工业级无人机应用综述(精).doc

1、工业级无人机应用综述 目录 【摘要】 - 1 - 一、无人机的概念及分类 - 1 - 二、无人机发展环境分析 - 1 - 三、工业级无人机发展现状. . - 2 - 四、无人机行业产业链简介. . - 5 - 五、无人机主流生产商. - 5 - 六、工业级无人机的应用: 无人机+ . - 7 - 01.无人机+救灾 . - 7 - 02.无人机+航 测. - 8 - 03.无人机+电 力. - 8 - 04.无人机+石油 . - 8 - 05.无人机+物流 . - 9 - 06.无人机+安保 . - 9 - 07.无人机+环 保. - 10 - 08.无人机+农 林. - 10 - 09.无人

2、机+新 闻. - 11 - 10.无人机+影 视. - 11 - 11.无人机+Wi-Fi - 12 - 七、工业级无人机行业SWOT分析. - 12 - 八、工业级无人机关键技术发展方向. . - 13 - 九、无人机产业发展的政策建议. - 13 - 参考文献 错误! 未定 义书签 。 【摘要】 本文是工业级无人机的综述性文献。首先,介绍了无人机的概念及分类、发展环 境及现状;其次,简要探讨了无人机行业产业链、主流生产商; 接着,着重对工业级无人 机的应用( 无人机 +展开深入 讨论,并对工业级无人机行业进行SWOT分析; 最后,就工 业级无人机技术发展方向进行分析,同时对无人机产业发展提

3、出一些政策建议。 【关键词】无人机工业级应用 一、无人机的概念及分类 (一无人机的概念 “无人机”的全称是“无人驾驶飞机”,英文缩写为“UAV”,是利用无线电遥控设备 和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。 (二无人机的分类 按技术角度分:可分为无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞 艇、无人伞翼机等。 按照应用领域:可分为军用与民用。 军用方面,无人机分 为侦察机和靶机。民用方 面,主要包括航拍、快递、影视、农业植保、 测绘、电力、救灾、能源等。 二、无人机发展环境分析 (一无人机行业发展政策环境分析 无人机行业法律法规主要指民用无人机法规。2012年,在政策层面有多项利好政 策

4、,一些具体的实质性的政策陆续出台。如2012年4 月,财政部发布的民航发展基金征收使用管理暂行办法,把通用航空作为基金 支持的重点领域;2012年5月,民航局颁布了通用机 场建设规范,为通用航空机场建 设提供了有别于运输机场的行业标准,这对正在掀起的通用航空机场建设热潮可谓 一场及时雨;2012年7月,国务院关于促进民航业发 展的若干意见明确了民航业是 我国经济社会发展的重要战略产业,并把通用航空列为发展重点,提出要大力发展私 人飞行、公 务飞行等新兴通用航空服务;通用航空 发展专项资金管理暂行办法也已 出台,为通用航空企业带来了力度不小的实质性政策利好。 (二无人机行业发展技术环境分析 截至

5、2012年底,国内与无人机相关的专利申请570件,其中,发明型技术专利308件, 新型专利202件,外观专利26件。从年份来看,无人机专利申请逐年增加,其中2011- 2012年分别为149件和198件,其中专利公开分别为100件和177件。 无人机行业相关权利申请最多的是北京航空航天大学,申请专利数85件,占无人 机专利申请总数的40%。其次 为天津全华时代航天科技发展有限公司,申请专利数23 件,占专利总数的11%。清 华大学、南京航空航天大学和北京理工大学分别居3到5位 。 三、工业级无人机发展现状 (一国外无人机发展使用现状 美国宇航局同美国海洋与大气局合作利用无人机进行天气预报、地球

6、变暖和冰 川消融等科学研究。同时, 将军方原本用于战场的大型高空无人机改造,用来进行对 飓风和热带风暴的监视和研究工作,且无人机在美国也被广泛地用于土地管理和野 生动物监测等领域。美国其它 联邦政府部门和私人机构也正使用无人机开展各行各 业的各项工作。2015年2月 15日,美国联邦航空局提出监管草案,对小型无 人机的飞行做出多种限制,包括飞行不得离开操作人员视线范围,不得从无人机 上扔物品等。此外,美国总统 奥巴马当天签署了一份总统备忘录,列出了政府在使用 无人机方面应遵循的一些原则。白宫为此发表的声明说,无人机是一种潜在变革性技 术,可应用于农业、执法、沿海安全、 军事训练、搜救、医疗急救

