第9章 无人机行业应用

第九章无人机行业应用“十三五”应用型人才培养规划教材无人机应用技术重点专业建设示范教材目录第一节无人机在民用领域的应用第二节无人机在军警用领域的应用一、无人机在民用领域的应用1.航拍摄影/飞行表演竞技/极限运动自拍传统的航摄直升机体积庞大、维护成本昂贵、摄像师吊在下方构造辛苦危险。航拍无人机通过云台携带的相机，不仅将传统的大场面发挥得淋漓尽致，而且以其机动灵活等性能收到动感震撼的视频效果。1.民用无人机一、无人机在民用领域的应用2.农药喷洒/虫灾监控/森林防护/牧场管理

无人机携带农药可进行超低空喷洒、操作简单，较人力喷洒大幅提高了效率，降低了成本；较有人机作业降低了飞行高度，提高了喷洒精度，避免了农药浪费和扩散伤害。其携带病虫色谱摄影设备，可对农林植被进行病虫害监测和预警；其携带的实时图传或热成像仪等，又可在大面积无人森林的火灾预防、偷伐制止等方面发挥巨大作用。1.民用无人机一、无人机在民用领域的应用3.无人机巡检/架线/电网“大数据”建设

现代无人机可以穿越高山、河流对输电线进行快速巡线，专用的无人机也可以在恶劣环境中开展架线工作，节约成本，保证安全。2015年4月9日，济南市供电公司输电运检室联合山东电科院对四基跨黄河大跨越高塔展开无人机巡视工作。无人机具有不受高度限制、巡视灵活、拍照方便和角度全面的优点，适合大跨越高塔巡视，弥补了人工的不足。1.民用无人机一、无人机在民用领域的应用4.路况勘察/事故取证/交通疏导/智慧交通

我国各大城市道路拥堵严重，尤其是在发生交通事故时，不但容易造成邻近路段交通瘫痪，而且执法和救援车辆也无法到达事故现场。无人机可快速低空飞抵事故现场，第一时间进行执法拍摄取证；通过图传功能将空中俯瞰的整体交通情况反馈到指挥中心，便于交管部门远程指挥疏导。1.民用无人机一、无人机在民用领域的应用5.环境检测/管道巡检/溢油处理/危险采样无人机遥感可对地面覆盖、水环境及变化情况提供定量和直观的监测，为各级环保部门提供执法判断依据。无人机已经越来越频繁地被用于大气污染执法。从2013年11月起，环保部门开始使用无人机航拍，对钢铁、焦化、电力等重点企业排污、脱硫设施运行等情况进行直接检查。2014年以来我国多省使用无人机进行大气污染防治地执法检查，无人机可以进行采样，以便分析采样。携带红外设备的无人机可对深埋地下的输油管进行快速巡检，通过热成像及时发现油管堵塞或漏油；对于海上溢油事件，无人机可以指挥开展海上平面的除污工作；在可能发生爆炸或有毒的区域，无人机可以进行采样，以便分析采样。1.民用无人机一、无人机在民用领域的应用1.民用无人机一、无人机在民用领域的应用6.群体活动监测/罪犯追捕/反恐侦察指挥在举行大型展会或开展群众活动时，在室外重点区域使用警用无人机，可实现全面现场监控、及时发现和处理意外事件；携带追踪设备的无人机，可锁定嫌疑人或车辆，自动跟踪，引导追捕；在人质劫持等反恐案件现场，警用无人机可秘密进入不易接近的区域，除侦察外甚至可以携带小型催泪瓦斯进行空中投掷。1.民用无人机一、无人机在民用领域的应用7.航拍测绘/地质勘察/城市规划/工程建设与传统的载人飞机相比，无人机遥感具有超低空作业、测控精度高、环境适应性强等明显优势；辅以信息化的地面设备，其能更快速甚至实时完成测绘拼图；在地质勘查时，可根据需要自由更换机载设备；三维建模使城市规划更直观，工程选址更精确，建设布局更科学。1.民用无人机一、无人机在民用领域的应用8.火灾、洪水救援/灾害评估/人员搜救火灾蔓延的判断、高层建筑起火的救生等方面都是消防工作部署的关键，无人机可将详细情况实时传送至地面指挥车；当洪水发生时，无人机可携带救生绳或救生圈，并将其投送到需要者身边；中高空无人机可提供洪水受灾面积、地震毁坏程度等评估，为救灾部门提供最真实、最及时的资料；携带生命探测仪的无人机是搜救幸存者的有力工具。有些海水浴场配备了监测、救生两用无人机，发现有溺水就第一时间报警、定位并投递救生圈。1.民用无人机一、无人机在民用领域的应用9.快递送货

