民用无人机应用发展概述

1、民用无人机应用发展概述黄泽满， 刘勇 *， 周星， 陈天伟， 梁毅东（华南农业大 学 理学院 ， 广东 广州 510640）摘要：无人机是一 种有动 力、可控制、可执行多种任务的无人驾驶航 空器.除军事领域 外，近年来无人机越来越 多的 应用于 民用方 面.本文 主要介绍 了民用无人机的结 构、特点，以及其 在遥感航拍 、抗 震 救 灾 、农林业、环境 监测、通信中继和快递服 务等方面的应用现 状，指出其 存在的问题 及发展 趋势.关键词：民用无人机；现状；发展 趋势中图分类号：V27文献标识码：A文章编号：1673-260X（2014）12-0030-03DOI:10.13398/ki.is

2、sn1673-260x.2014.24.011前言落的顺利.1.2无人机的特点 与载人飞机相比，无人机因为具有体积小、造价低、使用方便、适应性强等优点而备受世界各国 军队的青睐.如今，无人机不仅仅被应用于军事方 面，其在民用方面的应用也越来越广泛.无人机体 积小，造价和使用成本低、使用灵活、作业效率高， 在执行枯燥、长时间的任务时，具有有人机所不可比拟的优势，因此除了应用于军事以外，还常常用于遥感航拍、抗震救灾、农林业、环境监测、通信中 继和快递服务等方面.以农业喷药灭虫为例，南京 农机化研究所的无人机，在上海崇明岛进行水稻病 虫害航空药物喷洒作业时，单台飞机作业效率可以 达到 1500hm2

3、/h，每天作业面积 750012000hm2，是地面机械的数倍，人工喷洒的 3060 倍，并且可以有效避免漏施误施1.无人机的使用，能大大提高 作业效率.2民用无人机的应用现状无人机以其优越的性能，以及一些有人机所不 可比拟的优势，在遥感航拍、抗震救灾、农林业、环 境监测、通信中继和快递服务等方面得到了广泛的 应用.2.1无人机在遥感航拍方面的应用 无人机遥感系统的应用，主要是利用先进的无人机智能控制技术、定位技术、通讯技术和遥感遥 测技术，自动化、智能化地获取地理、环境等空间遥无人机是一种有动力、可控制、可执行多种任务的无人驾驶航空器，自诞生以来，主要应用于军 事方面，作为智能化和信息化的武

4、器，无人机在侦 察、监视、通信、远距离攻击等方面发挥了重要的作 用.近年来，无人机在民用方面的应用也越来越多， 各国在无人机的民用方面逐渐开放.无人机已经广 泛应用于公共安全、应急搜救、农林、环保、交通、通信、气象、影视航拍等多个领域.在过去几年，英国已经向 130 多家企业和政府机构颁发许可，美国签 发了 1400 多份许可.毫无疑问，随着技术的更新和发 展，民用无人机将迎来井喷式的发展，应用前景十分 广阔.1 民用无人机系统的构成及其特点1.1民用无人机系统的构成 民用无人机系统主要包括无人机机身、飞行管理与控制系统、数据链系统、发射 / 回收系统和电 源等，其中，飞行管理与控制系统是无人

5、机系统的 核心，其对无人机的飞行性能起决定性作用.飞行 管理与控制系统一般分为机上和地面两个部分，机 上部分包括姿态稳定与控制、飞行轨迹和导航控制、自主飞行控制、飞行安全控制及起飞与着落飞行控制等；地面部分包括飞行监控与显示、飞行定 位及飞行操作和指令系统等.数据链系统主要保证 无人机与地面飞控之间的的遥控指令传输和信息 反馈，发射 / 回收系统则主要保证无人机起飞与着基 金 项 目 ：广 东 省 大 学 生 创 新 创 业 训 练 计 划 项 目 编 号 1056412064* 通 讯 作 者 ：刘 勇 ，华 南 农 业 大 学 理 学 院 ，高 级 工 程 师- 30 -感信息.它具有灵活

6、机动、高效快速、精细准确、作业成本低等特点，已经在气象监测、资源开发、自然 灾害监测与评估、摄影测量等方面取得了一定的成 果.利用无人机遥感系统航拍检测区域来实时获取 影像数据，通过与前时相数据（卫星影像数据）对比 分析，可以从中发现疑似违法用地区域，从而实现 对土地动态监测和违法用地行为的实施监督检查， 及时掌握土地变化信息，可为集约、节约用地提供科学依据2.利用无人机搭载非量测数码像机获取低空影像，正以其低廉的价格和极大的便利性吸引 了越来越多的关注，成为摄影测量领域的研究热 点.例如：在利用无人机防雷方面，通过挂载高分辨 率摄像、照相机可以对楼顶的各种接闪器的锈蚀、 虚接、倒伏等状况进行