7、支持等多个领域。目 前,只有得到美国联邦航空局许可的少数公司,才可以在美国操作无人机进行商业服 务飞行,而美国国会要求2015年10月起美国空域对无人机开放。 以色列是全球范围无人机设计制造技术最为先进的国家之一。以色列组建了一 个民用无人机及其工作模式的试验委员会,埃尔比特系统公司领先完成了规定程序, 其赫尔姆斯450无人机在2007 年5 月取得了民用证书。2008 年,以色列飞机工业公司马拉特子公司的中高空长航时“苍鹭” 无人机取得了在以色 列空域中执行非军事任务的证书,此后有关部门合作进行了多种民用任务的试验飞 行。2012 年国际无人机系统协会展会在以色列举行,本届展会的一个重要目的

8、就是促进无人 机的民用推广。 A-03 Nart 由俄罗斯Antigrad Air 公司研发的多用途无人机。 执行如灾难性自然天气事件的预防,在干旱地区人工降雨 的形成,监控道路,水和陆地表面,天气和环境条件等等。可以装载MITS 的多功能信息传输系统。按需求也可以广泛运用在执法部门。 (二国内无人机发展使用现状 我国工业级无人机的起步并不算晚,上世纪80 年代初,西北工业大学D-4 固定翼无人机为地图测绘和地质勘探作了尝试。1998 年,南航在珠海航展中展出的“翔鸟” 无人直升机,其用途就包含有森林火警探 测和渔 场巡逻。但是,从总体上看 ,国内工业无人机领域的开发长期以来没有引起足够重视,

9、 没有归口管理单位,没有长远规划,处于无序发展状态。近些年由于需求的牵引,特别 是一些自然灾害频 发,急需有一种灾情监视评估和搜救手段,从而引起有关方面对工业无人机的关 注。2007 年在北京召开的首届中国导航、制导与控制学术会议上,与会专家一致认为无人机在 军用领域积累到一定经验后,将逐步进入工业等其他领域,发挥其无可比拟的优势。2 012 年6 月在北京举行的“尖兵之翼- 第四届中国无人机大会暨展览会”无人机的用途已 经聚焦于其他等领域。 这些年,我国工业无人面的研发出现了升温趋势。2003 年,贵州航空集团与北大联合研制多用途无人机遥感系统,利用无人机进行了多次航 空遥感、气象、探矿、灾

10、害 检测、 边境、海关巡察等研究性试飞,专为工业研制的“黔 中1”无人机于 2008 年8 月顺利实现首飞,并参加了珠海航展,引起各方关注。青岛海洋局还开发了名为“ 天骄 ”的小型遥感无人机。天津航天科工集团三院研发了一型名 为“刀锋”的民用无人机。 2009 年5 月,中科院沈阳自动化研究所披露已研制成一种称为空中机器人的民用无人直升机, 可用于地震、水灾、火灾、输电/输油观察及农林喷洒。北京友泰顺城科技发展有限公 司与北航联合研制了“ 蜜蜂 28”无人直升机,能实现全自主起 飞、着陆、悬停和航路规 划飞行,可搭配光电吊舱、合成孔径雷达、通信中继台等,应用于农业喷洒、 电力巡查 、防灾应急、

11、航拍测绘、中继通讯等。沈阳中测科技有限公司于2006 年9 月启动,经3 年的研制和工程应用,开发了低空无人机测绘遥感系统,形成了“垂直尾” 、“倒桅尾” 、 “双发”三种型号的系列无人机 测绘遥感系统产品,完成了我国西部 1:5 万无图区10 个县县城区域的无人机数码航摄任务。 国内工业无人机的发展有两种方式:一种根据所使用的任 务载荷的重量和体积, 以及对高度、速度的要求, 专门研制工业无人机,一般用于有明确迫切的需求,而现有 的无人机的性能还不适合使用需求情况;另一种根据高度、速度和装 载要求,选用已 有军用无人机平台进行改进改型,其特点是,投入少,见效快,由于只是换装任务设备, 减少了

