機(jī)器人

無人機(jī)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(jī)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(qiáng)大的數(shù)據(jù)流。

無人機(jī)是什么

無人機(jī)是無人駕駛飛機(jī)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(jī)，包括無人直升機(jī)、固定翼機(jī)、多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機(jī)。

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(jī)等。從某種角度來看，無人機(jī)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(fù)載任務(wù)，可以被看做是“空中機(jī)器人”。

按照不同平臺構(gòu)型來分類

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

固定翼無人機(jī)是軍用和多數(shù)民用無人機(jī)的主流平臺，最大特點(diǎn)是飛行速度較快;無人直升機(jī)是靈活性最強(qiáng)的無人機(jī)平臺，可以原地垂直起飛和懸停;多旋翼(多軸)無人機(jī)是消費(fèi)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(jī)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(jī)可分為軍用、民用和消費(fèi)級三大類，對于無人機(jī)的性能要求各有偏重：

軍用無人機(jī)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(jī)，包括偵察、誘餌、電子對抗、通信中繼、靶機(jī)和無人戰(zhàn)斗機(jī)等機(jī)型。

民用無人機(jī)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(jī)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。

消費(fèi)級無人機(jī)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(jī)的應(yīng)用

無人機(jī)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(jī)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。

Google熱氣球 Project Loon，準(zhǔn)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(jī)，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(jī)“低空交通管理系統(tǒng)”，有望在 2015 年用于農(nóng)業(yè)。

無人機(jī)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(jī)對花朵進(jìn)行授粉等等。

無人機(jī)配合 Oculus Rift 使用，可以獲得虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的體驗(yàn)。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(yùn)行軌跡。借助“連接”方式，把人的感知帶到另一個真實(shí)空間。這樣的體驗(yàn)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(yàn)。更重要的是，他不需要耗費(fèi)人力物力去建模、創(chuàng)建一個虛擬世界，任何一個地點(diǎn)都能成為新的游樂場。

無人機(jī)技術(shù)難點(diǎn)-飛行系統(tǒng)

飛控系統(tǒng)是無人機(jī)的“駕駛員” - 更精確、更清晰。飛控子系統(tǒng)是無人機(jī)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(jī)相當(dāng)于駕駛員對于有人機(jī)的作用。

飛控

一般包括傳感器、機(jī)載計算機(jī)和伺服作動設(shè)備三大部分，實(shí)現(xiàn)的功能主要有無人機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定和控制、無人機(jī)任務(wù)設(shè)備管理和應(yīng)急控制三大類。其中，機(jī)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(jī)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(jī)對傳感器的配置要求也不同。未來對無人機(jī)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(jī)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(jī)傳感器中大量應(yīng)用了超光譜成像、合成孔徑雷達(dá)、超高頻穿透等新技術(shù)。

無人機(jī)技術(shù)難點(diǎn)——導(dǎo)航系統(tǒng)

導(dǎo)航系統(tǒng)是無人機(jī)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(jī)提供參考坐標(biāo)系的位置、速度、飛行姿態(tài)，引導(dǎo)無人機(jī)按照指定航線飛行，相當(dāng)于有人機(jī)系統(tǒng)中的領(lǐng)航員。無人機(jī)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(diǎn)，而未來無人機(jī)的發(fā)展要求障礙回避、物資或武器投放、自動進(jìn)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(jī)技術(shù)難點(diǎn)——動力系統(tǒng)

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

無人機(jī)目前廣泛采用的動力裝置為活塞式發(fā)動機(jī)，但活塞式只適用于低速低空小型無人機(jī);

對于一次性使用的靶機(jī)、自殺式無人機(jī)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(jī);

低空無人直升機(jī)一般使用渦軸發(fā)動機(jī)，高空長航時的大型無人機(jī)一般使用渦扇發(fā)動機(jī)(美國全球鷹重達(dá)12t);

消費(fèi)級微型無人機(jī)(多旋翼)一般使用電池驅(qū)動的電動機(jī)，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(jī)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(jī)的主力動力機(jī)型，太陽能、氫能等新能源電動機(jī)也有望為小型無人機(jī)提供更持久的生存力。

無人機(jī)技術(shù)難點(diǎn)——數(shù)據(jù)鏈

數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)?ldquo;放風(fēng)箏的線” 從獨(dú)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(jī)的重要技術(shù)組成，負(fù)責(zé)完成對無人機(jī)遙控、遙測、跟蹤定位和傳感器傳輸，上行數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)遙控、下行數(shù)據(jù)鏈執(zhí)行遙測、數(shù)據(jù)傳輸功能。

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

現(xiàn)代數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展推動者無人機(jī)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(jī)實(shí)用化能力將越來越強(qiáng)。往前看，隨著機(jī)載傳感器、定位的精細(xì)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(qiáng)的要求，未來隨著機(jī)載高速處理器的突飛猛進(jìn)，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。

從美國制定的無人機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(qiáng)大的數(shù)據(jù)流。

從無人機(jī)最普通的巡檢功能說起，使用無人機(jī)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(jī)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(shí)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(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中，小型無人機(jī)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。

從個人信息數(shù)據(jù)的獲取來說，無人機(jī)可以模擬WiFi 熱點(diǎn)，嗅探移動設(shè)備的MAC 地址，并根據(jù)信號的強(qiáng)度等對設(shè)備進(jìn)行三角定位，搜集的信息匯總起來則可以繪制出用戶的運(yùn)動地圖，呈現(xiàn)出他通常會路過的街區(qū)、商店等，進(jìn)而有條件地對用戶進(jìn)行篩選，比如向“過其門而不入”的潛在消費(fèi)者推送優(yōu)惠促銷信息。通過對個人運(yùn)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(jī)通過受困者手機(jī)Wi-Fi信號來判斷受困者的位置。

這項(xiàng)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(jī)更加靈活，可以在更加復(fù)雜的地理?xiàng)l件下對用戶進(jìn)行定位。

把無人機(jī)想象成一個“會飛的傳感器”，無人機(jī)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(jī)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(fèi)功能，能夠“上天入地”的無人機(jī)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(jī)不僅能夠扮演超級速遞員和超級警察的角色，還能夠?yàn)榈孛嫣峁┑统杀?、機(jī)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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