2015年2月6日，阿里巴巴在北京、上海、广州三地展开为期3天的无人机送货服务测试，使用无人机将盒装姜茶快递给客户。这些无人机不会直接飞到客户门前，而是会飞到物流站点，“最后一公里”的送货仍由快递员负责。在国外，亚马逊在美国和英国都有无人机测试中心。亚马逊表示其目的是利用无人机飞行器将包裹送到数百万顾客手中，顾客下单后最多等半个小时包裹即可送达。1.民用无人机目录第一节

无人机在民用领域的应用第二节无人机在军警用领域的应用二、无人机在军警用领域的应用1.靶机靶机，是指作为射击训练目标的一种军用飞行器，如图9-20所示，利用遥控或预先设定好的飞行路径与模式，于军事演习或武器试射时模拟敌军之航空器或来袭导弹，为各类型火炮或是导弹系统提供假想的目标与射击的机会。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用

靶机上的核心和专门设备有：飞行控制系统（包括程序控制或无线电指令控制）、射击准确性的测定装置、向地面传送飞行参数的无线电遥测装置、模拟敌典型空袭兵器的红外线辐射，有效散射面积的设备和无线电干扰模拟设备等。靶机还须配备一系列辅助技术设备，与靶机一起配成一套靶标综合设备。靶机可按使用性质、机型大小、动力装置、控制方式和飞行性能等方式进行分类。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用1）按使用性质分类（1）作用部队训练用靶初级的活塞螺桨式航模靶机，如美国诺思罗普训练靶公司的MQM-33和MQM-36等。仿形靶，是一种低速靶，使用活塞螺桨发动机，如“米格”-27仿形靶等。（2）防空兵器试验、鉴定用靶高性能动力靶，如美国“火蜂”、“石鸡”系列靶机，英国的“小鹰”靶机等。其中也包括具有代表性的退役有人机改装成的靶机。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用2）按机型大小分类（1）微型，空机重量小于0.25千克，设计性能同时满足飞行真高不超过50米、最大飞行速度不超过40千米/小时。（2）轻型，同时满足空机重量不超过4千克、最大起飞重量不超过7千克、最大飞行速度不超过100千米/小时。（3）小型，空机重量不超过15千克，或最大起飞重量不超过25千克的无人机。（4）中型，最大起飞重量超过25千克不超过150千克，且空机重量超过15千克。（5）大型，最大起飞重量超过150千克的无人机。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用3）按动力装置分类（1）活塞螺桨推进靶，一般用于微小型训练靶，其飞行速度低、高度低。（2）涡轮喷气发动机动力靶，一般用于中大型靶机，具有高、超低空大工作高度范围，高速，可变速，续航时间在2小时左右等飞行性能。（3）冲压式喷气发动机或火箭发动机动力靶，具有高速、续航时间短等特点，如D-21/GTD-21B，AQM-127A、AQM-81A等。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用4）按控制方式分类（1）无线电指令遥控靶，属于小型训练靶，几乎都可回收、可重复使用的低速靶。（2）自主控制靶，指那些全程按程序编制的指令控制飞行的靶机，有些属于消耗型如美国的AQM-37A。（3）组合控制靶，是现代靶机的代表，是一种无线电遥控与自主控制相组合的控制靶，近距离实施无线电遥控，进入打靶程序飞行路线后改用机上计算机指令控制，靶机即按预定飞行路线飞行。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用5）按飞行性能分类（1）高空高速靶机，亦称高空超音速靶机，是用来模拟高空高速入侵目标，如高空高速侦察机、中远程战略轰炸机、高性能战斗轰炸机或空对地导弹。