12、飞机研制过程和试验环节。目前,我国出现了自发的工业等无人机研发热 潮,但成熟可靠的产品还很少,因此,其市场还需进一步的开发拓展。 四、无人机行业产业链简介 无人机和传统的航空制造业产业链一样,产业链长,涉及产业众多,从航空机载武 器装备、机身复合材料、飞行器操纵控制、发射回收装置、无人机整机等到无人机的 应用( 包括 军用和民用。 五、无人机主流生产商 1. 深圳市大疆创新科技有限公司 成立于2006年,注册资金3000万元,全球无人机领域无可争议的领军企业,2014年 营收约为30亿元人民币,其中国内占比约为20%。目前大疆产品正从消费级进入多个 垂直行业应用领域。 其产品线涵盖中端价位的P

13、hantom(“大精灵” 以及高端市 场绝对王者的Inspire(“ 悟”系列。 2. 深圳九星智能航空科技有限公司 成立于2006年,注册资金1亿元,工业级无人机的老牌企业,有着丰富的研发及制 造经验。 传闻正在与腾讯合作 ,推出消费级无人机产品。 3. 北京七维航测科技股份有限公司 成立于2003年,注册资金6500万元,新三板企业,无人机逐渐成为重要增长点,在警 用、电力、航测 、海事、影 视 航拍均有应用。 4. 广州亿航智能技术有限公司 亿航科技由中、美、新三地热爱飞行的创客组建。核心成员来着清华、北大、美 国杜克大学等国际知名大学。旗下的Ghost 是全球首款真正意义上用手机操控的

14、无 人机产品。能够广泛应用于地理信息测绘、影 视航拍、路演展示、应急救灾、侦查与 监控,甚至未来物流快递等领域。 5. 深圳智航无人机有限公司 深圳智航无人机有限公司,是集专业研发,生产,销售为一体的全球领先无人机企 业,是国际顶尖的无人机智能飞控系统,高端影视航拍云台,高清图传的开发商及小型 无人机应用的系统集成企业。依托北京航空航天大学,专注于工业级无人机。主要产 品包括凌云3D 航拍无人机等。 6. 广州极飞电子科技有限公司-AIRCRAFT 极飞科技XAIRCRAFT公司成立于 2007 年,致力于民用无人飞机和飞行控制系统的研发和制造,是无人机行业领跑者和国内 领先的商用无人机研发企

15、业。成立8年来,在商用无人机、农业无人机领域取了得重 大突破,荣获多项国家及国际技术专利。目前极飞无人机的用户涵盖医疗救援、低空 物流、安防监控、森林防火、地 质勘探、影视航拍、空中测绘、极地科考等特种行业。 代表产品:XMission(“极侠”、 XAIRWAY。 7. 法国Parrot(派诺特公司 公司成立于1994年,是一家总部位于法国巴黎的无人机及无线产品制造商。代表 产品有Parrot AR.Drone ,这也是第一款可以用iPhone控制的小型四翼无人机 ,购买后不需任何调试便可直接 飞行。Parrot 在泛欧巴黎交易所(Euronext Paris上市交易 ,目前市值为2.46

16、亿欧元。 8. 美国3D Robotics公司 公司成立于2009年,总部位于美国伯克利,是北美最大的消费级无人机厂商。3D Robotics 公司主要致力于制造开源无人驾驶飞行器(UAV,目前其全球客 户数量超过3 万。 3D Robotics早期主要销售组装无人机的成套组件。现在,该公司有从入门级到商用级的 多种型号无人机产品,搭载了航拍、视频拍摄、 测绘 、3D建模等多种功能,有些无人机 还支持预先规划航线或针对特定人物的追踪跟拍。代表产品:3D Robotics IRIS+ 。 六、工业级无人机的应用: 无人机+ 01.无人机+救灾 我国地域辽阔,地震、洪水、干旱等灾情经常发生,灾情探

