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無人機不止是航拍

2015-12-09   來源:新華網(wǎng) 東方證券 36氪   評論:0
摘要:工業(yè)4 0的空中數(shù)據(jù)端口——作為一個“會飛的傳感器”,無人機未來在民用領(lǐng)域最具想象空間的應(yīng)用可能是作為空中的數(shù)據(jù)端口,為連接全球的工業(yè)4 0“大數(shù)據(jù)”系統(tǒng)提供更精確、更強大的數(shù)據(jù)流。

 

無人機是什么

無人機是無人駕駛飛機的簡稱(Unmanned Aerial Vehicle),是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置的不載人飛機,包括無人直升機、固定翼機、多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機。

 

 

廣義地看也包括臨近空間飛行器(20-100公里空域),如平流層飛艇、高空氣球、太陽能無人機等。從某種角度來看,無人機可以在無人駕駛的條件下完成復(fù)雜空中飛行任務(wù)和各種負載任務(wù),可以被看做是“空中機器人”。
按照不同平臺構(gòu)型來分類

無人機可主要有固定翼無人機、無人直升機和多旋翼無人機三大平臺,其它小種類無人機平臺還包括傘翼無人機、撲翼無人機和無人飛船等。

 

 

 

固定翼無人機是軍用和多數(shù)民用無人機的主流平臺,最大特點是飛行速度較快;無人直升機是靈活性最強的無人機平臺,可以原地垂直起飛和懸停;多旋翼(多軸)無人機是消費級和部分民用用途的首選平臺,靈活性介于固定翼和直升機中間(起降需要推力),但操縱簡單、成本較低。

 

 

按不同使用領(lǐng)域來劃分

無人機可分為軍用、民用和消費級三大類,對于無人機的性能要求各有偏重:

 
1

軍用無人機對于靈敏度、飛行高度速度、智能化等有著更高的要求,是技術(shù)水平最高的無人機,包括偵察、誘餌、電子對抗、通信中繼、靶機和無人戰(zhàn)斗機等機型。

 
2

民用無人機一般對于速度、升限和航程等要求都較低,但對于人員操作培訓(xùn)、綜合成本有較高的要求,因此需要形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈提供盡可能低廉的零部件和支持服務(wù),目前來看民用無人機最大的市場在于政府公共服務(wù)的提供,如警用、消防、氣象等,占到總需求的約70%,新增市場需求可能出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)植保、貨物速度、空中無線網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)獲取等領(lǐng)域。

 
3

消費級無人機一般采用成本較低的多旋翼平臺,用于航拍、游戲等休閑用途。

 
目前無人機的應(yīng)用

無人機主要應(yīng)用于航拍等各行業(yè)應(yīng)用,包括邊防、農(nóng)業(yè)等,例如大疆創(chuàng)新主要用于航拍,極飛科技用于各大行業(yè)應(yīng)用。另外,搜救、防盜等安全監(jiān)控應(yīng)用也在起步。無人機用于物流的嘗試也越來越多,亞馬遜研發(fā)多年,國內(nèi)快遞業(yè)也開始試水。

 
1

Google熱氣球 Project Loon,準備在全球打造一個平流層氣球網(wǎng)絡(luò),然后又收購了 Titan Aerospace,以提供太陽能動力的無人機,這兩個都可以隨時隨地提供低成本的、覆蓋整個星球的互聯(lián)網(wǎng)接入。NASA也在開發(fā)無人機“低空交通管理系統(tǒng)”,有望在 2015 年用于農(nóng)業(yè)。

2

無人機生產(chǎn)商Skycatch,主要做建造業(yè)、礦業(yè)、太陽能行業(yè)以及農(nóng)業(yè)的數(shù)據(jù)采集,此前已經(jīng)獲得了 1320 萬美元融資。其他創(chuàng)新應(yīng)用包括蜜蜂大小的無人機對花朵進行授粉等等。