（2）低空高速靶机，用于模拟巡航导弹、空地导弹或反舰导弹，也可以模拟水面高速快艇。先进的多用途靶机，大多为亚音速，亦称先进亚音速靶机，采用涡轮喷气发动机或涡扇发动机的中、大型靶机。它具有多用途、多功能等特点，可模拟从有人机到反舰导弹等多种性能的威胁目标，具有大速度范围、大高度范围、机动性强、续航时间长的飞行性能，它们代表先进靶机的主流，也是未来靶机的发展趋势。如“火蜂”系列，“石鸡”系列、MQM-107变速机、英国的“小鹰”、法国的C.22、意大利的“米拉奇”系列等都属此类靶机。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用2.侦察无人机侦察无人机，是指专门用于获取情报的军用无人机。侦察无人机是侦察卫星和有人侦察机的重要补充和增强手段。它与侦察卫星相比，具有成本低、侦察地域控制灵活、地面目标分辨率高等特点；与有人侦察机相比，具有可昼夜持续侦察的能力，不必考虑飞行员的疲劳和伤亡等问题，特别在对敌方严密设防的重要地域实施侦察时，或在有人驾驶侦察机难以接近的情况下，使用侦察无人机就更能体现出其优越性。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用1)关键技术（1）气动技术由于对飞行性能以及雷达反射面积等有特殊的要求以及不用考虑飞行员等因素，因此对气动技术有特殊要求。（2）动力技术侦察无人机一般要求长航程，因此必须采用高效率的动力技术。（3）通信技术宽带、大数据流量的数据链技术可以使无人侦察机远距离快速传输信息。（4）发射回收不依赖跑道起降发射和回收，无人侦察机将具有更大的竞争力。（5）小型化更加先进和小型化的无人侦察机，将更加适应于侦测敌情。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用2）各国经典无人侦察机（1）中国的无侦-5型无人远程侦察机，无侦-9/-2000，天翅高空无人侦察机。（2）以色列的“搜索者”无人侦察机。（3）美国的“全球鹰”无人侦察机，超音速无人侦察机，幻影射线无人侦察机。（4）英国的“不死鸟”无人侦察机。（5）前苏联的243无人侦察机。（6）土耳其的无人侦察机“安卡”。（7）法德合作的“月神”近程无人侦察机。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用3.诱饵无人机诱饵无人机，是指携带雷达回波增强器或红外模拟器，模拟空中目标，欺骗敌方雷达和导弹，引诱敌防空兵器射击，掩护己方机群突防的一类军事无人机。诱饵无人机最有名的是ADM-20诱饵无人机，这是一种亚音速、喷气动力、空射诱饵巡航无人机，由B-52战略轰炸机携带，设计用来在敌方的雷达屏幕上呈现成轰炸机的形态，继而干扰并使敌方防空系统失效。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用

美国雷神公司设计的MALD-J，，是一个飞航式诱饵，能在敌方雷达上模拟北约军机的雷达和飞行特征，消耗对方防空力量。已从2010年起装备F-16和B-52战机。这种诱饵无人机重量不超过300磅，内装80磅燃料，航程约500英里，滞空时间超过2小时，因此完全可以发射到敌方防区内执行电子攻击任务。它的最大飞行高度达3.5万英尺，飞行速度0.2～0.9马赫，由于外形尺寸较小，难以探测，因此它还可以利用这一优势接近目标地域，而有人驾驶飞机和较大的无人机容易被雷达探测和跟踪，都无法做到这点。诱饵无人机是各种任务的理想执行者，包括使用电磁脉冲技术攻击电子设备，瘫痪、终端或毁伤各种传感器、雷达和计算机设备。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用4.电子对抗无人机电子对抗无人机，是指通过在无人机上安装有源相控阵雷达或直接将无人机作为杂波铝铂片，对敌人造成饱和式对抗或干扰敌人的雷达杂波。