17、测任务艰巨而繁重。无 人机的使用是现代抢险技术应用的一种方式。在这次天津爆炸事故、四川汶川大地 震和玉树地震中,无人机从交通道路设施毁坏严重,天气条件恶劣的情况下,带回了大 量的灾区现场的数据资料,为抢救人民群众的生命财产安全起了重要作用。无人机还 可以用来探测、定位和监视 森林火灾,在发生重大洪水灾情时,也可以采集有关灾害 的信息。 02.无人机+航 测 无人机反应灵活、视野广阔、 图像可实时传输等优点,使得其在国土勘测、 矿产 资源调查、 铁路及高速公路建 设勘测等领域应用广泛。在国土资源遥感调查领域,无 人机具有低成本、风险小的 优势,操作员可以方便地在地面站控制无人机的飞行路线 和飞行

18、高度,对感兴趣的重点地区可以反复探测,获得充分的资源数据;在矿产资源调 查方面,无人机能够遥感矿区的矿产开采点位置、开采状态、开采矿种、土地 类型以 及矿山生态环境等信息,为矿产规划与开发提供丰富的基础数据;在铁路及高速公路 建设勘测方面,无人机利用遥感图像进行地质、水文判释, 对铁路高速公路建设前期选定线路及后期工程的泥石流、崩塌、滑坡调查中都能起 到良好的作用。目前,中国已经计划在11个省开始用无人机勘测和巡视国家的海岸边 境。中国幅员辽阔、地形复杂,航测无人机一定会有越来越广阔的舞台。 03.无人机+电 力 我国地域辽阔,地形复杂,电网建设往往横跨高山、深谷、河流、森林等复杂区域, 人工

19、架线、巡线难度较大、危险性高,为解决这些突出 问题,湖南、四川、重 庆、福建、 广东等地区的电网公司通过探索无人机的使用,实现巡检无死角、无盲区,且能拍摄 设备缺陷照片,实时传输高空视频,巡检效果较佳。广东电网更是计划3- 5年时间将无人机普及到各班组。随着无人机技术、图像传输处理等技术的发展,无 人机必将在规划输电线路、 测量地形图、 线路巡检、 线路架设等方面发挥越来越重要 的作用。 04.无人机+石油 目前,我国陆上油气管道总里程已达到12万公里,油气管道线路漫长且经常穿越 沼泽、沙漠、山岭和森林等复杂区域,石油管线 的人工巡线难度较大,中国石油公司已将无人机巡线成功应用于西气东输、哈沈

20、 管道等管线。在勘察设计阶 段,可以用无人机进行管道路由选线、评估应用、基 础数 据采集等;在施工阶段,可以利用无人机航空影像全面了解施工 进度、现场物料堆放 情况等;在管道运行阶段,可以用无人机进行管道巡 护,监视管道周围泥石流、塌方、 山体滑坡、水土保护、管道占压;在管道应急维抢修作业中,可以用无人机对事故现场 进行监视等。此外,无人机在石油勘探、油气泄漏等方面也有积极应用。 05.无人机+物流 物流无人机的想法虽然近年来才萌生,但随着科技的不断发展,发展势头非常喜 人。亚马逊 作为最早一批测试 无人机派送快件的商业企业,2013年底首次对外公布了 其无人机送货计划。经过不懈努力,亚马逊无

21、人机送快递每件成本能降低到仅约1美 元(约6 元人民 币,配送时效也提升至最快30分钟。2014 年8 月,谷歌也公布了其无人机的快递系统,并在澳洲进行了多次测试,成功为农场主运送 生活物资。2014 年9 月,德国老牌快递巨头DHL宣布将使用无人机向德国北海的一座小岛运送药品,这不 仅是欧洲大陆史上第一次获得官方授权的无人机快递飞行,更是无人机投入日常使 用中的一次重大进步。国内相关物流公司中,顺风、圆通、淘宝、 1号店等也积极探索, 取得了一定的进展。力推其在山区、偏远乡村等农村市场的无人机速递业务。 06.无人机+安保 在安保领域,无人机的身影也越来越活跃。在2014年的防恐行动中,安保

