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無人機不止是航拍

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

 

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雜空中飛行任務和各種負載任務,可以被看做是“空中機器人”。
按照不同平臺構型來分類

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:

 
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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、靶機和無人戰斗機等機型。

 
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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、綜合成本有較高的要求,因此需要形成成熟的產業鏈提供盡可能低廉的零部件和支持服務,目前來看民用無人機最大的市場在于政府公共服務的提供,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在農業植保、貨物速度、空中無線網絡、數據獲取等領域。

 
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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。

 
目前無人機的應用

無人機主要應用于航拍等各行業應用,包括邊防、農業等,例如大疆創新主要用于航拍,極飛科技用于各大行業應用。另外,搜救、防盜等安全監控應用也在起步。無人機用于物流的嘗試也越來越多,亞馬遜研發多年,國內快遞業也開始試水。

 
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Google熱氣球 Project Loon,準備在全球打造一個平流層氣球網絡,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網接入。NASA也在開發無人機“低空交通管理系統”,有望在 2015 年用于農業。

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無人機生產商Skycatch,主要做建造業、礦業、太陽能行業以及農業的數據采集,此前已經獲得了 1320 萬美元融資。其他創新應用包括蜜蜂大小的無人機對花朵進行授粉等等。

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無人機配合 Oculus Rift 使用,可以獲得虛擬現實、增強現實的體驗。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。

 

 

 

無人機技術難點-飛行系統

飛控系統是無人機的“駕駛員” - 更精確、更清晰。飛控子系統是無人機完成起飛、空中飛行、執行任務和返場回收等整個飛行過程的核心系統,飛控對于無人機相當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備三大部分,實現的功能主要有無人機姿態穩定和控制、無人機任務設備管理和應急控制三大類。其中,機身大量裝配的各種傳感器(包括角速率、姿態、位置、加速度、高度和空速等)是飛控系統的基礎,是保證飛機控制精度的關鍵,在不同飛行環境下、不同用途的無人機對傳感器的配置要求也不同。未來對無人機態勢感知、戰場上識別敵我、防區外交戰能力等方面的需求,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用了超光譜成像、合成孔徑雷達、超高頻穿透等新技術。

 

 

 

無人機技術難點——導航系統

導航系統是無人機的“眼睛”,多技術結合是未來方向。導航系統向無人機提供參考坐標系的位置、速度、飛行姿態,引導無人機按照指定航線飛行,相當于有人機系統中的領航員。無人機載導航系統主要分非自主(GPS等)和自主(慣性制導)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,因此多種導航技術結合的“慣性+多傳感器+GPS+光電導航系統”將是未來發展的方向。

無人機技術難點——動力系統

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

 
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無人機目前廣泛采用的動力裝置為活塞式發動機,但活塞式只適用于低速低空小型無人機;
 
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對于一次性使用的靶機、自殺式無人機或導彈,要求推重比高但壽命可以短(1-2h),一般使用渦噴式發動機;
 
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低空無人直升機一般使用渦軸發動機,高空長航時的大型無人機一般使用渦扇發動機(美國全球鷹重達12t);
 
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消費級微型無人機(多旋翼)一般使用電池驅動的電動機,起飛質量不到100克、續航時間小于一小時。
 
隨著渦輪發動機推重比、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。
無人機技術難點——數據鏈

數據鏈是“放風箏的線” 從獨立專用系統向全球信息格柵(GIG)過渡。數據鏈傳輸系統是無人機的重要技術組成,負責完成對無人機遙控、遙測、跟蹤定位和傳感器傳輸,上行數據鏈實現對無人機遙控、下行數據鏈執行遙測、數據傳輸功能。

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普通無人機大多采用定制視距數據鏈,而中高空、長航時無人機則都會采用視距和超視距衛通數據鏈。

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現代數據鏈技術的發展推動者無人機數據鏈向著高速、寬帶、保密、抗干擾的方向發展,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行任務的復雜程度不斷上升,對數據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,預計幾年后現有射頻數據鏈的傳輸速率將翻倍,未來在全天候要求低的領域可能還將出現激光通訊方式。

 
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從美國制定的無人機通信網絡發展戰略上看,數據鏈系統從最初IP化的傳輸、多機互連網絡,正在向衛星網絡轉換傳輸,以及最終的完全全球信息格柵(GIG)配置過渡,為授權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4.0

工業4.0的空中數據端口——作為一個“會飛的傳感器”,無人機未來在民用領域最具想象空間的應用可能是作為空中的數據端口,為連接全球的工業4.0“大數據”系統提供更精確、更強大的數據流。

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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來巡視農田,可以比衛星圖像更清晰地觀測到農作物長勢、自然災害、土壤變化等信息,無人機通過數據鏈接入全球互聯網,可以將收集的數據實時傳輸給大宗商品分析師,用以判斷全球農作物期貨市場走勢;在未來的精準農業系統中,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以調節水量。

 
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從個人信息數據的獲取來說,無人機可以模擬WiFi 熱點,嗅探移動設備的MAC 地址,并根據信號的強度等對設備進行三角定位,搜集的信息匯總起來則可以繪制出用戶的運動地圖,呈現出他通常會路過的街區、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慣,為廠商提供更精確的參考數據。此外,在緊急情況下,也可以通過定位移動設備來拯救生命。無人機通過受困者手機Wi-Fi信號來判斷受困者的位置。

 
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這項技術和商場、超市中常用的室內移動設備定位技術如iBeacon 有些許類似的地方,均可以在用戶經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4.0的一個空中數據端口,大至地球物理、氣象、農業數據、小至個人位置信息,無人機將引爆一場空中的大數據革命!。除了我們已經熟知的軍事、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絡覆蓋。

綜合編輯自:新華網 東方證券 36氪

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