7、检查，从最直观的角度排查 防雷装置存在的问题3.2.2在环境监测方面的应用 无人机在环境监测方面的应用十分广泛，几乎涵盖整个地球生态系统4，其中包括：土壤侵蚀情况 的监控、植被变化的监测、生物栖息地评价、海洋及 海岸带生态环境变迁分析、城市的规划与环评分 析、大气污染的定量评价等.例如：王洋等5基于 TMS320F2812 设计了精度较高的小型无人机大气数据采集系统；闫军等6根据无人机航拍的图片，统计 了盐池县城绿地面积.2.3无人机在抗震救灾方面的应用无人机不怕疲劳不怕危险，使用便捷，即使在 极限气象条件下，也能进入灾区进行灾情图像信息 的获取，为灾害范围和受灾面积的计算，以及灾害 损失的评

8、估提供科学依据，是抗震救灾的有力武 器.2008 年 5 月，四川汶川里氏 8.0 级大地震发生 后，民政部国家减灾中心等单位立即携带两架“千 里眼”无人机航空遥感系统赶赴灾区，投入到抗震 救灾的第一线.该“千里眼”无人机航空遥感系统采 用低空侦察拍摄的方式，对北川县震后的景象进行 拍摄，并通过卫星通信系统将图像传回，为灾情的评估和救灾的决策提供强有力的科学依据，2.4在农林业方面的应用世界上第一台农用无人机出现在 1987 年 ， Yamaha 公司受日本农业部委托，生产出 20kg 级 喷药无人机“R-50”，经过将近 20 多年的发展，目 前日本拥有 2346 架已注册农用无人直升机，操

9、作 人员 14163 人，成为世界上农用无人机喷药第一大 国.我国系统研究微小型无人机航空施药喷雾技术开始于 2008 年，由国家 863 计划项目资助，针对单旋翼无人机低空低量施药技术进行研究.截至 2012 年末，生产航空施药无人机整机与配套设备的企业 达 80 余家. 在林业应用方面，2013 年 6 月 3 日，我 国自主研发的 Z5 型无人直升机在内蒙古大兴安岭 林区根河航空护林站首航成功，这也是中型无人机 首次应用于林业系统.该机搭载防火智能遥感监控 系统，可实现探测数据的实时回传，为森林火灾的快速探测定位与综合指挥调度提供依据.2.5 在通信中继方面的应用无人机的一个重要应用是实

10、现空中的通信中 继.当地震、台风、泥石流或海啸等自然灾害发生的 时候，其破坏力往往会造成一定范围内原有通信系 统（包括有线和无线）的损坏，此时灾情需要及时了 解，救灾信息需要快速传递，如何快速构建一个便 捷、低成本的应急无线局域通信网，及时在灾区和 救灾指挥中心之间形成有效的通信联系，就成为一 个迫切需要解决的问题.无人机成本较低，使用便 捷，可作为空中的通信中继机，能迅速构建一个应 急无线局域通信网，从而为救灾的顺利开展赢得宝 贵的时间.08 年 5 月 12 日发生在四川汶川的里氏 8.0 级大地震，其巨大的破坏力摧毁了震中区域所有的通 信设施，同时，由于地震后的气象条件十分恶劣，载 人的

11、飞机和直升机无法在其空域作长时间的停留， 致使外界与灾区的联系在相当长的一段时间内被迫 中断.此时此地，由于无人机使用成本低，不存在人 员疲劳和安全问题，因此，以无人机作为通信中继 机，可彻底改变这种局面.通信中继无人机可长期盘 旋在灾区上方相对宁静的平流层进行不间断的高空 巡航，避开中低空天气多变的对流层空域，从而可在 外界与灾区之间搭建起一条无形的沟通“桥梁”.最近，清华大学的徐赞新等7提出了一种支持 移动自组网通信的多无人机中继网络，该多无人机中继网络，可解决移动自组网中移动和活动范围扩 大等因素所导致的网络连通性的变化问题，以多无人机中继网络支持移动自组网通信的研究正受到 越来越多的关

