成了以事前审批为核心的严格管控模式,审批流程往往繁琐耗时,应对灾害防御、工程险情巡查等紧急水利任务,可能导致错过险情处理的最佳时期,也限制了无人机“随时发现、随时起飞”快速响应特性的发挥。此外,由于江河湖泊有着流域性、跨行政区的特点,无人机在巡检、测绘和执行应急任务时经常需要跨区域飞行,不同地区空管审批标准、流程和信息互通水平差异,也将导致跨区域水利低空飞行任务协调成本高、不确定性大。
尽管“十五五”规划明确提出要优化空域管理,支持低空经济发展,但具体到水利行业,如何建立与防汛应急绿色通道相适应、与日常运维业务需求相匹配的协同管理机制、如何切实落地相关实施细节、建立规范的操作流程等,仍需进一步商讨改善。
2.应用标准规范与数据安全体系尚不完善
标准规范是技术大规模应用发展的重要保障。水利行业现行技术规范,如《水利水电工程测量规范》《水文测验规范》等,主要适用于传统的人工测量手段,还未建立低空技术相关规程和标准。比如,在数据采集层面,尚需建立飞行器选择、航线规划相关规范标准;在数据处理层面,对于通过低空技术生成的实景三维模型、正射影像图、数字高程模型等成果的精度、质量评定缺乏权威规定,限制了数据成果在工程设计、安全鉴定等业务中互认互通和直接应用。更为关键的是数据安全问题,无人机采集的高分辨率的水利工程地理信息、高清正射影像等数据可能涉及国家安全和敏感基础设施信息,低空技术应用于数据采集、传输、存储和使用等环节,均需建立起一套完善的安全管控体系,以有效规避数据泄露的风险,切实保障国家安全。
3.技术成熟度与特殊环境适应性有待提升
水利作业环境通常十分严苛,常面临大风、暴雨、高湿度、盐雾腐蚀等挑战,这对无人机平台和任务载荷的可靠性与适应性提出了极高要求。目前,多数无人机在抗强风、防暴雨、防腐蚀方面的性能仍然不足,导致在恶劣天气下无法正常作业或设备损耗加快、寿命缩短。
从任务载荷看,传感器的性能在复杂环境下也面临挑战。例如,光学相机在雨、雾、霾天气下成像质量骤降;激光雷达对水体穿透能力有限,难以获取浑浊水体下的地形信息;声学多普勒流速剖面仪(ADCP)在无人机吊放作业时,受无人机悬停稳定性、水体表面波动影响,测量精度和稳定性有待进一步验证。
从数据分析看,基于人工智能的智能识别算法,如识别堤防裂缝、管涌的准确率和泛化能力仍需提升。当前算法多在特定场景、高质量数据下训练,面对光照变化、物体遮挡、复杂背景等现实条件时,误判、漏判情况时有发生,距离全自动、高可靠的业务化应用尚有差距。
4.经济可持续性与商业模式需探索
经济可行性是决定低空技术在基层推广应用的关键。低空技术的引入和运维往往涉及高昂的成本,除了无人机本身的成本以外,无人机的专业载荷、数据处理软件等的价格也都较高。除此之外,低空设备的定期维护保养、培训专业飞手和数据处理人员等环节也是不小的成本支出,经费相对紧张的市县水利部门将面临较大财务压力。
目前低空技术的应用更多依赖于财政资金的一次性投入,缺乏多元化、可持续的商业模式。如何通过政府购买服务、设备租赁、数据增值服务等方式降低初始投入成本,引入社会资本,实现项目的良性循环,仍需深入探索。
5.专业人才队伍与运维能力建设滞后
任何先进技术的落地都高度依赖人才,低空技术在水利领域的深度应用也迫切需要既熟练掌握无人机飞行操控、维护保养、数据采集处理等“低空技术”,又深刻理解水文学、水力学、水利工程等“水利业务”的复合型人才。基层单位无人机操作往往由现有人员兼职担任,缺乏系统培训,专业性较弱。同时,基层单位普遍缺乏专业的数据处理和解译团队,导致采集的海量数据仅停留在“存档”阶段,其蕴含的深层价值未能被有效挖掘和转化为决策支持信息。