一方面，使敌人的雷达显示过滤界面造成混淆或变成雪花片，成为聋子。另一方面，对敌人的反导系统造成饱和式攻击，使其丧失战斗力。对敌方飞机、指挥通信系统、地面雷达和各种电子设备实施侦察与干扰。目前，随着电子对抗手段的多样化，无人机在电子对抗中的运用越来越广泛。通过无人机对敌重点区城进行抵近侦察、定位，可获得较为精确的敌目标分布情况，利用无人机对敌方通信设施实施干扰，可使得敌方指挥通信系统瘫痰。无人机在电子对抗中发挥了较大的作战效能，因此开展电子对抗无人机的应用研究颇具军事意义。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用1）电子对抗无人机特点电子对抗无人机除了高机动性，长航时，低成本等特点以外，还有以下特点：（1）侦察优势①精度优势，无人机的雷达有效反射面积较小，光学可探测性低，隐身性能好，可更接近目标进行侦察。②距离优势，相比地面电子侦察设备，无人机可对目标实施抵近侦察，侦察目标范围扩大。③设备优势，对目标实施抵近侦察降低了设备的灵敏度要求。（2）干扰优势对目标实施抵近侦察可以较小的干扰功率获得较强的干扰效果。（3）具备优良的滞空能力可实施较长时间不间断侦察干扰。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用2）常用电子对抗类无人机介绍（1）ASN-206系列无人机，是目前我国常用的一种战术无人机，采用发射车导轨发射，降落伞回收。其最大飞行速度210千米/小时左右，留空时间8～10小时，航程600公里。（2）BQM-147A“敢死蜂”无人机是美国的一种低成本、消耗型多用途小型无人机。续航时间2.5小时续航速度72～121千米/小时，使用高度范围915～1525米，最大任务载荷17.2千克。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用5.攻击无人机攻击无人机，是指攻击、拦截地面和空中目标的一类无人机。攻击无人机携带有小型和大威力的精确制导武器、激光武器或反辐射导弹，对敌雷达、通信指挥设备、坦克等重要目标实施攻击以及拦截处于助推段的战术导弹。对敌方飞机、指挥通信系统、地面雷达和各种电子设备实施侦察与干扰。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用1）特点及分类（1）按使用次数来分①多次性使用型，以大、中型无人机为主，机上携带导弹、鱼雷、炸弹或其他武器，可回收，多次使用；②一次性使用型，以中、小型无人机为主，攻击目标时与目标“同归于尽”。（2）按有效载重和起飞重量分类①大型攻击无人机，如美国“捕食者”系列无人机中A型和B型的最大任务载荷分别为204千克和1724千克。②中型攻击无人机，如美国“猎人”无人机最大任务载荷约91千克。③小型攻击无人机，如法国“麻雀”无人机可作为一次性的自杀性攻击武器。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用2）攻击型无人机发展的关键技术（1）气动、结构、隐身一体化综合设计技术；（2）无人机与攻击武器匹配与兼容性设计技术；（3）无倾斜水平转弯技术；（4）武器投掷前后气动力平衡控制技术；（5）大角度俯冲攻击技术；（6）高性能动力装置设计技术；（7）多种任务设备综合控制技术；（8）武器和设备的小型化技术。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用3）发展方向（1）发展高速攻击型无人机；（2）发展隐身攻击型无人机；（3）发展具有远距离攻击能力的攻击型无人机；（4）发展对空攻击型无人机；（5）发展高度智能化攻击型无人机；（6）发展多用途攻击型无人机。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用6.