中國無人機應用的現狀及展望

秦萬

摘 要：本文對無人機的分類、能耗及應用現狀做了綜合性的介紹。無人機具有成本低、機動性強、自組網、部署靈活等優點，因而在近幾年發展迅速，備受關注。本篇文章對無人機的分類——旋翼無人機、固定翼無人機各自的優缺點做出了介紹，并對無人機的能耗組成進行了說明。結合現階段無人機在觀測任務、空間基站、空間組網等方面的應用，給出了對于無人機未來發展方向的討論。

關鍵詞：無人機；現狀；展望

一、無人機簡介

近年來，無人機由于其高機動性和低成本而引起了各方面的重視。例如，在災難救援和遠程空間感知中，無人機可以比傳統方法更好，更快地執行任務。此外，由于電池電源和信息技術的進步，無人機也可以作為無線通信的空中基站。它們具有可操作性和易于部署的靈活性，本文針對無人機應用的廣泛，對無人機的分類、能耗及應用現狀做了綜合性的介紹，給出了對于無人機未來發展方向的討論。

二、無人機分類

無人機根據飛行平臺構型進行分類可以分為旋翼無人機和固定翼無人機兩類，且各自具有相應的優勢。

固定翼無人機：即非懸停無人機，依靠螺旋槳或者渦輪發動機產生的推力作為飛機向前飛行的動力，主要的升力來自機翼與空氣的相對運動。固定翼無人機優點如下：（1）固定翼無人機的續航能力強，適合用于長途飛行；（2）它們往往比懸停的無人機更大，在部署天線陣列時更靈活，適用于MIMO天線；不過局限之處在于需要跑道輔助起飛降落，因此固定翼無人機對地形的要求更為苛刻，此外，也存在地面測控和保障系統復雜、維護保養要求高等缺點。

旋翼無人機：旋翼無人機是依靠多個旋翼產生的升力來平衡飛行器的重力，讓飛行器可以飛起來，通過改變每個旋翼的轉速來控制飛行器的平穩和姿態。旋翼的優點是機動、靈活，不需要跑道便可以垂直起降，可以精準懸停，可精細對某個目標進行觀察，體積小，操作簡單容易上手，應用領域廣，缺點是機動性、穩定性和效率都是比較差的，操控距離較近，飛行高度較低，負載較小，續航時間短，所以只能小面積作業，且旋翼無人機上的旋轉葉片運動可能導致高頻多普勒反射，對通信信號造成一定影響。

三、無人機能耗

無人機能耗通常由兩個主要部分組成，即通信相關能量和推進能量。通信相關能量包括用于通信電路，信號處理，信號輻射/接收等方面的能量。另一方面，無人機需要推進能量以保持無人機在高空的運動。通常，推進能量取決于無人機飛行速度以及其加速度。

四、無人機的主要應用

無人機現如今已被廣泛應用于生活中的方方面面，本文給出無人機應用相對廣泛的幾個領域：

（1）在航拍領域，無人機航拍攝具一般有高清晰、小面積、大比例尺、高現勢性的優勢所以常常能完成許多其他無法完成的拍攝。使用無人機來進行航拍，不僅是一種新型的攝影方式，并且有其獨特的拍攝角度和拍攝效果，所有已經有了一批專業的無人機攝影人士，甚至已經形成了與之相關的產業鏈。最常見的就是利用無人機進行高空拍攝，在中國航拍網上一些優秀的作品令人賞心悅目。此外，無人機航拍在各種大型活動當中的實時轉播、記錄等也有著獨特的優勢和相當大的應用。

（2）在高空作業領域，無人機也有著許多的應用。比如，在架設高壓電線當中，除一般的電線工人所面臨的各種困難和風險之外，一些極其復雜的環境之下純人工操作往往不能完成，但引入無人機不僅能完成并且大大降低了高空作業的難度和風險。于此相關的是高壓電線的維護，由于各種意外高壓電線上難免出現飄掛的風箏、塑料袋、孔明燈等異物，如果不及時清理可能導致難以想象的后果，這時借助“噴火”無人機比原來使用機械設備和人力清除要省時省力，且更加安全。在清洗城市高樓玻璃幕墻這個行業里面，清潔工使用的工具簡單原始，不僅人身安全得不到保障，而且工作效率還不高，然而借助無人機的協助就能很大程度上克服一些現有的痛點。

（3）在交通領域，總所周知的是每逢節假日我國各地高速路面臨著極大的壓力，不免出現亂超、違停、應急通道等各種違法交通規則的現象，由于時間緊、視頻監控困難和執法人員不足等各種各種因素導致取證困難或無法及時處理執法難點。但據了解山東、安徽、四川、北京和上海等全國各地都已經相繼引進了無人機助力交巡警，在“鐵騎隊員”移動終端的操縱下，無人機實時的將道路圖像傳至分控中心的大屏幕上，并且清晰度完全能夠的得到保障。所以一旦有任何違法交通法規或者事故出現，都能通知附件的執法人員迅速到達現場及時處理，大大提高了執法效率。無人機巡查監督在快速處理簡易交通事故、疏解城市交通、監控視頻盲區、管理鄉村主次干道等工作中發揮重要作用。

（4）在通信領域，無人機可以被認為是為給定區域內的地面用戶服務的空中準靜態基站（BS）。利用高移動性的移動無人機網絡引起了很大的興趣，在優化中考慮了無人機軌跡，以分別改善移動無人機網絡的容量，物理安全性和能量效率。無人機充當中繼站，從地面上的同頻道用戶收集消息，以便將它們轉發給其他地面用戶或某些遠程基站。

（5）在軍事或災難響應（例如，災難）場景中，地面上的用戶需要彼此及其指揮中心的可靠通信。這種情況經常發生在沒有固定通信基礎設施的環境中（例如，如蜂窩網絡中的集中式基站），因此網絡必須以對等或自組織方式操作。用戶和命令中心可以分開大于其通信設備范圍的距離，或者由于山區地形或密集環境（森林，建筑物等），信號可能被遮蔽。此外，由于用戶是移動的，因此通信環境不斷變化，因此連接通常只是零星的。作為空中繼電器（主要是“飛行基站”）的無人駕駛飛行器（UAV）為在這種情況下遇到的問題提供了有吸引力的解決方案，因為它們的高度允許它們超越地面陰影并獲得視線（LOS）或大面積的LOS通信信道附近。無人機的固有移動性允許調整其位置，以便最好地適應不斷發展的網絡拓撲。

五、啟示與展望

隨著無人機技術的不斷發展，無人機應用領域也在逐漸變得越來越大。筆者以為未來無人機領域將朝著規范化、專業化、系統化的方向發展，不僅將在民用領域給予人們更多的選擇，并且在交通、通信、軍事等其他領域也將扮演著重要的角色。