22、无人机 通过对复杂的山区进行前期侦查,顺利找到相应的出入口并进行锁定;消防武警定时 用无人机对森林进行侦查;近期某 地交警,利用无人机对高速道路进行监控;北京国庆 利用无人机高空监控城市道 路交通;广东警方利用无人机打击抓捕涉黑吸毒人员 ;某边防武警借助无人机打击走 私偷渡、毒品交易;南京某酒店利用无人机 组织日常巡警 ;无人机首次亮相啤酒节安 保工作等。安保无人机将依靠其科技化、实时化、智能化的优势在安保领域发挥越来 越重要的作用。 07.无人机+环 保 随着国家对环保的重视及无人机技术的进步,无人机在环保领域应用已较频繁。 环保部近几年多次动用无人机,对钢铁、焦化、电力等重点企业排污、脱硫

23、 设施运行 等情况进行直接检查,发现多家企业存在污染治理设施不正常运行,废水、烟气排放 超标等问题。为强化环境执 法监管,2014年11月国务院办公厅下发关于加强环境监 管执法的通知要求强化无人机等技术监控手段。与此同时,地方的环保部门也积极 推广使用环保无人机,例如武汉曾利用无人机追踪黑烟囱,黑龙江利用无人机监察秸 秆焚烧,河北邢台利用无人机检查烟尘超标排放,山西利用无人机监控废水排放,广东 佛山利用无人机福州排污检查等。除此之外,包头、扬州、 济南、天津、西安等多地都 进行了环保无人机应用或探索。 08.无人机+农 林 在农林业领域,无人机正在发挥着越来越重要的作用,目前主要用于农林植保、

24、 农药喷洒、病虫害防治、森林防火、田间管理等细分领域。在欧洲和美国,葡萄园主利 用无人机监控土壤湿度、生 长及病虫害等情况,实现葡萄园数字化管理。韩国政府今 年也宣布,政府今后将积极扶持无人机产业的发展,将无人机的用途扩大至农业等其 他领域。日本更是最早将无人机喷洒技术运用于农业的国家,也是该技 术最成熟的国家之一。近几年国内农林无人机应用也如火如荼,吉林省梨树县用 无人机为玉米喷洒农药;安徽阜阳积极引导植保无人机的使用 ;江西省也正在力推农 业植保无人机的应用;湖南则出台补贴政策使得农业 无人机预定量上升7倍; 江苏南 京则希望通过国际农机展引爆当地农业无人机市场; 山东省更是拟于2016年

25、将植保 无人机覆盖每一个县;多数省份也将无人机应用于森林防火防灾等 领域。我国是农林 业大国,随着人口红利逐步结束,无人机将在农林业领域扮演越来越重要的角色。 09.无人机+新 闻 美国有线电视新闻网CNN宣布,已经和联邦航空管理局FAA签署了一个“合作研 究和开发协议”, 目的是推 进无人机在新闻采集和新 闻报道中的深入使用。之前 CNN 和美国佐治亚理工学院研究所存在新闻报道无人机的研发合作,未来双方的研发计 划将会整合到和FAA的合作当中。去年秋天,美国哥伦比亚广播公司就利用新闻无人 机到前苏联切尔诺贝利核电厂爆炸旧址拍摄附近一个村子的近况。新闻无人机出境, 可以避免记着身处枪战、水灾与

26、火灾甚至核电站核泄漏等危险场所,带回更立体、更 震撼、更逼真的实时新闻, 将新闻推向无人机时代。今年8月份,新华网也与中国航空 器拥有者及驾驶员协会签订协议,提前布局新闻无人机产业。另外,搜狐新闻今年也 顺势开辟了专门的自己的无人机频道。 10.无人机+影 视 好莱坞著名导演卡梅隆在新西兰无人机挑战赛上宣布,他非常期待更少噪音、更 高稳定性和更好跟踪拍摄物的影视无人机问世。无人机在影视航拍领域中的应用,在 国外较为成熟。尤其在好莱 坞大片的拍摄中,无人机应用较为广泛,如饥饿游戏、 蝙蝠侠:黑暗骑士 崛起等影视中都采用了无人机拍摄。2014年9月,美国监管部门批准电影拍摄过 程中使用无人机,这使