这种“会飞不会用”“有数据无智慧”的局面,严重制约了低空技术应用效能的充分发挥,有必要建立系统化的人才培养体系、制定岗位能力标准、开展常态化专业培训,推动低空经济在水利领域可持续健康发展。
（二）发展前景与相关建议
面向“十五五”,低空经济与水利的融合将向更深层次、更广领域迈进,从单点应用走向全局赋能,从辅助工具走向核心支撑,从试点示范走向规模化全面推广。为了抓住机遇、应对挑战,提出以下发展方略。
1.加强顶层设计与规划引领,明确融合发展路径
建议水利部会同国家发展改革委、工信部等部门,研究制定《关于推动低空经济赋能水利高质量发展的指导意见》及配套行动计划,明确“十五五”及更长时期内的阶段性目标、重点任务、责任分工和保障措施。系统梳理低空技术在水旱灾害防御、水资源管理、河湖管理、水利工程建设与运维等业务链条中的应用节点,发布《水利领域低空技术应用推荐目录》,引导各类资源有序投入,实现精准融合。
2.健全法规标准体系,优化空域协同管理
加快制定水利低空技术应用系列标准,涵盖飞行平台、任务载荷、作业流程、数据处理、产品质量、安全保密等方面,推动低空作业数据采集与数字处理等平台的标准对接。积极协同民航、空管等部门,在重点流域和水利工程周边规划设立水利低空飞行的绿色通道,简化日常巡检飞行的审批流程。建立水旱灾害应急飞行“一键报备、快速放飞”机制,确保应急状态下无人机能迅速起飞,快速响应。借鉴川渝等地与战区空军建立的统报统批经验,推广区域化、网络化的空域管理新模式。
3.创新投入机制与商业模式,激发市场活力
探索建立“政府引导、市场主导、多元参与”的投入机制。在水利发展专项资金中设立低空技术应用专项,支持试点项目。鼓励采用政府购买服务、设备租赁等灵活方式,降低初始投资压力,吸引社会资本特别是民营资金进入。推动水利部门与低空经济龙头企业在技术研发、平台建设、人才培养等方面开展深度合作,鼓励社会资本通过PPP等模式参与水利低空基础设施建设,如起降场、充电桩、数据中心等,实现共赢发展。
4.布局关键技术攻关,提升自主创新能力
围绕水利行业发展需求,设立科研专项,针对水利应用场景,重点研发长航时、大负载、高抗风防水性能的专用无人机平台,针对具体水利任务,研究匹配的新型任务载荷,如更先进的水下水体探测雷达;针对数据采集后的分析处理环节,优化改进工程缺陷检测、健康诊断等AI算法;探索低空数据与数字孪生流域深度融合的关键技术,提升技术装备的自主可控水平和水利业务适配性。
5.开展分类试点示范与成效评估,稳步推进应用
选择流域管理机构、国家水网重大工程、智慧水利先行先试区等有代表性的单位和区域,开展低空经济深度融合试点。试点内容应覆盖巡检、监测、应急等不同业务场景,运用不同类型低空装备,采用自建团队、购买服务等不同管理模式,建立科学的试点成效评估体系,对低空技术应用前后的效率、成本、安全效益进行量化对比,总结可复制、可推广的典型模式和应用范式,由点及面,稳步推动低空技术在水利行业的规模化、规范化应用。
结语
低空经济与水利领域的融合发展正加速改变传统水利工作模式,是发展水利领域新质生产力的切实体现。“十五五”期间,随着国家战略的持续赋能,低空经济政策体系不断完善,技术瓶颈逐个突破,商业模式日益成熟,低空经济必将在水利领域展现出更加广阔的应用前景。
与之相匹配,水利领域还需不断健全标准规范、创新体制机制、强化科技攻关,着力破解当前面临的“起飞”瓶颈,推动低空经济从“可用”向“好用、管用”转变,最终转化为提升国家水安全保障能力的强大动能,为以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业提供更加坚实的水利支撑。
来源：《西南交通大学学报（社会科学版）》作者：吴强（水利部发展研究中心），刘品