3

無人機配合 Oculus Rift 使用,可以獲得虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實的體驗。例如Parrot推出無線控制配件Skycontroller,用HDMI接口連上Oculus Rift,能直接操控飛行器的飛行,用上下左右按鍵,控制飛行器的運行軌跡。借助“連接”方式,把人的感知帶到另一個真實空間。這樣的體驗或許今后還能應(yīng)用在隧道、峽谷與水下等場景,探險者將不再需要親歷,就能收獲刺激的感官體驗。更重要的是,他不需要耗費人力物力去建模、創(chuàng)建一個虛擬世界,任何一個地點都能成為新的游樂場。

 

 

 

無人機技術(shù)難點-飛行系統(tǒng)

飛控系統(tǒng)是無人機的“駕駛員” - 更精確、更清晰。飛控子系統(tǒng)是無人機完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)和返場回收等整個飛行過程的核心系統(tǒng),飛控對于無人機相當(dāng)于駕駛員對于有人機的作用。

飛控

一般包括傳感器、機載計算機和伺服作動設(shè)備三大部分,實現(xiàn)的功能主要有無人機姿態(tài)穩(wěn)定和控制、無人機任務(wù)設(shè)備管理和應(yīng)急控制三大類。其中,機身大量裝配的各種傳感器(包括角速率、姿態(tài)、位置、加速度、高度和空速等)是飛控系統(tǒng)的基礎(chǔ),是保證飛機控制精度的關(guān)鍵,在不同飛行環(huán)境下、不同用途的無人機對傳感器的配置要求也不同。未來對無人機態(tài)勢感知、戰(zhàn)場上識別敵我、防區(qū)外交戰(zhàn)能力等方面的需求,要求無人機傳感器具有更高的探測精度、更高的分辨率,因此國外無人機傳感器中大量應(yīng)用了超光譜成像、合成孔徑雷達、超高頻穿透等新技術(shù)。

 

 

 

無人機技術(shù)難點——導(dǎo)航系統(tǒng)

導(dǎo)航系統(tǒng)是無人機的“眼睛”,多技術(shù)結(jié)合是未來方向。導(dǎo)航系統(tǒng)向無人機提供參考坐標(biāo)系的位置、速度、飛行姿態(tài),引導(dǎo)無人機按照指定航線飛行,相當(dāng)于有人機系統(tǒng)中的領(lǐng)航員。無人機載導(dǎo)航系統(tǒng)主要分非自主(GPS等)和自主(慣性制導(dǎo))兩種,但分別有易受干擾和誤差積累增大的缺點,而未來無人機的發(fā)展要求障礙回避、物資或武器投放、自動進場著陸等功能,需要高精度、高可靠性、高抗干擾性能,因此多種導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合的“慣性+多傳感器+GPS+光電導(dǎo)航系統(tǒng)”將是未來發(fā)展的方向。

無人機技術(shù)難點——動力系統(tǒng)

渦輪有望逐步取代活塞,新能源發(fā)動機提升續(xù)航能力不同用途的無人機對動力裝置的要求不同,但都希望發(fā)動機體積小、成本低、工作可靠。

 
1
無人機目前廣泛采用的動力裝置為活塞式發(fā)動機,但活塞式只適用于低速低空小型無人機;
 
2
對于一次性使用的靶機、自殺式無人機或?qū)?,要求推重比高但壽命可以?1-2h),一般使用渦噴式發(fā)動機;
 
3
低空無人直升機一般使用渦軸發(fā)動機,高空長航時的大型無人機一般使用渦扇發(fā)動機(美國全球鷹重達12t);
 
4
消費級微型無人機(多旋翼)一般使用電池驅(qū)動的電動機,起飛質(zhì)量不到100克、續(xù)航時間小于一小時。
 
隨著渦輪發(fā)動機推重比、壽命不斷提高、油耗降低,渦輪將取代活塞成為無人機的主力動力機型,太陽能、氫能等新能源電動機也有望為小型無人機提供更持久的生存力。
無人機技術(shù)難點——數(shù)據(jù)鏈

數(shù)據(jù)鏈是“放風(fēng)箏的線” 從獨立專用系統(tǒng)向全球信息格柵(GIG)過渡。數(shù)據(jù)鏈傳輸系統(tǒng)是無人機的重要技術(shù)組成,負責(zé)完成對無人機遙控、遙測、跟蹤定位和傳感器傳輸,上行數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)對無人機遙控、下行數(shù)據(jù)鏈執(zhí)行遙測、數(shù)據(jù)傳輸功能。