27、得影视领域无人机航拍合法化,将有效推动无人机在影视拍摄 中的应用。去年热播的爸爸去哪儿、 2014年央视 钱塘“ 追”潮大型直播活动、中国 临汾国际名校赛艇挑战赛直播等均有无人机的功劳。无人机航拍具有拍摄灵活、图 像清晰等特点,在电视节目的拍摄中有着不少的优势,因此在各类影视节目制作中正 在逐步深入应用。具有经济实 力的中央电视台、省 级电视台及卫视将成为未来影视 航拍无人机需求的主力市场。 11.无人机+Wi-Fi 2015年4月,谷歌宣布收购无人机生产商Titan Aerospace,其生产的无人机能不间断地飞行数年时间。在此之前,Facebook则选择收 购Ascenta,也是一家生 产

28、无人机的公司。两大科技巨头的收购目标一致,那就是提供 网络服务。无人机可以扩大互 联网的覆盖范围,向没有基站或有线电话连接的地区提 供网络服务。作为全球使用量最频繁的Facebook和Google,二者希望将互联网拓展至 全世界每一个尚未部署网络的角落。 七、工业级无人机行业SWOT分析 八、工业级无人机关键技术发展方向 1.远程通信技术 新型无人机对通信设备性能有更高需求,在通信距离上已超出视距范围,在通信 带宽上需要能够传输图像、 视频等综合信息。研究表明,数字微波通信和卫星通信可 以满足无人机与地面之间远程综合信息传输的需求。依靠全球星系统平台,进一步强 化无人机远程通信技术将是未来关键

29、技术发展方向。 2. 传感器技术 为更好地完成无人机在工业中的应用,结合传输、图像、探测等需求,需要重点突 破多光谱/超光谱成像技术、先进的合成孔径雷达技 术、超高频/ 甚高频穿透树叶技术 、光探测 和测距技术、成像技术以及气溶胶照明技术 等。 3. 自诊断与冗余技术 无人机特殊的工作环境要求其具有很强的故障诊断和自我修复功能,这对自诊 断修复技术提出很高的要求。在系统设计上,可以通过软件、硬件、信息等的冗余技 术来实现。 4. 无人机的回收技术 工业级无人机在完成指定任务后,如何安全回收至关重要。这一阶段需要深化和 突破的技术主要包括:雷达引导、遥测设备引导、 GPS组合引导和光电精确引导等

30、技 术。 九、无人机产业发展的政策建议 1. 完善法律法规,健全监管机制 中国无人机相关政策方面在2009 年前基本处于无监管的空白状态。2009 年以后,民用航空局、国务 院、空管委、工业和信息化部等部 门先后出台低空空域管 理办法、无人机驾驶员管理等文件。无人机行业开始进入持证飞行阶段,但是法律法 规和监管执行尚未完善和 正规化，实际申请操作上模糊不清。 2. 制定行业标准，提升安全机制 加强民航主管部门间的有效协作，对无人机的生产、销售和应用 环节进行全过程管理，制定 统一的行业标准，提升无人机飞行安全的 可靠性，不漏掉每个可能导 致安全问题出现的环节。 3. 减少行政审批，推进低空空域

31、改革 明确飞行任务申请及空域申报程序， 细化适航标准和飞行管制规 则， 使无人机飞行合理化、 合法化。 此外还要继续深化低空空域改革。 因为无人机也属于通用航空的范畴，产业要发展， 归 根到底还是空域 开放问题。因此希望国家尽快推动低空空域改革， 进 一步减少行政审 批。 4. 强化驾驶培训，规范飞行活 动 加强民用无人机驾驶员对无人机的操作技能、 专业知识和技能的 培训，培养可以应对不同航空作业要求的合格驾驶员。此外，确立 专 门的驾驶员培训机构和统一的认证标准，规范其飞行活动。 5. 强化技术创新，鼓励金融扶持 没有核心技术的无人机企业，将没有未来。只有在技 术和成本上 有了革命性突破，行业应用才会真正步入成熟期。此外，针对工业级 无人机价格较高的事实，鼓励融资租赁平台建设发展。 - 14 -