无人战斗机无人战斗机，是一种全新的空中武器系统，无人作战飞机从过去主要是执行空中侦察、战场监视和战斗毁伤评估等任务的作战支援装备，升级成为能执行压制敌防空系统对地攻击，可以执行对空作战的主要作战装备之一。现阶段主要功能是实施防空压制和纵深扣击。20世纪90年代，美国将其列入军事装备发展计划，引起各国军界极大关注，兴起了世界范围的研制无人战斗机热潮。无人战斗机的速度将达到12～15马赫，既可用于对地攻击，又可用于空战，还可用于反战术导弹。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用7.信息中继无人机信息中继无人机，是指作为中继平台进行通信的无人机。与卫星相比，无人机具有灵活机动、成本低、维修方便等特点。基于无人机中继通信的实际应用环境以及双向中继信道模型，可将地面终端、中继无人机、任务无人机构成的无线中继链路建立为非对称双向中继信道模型，节点A为地面终端，节点R为中继无人机，节点B为任务无人机。节点A通过节点R向节点B发送指令信息节点B通过节点R向节点A发送遥测信息，节点A和节点B之间没有直接链路。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用无人机航空遥感平台可广泛应用于减灾应急勘察、城乡规划勘察测图、农业用地/建设用地土地资源调查、森林草场资源调查、防火巡查与应急勘察、城乡建设/土地利用执法监察、生态环境调查评估、环境污染和环境事故监测调查、输电线路巡线、农业保险、林业保险和工程保险等财产保险的承保理赔勘察等领域。8.其它军用无人机其他用途的无人机，无人机还可以用于目标鉴别、激光照射、远程数据传递的空中中继站、反潜、炮火校正和远方高空大气的测量以及对化学、细菌污染和核辐射的侦察等。1.军用无人机二、无人机在军警用领域的应用1.警务监控目前，我国陕西、广西、江西、湖北、山东、湖北、山东和浙江等地的交通部门陆续将无人机投入交通监控，推动智慧交通建设。一种典型警务监控无人机。在违规查处方面，无人机为执法人员提供了一个更广阔的视野，提高了执法效率，除此之外，无人机还具备以下重要作用：2.警用无人机二、无人机在军警用领域的应用（1）航拍事故现场，实现画面还原。交管可以利用无人机获得直观画面，从而准确掌握涉事车辆的最后位置，更迅速地还原交通事故发生时的场景，为事故责任认定提供数据支持。（2）疏通道路，快速排堵。在高速公路发生拥堵或重大事故时，拥堵车辆可能会长达数千米，人力很难在短时间内抵达核心区域发现问题所在，而无人机却可以快速采集完整现场信息，明确堵点，促进疏导工作的展开。（3）流量统计，优化交通管理。无人机可以对主要路口和重要路段进行全方面高空视频采集，并长期保存以供大数据分析使用，从而便于交警部门根据长期流量情况做出调整，比如重新设定路口信号灯配时提高通行效率。2.警用无人机二、无人机在军警用领域的应用2.环境监测无人机在环保领城的应用主要有三方面：（1）环境监测：观测空气、土壤和水质状况，也可以实时快速限踪和检测突发环境污染事件的发展。（2）环境执法：环检部门利用搭载了采集与分析设备的无人机在特定区域进行巡航，检测企业工厂的废气与废水排放，寻找污染源。（3）环境治理：利用携带了催化剂和气象探测设备的柔翼无人机在空中进行喷撒，与无人机撒播农药的工作原理一样，在一定区城内消除雾霾。2.警用无人机二、无人机在军警用领域的应用用于环境监测的无人机，需要在无人机上搭载遥感系统和大气监测传感器，用于检测空气质量。例如气体滤光分析器、红外干涉仪、傅里叶变换干涉仪、可见光辐射偏振仪和激光雷达等；另一种是基于泵吸式点状采样监测模式的机载气体监测设备，如粒子探测仪、差分吸收光谱探测系统和电化学类气体监测设备等。一种典型环境监测无人机。无人机具有不受空间和地形限制、时效性好、机动型好、巡查范围广等特点，便于执法部门查找污染源头并测试污染程度。2.