無人機(jī)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)近年成為人們熱議的科技前沿話題之一:美國Amazon公司推出的無人機(jī)快遞送貨服務(wù),美聯(lián)社、CNN、紐約時(shí)報(bào)等美國媒體運(yùn)用無人機(jī)采集圖片、視頻等新聞素材。2015年6月,新華網(wǎng)組建了國內(nèi)新聞網(wǎng)站首家新聞無人機(jī)隊(duì),并在8月天津濱海新區(qū)爆炸事故、12月深圳山體滑坡事故等重大新聞事件報(bào)道過程中一展身手。
無人機(jī)被運(yùn)用到各行業(yè)正成為趨勢,本期“新知·探索”科普專欄為您揭開無人機(jī)的神秘面紗。
無人機(jī)是什么?
無人機(jī)即無人駕駛飛機(jī),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)。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:1)軍用無人機(jī)對于靈敏度、飛行高度速度等有著更高的要求,是技術(shù)水平最高的無人機(jī);
2)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%,而未來無人機(jī)的新增市場需求可能出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)植保、貨物速度等領(lǐng)域;
3)消費(fèi)級無人機(jī)一般采用成本較低的多旋翼平臺(tái),用于航拍、游戲等休閑用途。
那么,我們會(huì)有這樣的疑問:沒有駕駛員的飛機(jī)是怎么飛起來的呢?答案就是飛控系統(tǒng)。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(gè)飛行過程的核心系統(tǒng),飛控是無人機(jī)最核心的技術(shù)之一。飛控一般包括傳感器、機(jī)載計(jì)算機(jī)和伺服作動(dòng)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。
無人機(jī)的發(fā)展
無人機(jī)發(fā)展的初期是為了純粹的軍事用途:一戰(zhàn)時(shí)期英國研制的世界第一款無人機(jī)被定義為“會(huì)飛的炸彈”,二戰(zhàn)時(shí)期德軍已經(jīng)開始大量應(yīng)用無人駕駛轟炸機(jī)參戰(zhàn);二戰(zhàn)后無人機(jī)研發(fā)的中心出現(xiàn)在美國和以色列,用途延伸至戰(zhàn)地偵察和情報(bào)搜集。正是由于無人機(jī)在偵察方面的優(yōu)勢,各國軍隊(duì)相繼投入大量經(jīng)費(fèi)研發(fā)無人機(jī)系統(tǒng)。
早期的航空技術(shù)解決的是無人機(jī)能夠飛行的問題,而20世紀(jì)80年代以來現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展為無人機(jī)更高的飛行性能、更好的可靠性提供了條件。
尤其是近十年,民用和消費(fèi)級無人機(jī)市場的興起,與硬件產(chǎn)業(yè)鏈的成熟、成本曲線不斷下降密不可分:隨著移動(dòng)終端的興起,芯片、電池、慣性傳感器、通訊芯片等產(chǎn)業(yè)鏈迅速成熟,成本下降,使智能化進(jìn)程得以迅速向更加小型化、低功耗的設(shè)備邁進(jìn)。這也給無人機(jī)整體硬件的迅速創(chuàng)新和成本下降創(chuàng)造了良好條件。
如果說硬件成本下降解決了無人機(jī)“身體”的問題,近年來飛控系統(tǒng)開源化的趨勢解決了無人機(jī)“大腦”的問題,從此無人機(jī)不再是軍用和科研機(jī)構(gòu)的專利,全世界的商業(yè)企業(yè)和發(fā)燒友都加入到了無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大潮中,是引爆民用和消費(fèi)級無人機(jī)市場的“爆點(diǎn)”。
德國MK公司是多旋翼無人機(jī)系統(tǒng)開源的鼻祖,其后2011年美國APM公司開放無人機(jī)設(shè)計(jì)平臺(tái)徹底點(diǎn)燃了市場對無人機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的熱情,2012年以后民用和消費(fèi)級無人機(jī)進(jìn)入了加速上行的通道。
無人機(jī)的前景
把無人機(jī)想象成一個(gè)“會(huì)飛的傳感器”,無人機(jī)就成了工業(yè)4.0的一個(gè)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(gè)人位置信息,無人機(jī)將引爆一場空中的大數(shù)據(jù)革命。
1、工業(yè)4.0的空中數(shù)據(jù)端口
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。
例如: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(shí)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。
2、提供靈活機(jī)動(dòng)、低成本的WIFI網(wǎng)絡(luò)接入
在全球有將近四十億的人口仍未接通互聯(lián)網(wǎng),如何解決互聯(lián)網(wǎng)接入問題,如WiFi的網(wǎng)絡(luò)部署,已成為人類十大解決難題之一。而無人機(jī)的能耗較低,但飛行時(shí)間卻較長,可以為更大范圍內(nèi)的用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。同時(shí)無人機(jī)具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性,可以根據(jù)某一區(qū)域內(nèi)的特殊需要來提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。
3、 會(huì)飛的配送快遞員
無人機(jī)送貨服務(wù)最著名的要數(shù)亞馬遜的Prime Air無人機(jī)物流計(jì)劃,2013年底,亞馬遜公布了一款叫Prime Air的 8 翼無人機(jī),能夠運(yùn)輸一件五磅重的快遞。Amazon現(xiàn)在依然致力于購物領(lǐng)域,給與用戶無窮的選擇、最低的價(jià)格,以及未來將要實(shí)現(xiàn)的即時(shí)送達(dá)?,F(xiàn)在,亞馬遜的Prime Air已經(jīng)迭代進(jìn)入第九代,可負(fù)重 5 磅貨物,而這個(gè)重量覆蓋了86%的品類,同時(shí)能夠達(dá)到超過 50 英里 / 小時(shí)的速度飛行。已經(jīng)正式向FAA申請更大范圍的室外飛行測試。另外Google、UPS等也從2012年-2013年就開始測試無人機(jī)送貨。
4、個(gè)人安全的空中守護(hù)者
無人機(jī)已具備物流送貨、監(jiān)測信息、航空拍攝等各種功能,那么能夠記錄我們?nèi)粘I畹臒o人機(jī)的誕生是否也指日可待了呢?或許在不久的將來就能夠成為現(xiàn)實(shí),位于上海的AirMind公司開發(fā)出的“Mind4”四旋翼無人機(jī)被授予了“跟蹤者無人機(jī)”的稱號,因?yàn)樗哂懈櫮骋恢付ㄈ宋锘蚰繕?biāo)并對其進(jìn)行拍攝的功能。
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