1

普通無人機大多采用定制視距數(shù)據(jù)鏈,而中高空、長航時無人機則都會采用視距和超視距衛(wèi)通數(shù)據(jù)鏈。

2

現(xiàn)代數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展推動者無人機數(shù)據(jù)鏈向著高速、寬帶、保密、抗干擾的方向發(fā)展,無人機實用化能力將越來越強。往前看,隨著機載傳感器、定位的精細程度和執(zhí)行任務(wù)的復(fù)雜程度不斷上升,對數(shù)據(jù)鏈的貸款提出了很強的要求,未來隨著機載高速處理器的突飛猛進,預(yù)計幾年后現(xiàn)有射頻數(shù)據(jù)鏈的傳輸速率將翻倍,未來在全天候要求低的領(lǐng)域可能還將出現(xiàn)激光通訊方式。

 
3

從美國制定的無人機通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展戰(zhàn)略上看,數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)從最初IP化的傳輸、多機互連網(wǎng)絡(luò),正在向衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換傳輸,以及最終的完全全球信息格柵(GIG)配置過渡,為授權(quán)用戶提供無縫全球信息資源交互能力,既支持固定用戶、又支持移動用戶。

 
無人機與工業(yè)4.0

工業(yè)4.0的空中數(shù)據(jù)端口——作為一個“會飛的傳感器”,無人機未來在民用領(lǐng)域最具想象空間的應(yīng)用可能是作為空中的數(shù)據(jù)端口,為連接全球的工業(yè)4.0“大數(shù)據(jù)”系統(tǒng)提供更精確、更強大的數(shù)據(jù)流。

1

從無人機最普通的巡檢功能說起,使用無人機在全國范圍內(nèi)來巡視農(nóng)田,可以比衛(wèi)星圖像更清晰地觀測到農(nóng)作物長勢、自然災(zāi)害、土壤變化等信息,無人機通過數(shù)據(jù)鏈接入全球互聯(lián)網(wǎng),可以將收集的數(shù)據(jù)實時傳輸給大宗商品分析師,用以判斷全球農(nóng)作物期貨市場走勢;在未來的精準農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中,小型無人機可以用來觀測作物是否缺水,將信息反饋給灌溉系統(tǒng)以調(diào)節(jié)水量。

 
2

從個人信息數(shù)據(jù)的獲取來說,無人機可以模擬WiFi 熱點,嗅探移動設(shè)備的MAC 地址,并根據(jù)信號的強度等對設(shè)備進行三角定位,搜集的信息匯總起來則可以繪制出用戶的運動地圖,呈現(xiàn)出他通常會路過的街區(qū)、商店等,進而有條件地對用戶進行篩選,比如向“過其門而不入”的潛在消費者推送優(yōu)惠促銷信息。通過對個人運動軌跡的跟蹤,可以更全面地把握人群的生活習(xí)慣,為廠商提供更精確的參考數(shù)據(jù)。此外,在緊急情況下,也可以通過定位移動設(shè)備來拯救生命。無人機通過受困者手機Wi-Fi信號來判斷受困者的位置。

 
3

這項技術(shù)和商場、超市中常用的室內(nèi)移動設(shè)備定位技術(shù)如iBeacon 有些許類似的地方,均可以在用戶經(jīng)過時推送促銷信息等。不同之處在于無人機更加靈活,可以在更加復(fù)雜的地理條件下對用戶進行定位。

 
把無人機想象成一個“會飛的傳感器”,無人機就成了工業(yè)4.0的一個空中數(shù)據(jù)端口,大至地球物理、氣象、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)、小至個人位置信息,無人機將引爆一場空中的大數(shù)據(jù)革命!。除了我們已經(jīng)熟知的軍事、商用和消費功能,能夠“上天入地”的無人機未來可能給我們的生活帶來無限的驚喜。距離300米的高空沒有地面的擁擠和各種限制,未來無人機不僅能夠扮演超級速遞員和超級警察的角色,還能夠為地面提供低成本、機動程度極高的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

綜合編輯自:新華網(wǎng) 東方證券 36氪

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