警用无人机二、无人机在军警用领域的应用3.刑事追捕无人机还可应用于罪犯的追捕，一种典型的刑事追捕无人机，无人机可以第一时间到达事发现场，通过可见光视频和红外热成像等机载设备，对嫌疑人进行动态跟踪，将犯罪嫌疑人的武器装备，人员数量等第一现场情况及时回传指挥部，为制定行动方案提供决策依据。2.警用无人机二、无人机在军警用领域的应用4.海洋检测1）灾害监测利用无人机搭载遥感传感器摄取目标区影像、搭载摄像设备拍摄现场实时视频，比其他常规手段获取监测信息更加快速、客观和全面，能够做好“灾前预报、灾中监控、灾后评估”的监测效果。一种典型的海洋监测无人机。2.警用无人机二、无人机在军警用领域的应用灾前预报：利用无人机在灾害频发时段加强对海域的巡检，视察防暴大堤是否受损，调查浒苔、赤潮、海冰的分布，预测走向，及时向可能受到危害的地区发布灾害预警；并且可通过长时间的观测，掌握灾害发生的规律，以便在后期做到提前预知，采取应对措施。灾中监控：在海洋灾害发生时，一方面，通过无人机调查灾害发生的范围、程度，制定合理的消灾方案，另一方面，利用无人机在空中获取的实时遥感影像、视频，布置消灾方案，指挥消灾任务，观察消灾成效。灾后评估：与GIS技术相结合，对无人机获取的受灾海域遥感数据分析，提取受灾范围、受灾等级、损失程度等量化信息，指导灾后补救和后期防范。2.警用无人机二、无人机在军警用领域的应用2）海洋测绘港口、河流入海口、近海岸等水陆交界地带是人类活动相对频繁的海域，在人为因素和自然因素的作用下，这些区域的地形地势变化也比较频繁。在人为因素方面，随着经济的发展和需求，人们对水陆交界海域的开发利用度不断增强，例如填海造地、养殖区扩展、港口平台搭建等；在自然环境因素的作用下，海岸侵蚀造成海岸线变更，入海口冲击、淤积等原因造成入海口地形变更。加强对这些海域的测绘，对指导人们的开发和利用具有重要意义。2.警用无人机二、无人机在军警用领域的应用利用无人机进行海洋测绘，比传统的测绘方法速度快，并能深入海水区域，获取的遥感数据具有更高的空间分辨率，可以完成大比例尺制图。从无人机遥感影像中可以提取海岸、入海口、港口等海域的轮廓线及其变化，结合GIS技术对面积、长度、变化量等量化分析并预测变化趋势。在填海造地时，利用无人机搭载LiDar实时测量填造区域，指导工程的实施。利用SAR和高光谱遥感数据可以探测浅海区域的海底地形，绘制海底地形图。利用LiDar数据建立海岸线DEM，为风暴潮的预警提供参考。在海岛礁测绘中，利用无人机同时搭载LiDar和光谱传感器获取多源数据，提取海岛礁的轮廓线、面积、DEM、覆被类型等信息，可建立三维海岛礁模型。2.警用无人机二、无人机在军警用领域的应用3）海洋参数反演海洋是全球气候变化中的关键部分，海表温度、盐度、海面湿度等环境参数是全球气候变化、全球水循环、海洋动力学研究的重要输入参数。遥感技术是快速大范围监测海洋环境参数的有效手段，可以对海洋长时间连续观测，为气候变化、水循环和海洋动力等研究提供依据数据。无人机可以监测局部重点海域的环境参数，是卫星遥感大范围监测的重要补充，为海洋区域气候、海洋异常变化、海洋生物环境、入海口海水盐度变化、沿海土地盐碱化等研究提供数据信息。无人机获取的海洋环境参数还可以为海上油气平台、浮标、人工建筑等耐腐蚀性、抗冻性研究提供数据支持。2.警用无人机二、无人机在军警用领域的应用无人机配备微波辐射计、热红外探测仪、高光谱成像仪等传感器探测海洋得到遥感数据，利用海洋参数的定量遥感反演算法模型反演海洋的各个参数。目前，反演模型大多是统计模型，利用遥感数据与反演的海洋参数之间建立起统计关系，通过统计回归的方法可以反演得到海洋温度、湿度、盐度等环境参数。2.警用无人机二、无人机在军警用领域的应用4）海事监管无人机配备高清照相机、摄像机及自动跟踪设备，可以执行海上溢油应急监控、肇事船舶搜寻、遇险船舶和人员定位和海洋主权巡查等任务，能够快速到达事故现场，立体地查看事故区域、事故程度、救援进