12、注.2.6无人机在快递业中的应用 无人机在快递领域中的应用，无疑是民用无人机发展和研究的另一个热门领域，已经取得了不少 成果.在国内，胡家祺和孙泽波组成名为 linkall 的 团队8，设计出一种 4 旋翼环绕中央机身布局，蛋壳- 31 -外形的名为“智能蜂”的快递无人机系统.该系统气动性能优良，能接收由“北斗”或 GPS 卫星导航信 息计算出来的最佳路径进行飞行.通过机上传感器 进行感知避障，可顺利完成快递任务.目前，该团队 已应北京一家第三方餐饮快递公司之邀，进行无人 机送快餐的规划尝试.此外，国内快递业巨头顺丰 速运公司也声称，该公司正在深圳和东莞等城市进 行无人机配送服务的测试.在国外

13、，美国总统奥巴马于 2012 年签署新法案，要求美国联邦航空管理局（FAA）修改规定，允 许地方政府、私营公司和普通人使用小型无人机. 受此影响，美国速运公司 UPS 和电商巨头亚马逊 等纷纷宣布，已正在进行无人机送货项目的试验. 无人机的这项服务，可以为人类提供非常大的便 利，极大的提高了运送效率.3 民用无人机的发展趋势3.1智能化 随着无人机应用的不断推广，人工智能和群体智能等技术在无人机上得到广泛应用，无人机的自 主飞行及自动寻找与识别目标的能力将会大大提 高，届时，无人机将可根据不同环境做出相应决策，从而使得对无人机的操控从直接控制逐步转向监督控制.此外，不同型号的无人机将可共享获得

14、的 信息，可实现通用的控制.3.2 低成本、模块化现今的民用无人机，受限于续航能力、载重能 力和智能控制等因素，使用成本还相对较高，只能 小范围使用.随着科技的不断发展及新材料、新技 术的应用，无人机在续航、载重和智能控制等方面 将会有较大的提高，无人机系统的系列化、模块化 和通用化也将成为可能.根据任务的不同，通过模 块化的组合及搭载设备的变换，可使无人机实现“一机多用”；通过无人机平台和地面站的通用化， 可使无人机实现“一机多能”，因此，无人机的使用 成本定将不断降低.3.3 从单无人机向多无人机协作发展在执行高危或复杂任务的时候，由于无人机有 一定的故障率和毁伤率，单靠一架无人机执行任

15、务，有可能导致任务的失败.多无人机协作执行任 务，则在无人机一旦出现损毁时，可通过无人机任 务的重新分配，提高完成任务的成功概率.此外，多无人机协作执行任务，一方面可通过将复杂任务拆分给不同的无人机执行，降低无人机运作的难度； 另一方面多无人机可通过信息共享和相互配合，提 高执行任务的质量和扩展执行任务的能力. 同时， 多无人机协作还可并行执行任务，缩短完成任务的 时间，提高执行任务的效率.4结论和展望在现代科学技术的强力支持下，无人机以其优 越的性能、较强的环境适应能力，无论是战场还是 在民用市场上，都将发挥着重要的作用.需要指出 的是，无人机还存在一些问题制约其发展，例如：小 型无人机由于

16、机身重量较轻，易受大风等恶劣天气 的影响；在实际使用过程中容易受到信道和其他因 素的干扰；仍不能有效区分目标的真假，出现危机 时无法根据情况选择最佳方案等.然而，随着智能 无人机技术的不断提高，无人机的安全性和自主控 制性将会得到较大的改善，运营成本和风险将会进 一步降低，运营效率得到极大提高，届时，无人机将 会在不适合人直接操作的或需要高效低成本应用 的民用领域，获得更为广阔的发展空间.参考文献 ：1凌 云.无 人 飞 机 在 农 业 生 产 中 前 景 无 限 J.农 业机械,2013（7）：157-158.2杨 晓 红 .无 人 机 遥 感 系 统 在 国 土 资 源 执 法 监 察中的 应用研究J.安徽 地质,2013（9）：37-39.3逯 曦,李 谡,李 如 箭.无 人 机 航 拍 技 术 在 防 雷 的 应用R.S11 第十一届防 雷减灾论坛,2013.4朱京海,梁婷,徐光,等.无人机 遥 感 技 术 在 环 境 保护 领 域 中 的 应 用 进 展J.国 防 科 技 工 业 ,2011(9):44-45.5王 洋 .小 型 无 人 机 大 气 数 据 采 集 系 统 的 设 计 与实现J.